GLE-β营养剂对全饥饿大鼠脑的保护作用.pdf
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1、. 6 6 0 .C h in e s e J o u r n a l o f C o a l I n d u s t r y Me d ic i n e J u ly 2 0 0 6 , V o l . 9 , N o . 7 文派编 号1 0 0 7 一 9 5 6 4 ( 2 0 0 6 ) 0 7 一 0 6 6 0 一 0 3 G L E 一R 营养剂对全饥饿大鼠脑的保护作用 0 6 3 0 0 0 河北省唐山市, 华北煤炭医学院王立媛张小平( 审校) 关艘词G L E一 R 营莽别。 脑保护。 饥饿; 大风 中图分 类号R 一 3 3 2文献 标识 码A 在正常情况下, 细胞内不断
2、产生自由基, 同时机体又存在着 清除和抑制自由基的系统, 来保证机体正常的生理生化功能, 机 体能够维持生理生化功能的稳定能量是必不可少的。饥饿是应 激状态的一种, 机体饥饿时由依赖食物提供能量而逐步转为靠 自身储脂来提供能量, 自身分解代谢加速, 分解代谢加速是体内 自由基增加的主要原因 a 。另外, 能量物质缺乏导致 AT P合 成减少, 使依赖AT P的N. , K 一A TP酶和C a 一AT P酶活 性下降的同时自身的免疫力和抗氧化力也有所下降, 最终将导 致机体器官受损, 脑组织是机体重要器官, 现从能量和自由基损 害方面来探讨全饥饿大鼠 经肠道补充G L E 一 R 营 养剂后脑
3、保护 的机制. G L E - p 营养剂是由 谷氨酞胺, L 一 精氨酸、 维生素E , R -胡萝 卜 素混合而成的一种肠道功能保护剂。 J 脑的能盆代谢 正常情况下. 脑组织生理活动所依赖的能量与其他组织一 样, 都是以AT P的形式供组织直接利用, 虽然其他物质也含有 高能磷酸键, 如磷酸肌酸, 但这些高能物质在脑内不能被直接利 用, 只是作为能量的暂时储存形式, 当脑组织内 A T P消耗过多 而导致 A T P含量大幅度减少或出现能量耗竭时. A D P生成增 多 . 磷酸肌酸将高能磷酸键转给 A DP而重新生成 A T P , 供脑组 织利用。脑组织能量代谢的另一特点是脑组织中能
4、量物质的储 存量很低, 这与其他组织不同. 不仅能量合成的原料物质储存量 极少, 而且可以被直接利用的能量物质也很少。脑组织的这种 特点决定了脑在正常的生理活动中, 必须保证能量物质的持续 供应和能量合成的持续进行, 否则将导致脑组织能量代谢障碍。 另外, 脑组织富含不饱和脂肪酸, 由于单位分子脂肪酸完全 氧化较葡萄糖耗氧量大, 其抗氧化酶活性相对较低, 因此易遭受 自由基的氧化损伤。线粒体是细胞中合成能量的工厂, 在脑组 织中, 线粒休含量丰富, 与活跃的高级中枢神经活动相适应, 为 其提供丰富的能源物质。但也是氧自由基产生的主要部位。当 细胞内环境被破坏时, 线粒体呼吸功能及能量代谢便会受
5、到较 大影响.如氧化损伤时, 线粒体内膜通透性及内膜上复合物受 损, 造成电子传递过程中电子漏失及电子传递障碍, 线粒体呼吸 功能严重受损氧化剂可损伤线粒体结构和功能, 影响多种代 谢酶的活性 可以造成葡萄糖的氧化分解障碍 乙酞胆碱合成不 足s , 1 影响 胆碱神经 元功能。另一方面, 大量自由 基还可损伤 线粒体DN A及线粒体DNA聚合酶Is , 影响呼吸链中各酶及酶 复合物的活性, 干扰能量代谢 6 。同时 N a , K+一A T P酶和 C a - AT P酶是存在于生物膜上二种重要的酶. 主要是靠 A T 尸供能来维持细胞内外的离子平衡。 在饥饿( 或创伤、 感染) 应激状态下,
6、 脑组织代谢开始发生变 化。首先, 饥饿可使体内的自由基含量增多, 自由基和膜磷脂中 的不饱和脂肪酸作用引发脂质过氧化反应. 可导致膜磷脂降解 并使之与膜结合的酶、 受体和离子通道的微环境发生改变 影响 其功能和新的离子通道形成 尤其是钙离子通道, 使胞内钙离子 超负荷, 导致细胞功能受损 71 脑内C a r一A T P酶主要功能 是将细胞内的 C a 主动转运到细胞外, 使之处于低水平, 维持 钙稳定。饥饿时, C a 一A T P酶活性下降, 会引起脑细胞内钙 增加, 导致细胞内钙超载。钙超载被认为是导致神经元迟发性 死亡的关键因素之一a 7 另外, 饥饿可引起机体一系列生理生化变化,
7、包括自身组织 大量分解、 体能和抵抗力的不断下降等。如在正常情况下, Na , K十 一AT P酶是催化 AT P水解和运输 N a 十、 K, A TP水 解释放的能量与机体代谢密切相关, 能提供2 0 0/ x -5 0 %的基础 代谢所需的热量s 。但是在饥饿应激状态下, 生物胺和兴奋性 神经递质释放和转换增加, 神经兴奋性递质增加能导致 N a , K 一AT P酶活性增加, 这说明应激后脑中兴奋性氨基酸水平 的升高, 产生一定的神经毒性, 促进神经元的损伤和死亡 m 据杨继军报道P q, 全饥饿后外周血抗氧化防御系统的功能 明显下降, 超氧化物歧化酶( C u 一Z n 0一S O
8、D) 和过氧化氢酶 ( C AT ) 活性显著下降。因此, 饥俄时分解代谢加速是自由基产 生的主要原因, 而抗氧化酶活性降低是导致细胞内自由基堆积 的又一原囚。自由基生成增多还可使脑脂质过氧化的主要产物 MD A升高, MDA可降低脑内谷氨酸转运体的功能. 2 谷氮酷胶和脑代谢 谷奴酞胺( GL N ) 是肠道保护剂 谷氨酸胺作为血液和体内 游离氨基酸他中含量最丰富的自由氨基酸, 为中性氨基酸, 由2 个氨基即1个 a 一氨基和 1 个易水解的末端酞氨基组成, 具有 维持体内酸碱平衡、 保持小肠粘膜上皮的结构和功能、 维持组织 中抗氧化剂的贮备、 增强免疫功能等重要作用。同时, 谷氨酷胺 又是
9、组织间作为氨前体的穿梭工具, 是蛋白质合成的重要调节 剂及肾脏产氨的重要物质。 因为谷氨酷胺较谷氨酸更易通过血脑屏障, 是一种生理性 无毒的氨运输载体, 是细胞重要的能源和氨源物质它的代谢 主要受两种酶的调节. 谷氨酸胺合成酶( G S ) 位于细胞浆内, 主 要存在于肌肉和脑。在它催化下谷氨酸和氨合成谷氨酷胺.谷 氨酸胺酶( GL N a s e ) 位于线粒体膜上, 需要无机磷酸盐和钱离子 作为激活剂, 催化谷氨酞胺水解成为谷氨酸和氨; 它是蛋白质、 氨基酸、 嗦吟、 咯咤飞 核酸等生物分子合成的重要前体, 也是谷耽 甘肤的前体。谷胧甘肚可以清除Oz . Hz Of “ L OO H. 同
10、时谷胧 甘肚结合脂质过氧化物的降解产物4一NHE ( 4 一h y d r o x y a o n e - . . D. 是谷耽甘肤过氧化物酶和谷耽甘肤转移酶的底物. 是这二 种酶分解氧过氧化物所必需的。所以谷胧甘肚量的多少是衡量 机体抗氧化能力大小的因素。 脑组织中谷氨酸的来源是谷氨酞胺, 饥饿应激致 自由基增 多而降低脑内谷氨酸的转运时, 脑突触间晾的谷氮酸水平进一 步升高所致兴奋性氨墓酸受体过度活化可以促使自由基形成, 而自由基的形成又显著降低谷氨酸转运清除细胞外谷氨酸的能 力, 形成恶性循环, 使细胞发生坏死、 凋亡 u 。另外. 谷氨酞胺 是一个生糖氨基酸, 可以提供碳链氧化分解释放
11、能量C o l 。在饥 饿( 剧烈运动、 受伤、 感染) 等应激情况下, 谷氨酷胺的需要量大 大超过了机体合成谷氮酞胺的能力, 使体内的谷氨酞胺含量降 中 国煤炭工 业医学杂 志 2 0 0 6 年 7 月第 9 卷第 7 期6 6 1 低, 而这一降低, 便会使蛋白质合成减少。外源性补充谷氨酞胺 可以增加体内和脑内谷氨酞胺的数量, 增强脑 内谷氨酸转运体 的数量, 使过多的谷氨酸通过转运而被清除, 同时可以通过谷氨 酞胺去氨生糖来增加能量来源。 3 L -精氨酸与脑保护 L-精氨酸( L- a r g ) 是含阳离子的碱性半必需氨基酸, 其 转运体广泛分布于体内的组织细胞中。L-梢氨酸促进
12、N ( 的 产生, N O 是 自由基 清除剂, 它 可减少 亚硝 酸基 阴离子 ( ON O O ) 生成 同时增加细胞内抗氧化物谷胧甘肤的水平n o 还可直接中和氧自由基, 一氧化氮合成酶( N O S ) 能抑制氧化作 用, 清除产生的氧自由 基, 并在脂质膜上终止良由基链反应 从 而抑制脂质过氧化. 减轻自由基对脑组织的损害。L-精氨酸 虽然不是必需氨基酸, 但在严重应激情况下( 如饥饿或发生疾病 和受伤) , 它又是条件性必需氨基酸。最新提出的理论, 精氨酸 是一氧化氮( N O) 与瓜氨酸反应的酶系统代谢途径中的必要物 质。NO是体内多种组织和细胞产生的一种气态生物信使, L一 精
13、氨酸是合成 N O的唯一底物.N O具有二种不同的活性状 态: 硝 乒基阴离子 态( N 。 一 ) L 川和亚硝基阳 离子态( N O ) NO 通过抑制 N MDA( N一甲基一D一天冬氨酸) 受体对抗谷氨 酸介导的神经毒性, 而 N ( ) 一 与超氧阴离子反应产生的过氧亚硝 酸根( O N OO- ) 损害脑组织。另外 N O八) ; 一的平衡对维持血管 内皮功能较为重要; N O有拮抗 O : 的作用 L-精氨酸耗尽时 叹一 产生增加l5 。补充L-精氨酸可使 N 01 0, 一 间的平衡倾向 于NO, 以消除内皮细胞的功能障碍。所以补充L-精氨酸可以 减少(O , 一 的生成。 从
14、而减少NO 对脑组织的损害作用。 a p 一胡萝卜素和脑保护 p - 胡萝卜素( B O是自然界植物含量最多的一种类胡萝 卜 素, 它是最具有活性的维生素 A的前体, 可在休内转化为维生 素A 是机体免疫力的增强剂、 细胞增生与肿瘤转化的抑制剂。 它具有多个双键 在光、 热、 氧气及活泼性较强的自由基离子存 在条件下 易被氧化. 减少脂质过氧化和自由基反应卜 维持细胞 功能。 延缓机体衰老。现已知1 分子p 一 胡萝卜 素可抑制1 0 0 0 个分子的活性氧,同时它也是一种抗氧化剂, 可以阻断氧化应 激状态, 促进 S O D和 H , q 酶释放 p s , 并且它可与多种自由基 发生反应而
15、清除后者, 例如与超氧化物阴离子自由基“ :户7 和三抓甲基过氧基( C C L , 00- P I 发生反应生成加合物与自由 基正离子, 可抑制自由基引发的脂质过氧化反应, 具有明显的延 缓细胞和机体衰老的功能. 减少辐射对机体的损伤并提高由辐 射造成的白细胞、 血小板等的降低并对造血组织的损伤有一定 的防治作用 t s .z o 7 。另外 它可直接淬灭由电离辐射产生的活性 单线态氧, 维护线粒体膜的完整性, 阻止自由基的进一步产生, 从而阻止自由基过氧化造成的损伤 在体内, 类胡萝 卜 素存在于脂肪组织、 生物膜以及血浆中低 密度脂蛋白的脂区域在膜中, 它们常与生育酚等共同承担抗 氧化防
16、御作用, 对抗自由基的攻击.而在血液中, 它们与生育 酚、 抗坏血酸等抗氧化剂构成组织完善的抗氧化防卫系统 对抗 水环境中自由基的攻击。 摄取富含类胡萝 卜 素的饮食可提高血 液中类胡萝 卜 素水平, 有助于增加膜磷脂对抗氧化损伤作用, 保 障生物膜结构完整性, 所以B C是一种较强的抗氧化物质. 可抑 制体内自由基的过量产生. 并减少自由基对组织细胞的损伤 从 而稳定了细胞膜和细胞器的功能。脑组织含有大量脂质, 在饥 俄中, 大量的自由基产生必然造成脑组织损害. 所以补充 B C能 减轻自由基对脑细胞膜的破坏, 减少脂质过氧化反应的发生. 5 维生素E和脑保护 维生素E ( VE ) 又称为
17、a一生育酚系脂溶性化合物, 主要存 在细胞膜、 线粒体膜和内网膜中, 它具有酚性经基, 可将活拨的 氢原子给与自由基. 使之复成为穗定分子. 最终形成 a 一生育 醒。一个 Q 一生育酚分子可清除 2 个自由基。因此, V E是近年 来深受重视的自由基清除剂, 它可以稳定不饱和脂肪酸, 拮抗不 饱和 脂肪酸 的 自身 氧化反 应, 增 强 G S H一P X 的活性 L i e b l e r 2 t s zl 研究表明 V E在体内外都具有强大的抗氧化作用 其抗氧化作用不仅有剂量依存关系. 而且与不饱和脂肪酸的量 和促化因子( 如活性氧、 铁等) 的盆有关。细胞的氧化损伤有多 种内部来源,
18、包括代谢、 炎症及一氧化氮等, 它们可以从不同位 点攻击细胞, 使细 胞变性死亡, 产生多种疾病。F u l le r 等L 23 . 2 1 报 道脂蛋白中低密度脂蛋白( L D L ) 可能是血管氧化损伤的主要成 分. 高含量的L D L更易遭受氧化损伤.Ma b i 1 。 等z s 的结果表 明, VE能显著抑制氧化RI低密度脂蛋白引起的内皮细胞内游 离 C a 浓度的升高, 减轻氧化型低密度脂蛋白对内皮细胞的毒 性作用, 组织中V E的含量与脂质过氧化水平呈显著的负相关. 对于脑保护作用可能是通过提高组织内VE水平, 保护细胞膜 及细胞器膜上不饱和脂肪酸免受过氧化损害, 较好地维护脑
19、组 织中 S O D含量和活性等而实现的.S O D活性增加将有利子脑 组织内自由基的清除, 阻断自由基引起的脑组织继发性损害. 在完全饥饿时, 谷氨酸胺和 L一精氨酸已经成为必需氨基 酸, 可以通过补充二者提高脑代谢所需的能源物质和氮源物质, 它们也能增加脑内谷胧甘肚的水平. 提高脑的抗氧化能力. 另外 L-精氨酸可以减少0:的生成来减少 N ( 一 对脑组织的损害 作用。而R 一胡萝 卜 素和VE的作用则体现在减少脂质过氧化 和自由基反应方面。组织中VE的含量与脂质过氧化水平呈显 著的负相关, 而B C又是一种较强的抗氧化物质, 可抑制体内自 由基的过量产生, 并减少自由基对组织细胞的损伤
20、, 从而稳定了 细胞膜和细胞器的功能.这四种营养剂独自 对脑的作用都已明 确, 它们联合应用互相促进了彼此的作用, 提高了营养剂的功 效 . 参考文献 1 K a p l a n B . C o r r e la t i o n s b e t w e e n l ip id p e r o x id e a n d g l u ta t h i o n e l e v e ls in v it a m in C s u p p le m e n te d f a s t in g g u i n e a p ig s J . Ha r m Me t a b R e s , 1 9 9 6 ,
21、2 7 ( 9 ) :4 1 9 一 4 2 0 2 S h a h e e n A A, A b d E L一F a tt a h A A , G a d MZ . E f f e c t 。 v a r i o u s - e s s o r s o n t h e le v e l o f l ip id p e r o x id e , a n t io x id a n t s a n d N a , K 一 A T P a se a e t i v i ty in r a t b ra i n 口 . E x p e r ie n t ia , 1 9 9 6 , 5 2 ( 4
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