線粒體鈣超載優(yōu)選ppt資料

線粒體鈣超載第一頁，共73頁。1Inalleukaryoticcells,thecytosolicconcentrationofCa2+ions([Ca2+]C)istightlycontrolledbyinteractionsamongtransporters,pumps,channelsandbindingproteins.Finelytunedchangesin[Ca2+]Cmodulateavarietyofintracellularfunctionsrangingfrommuscularcontractiontosecretion,anddisruptionofCa2+handlingleadstocelldeath.第二頁，共73頁。2細胞(xìbāo)內鈣穩(wěn)態(tài)調節(jié)(CalciumHomeostasisinCell細胞(xìbāo)內鈣超載(calciumoverloadincell)

線粒體與鈣(mitochondriaandcalcium)第三頁，共73頁。3一、CalciumHomeostasisinCell第四頁，共73頁。4Fig.1.Ca2+distributioninthecell.HighandlowCa2+domains

aremarkedwithorangeandblue,respectively.

(From:Calciumsignalingandapoptosis,BiochemBiophysResCommun.2003May9;304(3):445-54)第五頁，共73頁。5第六頁，共73頁。6(一)鈣平衡1、鈣瞬變值[Ca2+]EC:1~10mM[Ca2+]C:0.1~10μM細胞內鈣:44%存于胞內鈣庫（肌漿網/內質網）；細胞內游離鈣僅0.005%生理性鈣瞬變值：①即細胞內鈣濃度的增加，平均(píngjūn)介于0.1~10μM之間。②鈣熒光探針（indo-1、fura-2、fluo-3AM等等）以及Aequorin（水母發(fā)光蛋白）、GFP-basedfluorescentCa2+probes（suchascameleonsandpericams）等。第七頁，共73頁。7第八頁，共73頁。8第九頁，共73頁。92.鈣移動的決定(juédìng)因素鈣的平衡和鈣的瞬變值依賴于兩組蛋白質一組負責鈣的輸入和激活(jīhuó)鈣釋放另一組負責鈣的輸出和攝取回收(1）Ca2+進入胞液的途徑(2）Ca2+離開胞液的途徑第十頁，共73頁。10(1）Ca2+進入(jìnrù)胞液的途徑

Ca2+進入胞液是順濃度梯度的被動過程細胞外Ca2+跨膜入胞→細胞內Ca2+釋放細胞內Ca2+增加(zēngjiā)主要取決于內Ca2+釋放另外Ca2+還可通過Na+-Ca2+交換蛋白進入胞液第十一頁，共73頁。111）細胞膜Ca2+通道(tōngdào)①電壓依賴性Ca2+通道（voltage-dependentcalciumchannel，VDC）：其活動受膜電壓變化的影響(yǐngxiǎng)L-型(Lasting-,持續(xù)型)：特點是開啟后產生持續(xù)Ca2+內流；（*可被鈣通道阻滯劑所阻斷）T-型(Transitory,短暫型)：開放時間短暫，很快失活；N-型(Neuronal,神經型)：開放時間介于L、T型，只存在于某些神經元上。

第十二頁，共73頁。12②受體操縱性鈣通道(receptor-operatedcalciumchannel，ROC)：a配體與受體結合后→直接調節(jié)(tiáojié)鈣通道開放；b配體與受體結合后→G蛋白偶聯→調節(jié)(tiáojié)鈣通道開放；c受體與配體結合后→G蛋白偶聯→產生第二信使→修飾VDC(可能是L-型VDC)，調節(jié)(tiáojié)VDC對Ca2+的通透性▽。

第十三頁，共73頁。13eg:β1受體激動劑→G蛋白(dànbái)→AC→cAMP→PKA→磷酸化鈣通道，胞外Ca2+內流。

第十四頁，共73頁。142）細胞(xìbāo)內貯存鈣釋放的機制細胞內游離Ca2+主要貯存于內質網(ER)／肌漿網(SR)中，經Ca2+釋放通道釋放。1,4,5-三磷酸肌醇(IP3)敏感(mǐngǎn)鈣池:受IP3受體系統調控IP3不敏感(mǐngǎn)鈣池:受ryanodine受體系統調控第十五頁，共73頁。15①IP3受體系統(xìtǒng)

當IP3與IP3受體(IP3R)結合→開放鈣通道，ER/SR中的鈣釋放入胞漿中IP3R-typeⅠ介導的Ca2+釋放依賴于一定濃度的胞漿Ca2+（[Ca2+]i），呈鐘形反應(bell-shapedresponse);IP3R-typeⅡ,Ⅲ則更接近線性反應。IP3R系統釋放細胞內鈣受許多因素影響：[Ca2+]i；堿性環(huán)境中Ca2+釋放增加K+通過K+通道進入鈣池，進而(jìnér)促進Ca2+釋放肝素是IP3R的持異性拮抗劑第十六頁，共73頁。16②ryanodine受體系統(xìtǒng)在多種細胞(xìbāo)內普遍存在ryanodine受體（以下簡稱RyR）調節(jié)IP3不敏感鈣池內鈣的釋放?，F知RyR至少有3種亞型:RyR1存在于骨路肌SR上，有5032／5037個氨基酸殘基；RyR2存在于心肌上，有4967個氨基酸殘基，RyR3存在于非肌性細胞(xìbāo)上，比前兩者小得多，只有641個氨基酸殘基。第十七頁，共73頁。17Ca2+與RyR上的Ca2+結合位點結合，而觸發(fā)SR／ER釋放(shìfàng)Ca2+。這種Ca2+誘發(fā)Ca2+釋放(shìfàng)(calciuminducedcalciumrelease，CICR)的正反饋機制是RyR系統觸發(fā)Ca2+釋放(shìfàng)的特征。普魯卡因、釕紅為RyR的拮抗劑，咖啡因、ryanodine為其激動劑。第十八頁，共73頁。183）Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白:為雙向性離子轉運器，催化Na+從膜的一側轉運到另一側，以交換(jiāohuàn)Ca2+的相反方向的運動。3Na+:Ca2+，是產電的。3Na+Ca2+胞外胞內第十九頁，共73頁。19細胞受到生理剌激時,Ca2+由鈣庫釋放→線粒體產生短暫而局部的Ca2+上升→線粒體脫氫酶活性增加。目前研究證實，在多數條件下，線粒體內Ca2+的過度聚集使膜通透性轉運孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore,MPTP）開放，引起線粒體功能障礙和與啟動細胞死亡事件相關蛋白的釋放，啟動細胞死亡。了解細胞內鈣穩(wěn)態(tài)調節(jié)機制。促進氧自由基生成：次黃嘌呤1）細胞膜Ca2+通道(tōngdào)Undertheseconditions,therateofCa2+entrythroughtheuniporterexceedsthatofCa2+extrusionthroughtheexchanger,leadingtoafastincreasein[Ca2+]m.[Ca2+]i→XO↑黃嘌呤自由基↑第二十七頁，共73頁。②鈣熒光探針（indo-1、fura-2、fluo-3AM等等）以及Aequorin（水母發(fā)光蛋白）、GFP-basedfluorescentCa2+probes（suchascameleonsandpericams）等。LT：趨化性（WBC），激活MφIP3R-typeⅠ介導的Ca2+釋放依賴于一定濃度的胞漿Ca2+（[Ca2+]i），呈鐘形反應(bell-shapedresponse);IP3R-typeⅡ,Ⅲ則更接近線性反應。線粒體內Ca2+與鈣微區(qū)Increasingof[Ca2+]C,calciumoverload,istheprimarycauseofcytotoxiceffects,includingnecrosisandapoptosis,oftoxicantsandstressinducedresponses.However,prolongedchangesinCa2+distributionincludinganelevationin[Ca2+]c,[Ca2+]m,and[Ca2+]nanda[Ca2+]decreaseinERtriggeravarietyofcascadesthatleadtocelldeath.內源性兒茶酚胺釋放(shìfàng)增多再灌注(guànzhù)Na+-Ca2+交換是利用業(yè)已建立(jiànlì)起來的離子的電化學位能，即由Na+-K+ATPase建立(jiànlì)的胞內外[Na+]梯度，而不直接利用ATP。Ca2+流動的方向取決于[Na+]梯度的方向，只是后者的方向相反。Na+-Ca2+交換的可逆電位約在－15mV到－30mV之間。膜電位負于可逆電位時，Na+內向和Ca2+外向運動。反之，膜電位正于可逆電位，也即膜去極化，則Na+外向而Ca2+內向運動。第二十頁，共73頁。20(2）Ca2+離開(líkāi)胞液的途徑Ca2+離開(líkāi)胞液是逆濃度梯度、耗能的主動過程:

1)Ca2+-ATP酶2)Na+-Ca2+交換蛋白第二十一頁，共73頁。211)Ca2+-ATP酶心肌細胞主要依靠Ca2+-ATP酶轉運Ca2+回到細胞內貯存系統或移出細胞外→恢復細胞內的Ca2+穩(wěn)態(tài)。Ca2+-ATP酶有10個螺旋(luóxuán)疏水節(jié)段，稱為M1～M10。在M4，M5，M6，M8形成的一個通道中有2個對Ca2+具有很高親和力的結合位點。這10個螺旋(luóxuán)疏水節(jié)段與3個細胞質親水環(huán)相連接。親水環(huán)包含ATP結合位點和磷酸化位點。第二十二頁，共73頁。22①細胞膜Ca2+-ATP酶:利用ATP提供的能量逆細胞膜兩側高的電化學梯度泵出Ca2+，其活性受鈣調蛋白、PKA、PKC等因子的調控。②細胞器（內質網及肌漿網）鈣ATP酶：位于細胞內鈣貯存系統（細胞器）膜上，蓄積(xùjī)Ca2+到細胞器腔中。心臟和血管的肌漿網Ca2+-ATP酶構型具有特殊性，其功能調節(jié)依賴于一種輔助性跨膜蛋白----受磷蛋白。第二十三頁，共73頁。23受磷蛋白（phospholamban,PLN)受磷蛋白由五個亞基(分子量6KD)組成，每個亞基均可磷酸化，有兩個不同的磷酸化位點，分別對cAMP依賴(yīlài)的蛋白激酶A(PKA)和另一種鈣調蛋白依賴(yīlài)的蛋白激酶起反應。受磷蛋白的磷酸化→肌漿網Ca2+-ATP的跨膜結構改變，Ca2+-ATP的泵能力隨后被激活。（HF）NE↓，β-R↓→PKA↓→:Pi化PLN↓,非Pi化PLN↑→心肌舒張功能障礙第二十四頁，共73頁。242)Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白在細胞(xìbāo)內高鈣時作為鈣輸出系統工作Na+-Ca2+交換其轉運Ca2+的速率高，約為鈣泵的幾十倍。Ca2+3Na+胞外胞內第二十五頁，共73頁。25第二十六頁，共73頁。26舉例：給予β-激動劑→心肌(xīnjī)收縮力↑，舒張速率↑

L-VDCPLNCa2+-ATPaseCa2+-ATPase第二十七頁，共73頁。27二、細胞(xìbāo)內鈣超載

第二十八頁，共73頁。28Temporallyandspatiallyorganizedincreasesin[Ca2+]c,[Ca2+]m,and[Ca2+]nrepresentoneofthemostcommonlyusedintracellularsignals.However,prolongedchangesinCa2+distributionincludinganelevationin[Ca2+]c,[Ca2+]m,and[Ca2+]nanda[Ca2+]decreaseinERtriggeravarietyofcascadesthatleadtocelldeath.第二十九頁，共73頁。291972年Shen和Jennings發(fā)現犬心臟冠狀動脈短暫閉塞后復灌可加速細胞內Ca2+的積聚,并首次提出鈣超載之說,此后,Ca2+在再灌注損傷中的作用一直成為人們(rénmen)研究的重點。各種原因引起的細胞內鈣含量異常增多并導致細胞結構損傷和功能代謝障礙的現象稱為鈣超載(calciumoverload)。第三十頁，共73頁。30PossibleCorrelationofCalciumOverloadwithCytotoxicityIncreasingof[Ca2+]C,calciumoverload,istheprimarycauseofcytotoxiceffects,includingnecrosisandapoptosis,oftoxicantsandstressinducedresponses.eg.Cardiotoxicity:oxidativestress,ischemia-reperfusion;Hepatotoxicity:CCl4Immunotoxicity:glucocorticoidsKidneytoxicity:oxidativestress,heavymetalsNeurotoxicity:lead,ischemia,excitatoryaminoacid第三十一頁，共73頁。31

RoleofCalciumOverloadinCellularInjury

Relationof↑[Ca2+]Ctoearlyreversibleinjury-blebandcytoskeletalalteration-cellvolumechanges(↑)-nuclearchanges(↓)-condensationofmitochondriaRelationof↑[Ca2+]Ctoirreversibleinjury-swollenmitochondria-DNAstrandbreak第三十二頁，共73頁。32(一）Ca2+超載(chāozài)的的形態(tài)學資料電鏡：大多內流的Ca2+都局限于mito基質(jīzhì)內的致密體內（細胞Ca2+超載的顯示器）,mito內Ca2+的大量內流是再灌注收縮早期的特征現象。形態(tài)學變化：缺血40min時（肌纖維水腫、mito腫脹,無Ca2+流入mito的跡象）；再灌注時:心肌細胞超微結構的損傷（收縮帶的形成、心肌纖維的斷裂和肌纖維膜的破壞,細胞急劇腫脹,并出現mito內致密體）用Ca2+熒光探針表明：心肌缺血90秒（已發(fā)生細胞內Ca2+↑）；短暫缺血后再灌注早期（細胞內Ca2+暫時↑）；缺血30分鐘后復灌（漸進的穩(wěn)定的Ca2+↑）。第三十三頁，共73頁。33（二）Ca2+超載(chāozài)的機制1、Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)異常2、內源性兒茶酚胺釋放增多3、生物膜損傷第三十四頁，共73頁。341.Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)異常

在心肌缺血和再灌注時，Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白以反向轉運增強，成為Ca2+進入細胞的主要途徑。胞外胞內Ca2+3Na+第三十五頁，共73頁。35（1）細胞內高Na+對Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白的直接激活缺血：缺氧→ATP↓→Na+-ATPase失靈→細胞內Na+濃度升高(shēnɡɡāo)再灌注：氧，ATP→激活Na+-Ca2+交換蛋白細胞內高鈉→Na+-Ca2+交換蛋白以反向轉運的方式加速Na+向細胞外轉運，同時將大量Ca2+運入胞漿。第三十六頁，共73頁。36（2）細胞內高H+對Na+-Ca2+交換(jiāohuàn)蛋白的間接激活

Na+-H+交換(jiāohuàn)蛋白細胞膜Na+-H+交換蛋白是離子逆向(nìxiànɡ)轉運蛋白Na+-H+交換蛋白主要感受細胞內H+濃度的變化，利用H+電-化學梯度作為動力來源，以1：1的比例將細胞內H+排出細胞，而將Na+攝入細胞，這是維持細胞內pH穩(wěn)定的重要機制。Na+H+胞外胞內第三十七頁，共73頁。37缺血→無氧代謝↑→細胞內、外[H+]濃度↑再灌注→胞外[H+]↓，胞內[H+]仍高→跨膜H+濃度梯度形成→激活Na+-H+交換蛋白→促進細胞內H+排出，而細胞外Na+內流；如果內流的不能被Na+-ATPase充分排出，細胞內高鈉就可繼發(fā)性激活Na+-Ca2+交換蛋白，促進Ca2+內流，加重細胞內Ca2+超載。動物(dòngwù)實驗中應用Na+-H+交換抑制劑可減輕心肌缺血再灌注損傷，但在近年臨床患者的實驗中，Na+-H+交換抑制劑并未對高?；颊唢@示出明顯的保護作用，提示還有其他機制介導再灌注性心肌損傷。第三十八頁，共73頁。382.內源性兒茶酚胺釋放(shìfàng)增多生理條件下，心功能主要受β腎上素能受體調節(jié)，α1腎上素能受體的調節(jié)作用很小。但缺血-再灌注損傷時，內源性兒茶酚胺釋放增多，α1腎上素能受體的調節(jié)也相對起重要(zhòngyào)作用。第三十九頁，共73頁。391)α1腎上素能受體α1腎上素能受體激活G蛋白(dànbái)-磷脂酶C（PLC）介導的細胞信號轉導通路，促進磷脂酰酯醇（PI）分解，生成三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG）。①IP3與肌漿網上的IP3受體結合促進鈣池內鈣釋放；②DG進一步激活PKC，而PKC可促進Na+-H+交換，進而增加Na+-Ca2+交換，使胞漿Ca2+濃度升高第四十頁，共73頁。402)β腎上素能受體興奮(xīngfèn)β腎上素能受體興奮可通過增加L型Ca2+通道的開放促進Ca2+內流:β1受體激動劑→心肌細胞后，通過G蛋白(dànbái)偶聯激活AC→cAMP↑，激活PKA→磷酸化L型鈣通道，使其對Ca2+通透性增高，胞外Ca2+內流第四十一頁，共73頁。41在缺血前或再灌注前應用Ca2+通道阻滯劑阻斷Ca2+內流，可見細胞壞死程度減輕(jiǎnqīng)，提示Ca2+通道是細胞外Ca2+進入胞漿造成Ca2+超載的途徑之一。但在再灌注后應用Ca2+通道阻滯劑往往不能有效的防止細胞內Ca2+濃度升高。第四十二頁，共73頁。423.生物膜損傷(sǔnshāng)

細胞膜和細胞內膜性結構是維持細胞內、外以及細胞內各間區(qū)離子平衡的重要(zhòngyào)結構。生物膜損傷可使其通透性增加，細胞外Ca2+順濃度差進入細胞，或使細胞內Ca2+分布異常，加重細胞功能紊亂與結構破壞。第四十三頁，共73頁。43CellularmembraneCellularmembrane

PLA2lipidbreakupCa2+normal無Ca2+再灌注(guànzhù)glycocalyxglycocalyx(1)Ca2+反常(fǎncháng)第四十四頁，共73頁。44(2)自由基損傷膜，膜結構破壞(3)肌漿網膜損傷：Ca2+-ATP酶功能抑制，使肌漿網攝Ca2+減少(4)線粒體膜損傷：抑制氧化磷酸化，使ATP生成減少，細胞膜和肌漿網膜Ca2+-ATP酶能量供應不足，促進(cùjìn)Ca2+超載的發(fā)生；細胞膜Na+-ATP酶能量供應不足，細胞內Na+含量明顯增高，激活Na+-Ca2+交換蛋白，Ca2+內流增多。

第四十五頁，共73頁。45（三）鈣超載引起再灌注損傷(sǔnshāng)的機制1.激活多種酶：①[Ca2+]i→磷脂酶→細胞膜及細胞器膜的損傷花生四烯酸（arachidonicacid,AA)環(huán)氧合酶：PGI2，PGD2，PGE2，TXA2脂氧合酶：白三烯（LT）：LTB4、LTC4LT：趨化性（WBC），激活Mφ細胞色素P-450加單氧酶：抑制鈉泵的代謝產物(chǎnwù)②[Ca2+]i→蛋白酶→細胞膜和結構蛋白的分解AA第四十六頁，共73頁。46③[Ca2+]i→ATPase→ATP的消耗(xiāohào)↑④[Ca2+]i→核酶（ribozyme）→染色體的損傷

2.促進氧自由基生成：次黃嘌呤[Ca2+]i→XO↑黃嘌呤自由基↑尿酸3.再灌注性心律失常[Ca2+]i→Na+-Ca2+交換↑→一過性內向電流→在AP后形成延遲后除極→心律失常第四十七頁，共73頁。474.肌原纖維過度收縮（收縮帶）[Ca2+]i→肌原纖維過度收縮（收縮帶）→肌纖維斷裂Mechanism:缺血期堆積(duījī)的H+迅速移走，抑制作用↓再灌注，重新獲得ATP+[Ca2+]i肌原纖維過度收縮/甚至是不可逆性縮短損傷細胞骨架結構→心肌纖維斷裂

第四十八頁，共73頁。48實驗證據：單個心肌細胞內注射Ca2+→細胞的過度收縮結扎豬冠狀動脈前降支45min，恢復血流，經冠脈給與直接抑制肌原纖維收縮的藥物BDM→再灌注后心肌梗死的面積比對照組減少50%5.線粒體功能障礙ATP生成不足；啟動(qǐdòng)細胞的死亡是線粒體的鈣超載而不是細胞漿的鈣超載伴隨著缺血再灌注損傷第四十九頁，共73頁。49三、線粒體與鈣線粒體被認為(rènwéi)是細胞內最大的鈣池之一，生理狀態(tài)下，可以有效地緩沖細胞內Ca2+濃度變化。心肌缺血后，其損傷的發(fā)生、發(fā)展與線粒體內Ca2+穩(wěn)態(tài)失調關系密切。目前研究證實，在多數條件下，線粒體內Ca2+的過度聚集使膜通透性轉運孔（mitochondrialpermeabilitytransitionpore,MPTP）開放，引起線粒體功能障礙和與啟動細胞死亡事件相關蛋白的釋放，啟動細胞死亡。第五十頁，共73頁。50線粒體的結構：由內外兩層膜封閉，包括外膜、內膜、膜間隙和基質四個功能區(qū)隔。在肝細胞線粒體中各功能區(qū)隔蛋白質的含量依次(yīcì)為：基質67%，內膜21%，外膜8%，膜間隙4%。

線粒體結構模型第五十一頁，共73頁。51（一）線粒體內Ca2+的轉運(zhuǎnyùn)1.線粒體內Ca2+與鈣微區(qū)鈣微區(qū)（calciummicrodomain）是指當單個鈣釋放通道或小群通道開放時，形成通道口附近的局部Ca2+濃度升高。少量激活內質網上的IP3型鈣釋放通道→胞漿內鈣微區(qū)→周圍(zhōuwéi)的線粒體可感受到鈣微區(qū)→線粒體內Ca2+濃度快速上升。mito-內質網＜80nm線粒體內Ca2+聚積影響內質網對Ca2+的攝取與釋放，兩者之間可進行Ca2+循環(huán)。而且，線粒體對內質網Ca2+釋放有調節(jié)作用。第五十二頁，共73頁。522.線粒體內鈣離子(lízǐ)的轉運方式及調節(jié)產電的順向轉運Uniporter.兩種交換(jiāohuàn)：3Na+/Ca2+逆向轉運，2H+/Ca2+逆向轉運.

第五十三頁，共73頁。53(1)themitochondrialCa2+uniporter,MCUisontheinnermembrane,thePathwayofmitotakingupCa2+.Actlikeachannel,openingwithincreasedprobabilityoncethelocal[Ca2+]crises.Low-affinity:itsactivitywouldbeextremelylowatrest.TakingupCa2+attheexpensesofΔΨm(-150—200mV).可被釕紅(ruthiniumred)和La3+特異性抑制(yìzhì).

第五十四頁，共73頁。54MCUstartstobeactivatedat2~5μMoflocal[Ca2+]c.Attheaverage,[Ca2+]cisnear10μMduringactivation，buthigherCa2+concentrations(10–100μM)canbereachedatlocalcellsspots,athighCa2+microdomains.TheactivityoftheMCUisverysmallorabsentatcytosolic[Ca2+]below0.5μM,whereasitsactivityincreasesdramaticallyalongthemicromolarrange,reachingsaturationabove100μM.Global[Ca2+]cincreasingabletoactivateMCUcanalsobereachedduringCa2+overloadunderpathologicalcircumstancesanddousuallydrivetomitochondria-triggeredcelldeath.MCU第五十五頁，共73頁。55（2)Pathwayofcalciumeffluxingfrommitochondria

①Mito3Na+/Ca2+exchanger,ispredominantinheartandbrainmitochondriaandiselectrogenic②Ca2+/2H+exchanger：isnonelectrogenicandispresentinliverandkidneymitochondria③MPTParegulatedpore,whichhastwodifferentopenstatesandcanopentransiently.DuringphysiologicalCa2+signals,anincreasein[Ca2+]misfollowedbyatransientreleaseof[Ca2+]m

第五十六頁，共73頁。56ActivationofMCUoccurswhenthe[Ca2+]cintheneighbourhoodofthemitochondrialmembraneincreasestothemicromolarrange.Undertheseconditions,therateofCa2+entrythroughtheuniporterexceedsthatofCa2+extrusionthroughtheexchanger,leadingtoafastincreasein[Ca2+]m.Summarize第五十七頁，共73頁。57是線粒體的鈣超載而不是細胞漿的鈣超載伴隨著缺血再灌注(guànzhù)損傷

（二）線粒體鈣超載與細胞(xìbāo)損傷第五十八頁，共73頁。58第五十九頁，共73頁。591.線粒體鈣超載使ATP合成(héchéng)障礙生理狀態(tài)下，[Ca2+]m↑調節(jié)mito產能細胞受到生理剌激時,Ca2+由鈣庫釋放→線粒體產生短暫而局部的Ca2+上升→線粒體脫氫酶活性增加。細胞缺血→[Ca2+]m增加，線粒體脫氫酶活性增加，產生更多的ATP以滿足細胞需要。[Ca2+]m過度持續(xù)(chíxù)增加,可引起線粒體膜通透性轉運孔(MPTP)不可逆過度開放，小于1500道爾頓的分子或離子可以通過線粒體內膜，H+由此進入線粒體基質→引起ATP合成障礙。第六十頁，共73頁。60化學滲透學說：認為在氧化與磷酸化之間起偶聯作用的因素是H+的跨膜梯度.這一學說得到公認并獲得了1978年諾貝爾獎。(呼吸(hūxī)鏈在傳遞電子過程中釋放出來的能量不斷地將線粒體基質內的H+逆濃度梯度泵出線粒體內膜;H+不能自由透過線粒體內膜→在線粒體內膜兩側形成質子跨膜梯度△pH及跨膜電位△ψ→線粒體外的H+可以通過線粒體內膜上的三分子體順著H+濃度梯度進入線粒體基質中，H+順濃度梯度方向運動所釋放的自由能用于ATP的合成)第六十一頁，共73頁。612.線粒體鈣超載導致(dǎozhì)MPTP不可逆過度開放MPTP是由電位依賴性離子通道，是孔蛋白、腺苷酸移位酶及親環(huán)素D復合物在內外膜交接處構成的一種復合結構。MPTP在生理狀態(tài)下呈間斷性開放，且具有可逆性，能造成ΔΨm的降低，線粒體內Ca2+減少和內部產生自由基減少，使細胞維持正常的生理功能。若MPTP不可逆過度開放可導致ΔΨm崩潰，呼吸鏈解偶聯，ATP合成停止(tíngzhǐ)，線粒體基質外流，還原性谷胱甘肽耗竭，超氧陰離子大量產生，最終導致基質滲透壓增高，線粒體內腔腫脹。第六十二頁，共73頁。62線粒體鈣超載產生缺血再灌注損傷的重要機制之一就是線粒體基質Ca2+濃度持續(xù)升高致使線粒體內膜MPTP不可逆過度(guòdù)開放

第六十三頁，共73頁。631）MPTP開放引起細胞色素C釋放→細胞死亡(sǐwáng)：在細胞色素C含量豐富的細胞，通過快速凋亡機制包括由ApaF1(凋亡促進因子-l)介導的凋亡過程。釋放的細胞色素C參與激活凋亡的酶通路，未釋放的細胞色素C用于維持電子傳遞和氧呼吸，為凋亡進程提供ATP。由于線粒體MPTP開放，細胞色素C大量釋放，ATP產生驟減，無法維持供能，細胞走向壞死。第六十四頁，共73頁。64Fig.2.TemporalandspatialorganizationofmitochondrialdepolarizationandcytocreleaseinducedbyC2-ceramide+Ca2tandtBid.FluorescenceimagingofDWmwascarriedoutsimultaneouslywithcytocdistributionincytoc-GFP-expressingandTMRE-loadedHepG2cells.Sequential

fluorescenceimagesareshownasgreen(Fcytoc-GFP),red(FTMRE)overlays.Depolarization

appearsasalossoftheredfluorescence,whereascytocreleaseappearsasalossofthegreenfluorescence.Cytoc-GFPwasexpressedonlyinthreecellsthatareshownintheupperright

quadrant.PermeabilizedcellswerepretreatedwithC2-ceramide(40lMfor5min)beforeadditionofCa2t(50lMCaCl2)and,subsequently,tBid(25nM).IntheabsenceofC2-ceramide,arelativelysmallCa2t-induceddepolarizationandnocytoc-GFPreleasewereobserved(notshown).TheCa2t-

inducedmitochondrialdepolarizationinitiatedindiscretesubcellularregionsandpropagatedaswavesthroughcells(directionofthewaveismarkedbythewhitearrowintheupperleftimage).Timecoursesofthefluorescencechangesareplottedinthegraph.第六十五頁，共73頁。65第六十六頁，共73頁。662）

MPTP-dependentintermitochondrialcalciumsignaling

[Ca2+]m↑→theopeningoftheMPTP→releaseoftheaccumulatedCa2+→subsequentlytakenupbyadjacentmitochondria→Thismechanismmayresultinaregenerativeresponsethatspreadsthroughouttheentiremitoch