第三章高原缺氧的細胞及分子機制final

1、高原缺氧的細胞高原缺氧的細胞反應(yīng)反應(yīng)及分子機制及分子機制第三章第三章第三軍醫(yī)大學(xué)高原軍事醫(yī)學(xué)系第三軍醫(yī)大學(xué)高原軍事醫(yī)學(xué)系高原生理學(xué)與高原生物學(xué)教研室高原生理學(xué)與高原生物學(xué)教研室譚小玲譚小玲2代償性反應(yīng)代償性反應(yīng) 細胞對高原低氧的反應(yīng)細胞對高原低氧的反應(yīng)知識回顧知識回顧損傷性變化損傷性變化氧利用的能力增強：盡可能利用多一點氧氧利用的能力增強：盡可能利用多一點氧無氧酵解增強：盡可能產(chǎn)生多一點無氧酵解增強：盡可能產(chǎn)生多一點ATP肌紅蛋白增加：盡可能儲備多一點氧肌紅蛋白增加：盡可能儲備多一點氧低代謝狀態(tài)：盡可能多節(jié)約一點氧低代謝狀態(tài)：盡可能多節(jié)約一點氧細胞膜損傷：膜蛋白功能障礙、細胞水腫細胞膜損傷：膜

2、蛋白功能障礙、細胞水腫 線粒體損傷線粒體損傷溶酶體損傷：廣泛的細胞損傷、溶酶體損傷：廣泛的細胞損傷、3Oxygen homeostasis 通過呼吸循環(huán)系統(tǒng)對氧的攝取和運輸，哺乳動物細胞氧分壓維持在一個狹小通過呼吸循環(huán)系統(tǒng)對氧的攝取和運輸，哺乳動物細胞氧分壓維持在一個狹小的范圍內(nèi)，稱為氧平衡。的范圍內(nèi)，稱為氧平衡。 It impacts on many aspects of cellular and systemic physiology, including : Redox state Energy metabolism Cardiovascular Respiratory Neuroend

3、ocrine function Hematopoiesis 3-22mmHgOxygen GradientsBloodInternal organs110mmHgAirAlveolarLarge arterialSmall arterialVeins100mmHg40mmHg150 mmHg 21% O2氧降階梯氧降階梯Physiological oxygen concentration in vivo（Extracellular）Large arterialSmall arterialP02 30-40mmHgP02 50-60mmHgFrom Kerger H ,et al. Am J P

4、hysiol. 1996 Mar;270(3 Pt 2):H827-366細胞細胞內(nèi)內(nèi)氧的利用氧的利用（Intracellular）細細胞胞線粒體線粒體羥化酶等羥化酶等氧合酶等氧合酶等其它其它90%10%7Oxygen gradient around mitochondriaIntra-mitochondria:PO2: 3.8-22.5mmHgPO22mmHg,inhibitedPO21mmHg,blocked8本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 低氧感知低氧感知第二節(jié) 缺氧與基因表達缺氧與基因表達 第三節(jié) 缺氧與細胞增殖第四節(jié) 缺氧與細胞壞死和凋亡9教學(xué)要求o了解：了解：1.參與急、慢性缺氧反

5、應(yīng)的病理過程和反應(yīng)方式；參與急、慢性缺氧反應(yīng)的病理過程和反應(yīng)方式； 2.氧感受器的本質(zhì)和作用機制的幾種假說。氧感受器的本質(zhì)和作用機制的幾種假說。o理解：理解：1H2O2、Ca2+、蛋白激酶和、蛋白激酶和HIF-1在低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用；在低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用； 2理解缺氧對細胞增殖的作用和缺氧時細胞增殖的機制；理解缺氧對細胞增殖的作用和缺氧時細胞增殖的機制； 3理解缺氧誘導(dǎo)細胞凋亡和細胞壞死的觸發(fā)因素和機制。理解缺氧誘導(dǎo)細胞凋亡和細胞壞死的觸發(fā)因素和機制。o掌握：掌握： 氧感知、氧感知器、氧感知、氧感知器、HIF-1和缺氧反應(yīng)基因的概念和缺氧反應(yīng)基因的概念和種類。和種類。 10第一節(jié) 低氧感知

6、 Oxygen Sensing Under HypoxiaOxygen Sensing Under Hypoxia 11指機體從器官、組織到細胞分子水平對低氧的感應(yīng)及反應(yīng)過程。指機體從器官、組織到細胞分子水平對低氧的感應(yīng)及反應(yīng)過程。低氧感知低氧感知（Oxygen Sensing）低氧感知的要素：低氧感知的要素： 氧感知細胞氧感知細胞氧感知器（分子水平）氧感知器（分子水平）信號傳遞途徑信號傳遞途徑效應(yīng)或效應(yīng)分子效應(yīng)或效應(yīng)分子12急性反應(yīng)和慢性反應(yīng)急性反應(yīng)和慢性反應(yīng)o急性反應(yīng)：快速反應(yīng)體系急性反應(yīng)：快速反應(yīng)體系 快反應(yīng)細胞快反應(yīng)細胞 功能變化，不伴隨結(jié)構(gòu)變化功能變化，不伴隨結(jié)構(gòu)變化o慢性反應(yīng)：結(jié)構(gòu)

7、變化慢性反應(yīng)：結(jié)構(gòu)變化 所有細胞所有細胞 基因表達的變化基因表達的變化NormalHypoxiaNormalHypoxiaVascular remodelingcardiac remodeling13 1、氧攝取系統(tǒng)：肺攝氧及肺血液氧合氧攝取系統(tǒng)：肺攝氧及肺血液氧合 2、氧運輸系統(tǒng)：血液運載氧、氧運輸系統(tǒng)：血液運載氧 3、氧分配系統(tǒng)：血流、血管的構(gòu)型及功能狀態(tài)、氧分配系統(tǒng)：血流、血管的構(gòu)型及功能狀態(tài) 4、氧利用系統(tǒng)：細胞、氧利用系統(tǒng)：細胞一一. .氧感知細胞氧感知細胞機體缺氧反應(yīng)體系機體缺氧反應(yīng)體系These O2 sensing tissues or cells seem to have t

8、wo general features in common: (1) they have the capacity to directly transduce a hypoxic stimulus into a physiological response(2) there is little or no consensus regarding the actual mechanism that directly couples PO2 (or O2 concentration) to the initial effector response, i.e., the “O2 sensor.”1

9、41.1.氧感知細胞的分布氧感知細胞的分布15氣道神經(jīng)上皮小體氣道神經(jīng)上皮小體（neuroepithelial body，NEB） 氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（A A）增強肺通氣增強肺通氣維持維持肺通氣肺通氣-血流比例血流比例增強心功能增強心功能缺氧缺氧氧攝取能力增強氧攝取能力增強神經(jīng)遞質(zhì)；肽類和胺類物質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)；肽類和胺類物質(zhì)16肺動脈平滑肌肺動脈平滑肌肺血管內(nèi)皮細胞肺血管內(nèi)皮細胞氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（B B）維持維持肺通氣肺通氣-血流比例血流比例缺氧缺氧氧攝取能力增強氧攝取能力增強肺血管收縮肺血管收縮NormalHypoxia17主動脈體主動脈體和頸動

10、脈體和頸動脈體氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（氧攝取系統(tǒng)氧感受細胞（C C）呼吸加深加快呼吸加深加快缺氧缺氧PO2下降下降氧攝取能力增強氧攝取能力增強頸竇神經(jīng)頸竇神經(jīng)呼吸中樞呼吸中樞CB:Carotid body18氧運輸系統(tǒng)氧感受細胞氧運輸系統(tǒng)氧感受細胞腎小管周間質(zhì)細胞腎小管周間質(zhì)細胞EPO生成增多生成增多 造血系統(tǒng)造血系統(tǒng) 紅細胞生成增加紅細胞生成增加 缺氧缺氧氧運輸能力增強氧運輸能力增強19氧分配系統(tǒng)氧感受細胞（氧分配系統(tǒng)氧感受細胞（A A）血管平滑肌和內(nèi)皮細胞血管平滑肌和內(nèi)皮細胞VEGF表達表達血管增生血管增生 縮短氧的彌散距離縮短氧的彌散距離 缺氧缺氧20氧分配系統(tǒng)氧感受細胞（氧分配系統(tǒng)氧感受

11、細胞（B B）腎上腺嗜鉻細胞腎上腺嗜鉻細胞兒茶酚胺分泌增多兒茶酚胺分泌增多 調(diào)節(jié)血管舒縮狀態(tài)調(diào)節(jié)血管舒縮狀態(tài)血液重新分配血液重新分配 缺氧缺氧保證生命重要器官的氧供保證生命重要器官的氧供21氧利用系統(tǒng)氧感受細胞氧利用系統(tǒng)氧感受細胞細胞細胞改變基因表達，改變基因表達，如如糖酵解增強糖酵解增強降低與細胞生存無關(guān)的機能活動降低與細胞生存無關(guān)的機能活動 缺氧缺氧減少氧耗；提高氧的利用效率減少氧耗；提高氧的利用效率22o 皮膚能感知缺氧嗎？皮膚能感知缺氧嗎？Frontier field 232. 氧感知細胞分類氧感知細胞分類主動脈體和頸動脈主動脈體和頸動脈體，體，腎上腺嗜鉻細腎上腺嗜鉻細胞胞，氣道神經(jīng)上

12、皮，氣道神經(jīng)上皮細胞細胞快反應(yīng)快反應(yīng)細胞細胞慢反應(yīng)慢反應(yīng)細胞細胞快快慢慢整體或整體或局部性局部性多為細胞多為細胞自身自身分泌神經(jīng)遞質(zhì)或分泌神經(jīng)遞質(zhì)或體液因子體液因子基因表達的變基因表達的變化化舉例舉例種類種類反應(yīng)反應(yīng)速度速度影響影響作用方作用方式式機體的絕大多數(shù)細機體的絕大多數(shù)細胞胞，如骨骼肌，如骨骼肌根據(jù)缺氧對細胞膜電位的影響特性分類根據(jù)缺氧對細胞膜電位的影響特性分類24二二、氧感受器與缺氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、氧感受器與缺氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)氧感受器氧感受器（Oxygen sensor）討論：作為討論：作為Oxygen sensor，應(yīng)該具備哪些特點？，應(yīng)該具備哪些特點？Oxygen sensorO225 1.

13、 氧感受器氧感受器 Oxygen sensor 1.1.1 1 血紅素蛋白學(xué)說血紅素蛋白學(xué)說 1.1.2 2 NAD(P)HNAD(P)H氧化酶復(fù)合物學(xué)說氧化酶復(fù)合物學(xué)說 1.1.3 3 線粒體學(xué)說線粒體學(xué)說 1.1.4 4 氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說 1.1.5 5 氨基酸羥化酶學(xué)說（脯氨酸羥化酶學(xué)說）氨基酸羥化酶學(xué)說（脯氨酸羥化酶學(xué)說） 1.6 H2S .261.1 1.1 血紅素蛋白學(xué)說血紅素蛋白學(xué)說271.1 1.1 血紅素蛋白學(xué)說血紅素蛋白學(xué)說o血紅素蛋白血紅素蛋白 一系列含有卟啉環(huán)配體的蛋白質(zhì)，如血紅蛋白、細胞一系列含有卟啉環(huán)配體的蛋白質(zhì)，如血紅蛋白、細胞色素色素aa3a

14、a3、p450p450、含細胞色素、含細胞色素b558b558的輔酶的輔酶氧化酶氧化酶（NADPHNADPH）等等。o感受途徑：感受途徑： 2 2結(jié)合于血紅素分子中央的結(jié)合于血紅素分子中央的FeFe2+2+，引起血紅素蛋白構(gòu)，引起血紅素蛋白構(gòu)象變化發(fā)揮氧感受作用。象變化發(fā)揮氧感受作用。 28證據(jù)：證據(jù)：缺氧與 CoCl2、去鐵劑處理之后， Hypoxia, cobalt chloride, and nickel chloride appear to stimulate Epo production through a common pathway: 1. The inhibition of E

15、po production at low partial pressures of oxygen by carbon monoxide provides evidence that a heme protein is integrally involved in the oxygen-sensing mechanism. 2. Further support is the finding that when heme synthesis is blocked, hypoxia-, cobalt-, and nickel-induced Epo production are all marked

16、ly inhibited. 29問題是：問題是：o構(gòu)像變化如何作為信號向下傳遞的構(gòu)像變化如何作為信號向下傳遞的? ?o缺氧時血紅素蛋白的合成是下降的。缺氧時血紅素蛋白的合成是下降的。o血紅素合成抑制劑不能阻止細胞對缺氧的反應(yīng)血紅素合成抑制劑不能阻止細胞對缺氧的反應(yīng)o血紅素蛋白的種類很多，那一個或一類起關(guān)鍵作用？血紅素蛋白的種類很多，那一個或一類起關(guān)鍵作用？301.2 1.2 NAD(P)HNAD(P)H氧化酶復(fù)合物學(xué)說氧化酶復(fù)合物學(xué)說NAD(P)H oxidase (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate-oxidase) : a membran

17、e-bound enzyme complex. This enzyme belongs to the family of oxidoreductases, specifically those acting on NADH or NADPH with oxygen as acceptor. Six subunits:1. Rho guanosine triphosphatase (GTPase), usually Rac1 or Rac2 (Rac stands for Rho-related C3 botulinum toxin substrate) 2. Five phox units.

18、(Phox stands for phagocytic oxidase.) gp91-PHOX (contains heme)(Nox2) p22phox p40phox p47phox p67phox 311.2 1.2 NAD(P)HNAD(P)H氧化酶復(fù)合物學(xué)說氧化酶復(fù)合物學(xué)說Substrates: NADH, NADPH, H+, and O2Products:NAD+, NADP+, and H2O2.(1) Fe2+ + H2O2 +H+ Fe3+ + HO + H2O (2) Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HOO + H+ Oxygen-dependent chemica

19、l reactionFenton reaction and free radicals32但是：但是：ogp91-PHOX (contains heme)(Nox2) 突變，對頸動脈體缺突變，對頸動脈體缺氧反應(yīng)性沒有影響氧反應(yīng)性沒有影響331.3 1.3 線粒體學(xué)說線粒體學(xué)說 1.1.氧消耗的主要位點氧消耗的主要位點2.ROS2.ROS產(chǎn)生的場所產(chǎn)生的場所3.3.電子傳遞鏈（電子傳遞鏈（ETSETS）上有許多酶含）上有許多酶含有血紅素，如細胞色素有血紅素，如細胞色素4.ETS4.ETS抑制劑導(dǎo)致細胞缺氧抑制劑導(dǎo)致細胞缺氧5.5.缺氧首先抑制線粒體電子傳遞鏈缺氧首先抑制線粒體電子傳遞鏈功能，并引

20、起內(nèi)膜去極化，觸發(fā)細功能，并引起內(nèi)膜去極化，觸發(fā)細胞游離胞游離CaCa2+2+增多和兒茶酚胺分泌增增多和兒茶酚胺分泌增多。多。 34oETS抑制劑主要作用于細胞色素抑制劑主要作用于細胞色素1.3 1.3 線粒體學(xué)說線粒體學(xué)說Cyt592：與：與O2的親和力極低，其氧化還原轉(zhuǎn)態(tài)對缺氧十分敏感。的親和力極低，其氧化還原轉(zhuǎn)態(tài)對缺氧十分敏感。35但是但是：o0細胞：去線粒體DNA的細胞 是指一類線粒體內(nèi)DNA 缺失,無線粒體功能,依靠糖酵解存活的細胞系。1.保持缺氧刺激反應(yīng)2.保持缺氧刺激的HIF表達線粒體DNA編碼蛋白：36Corneille Heymans，BelgiumHeyman1.4 1.4

21、 氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說1938年的諾貝爾獎37離子通道氧感受機制離子通道氧感受機制缺氧缺氧神經(jīng)中樞興奮神經(jīng)中樞興奮神經(jīng)遞質(zhì)釋放神經(jīng)遞質(zhì)釋放鈣離子內(nèi)流鈣離子內(nèi)流電壓門控電壓門控Ca2+通道打開通道打開膜膜去極化去極化抑制氧敏感抑制氧敏感 K K+ +調(diào)動心肺功能調(diào)動心肺功能1.4 1.4 氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說Physiol Rev 2010; 90 :675-754381.4 1.4 氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說391.4 1.4 氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說1.哪個或哪種離子通道起主要作用？哪個或哪種離子通道起主要作用？ 離子通道種類多：離子通道

22、種類多：384？ 氧敏感的離子通道？氧敏感的離子通道？2.離子通道在不同細胞中表達種類均不同。離子通道在不同細胞中表達種類均不同。3.氧敏感鉀離子通道是研究最多的，但其氧敏感的機制不清楚。氧敏感鉀離子通道是研究最多的，但其氧敏感的機制不清楚。Proposed ion channel O2 sensing in NEB401.5 1.5 氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子Hypoxia Inducible Factor，HIF4142脯氨酸羥化酶脯氨酸羥化酶 ( (PHD)PHD)PHDsPHDsHIFsHIFs缺氧相關(guān)基因表達缺氧相關(guān)基因表達Am J Respir Cri

23、t Care Med, 2011,183:152-1561.5 1.5 氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說43氨基酸羥化氨基酸羥化酶酶FIH降低降低HIF-HIF-11轉(zhuǎn)錄活性轉(zhuǎn)錄活性: :阻斷p300的結(jié)合1.5 1.5 氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說44 在常氧時HIF-l不穩(wěn)定是由于其中脯氨酸被其羥基化酶(PHD)羥化成羥脯氨酸，使HIF-1的賴氧降解域(Oxygen dependent degradation domain, ODD)結(jié)合于一種抗癌基因表達的蛋白質(zhì)(pVHL)，經(jīng)泛素蛋白酶體途徑降解；另一方面，HIF- 1中的天冬酰胺被其羥化酶(FIH- 1)羥化成氫化天冬酰胺，通過阻

24、礙HIF-l與轉(zhuǎn)錄輔因子p300等結(jié)合而使HIF-l活性下降。低氧時該羥化酶活性降低，HIF-1中脯氨酸和天冬酰胺不被羥基化，故穩(wěn)定而不被降解，使細胞中HIF-1增多，活性增高，上調(diào)基因表達，引起細胞的缺氧反應(yīng)。 1.5 1.5 氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說451.5 1.5 氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說慢性或長期缺氧反應(yīng)中慢性或長期缺氧反應(yīng)中的氧感受器之一的氧感受器之一46 氧感受器氧感受器oxygen sensoroxygen sensor 1.1.血紅素蛋白學(xué)說血紅素蛋白學(xué)說 2.NAD(P)H 2.NAD(P)H氧化酶復(fù)合物學(xué)說氧化酶復(fù)合物學(xué)說 3. 3.線粒體學(xué)說線粒體學(xué)說

25、4. 4.氧敏感離子通道學(xué)說氧敏感離子通道學(xué)說 5. 5.氨基酸羥化酶學(xué)說氨基酸羥化酶學(xué)說 6. H2S .47oH2S 氧感受器氧感受器oxygen sensor 48Comparison of H2S (total sulfide) and O2 concentrations in homogenized cow lung (left panel) and sea lion lung (right panel) measured in real time.49頸動脈體頸動脈體缺氧缺氧HO（亞鐵血紅素加氧酶）COBK靜息膜電位靜息膜電位興奮性興奮性竇神經(jīng)竇神經(jīng)呼吸呼吸/心跳中樞心跳中樞J B

26、iol Chem,2010, 285(26):2011720127. Science, 2004, 306:209397氧感受是多途徑的綜合過程氧感受是多途徑的綜合過程50oNEB氧感受是多途徑的綜合過程氧感受是多途徑的綜合過程51氧感受的特點氧感受的特點1.1.細胞組織差異性細胞組織差異性2.2.與缺氧時程相關(guān)與缺氧時程相關(guān) 急性缺氧急性缺氧 慢性或長期缺氧慢性或長期缺氧3.3.綜合作用綜合作用SUMMARY522.2.低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 1.1.活性氧活性氧2.Ca2.Ca2+2+3.3.腺苷腺苷.第二信使第二信使MAPKAMPK.信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑532.2.1 1 第二信使

27、第二信使2.1.1 Reactive oxygen species,ROSH H2 2O O2 2o可間接激活鳥苷酸環(huán)化酶，增加cGMP的水平。而cGMP抑制低氧敏感基因的表達。 oH2O2與細胞內(nèi)的鐵離子作用，通過Feton反應(yīng)，產(chǎn)生OH。OH可與蛋白質(zhì)分子上的巰基相互作用，影響蛋白質(zhì)構(gòu)象。如HIF-1的構(gòu)象發(fā)生改變，激活其結(jié)合DNA的活性，促進低氧敏感基因的轉(zhuǎn)錄表達。 chemically reactive molecules containing oxygen542.1.2 2.1.2 CaCa2+2+CaCa2+2+是傳統(tǒng)的第二信使。低氧時細胞內(nèi)游離CaCa2+2+增加，激活與鈣相關(guān)的

28、信號通路，調(diào)控一些低氧敏感基因。偶聯(lián)氧敏感的K+離子通道氧感受器2.2.1 1 第二信使第二信使552.2 2.2 缺氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路缺氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路oAMPK“細胞能量調(diào)節(jié)器細胞能量調(diào)節(jié)器”：AMP/ATP比比值值A(chǔ)MPAMP激活的蛋白激酶，屬絲氨酸激活的蛋白激酶，屬絲氨酸/ /蘇氨酸蛋白激酶類蘇氨酸蛋白激酶類2ADP ATP +AMPA: AMPK 結(jié)構(gòu)模式圖; B: AMP 激活的AMPK 模式圖參與基因表達信號轉(zhuǎn)導(dǎo)參與基因表達信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：1.基因敲除小鼠的研究表明, 骨骼肌AMPK 表達缺失可使234 個基因表達上調(diào)和130 個基因表達下調(diào)超過2倍；2.阻斷AMPK 活性將減弱缺氧誘導(dǎo)反應(yīng)

29、, 如: HIF-1 目標(biāo)基因的表達、血管內(nèi)皮生長因子的分泌、葡萄糖攝取和HIF-1 依賴的報告基因表達56SUMMARYo了解：了解：1.參與急、慢性缺氧反應(yīng)的病理過程和反應(yīng)方式；參與急、慢性缺氧反應(yīng)的病理過程和反應(yīng)方式； 2.氧感受器的本質(zhì)和作用機制的幾種假說。氧感受器的本質(zhì)和作用機制的幾種假說。o理解：理解：1H2O2、Ca2+、蛋白激酶和蛋白激酶和HIF-1在低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用；在低氧信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用； 2理解缺氧對細胞增殖的作用和缺氧時細胞增殖的機制；理解缺氧對細胞增殖的作用和缺氧時細胞增殖的機制； 3理解缺氧誘導(dǎo)細胞凋亡和細胞壞死的觸發(fā)因素和機制。理解缺氧誘導(dǎo)細胞凋亡和細胞壞死的

30、觸發(fā)因素和機制。o掌握：掌握： 氧感知、氧感知器、氧感知、氧感知器、HIF-1和缺氧反應(yīng)基因的概念和種類。和缺氧反應(yīng)基因的概念和種類。57缺氧氧感受器效應(yīng)分子第二信使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄/翻譯調(diào)控基因表達 細胞生長細胞增殖細胞分化細胞調(diào)亡細胞壞死細胞存活，等離子轉(zhuǎn)運膜去極化/超極化血管收縮神經(jīng)遞質(zhì)分泌，等hemoproteinNADPH oxidasemitochonriaIon channelPHDs第二節(jié) 缺氧與基因表達58第二節(jié) 缺氧與基因表達缺氧反應(yīng)基因缺氧反應(yīng)基因(（hypoxia responsive gene，HRG)： 缺氧細胞通過位于細胞中的氧感受分子感受低氧信缺氧細胞通過位于細

31、胞中的氧感受分子感受低氧信號后，引起下游的基因表達發(fā)生改變，這些基因稱為缺氧號后，引起下游的基因表達發(fā)生改變，這些基因稱為缺氧反應(yīng)基因反應(yīng)基因，比較典型的是，比較典型的是VEGF、EPO等。等。 59缺氧反應(yīng)基因缺氧反應(yīng)基因的表達的表達o轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（transcription factor,TF）o缺氧反應(yīng)元件缺氧反應(yīng)元件(hypoxia response element,HRE)第二節(jié) 缺氧與基因表達60復(fù)合體復(fù)合體一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)HIF-1受氧濃度的調(diào)節(jié)受氧濃度的調(diào)節(jié)HIF-1為組成性表達為組成

32、性表達61全長全長的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)bHLHbHLH、PASPAS : HIF-1 : HIF-1與亞基與亞基HIF-1HIF-1以及靶基因序列以及靶基因序列DNADNA結(jié)合所必需的結(jié)合所必需的 NLSsNLSs: : 核定位信號區(qū)核定位信號區(qū)TADTAD: : 轉(zhuǎn)錄活化區(qū)轉(zhuǎn)錄活化區(qū)ODDODD: O: O2 2依賴的降解功能區(qū)依賴的降解功能區(qū)一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)62一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)功能調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié)63一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)

33、因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)功能調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié) HIF-1的活化調(diào)節(jié)蛋白的活化調(diào)節(jié)蛋白64一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)功能調(diào)節(jié)功能調(diào)節(jié) HIF-1的的活性抑制活性抑制蛋白蛋白65HIF-1靶基因靶基因討論：討論：HIF-1靶基因的特點有哪些？靶基因的特點有哪些？一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)缺氧誘導(dǎo)表達HIF-1結(jié)合元件討論：如何證明某個基因是不是討論：如何證明某個基因是不是HIF-1的靶基因？的靶基

34、因？66#DAPIHIF-1MergeA-tubulin6hHIF-121%O221%O2+DFXSTC2BCHIF-1ControlshRNA1% O2 6h-tubulinSTC2#討論：如何證明某個基因是不是討論：如何證明某個基因是不是HIF-1的靶基因？的靶基因？67HIF-1靶基因分類（靶基因分類（classification）一、一、缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1 (hypoxia induced factor 1,HIF-1)氧供應(yīng)氧供應(yīng)細胞代謝細胞代謝細胞生長與凋亡細胞生長與凋亡其它其它血管新生血管新生：VEGF紅細胞增生紅細胞增生：EPO糖酵解糖酵解：磷酸果糖激酶：磷酸果糖激

35、酶葡萄糖轉(zhuǎn)運葡萄糖轉(zhuǎn)運：葡萄糖轉(zhuǎn)運體：葡萄糖轉(zhuǎn)運體1（Glut1）68二、其它轉(zhuǎn)錄因子二、其它轉(zhuǎn)錄因子oAP-1oNF-BoCREBop53o.69缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的交互作用缺氧誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子的交互作用70氧感受小結(jié)氧感受小結(jié)缺氧氧感受器效應(yīng)分子第二信使信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄/翻譯調(diào)控基因表達 細胞生長細胞增殖細胞分化細胞調(diào)亡細胞壞死細胞存活，等離子轉(zhuǎn)運膜去極化/超極化血管收縮神經(jīng)遞質(zhì)分泌，等hemoproteinNADPH oxidasemitochonriaIon channelPHDs71第三節(jié) 缺氧細胞增殖與凋亡 在缺氧的作用下，不同類型細胞反應(yīng)不一。在缺氧的作用下，不同類型細胞反應(yīng)不一。有的

36、細胞會出現(xiàn)增殖肥大，如肺血管平滑肌有的細胞會出現(xiàn)增殖肥大，如肺血管平滑肌細胞（細胞（PVSMC)PVSMC)增殖、血管內(nèi)皮細胞增生、成增殖、血管內(nèi)皮細胞增生、成纖維細胞增殖、心肌細胞肥大等；相反，有纖維細胞增殖、心肌細胞肥大等；相反，有的細胞則萎縮退化，甚至凋亡壞死，如缺氧的細胞則萎縮退化，甚至凋亡壞死，如缺氧性骨胳肌萎縮等。性骨胳肌萎縮等。72一、缺氧誘導(dǎo)一、缺氧誘導(dǎo)平滑肌平滑肌細胞增殖細胞增殖肺血管平滑肌細胞具有兩種表型肺血管平滑肌細胞具有兩種表型:收縮型：收縮型：胞漿內(nèi)含豐富的肌絲，致密體及較多的胞漿內(nèi)含豐富的肌絲，致密體及較多的-actin 。合成型：合成型：細胞胞漿中參與生物合成的內(nèi)

37、質(zhì)網(wǎng)、線粒體及高爾基氏器含細胞胞漿中參與生物合成的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體及高爾基氏器含量較多，并分散存在一些肌絲束，缺乏收縮能力，但其移行、增殖以量較多，并分散存在一些肌絲束，缺乏收縮能力，但其移行、增殖以及分泌能力強。及分泌能力強。 缺氧缺氧肺血管平滑肌細胞肺血管平滑肌細胞分泌型分泌型-actin減少減少 細胞增殖細胞增殖73缺氧誘導(dǎo)細胞增殖的機制缺氧誘導(dǎo)細胞增殖的機制 缺氧促進細胞增殖因子釋放缺氧促進細胞增殖因子釋放 缺氧引起細胞增殖的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)缺氧引起細胞增殖的細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 缺氧時細胞增殖的調(diào)控基因缺氧時細胞增殖的調(diào)控基因 缺氧細胞增殖在細胞周期水平的調(diào)控缺氧細胞增殖在細胞周期水平的調(diào)控

38、一、缺氧誘導(dǎo)一、缺氧誘導(dǎo)平滑肌平滑肌細胞增殖細胞增殖74缺氧可以誘導(dǎo)缺氧可以誘導(dǎo)PVSM釋放生長因子和細胞因子釋放生長因子和細胞因子血小板源生長因子血小板源生長因子(platelet derived growth factor，PDGF) 成纖維細胞生長因子成纖維細胞生長因子(fibroblast growth factor， FGF) 上皮生長因子上皮生長因子(epidermal growth factor，EGF)胰島素樣生長因子胰島素樣生長因子(insulin like growth factor，IGF)白細胞介素白細胞介素(interleukin，IL)內(nèi)皮素內(nèi)皮素(endotheline，ET)血管緊張素血管緊張素(angiotensin ，Ang) 75c-myc、c-fos、c-jun和和c-sis基因基因Bcl-2基因和基因和BAX基因基因 ras基因基