毒性機制詳解

第四章毒性機制

214February2023第四章毒性機制第一節(jié)外源化學(xué)物的增毒與終毒物的形成第二節(jié)終毒物與靶分子的反應(yīng)第三節(jié)細胞功能障礙與毒性314February2023

中毒是有毒化學(xué)物與機體交互作用，導(dǎo)致機體的功能或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良改變的結(jié)果。除與機體自身有關(guān)外，主要取決于化學(xué)物暴露的程度與途徑。414February2023中毒表現(xiàn)多種多樣，毒性機制不一。

與靶分子反應(yīng)，引起細胞功能失調(diào)；對生物學(xué)環(huán)境(微環(huán)境)產(chǎn)生有害的影響，引起分子、細胞器、細胞或器官等不同水平的功能失調(diào)，導(dǎo)致毒效應(yīng)。514February2023總體把握：

化學(xué)物對生物體的原發(fā)性毒作用可分為：物理性毒作用、化學(xué)性毒作用和生理性毒作用。由于不同毒作用間存在著相互聯(lián)系或相互影響，故對某一化合物來說可能在毒作用發(fā)展過程中，先后或同時有幾種中毒機理存在。由于它的復(fù)雜性，要想正確地、完整地闡明一個化學(xué)物的毒作用機理是比較困難的。但不管怎樣，一個化學(xué)物總歸有其主要的毒作用機理。614February20231、物理性毒作用（1）脂溶性化學(xué)物能損傷皮膚的保護層或靶細胞的脂質(zhì)生物膜。如接觸有機溶劑和兩性去污劑后可發(fā)生膜的溶解。（2）惰性氣體（N2、CO2

、甲烷等）被大量吸入時，可降低肺泡中的氧分壓而造成窒息。（3）空氣中飄塵吸附有害氣體或蒸氣造成機體的危害。（4）放射性物質(zhì)對機體的輻射。714February20232、化學(xué)性毒作用（1）強酸強堿的腐蝕作用。（2）CO與Hb結(jié)合形成碳氧Hb癥。破壞血液攜O2

功能而造成窒息。（3）氰化物與氧化型細胞色素氧化酶的含鐵輔基相結(jié)合，使呼吸鏈的電子傳遞中斷，組織細胞不能攝取和利用氧，造成細胞內(nèi)窒息。（4）絡(luò)合劑如氰化物和二硫代氨基甲酸酯可去除金屬輔酶如銅和鋅而抑制金屬依賴性酶。814February20233、生理性毒作用（1）影響機體代謝過程：①干擾糖元的合成或分解：例如，CCl4抑制糖元轉(zhuǎn)移酶，導(dǎo)致肝糖元量減少，并損害肝細胞線粒體，障礙三羧酸循環(huán)，影響糖的氧化和產(chǎn)能。金屬有機物可阻礙腦組織中葡萄糖的氧化。②引起脂質(zhì)代謝障礙：例如，CCl4損害肝臟亞細胞結(jié)構(gòu)，使脂蛋白減少，甘油三酯堆積。③干擾蛋白質(zhì)及核酸的代謝：化學(xué)物與復(fù)制的DNA和RNA共價結(jié)合可引起致癌、致突變、和致畸等嚴重損害。④破壞機體的能量代謝：例如，二硝基酚類農(nóng)藥能使作用物氧化產(chǎn)生的能量不能用于二磷酸腺苷（ADP）的磷酸化，使氧化和磷酸化的偶聯(lián)作用被解除。914February2023（2）損害生物膜的結(jié)構(gòu)和功能：生物膜最易受到毒物的損害。例如，鉛離子能使細胞膜的脆性增加，導(dǎo)致溶血。汞作用于細胞膜的巰基，改變細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，進而損害整個細胞。麻醉性醚類等親脂性物質(zhì)在細胞膜中蓄積，從而干擾了氧和葡萄糖轉(zhuǎn)入細胞的過程。由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細胞對低氧和低血糖特別敏感，故最先受到影響。（3）干擾酶系統(tǒng)：酶往往是毒作用的靶分子。外來化合物引起的中毒反應(yīng)都要涉及正常酶活性的變化，包括酶活性的增高和抑制等。1014February2023①誘導(dǎo)作用：苯巴比妥、氯化烴類殺蟲劑等到注入大鼠體內(nèi)，可使細胞色素P-450氧化酶系大量增加，葡萄糖醛酸轉(zhuǎn)移酶活力增高，明顯加速外來化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化作用。對一些經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化而“生物活化”的化學(xué)物則使毒性增強。許多臟器或組織受到外來化學(xué)物損傷時，常見到血清中酶活性增高，例如，肝細胞損傷時，血清谷丙轉(zhuǎn)氨酶活性明顯提高；腎小球受損傷時，尿中酸性磷酸酶活性增高；腎小管受損時，尿中氨基肽酶活力增高等。1114February2023②抑制作用：外來化學(xué)物對酶活性的抑制作用較為常見。例如：有機磷農(nóng)藥抑制膽堿酯酶；鉛抑制氨基酮戊二酸脫水酶；有機氯化合物抑制K+-Na+-ATP酶等。1214February2023致死性合成：酶可被毒物在體內(nèi)合成的產(chǎn)物所抑制，此產(chǎn)物屬異常的中間代謝產(chǎn)物，可阻斷正常的中間代謝，造成生物化學(xué)損害，甚至生物死亡，稱之。例如：氟乙酸在體內(nèi)與乙酰輔酶A作用生成氟乙酰CoA，再與草酰乙酸縮合成氟檸檬酸。后者競爭地抑制烏頭酸酶，使用權(quán)檸檬酸不能轉(zhuǎn)變?yōu)楫悪幟仕岫谷人嵫h(huán)受阻，造成心臟和CNS損害。1314February2023外來化學(xué)物對酶活性的抑制方式：

A、一般性抑制，不具有特異性：例如，對某些需要特殊金屬作為活化劑的酶，對任何能置換該金屬或使該金屬失活的物質(zhì)，都可使該酶滅活。

B、特異性抑制酶活性中心：外來化學(xué)物與酶蛋白部分活性中心的功能基團如-SH，-OH，-COOH相結(jié)合，如果此酶很重要，且無其它旁路可通，則將造成細胞死亡。

C、抑制輔酶：外來化學(xué)物與酶活性必需的輔助因子競爭酶的作用部位，阻斷酶的正常功能，造成正常代謝的抑制。1414February2023（4）損害細胞大分子：有些毒物作用于細胞遺傳物質(zhì)——核酸，對機體產(chǎn)生致突變、致癌和致畸等作用。毒物對細胞遺傳物質(zhì)的作用主要包括：基因突變和染色體畸變。①基因突變:主要是外來化學(xué)物與DNA結(jié)合，包括共價結(jié)合和嵌入，使DNA鏈產(chǎn)生一些變化，形成化學(xué)致突變作用。突變的結(jié)果可能是細胞死亡或遺傳性狀的改變，亦有可能使正常細胞向腫瘤細胞轉(zhuǎn)化。②染色體畸變:化學(xué)誘變物亦可引起細胞染色體畸變，即在染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，引起嚴重后果。1514February2023（5）影響機體免疫功能：外來化學(xué)物對機體免疫功能有興奮或抑制兩方面的影響，可對機體產(chǎn)生相應(yīng)的損害。①興奮誘導(dǎo)作用：有些化學(xué)物可作為半抗原或全抗原對機體誘發(fā)Ag-Ab反應(yīng)，包括：過敏反應(yīng)、溶細胞型變態(tài)反應(yīng)、抗原-抗體免疫復(fù)合物型反應(yīng)、細胞免疫或遲發(fā)型反應(yīng)等。它們都以變態(tài)反應(yīng)為特征，故又稱化學(xué)致敏作用。引起這種作用的化學(xué)物質(zhì)為化學(xué)致敏原。1614February2023②抑制消退作用：指在免疫反應(yīng)過程中出現(xiàn)某一環(huán)節(jié)或多環(huán)節(jié)的障礙，致使免疫水平不同程度地下降。例如：臭氧、SO2等可損害呼吸器官的巨噬細胞吞噬力和粘膜纖毛的清除力，使進入體內(nèi)的微生物得以迅速增殖。有的外來化學(xué)物可損害淋巴系統(tǒng)，影響T淋巴細胞和B淋巴細胞的功能，造成免疫抑制，其后果是機體對微生物感染的易感性提高。1714February2023

第一節(jié)外源化學(xué)的增毒與終毒物的形成終毒物（ultimatetoxicant）是指與內(nèi)源靶分子（如受體、酶、DNA、微絲蛋白、脂質(zhì)）反應(yīng)或嚴重地改變生物學(xué)（微）環(huán)境、啟動結(jié)構(gòu)和（或）功能而表現(xiàn)出毒性的物質(zhì)。終毒物可為機體所暴露的原化學(xué)物（母化合物）；而另外一些毒物的毒性主要是由于其代謝物引起，生物轉(zhuǎn)化為有害產(chǎn)物的過程稱為增毒（toxication）或代謝活化（metabolicactivation）。最為多見的情況是增毒使外源化學(xué)物如氧和氧化氮（NO）轉(zhuǎn)變?yōu)椋河H電子、自由基、親核物、氧化還原性反應(yīng)物。毒效應(yīng)的強度主要取決于終毒物在其作用位點的濃度及持續(xù)時間。

1814February2023

使生物學(xué)微環(huán)境發(fā)生了不利于機體的變化；化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生了不利于機體的變化；通過生物轉(zhuǎn)化而獲得更有效地與特定受體或酶相互作用的結(jié)構(gòu)特征和反應(yīng)性。增毒作用機理1914February2023增毒使外源化學(xué)物轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

親電物（electrophiles）；自由基（freeradicals）；親核物（nucleophiles）；氧化還原性反應(yīng)物（redox-activereductants）2014February2023

毒物進入大循環(huán)前的排除；從作用部位分布到其他部位；排泄與解毒，促進終毒物在其靶部位蓄積的因素

毒物的吸收；作用部位的分布重吸收；增毒(代謝活化)減少終毒物在其靶部位蓄積的因素2114February20232214February2023

化學(xué)毒物產(chǎn)生毒性的可能途徑

化學(xué)毒物吸收、分布、代謝、排泄與靶分子相互作用細胞功能失調(diào)、損傷細胞修復(fù)功能失調(diào)毒性①②③2314February2023親電子劑的形成親電子劑是含有一個缺電子原子（帶部分或全部正電荷）的分子。該缺電子原子中的部分或全部陽電荷使其很容易通過共享電子對的方式與親核劑中富含電子的原子反應(yīng)?；瘜W(xué)物在代謝活化時形成非離子親電子劑。親電子劑經(jīng)常是在外源化合物被細胞色素P-450或其他酶氧化成酮類、環(huán)氧化物及芳烴氧化物、α,β-不飽和酮及醛類、醌類或醌亞胺類以及?；u等過程中形成的。2414February2023親電物的形成機理

插入一個氧原子，從其附著的原子中抽取一個電子，使其具有親電性。

通過氧的去電子作用而被極化，使得雙鍵碳之一發(fā)生電子缺失；鍵異裂形成陽離子親電物2514February2023由無機化學(xué)物形成親電毒物的實例

金屬汞氧化為Hg2+；

CrO42-還原為CrO33+；

AsO43-還原為AsO32-/As3+2614February2023苯并(a)芘[benzo(a)pyrene，BaP]P-4507,8-環(huán)氧苯并(a)芘7,8-二羥-BaP7,8-二羥基-9,10-環(huán)氧BaP環(huán)氧化物水解酶(終致癌物)2714February2023自由基形成自由基（freeradicals）是獨立游離存在的帶有不成對電子的分子、原子或離子。自由基主要是由于化合物的共價鍵發(fā)生均裂而產(chǎn)生。其共同特點是：具有順磁性、其化學(xué)性質(zhì)十分活潑、反應(yīng)性極高，因而半減期極短，一般僅能以μs計，作用半徑短。在與生物體有關(guān)的自由基中，最主要的是氧中心自由基，這類自由基持續(xù)不斷地在機體內(nèi)產(chǎn)生?；钚匝?reactiveoxygenspecies,ROS)這個術(shù)語實際上是一個集合名詞，不僅包括氧中心自由基如O2-??，和·OH，而且也包括某些氧的非自由基衍生物，如H2O2、單線態(tài)氧和次氯酸，甚至還包括過氧化物、氫過氧化物和內(nèi)源性脂質(zhì)及外來化合物的環(huán)氧代謝物，因為它們都含有化學(xué)性質(zhì)活潑的含氧功能基團。

2814February2023

最主要的是活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS）自由基的類型

氧中心自由基：O2-·和·OH；

氧的非自由基衍生物：H2O2、單線態(tài)氧Δg和次氯酸（HOCl），過氧化物、氫過氧化物和內(nèi)源性脂質(zhì)及外源化學(xué)物的環(huán)氧代謝物。2914February2023

分子氧的反應(yīng)性很低。氧的活性可以通過使其兩個外層電子中的一個電子改變自旋方向或依次單價還原為自由基而增加。3014February2023

雙原子氧經(jīng)單電子還原而形成，其化學(xué)特性主要取決于溶液環(huán)境。超氧陰離子自由基(O2-·)

水溶液中，弱氧化劑，能氧化某些分子（維生素C和巰基）；強還原劑，能還原幾種含鐵復(fù)合物，（細胞色素C和Fe2+-EDTA）。3114February2023O2-·是兩種增毒途徑的啟動物質(zhì)

形成過氧化氫，然后形成羥基自由基(·OH)；產(chǎn)生過氧亞硝基[peroxynitrte（ONOO-)]，最終形成二氧化氮(·NO2)和碳酸鹽陰離子自由基(CO3-·)。3214February20233314February2023

產(chǎn)生O2-·的系統(tǒng)都可產(chǎn)生H2O2。許多酶通過直接轉(zhuǎn)移2個電子給氧而產(chǎn)生H2O2。是一種弱氧化劑和弱還原劑，在缺乏過渡金屬離子時是相對穩(wěn)定的。能迅速與水混合，在機體迅速通過細胞膜擴散并被處理為水分子。過氧化氫(H2O2)3414February2023機體對抗H2O2的防御體系

過氧化氫酶（catalase）；谷胱甘肽過氧化物酶（glutathioneperoxidase）；其他過氧化物酶。3514February2023·OH是分子氧三電子還原的產(chǎn)物，是一種化學(xué)活性極強的自由基，能與任何生物分子起反應(yīng)?！H的半減期不到1μs，作用直徑很短（3nm）。羥基自由基(·OH)3614February2023·OH主要來源于金屬催化的Haber-Weiss反應(yīng)或稱Fenton型Haber-Weiss反應(yīng)。Fe3+-絡(luò)合物能加快反應(yīng)速度。Fe3++O2-·O2+Fe2+(1)Fe2++H2O2Fe3++OH-+·OH(2)O2-·+H2O2O2+OH-+·OH(3)3714February2023

臭氧是一種有毒的氧化污染物。在污染的城市空氣中存在臭氧，同時也由科學(xué)儀器和某些光復(fù)印機中使用的強光源產(chǎn)生。臭氧可損害肺，能迅速氧化蛋白質(zhì)、DNA和脂質(zhì)。臭氧3814February2023NO和NO2含奇數(shù)電子，屬自由基。氮的氧化物NO可能與O2-·反應(yīng)產(chǎn)生活性中間產(chǎn)物過氧亞硝基（ONOO-），損害許多生物分子，并能在酸性pH下降解，釋放出少量羥基自由基。3914February2023ONOO-與CO2反應(yīng)產(chǎn)生亞硝基過氧碳酸鹽（ONOOCO-），它可自發(fā)地均裂為二氧化氮（·NO2）和碳酸陰離子自由基（CO3-·）。

ONOO-及其以后的自由基形成代表著O2-·與NO的增毒機制。4014February2023

次氯酸（HOCl），強氧化劑，由活化的中性粒細胞形成。吞噬細胞胞漿中的含血紅素的酶（髓過氧化物酶）催化H2O2和氯離子形成HOCl。次氯酸H2O2+Cl-+H+HOCl+H2O4114February2023HOCl可通過依賴或不依賴鐵的反應(yīng)而形成羥基自由基。HOCl+O2-··OH+Cl·+O2HOCl+Fe2+·OH+Cl·+Fe3+4214February2023自由基的來源與類型4314February2023自由基在生物體內(nèi)來源有二：一是細胞正常生理過程產(chǎn)生；二是化學(xué)毒物在體內(nèi)代謝過程產(chǎn)生。許多外來化合物可通過各種不同途徑產(chǎn)生自由基，但其中最主要的途徑是通過氧化還原反應(yīng)（redoxcycling）。它通過加入一個單電子使化學(xué)物還原為不穩(wěn)定的中間產(chǎn)物，隨后這個電子轉(zhuǎn)移給分子氧而形成超氧陰離子自由基(O2-·)，而中間產(chǎn)物則再生為原化學(xué)物。如：百草枯(PQ++)、阿霉素(DR)和硝化呋喃托英(NF)可從還原酶接受一個電子形成自由基。自由基形成4414February2023

自由基在腫瘤、輻射損傷、老化和某些疾病發(fā)生發(fā)展中的作用得到了進一步的證實。自由基在體內(nèi)雖然不斷產(chǎn)生，但也不斷為機體的防御體系所清除。4514February2023

當(dāng)環(huán)境中的物理因素或外源化學(xué)物質(zhì)直接或間接誘導(dǎo)產(chǎn)生的大量自由基超過了機體的清除能力，或內(nèi)源性自由基產(chǎn)生和清除失去平衡，就會使機體處于氧化應(yīng)激（oxidativestress），進而造成機體的損害。4614February2023親核物的形成親核物的形成是毒物活化作用較少見的一種機制。例如：苦杏仁經(jīng)腸道β－糖苷酶催化形成氰化物；丙烯氰環(huán)氧化和隨后谷胱甘肽結(jié)合形成的氰化物；以及硝普鈉經(jīng)巰基誘導(dǎo)降解后形成氰化物，等。

4714February2023

親核物的形成是毒物活化作用較少見的一種機制。親核物的形成

丙烯腈環(huán)氧化后和谷胱甘肽結(jié)合形成氰化物；硝普鈉(sodiummitroprusside)經(jīng)巰基誘導(dǎo)降解后形成氰化物；

CO是二鹵甲烷經(jīng)過氧化脫鹵的有毒代謝產(chǎn)物；硒化氫是由亞硒酸鹽與谷胱甘肽或其他巰基反應(yīng)形成的。4814February2023氧化還原活性還原劑的形成除了上述那些機制外，還存在著一種特殊的產(chǎn)生氧化還原活性還原劑的機制。引起高鐵血紅蛋白的亞硝酸鹽，既可在小腸中由硝酸鹽經(jīng)細菌還原生成，也可由亞硝酸酯或硝酸酯與谷胱甘肽反應(yīng)而生成。還原性化合物如抗壞血酸等以及NADPH依賴性黃素酶等還原酶可使Cr6+還原為Cr5+。Cr5+反過來又可催化HO·生成。

4914February2023

硝酸鹽通過腸道細菌還原、亞硝酸酯或硝酸酯與谷胱甘肽反應(yīng)而形成亞硝酸鹽；氨苯砜(dapsone)羥胺和5-羥伯氨喹啉通過協(xié)同氧化作用而引起高鐵血紅蛋白的形成；還原劑如維生素C以及還原酶如NADPH依賴的黃素酶使Cr6+還原為Cr5+。氧化還原活性還原劑的形成5014February2023解毒（1）無功能基團毒物的解毒

一般情況下，苯和甲苯等不含功能基團化學(xué)物的解毒分兩相首先，通常由細胞色素P—450將羧基和羥基等功能基團引入分子中。隨后，通過轉(zhuǎn)移酶將內(nèi)源性酸如葡糖醛酸、硫酸或氨基酸結(jié)合到這些功能基團上。除了某些例外，多數(shù)化合物的最終產(chǎn)物無反應(yīng)活性，是易于排泄的高度親水的有機酸。5114February2023

以兩相方式解毒。最常見的是通過細胞色素P-450酶將功能基團引入到分子中，隨后發(fā)生結(jié)合反應(yīng)，形成失活的、高度親水的、易于排泄的有機酸。無功能基團毒物的解毒5214February2023（2）親電子劑的解毒

親電性毒物較為普遍的解毒方式是與親核劑谷胱苷肽結(jié)合。該結(jié)合反應(yīng)可以是自發(fā)的，也可由谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶催化。Ag+、Cd2+、Hg2+和CH3Hg+等金屬離子易與谷胱甘肽結(jié)合而解毒。親電子劑較為特殊的解毒機制是環(huán)氧化物和芳烴環(huán)氧化物被環(huán)氧化物水化酶催化分別生成二醇類及二氫二醇類化合物。其他的解毒方式還有，由DL-黃遞酶催化氫醌的雙電子還原反應(yīng)；醇脫氫酶催化α,β-不飽和醛還原成醇，或醛脫氫酶催化α,β-不飽和醛氧化成酸;金屬硫蛋白與有巰基反應(yīng)活性的金屬離子形成復(fù)合物；具有氧化-還原活性的亞鐵離子可為鐵蛋白結(jié)合解毒。解毒5314February2023

與谷胱甘肽（巰基親核物）結(jié)合，可自發(fā)地發(fā)生，也可由谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶催化。金屬離子與谷胱甘肽反應(yīng)并通過谷胱甘肽來解毒。親電物的解毒5414February2023

環(huán)氧化物水化酶催化的環(huán)氧化物與芳烴氧化物分別生物轉(zhuǎn)化為二醇類和二氫二醇類；羧基酯酶催化的有機磷酸酯殺蟲劑的水解。親電化學(xué)物解毒的特殊機制

醌經(jīng)黃遞酶(DT)雙電子還原為氫醌；

α、β-不飽和醛由醇脫氫酶還原為醇、或由醛脫氫酶氧化為酸；具有巰基反應(yīng)活性的金屬離子由金屬硫蛋白形成復(fù)合物；氧化還原活性的二價鐵由鐵蛋白形成復(fù)合物。5514February2023（3）

親核劑的解毒

親核劑一般通過親核性功能基團的結(jié)合反應(yīng)進行解毒。如羥基化合物與硫酸或葡糖醛酸結(jié)合，硫醇類與葡糖醛酸結(jié)合，胺類和肼類化合物被乙?；＿@些結(jié)合反應(yīng)可防止過氧化物酶催化親核劑生成自由基，也可防止酚類、氨基酚類、兒茶酚類以及氫醌類化合物經(jīng)生物轉(zhuǎn)化形成親電性醌類及醌亞胺類化合物。消除硫醇類、胺類及肼類化合物的另一機制是含黃素單加氧酶催化的氧化反應(yīng)。乙醇等醇類化合物可通過醇脫氫酶或醛脫氫酶催化的反應(yīng)氧化成羧酸而被解毒。硫氰酸酶催化的氰化物生成硫氰酸是較特殊的親核劑解毒機制。

解毒5614February2023

羥化的化合物：硫酸、葡萄糖醛酸結(jié)合、偶爾通過甲基化作用；巰基化合物：甲基化或葡萄糖醛酸化；胺類和肼類：乙?；?，防止由過氧化物酶催化的親核物轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫?；酚、氨基酚、兒茶酚和氫醌：生物轉(zhuǎn)化為親電性的醌和醌亞胺。親核物的解毒通過在親核功能基團上的結(jié)合反應(yīng)解毒。5714February2023

排除巰基化合物和肼類的另一個途徑是通過含黃素酶的單加氧酶類的氧化作用。

醇類經(jīng)醇及醛脫氫酶氧化為羧酸而解毒；氰化物經(jīng)硫氰酸酶生物轉(zhuǎn)化而形成硫氰酸5814February2023（4）

自由基的解毒

酶性抗氧化系統(tǒng)

aSOD：是一類含有不同輔基的金屬結(jié)合酶家族，如CuZn-SOD、Fe-SOD與Mn-SOD。它們在細胞內(nèi)定位變化很大，CuZnSOD存在多種臟器內(nèi)如肝臟、紅細胞，而Mn-SOD主要在線粒體。它的唯一生理功能是歧化超氧陰離子(O2-·)，生成H2O2和O2。

b

過氧化氫酶（CAT）：位于肝細胞和紅細胞內(nèi)過氧化小體中，其主要功能是將H2O2轉(zhuǎn)化為水。

c

GSH-Px（GPO）：在機體內(nèi)廣泛存在，能特異地催化谷胱苷肽對過氧化物的還原反應(yīng)，使過氧化物轉(zhuǎn)化為水或相應(yīng)的醇類?？勺钄嘀|(zhì)過氧化的鏈鎖反應(yīng)。

d谷胱苷肽還原酶（GR）：其分布同GSH-Px，主要功能是產(chǎn)生還原型的谷胱苷肽(GSH)，以保護機體解毒功能的執(zhí)行。

e心肌黃酶(DTdiaphorase):葡萄糖-6-磷酸脫氫酶。

解毒5914February2023

通過胞漿（Cu、Zn-SOD）和線粒體（Mn-SOD）中的SOD來實施。將O2-·轉(zhuǎn)變?yōu)镠OOH，被胞漿中含硒半胱氨酸的谷胱甘肽過氧化物酶（GPO）或過氧化物酶體系中的過氧化氫酶（CAT）還原為水。自由基的解毒O2-·的排除6014February2023·OH的半衰期極短(10-9s)，沒有任何酶能排除·OH。排除其前體H2O2是惟一有效的手段。·OH的排除6114February2023

谷胱甘肽排除自由基時，其自身被氧化，但可被谷胱甘肽還原酶所逆轉(zhuǎn)。6214February2023（4）

自由基的解毒非酶性抗氧化系統(tǒng)

在生物體系中廣泛分布著許多小分子，它們能通過非酶促反應(yīng)而清除氧自由基。例如，維生素C、維生素E、GSH、尿酸、牛磺酸和次?；撬岬?。

谷胱苷肽(GSH)參與GSH—Px的作用，使過氧化物還原為H2O和氧化型谷胱苷肽(GSSG)。有些有毒化學(xué)物可耗竭肝臟GSH而繼發(fā)脂質(zhì)過氧化，如丙烯腈、苯乙烯等。

維生素E它必須與膜結(jié)合才能發(fā)揮抗氧化作用。首先與氧自由基反應(yīng)，生成生育酚自由基，再由抗壞血酸—GSH氧化還原偶聯(lián)反應(yīng)而還原。它屬于“鏈斷裂”抗氧化劑，主要通過提供不穩(wěn)定的氧給過氧自由基和烷基自由基，從而防止脂質(zhì)過氧化。

解毒6314February2023（5）蛋白毒素的解毒

胞內(nèi)或胞外的蛋白酶可能在毒性多肽的解毒中起作用。在蛇毒中發(fā)現(xiàn)的幾種毒素(如α,β-環(huán)蛇毒素，永良部海蛇毒素，磷酯酶)中含有分子內(nèi)二硫鍵，這些二硫鍵是其保持活性必不可少的。硫氧化還原蛋白可使上述幾種蛋白失活。硫氧化還原蛋白是一種可還原必需二硫鍵的內(nèi)源性二巰基蛋白。解毒6414February2023

共底物（cosubstractes）的消耗或細胞抗氧化劑，如谷胱甘肽、維生素C和α-維生素E的耗竭，導(dǎo)致解毒失效，終毒物的蓄積。解毒過程失效1．毒物可能使解毒過程失效解毒酶耗竭6514February2023α-萘胺在肝被N-羥化并進行葡萄糖醛酸結(jié)合，以葡糖苷酸式排泄到尿中。而在膀胱中，葡糖苷酸被水解，釋放的芳基羥胺經(jīng)質(zhì)子化過程和脫水過程轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂蟹磻?yīng)性的親電子芳基硝鋪離子。3.某些結(jié)合反應(yīng)可被逆轉(zhuǎn)ONOO-使Mn-SOD失效。2．具有反應(yīng)活性的毒物使解毒酶失活6614February2023

在自由基解毒過程中產(chǎn)生如谷胱甘肽自由基和谷胱甘肽二硫化物（圖4-5）。能與蛋白巰基形成混合二硫化物，而谷胱甘肽硫基自由基（GS·）在與硫醇鹽（GS-）反應(yīng)后形成谷胱甘肽二硫化物自由基陰離子（GSSG-·），它能使O2還原為O2-·4．解毒過程產(chǎn)生潛在的有害副產(chǎn)物6714February2023第二節(jié)終毒物與靶分子的反應(yīng)實際上所有的內(nèi)源化合物都是毒物潛在的靶標(biāo)，然而毒理學(xué)上相關(guān)的靶標(biāo)是大分子，如核酸（特別是DNA）和蛋白質(zhì)。在小分子中，膜脂質(zhì)最為常見。內(nèi)源性分子作為一個靶分子必須具有合適的反應(yīng)性和（或）空間構(gòu)型，以容許終毒物發(fā)生共價或非共價反應(yīng)。為了發(fā)生這些反應(yīng)，靶分子必須接觸足夠高濃度的終毒物，因此，處于反應(yīng)活性化學(xué)物鄰近或接近它們形成部位的內(nèi)源性分子常常是靶分子?；钚源x物的第一個靶分子常常是催化這些代謝物形成的酶或鄰近的細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)，例如，負責(zé)甲狀腺激素合成的酶－甲狀腺過氧化物酶將某些親核的外源性化學(xué)物轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚宰杂苫x物，這些自由基代謝物又使甲狀腺過氧化物酶失活，這使這些化學(xué)物抗甲狀腺作用以及誘發(fā)甲狀腺腫瘤的基礎(chǔ)。6814February2023一、反應(yīng)的類型非共價結(jié)合（nonconvalentbinding）通過非極性交互作用或氫鍵與離子鍵的形成，具有代表性的是毒物與膜受體、細胞內(nèi)受體、離子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。共價結(jié)合（convalentbinding）指化學(xué)毒物或其具有活性的代謝產(chǎn)物與機體的一些重要大分子發(fā)生共價結(jié)合，從而改變核酸、蛋白質(zhì)、酶、膜脂質(zhì)等生物大分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)功能。加合物(adducts)指活性化學(xué)物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物。去氫反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移

6914February2023毒物對靶分子的影響(一)脂質(zhì)過氧化損害脂質(zhì)過氧化(lipidperoxidation)：指主要由自由基引起的多不飽和脂肪酸的氧化作用對生物膜具有強烈的破壞作用。

1.自由基的形成與脂質(zhì)過氧化的關(guān)系

①啟動階段：脂質(zhì)過氧化是由一些脂鏈側(cè)鏈甲叉碳上除去一個氫的化合物所啟動。OH·是最重要的脂質(zhì)過氧化的誘導(dǎo)物。②發(fā)展階段：已形成的自由基將作為啟動子而產(chǎn)生新的自由基，使反應(yīng)發(fā)展下去。在發(fā)展階段中，形成的自由基總數(shù)保持不變，一種自由基團可經(jīng)多種反應(yīng)轉(zhuǎn)變成另一種形式的自由基團。去氫后的碳原子形成中心自由基(L·)。與脂質(zhì)過氧化反應(yīng)關(guān)系最重要的是脂質(zhì)過氧化自由基和脂質(zhì)過氧化物的形成。③終止階段：只有二個自由基相互作用，才能使自由基反應(yīng)鏈終止，消除自由基。7014February20232．脂質(zhì)過氧化的后果

①細胞器和細胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙。②脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細胞毒性，其中特別有害的是一些不飽和醛類。③對DNA影響：一是脂質(zhì)過氧化自由基和烷基自由基可引起DNA堿基，特別是鳥嘌呤堿基的氧化；一是脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物，丙二醛可以共價結(jié)合方式導(dǎo)致DNA鏈斷裂和交聯(lián)。④對低密度脂蛋白(LDL)的作用。7114February2023（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷1．機制：

(1)對脂肪族氨基酸氧化損傷最常見的途徑為：在α-位置上將一個氫原子除去，形成C—中心自由基，再加氧其上，生成過氧基衍生物。后者分解成NH3及α-酮酸，或生成NH3、CO2與醛類或羧酸，破壞脂肪族氨基酸的結(jié)構(gòu)。

(2)芳香氨基酸很少出現(xiàn)α-除氫，而多出現(xiàn)羥基衍生物。后者可將苯環(huán)打開或在酪氨酸處交聯(lián)成二聚體。毒物對靶分子的影響7214February2023（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷1．機制：(3)由過渡金屬介導(dǎo)出現(xiàn)氧化損傷，主要通過Fenton反應(yīng)。其損傷特點為部位特異性。因為，在蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)內(nèi)只有某個或幾個金屬結(jié)合部位的氨基酸受到影響。

(4)脂質(zhì)過氧化的自由基中間產(chǎn)物作用，如烷氧自由基(LO·)和過氧自由基(LOO·)，可與過氧化脂質(zhì)緊密聯(lián)系的蛋白質(zhì)反應(yīng)。7314February2023（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷

2．后果

氧化的后果是凝集與交聯(lián)，或是蛋白質(zhì)的降解與斷裂，這主要取決于蛋白質(zhì)成分的特征及自由基的種類。對蛋白質(zhì)影響表現(xiàn)在二個方面： 直接作用 間接作用

7414February2023（三）核酸的氧化損傷

1．堿基損傷

活性氧攻擊DNA的靶位點是腺嘌呤與鳥嘌呤的C8，嘧啶的C5與C6雙鍵。其可能的機制為：①氧自由基直接作用于雙鍵部位，使之獲得一個加合基而改變其結(jié)構(gòu)。②·OH使脫氧核苷脫嘌呤，即自由基可使DNA鏈上出現(xiàn)無嘌呤或無嘧啶部位。③·OH可以自動從胸嘧啶的甲基中除去H原子。毒物對靶分子的影響7514February2023（三）核酸的氧化損傷2．DNA鏈斷裂：

①·OH對DNA的攻擊，主要針對DNA分子中的核糖部分，可能的位置在DNA分子中核糖的3’和4’碳位上，造成DNA鏈的斷裂。②自由基對胸腺嘧啶堿基作用，造成的損害經(jīng)修復(fù)酶切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。③氧化應(yīng)激可啟動細胞內(nèi)的一系列代謝過程，激活核酸酶，導(dǎo)致DNA鏈的斷裂。7614February2023（三）核酸的氧化損傷DNA鏈斷裂在基因突變的形成過程中有重要意義。DNA鏈斷裂后，有下列途徑產(chǎn)生突變：①DNA鏈斷裂造成部分堿基的缺失；②DNA鏈斷裂后，正常的細胞將啟動修復(fù)過程，多種酶可以辨別DNA內(nèi)異常，并通過切割、再合成、重合等途徑使之修復(fù)。如酶也受自由基破壞或功能難以達到修復(fù)的要求，可能造成被修復(fù)的DNA堿基的錯誤摻入和錯誤編碼；③可能引起癌基因的活化，或抑癌基因的失活。7714February2023第三節(jié)細胞功能障礙與毒性一毒物引起的細胞調(diào)節(jié)功能障礙（一）基因表達調(diào)節(jié)障礙：

1轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙：遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)錄給mRNA主要受轉(zhuǎn)錄因子（TFs）與基因的調(diào)節(jié)或啟動區(qū)域間的相互作用所控制。通過與這一區(qū)域的核苷酸序列相結(jié)合，激活的轉(zhuǎn)錄因子促進前起始復(fù)合物的形成，促使相毗鄰的基因的轉(zhuǎn)錄。外源化學(xué)物可與基因的啟動子區(qū)域、轉(zhuǎn)錄因子或前起始復(fù)合物的其他元件交互作用，然而，轉(zhuǎn)錄因子激活作用的改變似乎是最常見的方式。7814February2023一毒物引起的細胞調(diào)節(jié)功能障礙（一）基因表達調(diào)節(jié)障礙

2、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)障礙細胞外信號分子，如生長因子、細胞因子、激素和神經(jīng)遞質(zhì)能利用細胞表面受體和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)激活TFs。這些TFs控制著影響細胞周期進展、決定細胞結(jié)局的基因的轉(zhuǎn)錄活性，如c-Fos和c-Jun蛋白等。

化學(xué)物可通過多種途徑引起信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的異常，最常見的是通過改變蛋白磷酸化，偶爾也通過干擾G蛋白（Ras）的GTPase活性、破壞正常的蛋白質(zhì)－蛋白質(zhì)交互作用、建立異常的交互作用、改變信號蛋白的合成與降解。

7914February2023一毒物引起的細胞調(diào)節(jié)功能障礙（二）細胞瞬息活動的調(diào)節(jié)障礙

特定細胞正常運行的控制是通過作用與膜受體的信號分子來實施的，這些受體通過調(diào)節(jié)Ca2+進入胞漿或刺激細胞內(nèi)第二信息的酶促形成而傳遞信號。Ca2+或其他第二信息最終改變功能蛋白質(zhì)的磷酸化，改變其活性，隨后幾乎立即引起細胞功能的變化。毒物可通過中斷信號連接過程中的任何一個步驟而影響細胞的瞬息活動。8014February2023二、毒物引起的細胞維持功能改變

ATP耗竭

ATP作為生物合成的化學(xué)物質(zhì)和能量的主要來源在細胞維持中起核心作用。它對肌肉收縮和細胞骨架的聚合作用、細胞運動、細胞分裂、囊泡轉(zhuǎn)運提供能量和維持細胞形態(tài)都是必不可少的?；瘜W(xué)能通過ATP水解為ADP或AMP的形式來釋放。ADP在線粒體中由ATP合酶重新磷酸化?；瘜W(xué)物可阻礙這些過程，干擾線粒體ATP合成。細胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)失調(diào)

8114February2023細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)

細胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細胞毒性

鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制

8214February20