有选择地降低吸烟的有害成分.ppt

1,有选择地减少吸烟的有害成分,赵保路 中国科学院生物物理研究所,1,目录,1、吸烟产生有害自由基及其生物效应。 2、吸烟有害自由基的清除作用。 3、吸烟产生尼古丁的生物功能。,1,一支燃烧的香烟就是一个微型化工厂,820oC,712oC,616oC,417oC,304oC,199oC,99.5oC,49.7oC,1,什么是自由基 具有一个不成对电子的分子或原子团。 活泼、反应性强,超氧阴离子自由基 O2-. 羟基自由基 .OH 甲基自由基 .CH3 醌类自由基 Q.,烷类自由基 L. 烷氧自由基 LO. 脂类自由基 L. 脂过氧自由基 LOO. 一氧化氮自由基 NO. 二氧化氮自由基 NO2,1,吸烟直接产生的自由基,1,吸烟气相中的自由基是在不断形成和衰变的,香烟最初燃烧生成一氧化氮，一氧化氮.在烟气流中容易和氧气反应生成二氧化氮，二氧化氮很容易和烟气中的烯烃反应生成烷基自由基 ,烷基自由基非常容易氧化生成烷氧自由基 NRO2 - NO 2NOO2-2NO2 NO2+R - RO2 + R. R. +O2 - ROO. RO2. + NO - RO. + NO2,1,吸烟直接产生自由基的捕捉检测,吸烟中产生的固相自由基的直接检测 吸烟中产生的气相自由基的自旋捕捉 PBN, DMPO ESR检测,1,吸烟间接产生的自由基,1,吸烟间接产生自由基的捕捉检测,巨噬细胞呼吸爆发产生的超氧阴离子自由基 DMPO-OOH 吸烟引起细胞膜脂质过氧化产生的脂类自由基4POBN-L,1,吸烟有害自由基致病机理,1、吸烟使a1-抗蛋白酶抑制剂失活机理 吸烟产生自由基进攻a1-抗蛋白酶使其失活 蛋白酶活化，水解肺弹性蛋白酶 引起肺气肿 2、吸烟引起脂质过氧化损伤机理 吸烟产生自由基进攻肺细胞膜，引起脂质过氧化 脂质过氧化的细胞膜可以诱导巨噬细胞在肺部聚集并活化，产生呼吸爆发，释放大量活性氧自由基 一、二级自由基共同产生细胞损伤作用,1,吸烟、脂质过氧化、自由基,吸烟烟气引起细胞膜脂质过氧化 脂质过氧化细胞膜刺激巨噬细胞在肺部聚集、活化产生活性氧自由基（脂质过氧化量的影响）,1,吸烟、脂质过氧化、自由基,吸烟、脂质过氧化、自由基,吸烟烟气引起细胞膜脂质过氧化 脂质过氧化细胞膜刺激巨噬细胞在肺部聚集、活化产生活性氧自由基（吸烟时间的影响）,1,吸烟有害自由基的清除,现有技术（四个专利） 中国科学院生物物理研究所和北京烟厂 （申请号96116865、7。1995年申请1997年公开2001年授权） 希腊黄金烟嘴公司和烟嘴研究开发公司1999年发明的Biological Filter 中国科学院生物物理研究所和 Horphag公司(专利号：00130133.0,2000年公开，2003年授权) 茶质滤觜（烟台绿宝公司）（2002年授权） 国家局组织重大项目研制的产品,1,Scavenging effect of green tea polyphenols,Scavenging effect on OH, O2-, PMA stimulated oxygen free radicals (Zhao BL : Cell Biophys. 14: 175.1989) protective effects on toxicological mechanisms of gas-phase cigarette smoke (Yang FJ. Res.Chem.Interm. 17:39,1992) Scavenging effects on lipid peroxidation in synaptosomes. (Guo Q Biochem.Biopphys.Acta 1304,210-222,1996) Scavenging effects of the structure-antioxidant activiity relationship of tea on 1O2. AAPH. DPPH (Guo Q Bichim Biophys Acta 1427,13-23,1999).,1,Structures of green tea polyphenols,EC EGC ECG EGCG,1,The scavenging effect of green tea polyphenols on the free radicals produced by GPCS,茶多酚(mg/ml) 清除率 (%) - 0.0 0 0.5 20.40.203 1.5 45.01.380 2.0 50.50.233 2.5 60.50.101 -,1,茶多酚对吸烟引起细胞损伤的保护作用,吸烟时间(s) 细胞存活率（%） TBARS (nM/ml) - 0 99.3 2.5 2.3 0.3 10 83.0 3.2 3.2 0.2 20 78.6 3.5 3.5 0.5 30 58.5 2.5 4.1 0.6 40 37.5 2.4 4.9 0.5 -,1,茶多酚滤嘴对吸烟气相自由基的清除作用,- 浓度 清除率 - 1.5%o 22.6% 3%o 27.6% 5%o 29.1% 1%o 20.0% -,1,茶多酚对吸烟急性毒性的影响,1、实验方法 (中国中医研究院，广安门医院，朝阳医院） 10只小鼠放35x35x20染毒箱中，染毒箱两侧各开1.5 mm2 小孔通气，将烟气通入染毒箱，每只烟2-3分钟，连续作业，直到小鼠染毒致死。染毒箱中CO2和O2分压在正常范围内。 2、实验结果 两种香烟烟气对小鼠存活时间的影响 - 组别 只数 体重 存活时间 毒性降低率 - 对照烟 11 28.7 1.9 60.0 18.4 实验组1 11 27.0 1.5 96.0 9.7 69.5% 对照烟 11 19.7 1.9 52.4 9.7 实验组1 11 19.6 1.5 101.3 1.3 93.3% 对照烟 11 23.7 1.9 37.4 5.1 实验组2 11 23.5 2.4 52.7 18.4 42.0% -,1,茶多酚对吸烟急性毒性的影响,大体观察及组织病理检查 1、对照组80%小鼠肺组织淤血明显，并见有肺出血，肾脏间质小血管扩张淤血，肝脏小叶中央静脉或小叶间静脉轻度扩张出血，心、脾未见异常； 2、吸食茶多酚香烟组小鼠40%小鼠肺组织亦出现间质小血管肾脏间质小血管扩张淤血，肝脏小叶中央静脉或小叶间静脉轻度扩张出血，心、脾未见异常；。,1,茶多酚对吸烟引起肺损伤的保护作用,对照,烟气处理,烟气处理茶多酚保护,1,茶多酚对动物体内骨髓细胞微核率的影响,实验方法：（中国中医研究院，广安门医院） NIH雄性小鼠 ，体重20克左右，30只随机分为3组，每组10只。分别为正常组，对照卷烟组，茶多酚卷烟组。采用被动吸烟，一支接一支，每天吸烟20分钟，第一批实验连续2天；第二批实验连续11天；第三批实验连续75天。 末次吸烟24小时处死全部动物，取骨髓放在载玻片上，加一滴小牛血清，用推片使其混匀涂成薄膜，凉干后用甲醇固定10分钟，室温凉干，再用Ciemsa 使用液染色5分钟，自来水冲洗干净，记数嗜多染红细胞（polychchromatic erythrocyte,PCE)及带微核的PCE(MNPCE)，每只记数1000个，计算微核千分率(=1 为正常）。,1,香烟烟气对小鼠骨髓细胞微核率的影响,批次 组别 动物数 微核率 降低毒性 - 一 对照组 6 11 对照烟组 10 1 1 低毒烟组 8 1 1 - 二 对照组 6 00 对照烟组 6 1 1 低毒烟组 9 1 1 - 三 对照组 20 1.851.42 对照烟组 20 14.557.06 低毒烟组 19 5.682.10 60%,1,碧萝芷（pycnogenol)对自由基的清除作用,碧萝芷是从法国沿海松树皮提取物含70%原花青素（procyanidin)及其它具有清除自由基的活性物质。 碧萝芷安全无毒副作用，在世界各地作为保健食品广泛使用（包括中国）。 可以有效清除活性氧自由基（国际公认的最有效抗氧化剂之一） 可以有效清除氮氧自由基，减少亚硝酸盐积累 可以促进细胞内抗氧化酶SOD 和catalase活性,1. Zhang D-L, Tao Y, Duan S-J, Rohdwald P, Zhao B-L: Toxicol Indus Health 18,215-224,2002.,1,碧萝芷的主要成分,Procyonidin Catachin B1 B6,1,碧萝芷对吸烟气相自由基的清除作用,- 浓度 清除率 - 1.5%oo 22.6% 3%oo 27.6% 5% oo 29.1% 1%o 20.0% -,1,碧萝芷对吸烟急性毒性的影响,1、实验方法(中国中医研究院，广安门医院，朝阳医院） 10只小鼠放35x35x20染毒箱中，染毒箱两侧各开1.5 mm2 小孔通气，将烟气通入染毒箱，每只烟2-3分钟，连续作业，直到小鼠染毒致死。染毒箱中CO2和O2分压在正常范围内。 2、实验结果 两种香烟烟气对小鼠存活时间的影响 - 组别 碧萝芷浓度 只数 体重 用烟支数 存活时间 毒性降低率 - 对照烟 0 10 28.7 1.9 8 12.2 1.0 实验组1 1,5%oo 10 27.0 1.5 12 18.0 0.3 47.5% 实验组2 5.0%oo 10 28.5 2.4 14 20.8 0.08 70.5% 正常组 10 30.1 2.1 -,1,碧萝芷对吸烟急性毒性的影响,大体观察及组织病理检查 1、对照组80%小鼠肺组织淤血明显，并见有肺出血，肾脏间质小血管扩张淤血，肝脏小叶中央静脉或小叶间静脉轻度扩张出血，心、脾未见异常； 2、吸食1.5%oo碧萝芷香烟组小鼠40%小鼠肺组织亦出现间质小血管肾脏间质小血管扩张淤血，肝脏小叶中央静脉或小叶间静脉轻度扩张出血，心、脾未见异常； 3、吸食5%oo碧萝芷香烟组小鼠，无一例小鼠出现任何异常病理学改变。,1,碧萝芷对吸烟引起细菌致突变的影响（Ames实验）,1、实验方法(中国中医研究院，广安门医院，卫生部食品卫生监督检验所） 用冷丙酮收集吸烟气相凝集物 菌株：选用合格的组氨酸营养缺乏型鼠伤寒沙门氏杆菌突变株TA98 Ames 实验方法 2、结果 碧萝芷香烟烟气凝聚物对TA98的Ames实验结果 - 剂量(mg）对照烟 含1.5%oo碧萝芷烟 突变抑制率 含5%oo碧萝芷烟 突变抑制率 - 50 29.23.8 28.24.67 3.5% 26.52.9 10.1% 150 38.75.5 34.69.5 11.9% 31.86.1 21.6% 500 67.58.1 49.811.4 35.4% 48.48.6 39.5% -,1,碧萝芷对动物体内骨髓细胞微核率的影响,实验方法：（中国中医研究院，广安门医院） Wistar大鼠 40只随机分为4组，每组10只。分别为正常组，对照卷烟组，含1.2mg 碧萝芷卷烟组，含4.0mg碧萝芷卷烟组。采用被动吸烟，每天吸烟2次，每次14只，2次之间间隔4小时，连续75天。 末次吸烟24小时处死全部动物，取骨髓放在载玻片上，加一滴小牛血清，用推片使其混匀涂成薄膜，凉干后用甲醇固定10分钟，室温凉干，再用Ciemsa 使用液染色5分钟，自来水冲洗干净，记数嗜多染红细胞（polychchromatic erythrocyte,PCE)及带微核的PCE(MNPCE)，每只记数1000个，计算微核千分率(=1 为正常）。,1,碧萝芷对动物体内骨髓细胞微核率的影响,动物 PCE PCE/NRBC 微核率 抑制率 p(与对照） - 对照 1000 1.02 4.2 对照烟 1000 0.88 10 0 0.05 -,1,碧萝芷对吸烟引起肺损伤的保护作用,对照,烟气处理,烟气处理碧萝芷保护,1,小结,吸烟产生的自由基是吸烟导致机体损伤和引起疾病的重要有害物质，应当尽量减少和清除； 天然抗氧化剂可以有效清除吸烟产生的有害自由基，减少吸烟对机体的危害。,1,吸烟产生尼古丁的生物功能 （国家局项目）,流行病学调查显示 吸烟和parkinson disease (PD) 和Alzheimer disease (AD)成反比关系. 科学实验表明 尼古丁减轻parkinson disease (PD) 和Alzheimer disease (AD)症状 增强记忆、减少PD震颤(tremors)和运动迟缓(bradykinasis)，提高AD注意力和辨别力 抑制dopamine氧化生成 6-hydroxydopamine 尼古丁的毒副作用 重要研究课题：如何控制尼古丁含量？如何利用尼古丁？,1,尼古丁 赵保路：尼古丁的功与过。北京烟草34，23-24，2001。,尼古丁是吸烟过程烟草不完全燃烧产生的一种油状物质。尼古丁是由一个吡啶环和一个吡咯烷组成的分子。是吸烟者有快感和上瘾的主要物质。实验表明尼古丁也确实有一些毒性的物质，食入少量即可引起腹泻，呕心和痉挛，过量甚至导致神志不清。但是尼古丁也可以被用于预防和治疗一些疾病。吸烟者血液中尼古丁的高峰浓度可达0.5mM, 稳态浓度大约为0.1mM, 尼古丁在血液中的半寿期大约为2小时。,1,尼古丁受体(nAHhRs),在脑中存在着尼古丁（乙酰胆碱）受体(nAHhRs)，nAHhRs是一种配体结合的阳离子通道，有8个a-，4个b-，1个g-，d- 和e-亚型。不同激动剂激活不同nAHhRs亚型。乙酰胆碱与a/b对亚型有高结合力，尼古丁与a-7有高结合力。尼古丁可以活化神经元的突出前体或突出后体的nAHhRs，释放乙酰胆碱和非胆碱神经递质；尼古丁还能够增加脑葡萄糖吸收，进而改善老年痴呆症患者的认知能力；服用尼古丁还可以增加局部脑血流量，有利神经细胞的功能和生存。,1,胆碱能体系是AD最初靶位置,研究发现nAHhRs在脑中的缺失是AD患者的早期症状，而且和患者的认知能力的丧失明显相关。AD病人脑组织中a4 nAHhRs 受体亚型明显减少，而a7和a3 亚型并未减少。吸烟者脑组织中a4 nAHhRs 受体亚型未减少。,1,尼古丁可以激活单胺氧化酶,尼古丁可以激活单胺氧化酶逆转a7nAHhRs缺损，起到治疗精神分裂症的作用。脑神经中的尼古丁受体可能是尼古丁发挥作用的重要基础。特别是海马中的a7nAHhRs受体对学习和记忆起者重要作用。海马与学习和记忆密切相关，尼古丁有利海马突出体活化和增加长程电位。在海马中发现高浓度尼古丁受体。,1,尼古丁对自由基的清除作用,1、尼古丁对羟基自由基的清除作用； 2、尼古丁对超氧阴离子自由基的清除作用； 3、尼古丁对烟气自由基的清除作用。,Liu Q, Tao Y, Zhao B-L: Appl Mag Reson. 24,105-112,2003.,1,The scavenging effect of nicotine on the hydroxyl free radicals generated from Fenton reaction,1,.,The scavenging effect of nicotine on the superoxide free radicals system,1,.Scavenging effect of nicotine on the free radicals generated from GPCS,1,老年痴呆症,目前，我国60岁以上的老人有1.26亿，到本世纪中叶，将达到4.1亿。我国是在社会、经济不太发达，各地区发展水平又不平衡的情况下进入老龄化社会的，这种社会矛盾将给我国带来比发达国家更多、更严重的一系列医疗和社会问题。,b,1,A b引起氧化应激,A b引起细胞膜脂质过氧化 A b引起蛋白质氧化 A b抑制关键氧化酶，运输离子ATP酶运输体系 A b导致产生过氧化氢和活性氧自由基 A b导致Ca2+积累 A b可以将Cu2+还原成Cu +并形成肽自由基,1,尼古丁对老年痴呆症的预防和治疗作用 Liu Q and Zhao B-L: Brit J. Pharmocol 141，746-754，2004,尼古丁对细胞活性的保护作用； 尼古丁对A诱导海马细胞凋亡的保护作用； 尼古丁对A诱导的caspase-3活化的抑制作用； 尼古丁对A诱导海马细胞凋亡内产生活性氧的抑制作用。 尼古丁对转基因小鼠老年痴呆症的预防和治疗作用。,1,尼古丁可以明显减少A诱导的海马细胞活性减少,1,尼古丁可以明显减少A诱导的海马细胞凋亡DNA断裂的减少,1,.尼古丁可以明显减少A诱导的caspase-3活性减少,1,尼古丁可以明显减少A诱导的ROS积累减少.,1,甲氨（乙酰胆碱拮抗剂）对尼古丁抑制A-诱导caspase-3 活性的作用,1,甲氨（乙酰胆碱拮抗剂）对尼古丁清除A-诱导活性氧的作用,1,免疫化学发现尼古丁可以明显减少海马部位A沉积斑,1,Western Blot发现尼古丁可以明显减少大脑皮层和海马部位A蛋白沉积,1,尼古丁可以明显减少大脑皮层、脑干、小脑和海马部位NO 自由基产生,1,尼古丁可以明显减少大脑皮层、脑干、小脑和海马部位NOS活性,1,尼古丁可以明显减少大脑皮层、脑干、小脑和海马部位NOS表达,1,尼古