duli4毒作用机制

1、130 April 2022 第一节 外源化学的增毒与终毒物的形成概念：终毒物（ultimate toxicant）是指能与内源靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质）反应或严重改变其生物学结构、功能和微环境而表现出毒性的物质。 终毒物可为机体所暴露的原化学物（母化合物）；也可以是其代谢产物。 按增毒（代谢活化)原理可将外源化学物分为：亲电子剂、自由基、亲核物。第第1页页/共共31页页230 April 2022亲电子剂的形成亲电子剂亲电子剂是含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷）的分子。该缺电子是含有一个缺电子原子（带部分或全部正电荷）的分子。该缺电子原子中的部分或全部正电荷使其很容易

2、通过共享电子对的方式与亲核剂中富原子中的部分或全部正电荷使其很容易通过共享电子对的方式与亲核剂中富含电子的原子反应。含电子的原子反应。 这些亲电子剂主要是在外源化合物被细胞色素这些亲电子剂主要是在外源化合物被细胞色素P-450P-450或其他酶氧化成酮类、或其他酶氧化成酮类、环氧化物、芳烃氧化物、环氧化物、芳烃氧化物、,-,-不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤不饱和酮及醛类、醌类或醌亚胺类以及酰基卤等过程中形成。等过程中形成。第第2页页/共共31页页330 April 2022苯并苯并(a)芘芘benzo (a) pyrene，BaP 7,8-环氧苯并环氧苯并(a)芘芘 7,8-二羟二羟

3、-BaP 7,8-二羟基二羟基-9,10-环氧环氧BaP (终致癌物终致癌物)芳烃羟化酶（芳烃羟化酶（AHH）P-450与与GSH结合排出体外结合排出体外（解毒）（解毒）环氧化物环氧化物水解酶水解酶 第第3页页/共共31页页430 April 2022自由基形成自由基（free radicalsfree radicals）是指带有未配对电子的分子或离子。自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生。 特点：其化学性质十分活泼、反应性极高。 在与生物体有关的自由基中，最主要的是氧中心自由基。第第4页页/共共31页页530 April 2022自由基的来源与类型第第5页页/共共31页页630 Ap

4、ril 2022活性氧(reactive oxygen species,ROS)(reactive oxygen species,ROS)是指具有化学性质活泼的含氧功能基团物质。 包括：氧中心自由基如O O2 2- -和OHOH H H2 2O O2 2、单线态氧和次氯酸 过氧化物、氢过氧化物 外源化合物的环氧代谢产物第第6页页/共共31页页730 April 2022自由基在生物体内来源： 一是细胞正常生理过程产生； 二是化学毒物在体内代谢过程中产生。 许多外源化合物可通过各种不同途径产生自由基，但其中最主要的途径是通过氧化还原反应（redox cyclingredox cycling）。自

5、由基形成第第7页页/共共31页页830 April 2022（1）亲电子剂的解毒： 亲电性毒物较为普遍的解毒方式是与亲核剂谷胱苷肽结合。该结合反应可以是自发的，也可由谷胱甘肽-S-转移酶催化。如Ag+、Cd2+、Hg2+和CH3Hg+等金属离子易与谷胱甘肽结合而解毒。 环氧化物和芳烃环氧化物被环氧化物水化酶催化分别生成二醇类及二氢二醇类化合物。 其他的解毒方式还有，由DL-黄递酶催化氢醌的双电子还原反应；醛脱氢酶催化,-不饱和醛氧化成酸;金属硫蛋白与有巯基反应活性的金属离子形成复合物；具有氧化-还原活性的亚铁离子可为铁蛋白结合解毒。解 毒第第8页页/共共31页页930 April 2022（2

6、） 自由基的解毒： 酶类抗氧化系统（抗自由基系统）SODSOD：是一类含有不同辅基的金属结合酶家族，如CuZn-SODCuZn-SOD、Fe-SODFe-SOD与Mn-SODMn-SOD。它们在细胞内定位变化很大，CuZnSODCuZnSOD存在于多种脏器内如肝脏、红细胞，而Mn-SODMn-SOD主要在线粒体分布。它的唯一生理功能是使超氧阴离子(O(O2 2- -) )歧化反应，生成H H2 2O O2 2和O O2 2。过氧化氢酶（CATCAT）：位于肝细胞和红细胞内过氧化小体中，其主要功能是将H H2 2O O2 2转化为水和O O2 2。谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px GSH-Px

7、）：在机体内广泛存在，能特异地催化谷胱苷肽对过氧化物的还原反应，使过氧化物转化为水或相应的醇类。可阻断脂质过氧化的链锁反应。谷胱苷肽还原酶（GRGR）：其分布同GSH-PxGSH-Px，主要功能是产生还原型的谷胱苷肽(GSH)(GSH)，以保护机体解毒功能。解 毒第第9页页/共共31页页1030 April 2022 非酶类抗氧化系统 在生物体系中广泛分布着许多小分子，它们能通过非酶促反应而清除氧自由基。例如，维生素C C、维生素E E、GSHGSH、尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等。 谷胱苷肽(GSH)(GSH)参与GSH-PxGSH-Px的作用，使过氧化物还原为H H2 2O O和氧化型谷胱苷肽(

8、GSSG)(GSSG)。有些毒物可耗竭肝脏GSHGSH而继发脂质过氧化，如丙烯腈、苯乙烯等。 维生素E E 先与氧自由基反应，生成生育酚自由基（反应性较低，再由抗坏血酸-GSH-GSH氧化还原偶联反应而还原。）它通过自己与氧自由基反应，从而防止脂质中不饱和脂肪酸的过氧化。 解 毒第第10页页/共共31页页1130 April 2022第二节 终毒物与靶分子的反应 所有的内源化合物都是毒物潜在的靶标，然而毒理学上主要的靶标有两种，一是所有的内源化合物都是毒物潜在的靶标，然而毒理学上主要的靶标有两种，一是大分子物质大分子物质，如，如核酸（特别是核酸（特别是DNADNA）和蛋白质）和蛋白质；二是小分

9、子物质，如膜脂质最为常见。；二是小分子物质，如膜脂质最为常见。第第11页页/共共31页页1230 April 2022一、反应的类型：p共价结合（共价结合（convalent bindingconvalent binding）: : 指化学毒物或其代谢产物与机体的一些重要生物大分子（核酸、蛋白质、酶、指化学毒物或其代谢产物与机体的一些重要生物大分子（核酸、蛋白质、酶、膜脂质等）发生共价结合，形成加合物，从而改变这些大分子的化学结构与其膜脂质等）发生共价结合，形成加合物，从而改变这些大分子的化学结构与其生物学功能。生物学功能。加合物加合物(adducts)(adducts)指化学物与生物大分子之

10、间通过共价键形成的稳指化学物与生物大分子之间通过共价键形成的稳定复合物。如定复合物。如亲电子剂。亲电子剂。p非共价结合（非共价结合（nonconvalent bindingnonconvalent binding）: : 通过非极性交互作用或形成氢键与离子键的形式结合，具有代表性的非共价通过非极性交互作用或形成氢键与离子键的形式结合，具有代表性的非共价结合包括：毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互结合包括：毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。作用。p电子转移电子转移：如如氧化损伤。氧化损伤。 第第12页页/共共31页页1330 April 20

11、22毒物对靶分子的影响( (一一) )脂质过氧化损害：脂质过氧化损害： 第第13页页/共共31页页1430 April 2022脂质过氧化的后果：脂质过氧化的后果： 细胞器和细胞膜结构的改变和功能障碍细胞器和细胞膜结构的改变和功能障碍。脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性，其中特别脂质过氧化物的分解产物具有细胞毒性，其中特别有害的是一些不饱和醛类有害的是一些不饱和醛类。 第第14页页/共共31页页1530 April 2022（二）蛋白质的氧化损伤（二）蛋白质的氧化损伤1 1机制：机制： (1)脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为：在脂肪族氨基酸氧化损伤最常见的途径为：在-位置上将一个位置上将一个

12、氢原子除去，形成氢原子除去，形成C中心自由基，破坏脂肪族氨基酸的结构。中心自由基，破坏脂肪族氨基酸的结构。 (2)芳香氨基酸多出现羟基衍生物。后者可将苯环打开或在酪芳香氨基酸多出现羟基衍生物。后者可将苯环打开或在酪氨酸处交联成二聚体。氨酸处交联成二聚体。毒物对靶分子的影响第第15页页/共共31页页1630 April 2022(3)由过渡金属介导出的氧化损伤（由过渡金属介导出的氧化损伤（Fenton反应）。反应）。 其特点为部位特异性。因为，在蛋白质结构内只有一个或几个金属结合部位的氨基酸受到影响。其特点为部位特异性。因为，在蛋白质结构内只有一个或几个金属结合部位的氨基酸受到影响。 (4)脂质

13、过氧化的自由基中间产物（如烷氧自由基脂质过氧化的自由基中间产物（如烷氧自由基(LO)和过氧自由基和过氧自由基(LOO)）可与脂质紧密联系的蛋白质反应。）可与脂质紧密联系的蛋白质反应。第第16页页/共共31页页1730 April 2022（二）蛋白质的氧化损伤 2后果第第17页页/共共31页页1830 April 2022（三）核酸的氧化损伤：（三）核酸的氧化损伤： 1 1碱基损伤碱基损伤 活性氧攻击活性氧攻击DNADNA的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的C C8 8，嘧啶的，嘧啶的C C5 5与与C C6 6双键。双键。毒物对靶分子的影响第第18页页/共共31页页1930

14、April 20222 2DNADNA链断裂：链断裂： OHOH对对DNADNA的攻击，主要针对的攻击，主要针对DNADNA分子中的核糖部分，可能在分子中的核糖部分，可能在DNADNA分子中核糖的分子中核糖的33和和44碳位上，造成碳位上，造成DNADNA链的断裂。链的断裂。 第第19页页/共共31页页2030 April 2022第三节 细胞功能障碍与毒性一一 毒物引起细胞调节功能障碍：毒物引起细胞调节功能障碍：（一）基因表达调节障碍：（一）基因表达调节障碍： 1. 1.信号转导调节障碍：信号转导调节障碍： 细胞外信号分子细胞外信号分子( (如生长因子、细胞因子、激素和神经递质如生长因子、细

15、胞因子、激素和神经递质) )能利用细胞表面受体和细胞内信号转导网络激活转录能利用细胞表面受体和细胞内信号转导网络激活转录因子（因子（TFsTFs）。）。 化学物可通过改变蛋白磷酸化或干扰化学物可通过改变蛋白磷酸化或干扰G G蛋白（蛋白（RasRas），而引起信号转导的异常。），而引起信号转导的异常。第第20页页/共共31页页2130 April 20222 2、转录调节障碍：、转录调节障碍： 遗传信息从遗传信息从DNADNA转录给转录给mRNAmRNA时，主要受转录因子（时，主要受转录因子（TFsTFs）与基因调节或启动子区域间的相互作用所控制。）与基因调节或启动子区域间的相互作用所控制。 外

16、源化学物可与基因的启动子区域、转录因子等交互作用，使其激活作用改变。外源化学物可与基因的启动子区域、转录因子等交互作用，使其激活作用改变。第第21页页/共共31页页2230 April 2022二、毒物引起的细胞维持功能改变 ATP耗竭： ADP在线粒体中由ATP合成酶重新磷酸化生成。化学物可阻碍这些过程，干扰线粒体ATP合成。p细胞内Ca2+稳态失调： 第第22页页/共共31页页2330 April 2022细胞内钙稳态 在细胞静息状态下细胞内的游离在细胞静息状态下细胞内的游离Ca2+仅为仅为10-7mol/L，而细胞外液，而细胞外液Ca2+则达则达10-3mol/L,有很大的浓度差。当细胞

17、受到刺激时，则细胞内游离有很大的浓度差。当细胞受到刺激时，则细胞内游离Ca2+迅速增高可达迅速增高可达10-5mol/L，使细胞兴奋，此后再降低至，使细胞兴奋，此后再降低至10-7mol/L，恢复细胞静息状态而完成信息转递循环。，恢复细胞静息状态而完成信息转递循环。把上述把上述Ca2+浓度变化的动态平衡状态，称为浓度变化的动态平衡状态，称为细胞内钙稳态细胞内钙稳态。 Ca2+是体内第二信使。 10-7 10-5 10-7 10-5 10-710-710-710-3第第23页页/共共31页页2430 April 2022 细胞内钙稳态的作用细胞内钙稳态的作用：如肌肉收缩、神经转导、细：如肌肉收缩

18、、神经转导、细胞分泌、细胞分化和增殖。胞分泌、细胞分化和增殖。 Ca2+在细胞功能的调节中起了一种信使作用，负责在细胞功能的调节中起了一种信使作用，负责将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系统或功能将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系统或功能性蛋白。性蛋白。 第第24页页/共共31页页2530 April 2022CaCa2+2+信使作用实现 v 钙结合蛋白能介导CaCa2+2+信使作用: :如钙调蛋白(CaM)(CaM)。v CaCa2+2+对cAMPcAMP有协调或拮抗。v CaCa2+2+对蛋白激酶C(PKC)C(PKC)、磷脂酶C(PLC)C(PLC)的调节。v CaCa2+2+

19、对离子通道有有活化作用。第第25页页/共共31页页2630 April 2022细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 v重金属离子 v农药 v四氯化碳 第第26页页/共共31页页2730 April 2022重金属离子 主要有铅和镉。铅在低浓度时能激活Ca-CaMCa-CaM依赖酶系。但高浓度时与细胞内巯基结合，可抑制Ca-CaMCa-CaM依赖酶系，并呈剂量依赖的双相效应。可见铅的中毒机制中CaCa2+2+有重要意义。镉可使CaMCaM含量减少。表现为免疫系统、雄性生殖系统以及心肌等异常，可用钙调素拮抗剂来预防或减轻损伤作用。第第27页页/共共31页页2830 April 2022农药 拟除虫菊酯为神

20、经毒化合物，有研究证实它可使神经细胞内游离CaCa2+2+浓度增高。第第28页页/共共31页页2930 April 2022四氯化碳 它可抑制肝细胞微粒体CaCa2+ 2+ - - ATPaseATPase，表现为肝内质网酶活性改变及钙的蓄积。其机制可能是CClCCl4 4可在肝脏氧化产生自由基，后者攻击CaCa2+ 2+ -ATPase-ATPase上的巯基，使酶活性下降第第29页页/共共31页页3030 April 2022钙稳态失调的机制 细胞内钙稳态的失调细胞内钙稳态的失调 在细胞受损时可导致CaCa2+2+内流增加，或CaCa2+2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细胞膜向外转运Ca

21、Ca2+2+，表现为细胞内CaCa2+2+浓度不可控制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，称为细胞内钙稳态的失调。 10-710-310-7 10-5 10-7 10-5 10-7第第30页页/共共31页页3130 April 2022钙稳态失调的机制钙的浓度变化，可通过下列途径造成细胞损伤： 正常的激素和生长因子刺激CaCa2+2+信号的功能受损。 钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸内切酶。 损伤细胞骨架 损害线粒体 与细胞凋亡有关 第第31页页/共共31页页3230 April 2022自由基形成自由基（free radicalsfree radicals）是指带有未配对电子的分子

22、或离子。自由基主要是由于化合物的共价键发生均裂而产生。 特点：其化学性质十分活泼、反应性极高。 在与生物体有关的自由基中，最主要的是氧中心自由基。第第4页页/共共31页页3330 April 2022活性氧(reactive oxygen species,ROS)(reactive oxygen species,ROS)是指具有化学性质活泼的含氧功能基团物质。 包括：氧中心自由基如O O2 2- -和OHOH H H2 2O O2 2、单线态氧和次氯酸 过氧化物、氢过氧化物 外源化合物的环氧代谢产物第第6页页/共共31页页3430 April 2022（2） 自由基的解毒： 酶类抗氧化系统（抗自由基系统）SODSOD：是一类含有不同辅基的金属结合酶家族，如CuZn-SODCuZn-SOD、Fe-SODFe-SOD与Mn-SODMn-SOD。它们在