化學(xué)毒物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)

化學(xué)毒物在體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)第1頁(yè)/共78頁(yè)

外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶所催化的反應(yīng)一般分為兩大類，稱為Ⅰ相反應(yīng)和Ⅱ相反應(yīng)。Ⅰ相反應(yīng)包括水解反應(yīng)、還原反應(yīng)和氧化反應(yīng)，這些反應(yīng)涉及暴露或引入一個(gè)功能基團(tuán)，如-OH、-NH2、-SH或-COOH，通常僅導(dǎo)致水溶性少量的增加。第2頁(yè)/共78頁(yè)Ⅱ相反應(yīng)包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙?；?、甲基化，與谷胱甘肽結(jié)合以及與氨基酸結(jié)合，如甘氨酸、?；撬岷凸劝彼?。這些反應(yīng)的輔助因素與外源化學(xué)物功能基團(tuán)反應(yīng)，功能基團(tuán)可以是外源化學(xué)物原有組成成分，也可以是經(jīng)Ⅰ相反應(yīng)引入或暴露的。大多數(shù)Ⅱ相反應(yīng)可導(dǎo)致外源化學(xué)物的水溶性顯著增加，且加速其排泄。第3頁(yè)/共78頁(yè)外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化的另一結(jié)果是改變其毒效學(xué)性質(zhì)。大多數(shù)情況是生物轉(zhuǎn)化終止了藥物的藥效作用或降低了外源化學(xué)物的毒性，但對(duì)有的毒物卻可使毒性增強(qiáng)，甚至產(chǎn)生致癌、致突變和致畸效應(yīng)，又稱為代謝活化(metabolicactivation)或生物活化。經(jīng)代謝活化生成的活性代謝產(chǎn)物可以分為4類：第4頁(yè)/共78頁(yè)①生成親電子劑，最為常見(jiàn)，苯并(a)芘和2-乙酰氨基芴的代謝活化；②生成自由基，如百草枯、硝化呋喃妥英經(jīng)催化還原，四氯化碳還原脫鹵，醌經(jīng)單電子還原，生成自由基等；③生成親核劑，少見(jiàn)，如苦杏仁苷經(jīng)腸菌群酶催化生成氰化物，二鹵甲烷經(jīng)氧化脫鹵生成一氧化碳；④生成氧化還原劑，少見(jiàn)，如硝酸鹽經(jīng)腸菌群酶催化生成亞硝酸鹽，還原酶催化Cr(VI)生成Cr(V)，Cr(V)再催化生成HO·。第5頁(yè)/共78頁(yè)(二)毒物代謝酶的基本特性生物轉(zhuǎn)化酶類底物特異性廣泛，一類或一種酶可代謝幾種外源化學(xué)物，而且還可代謝內(nèi)源性化學(xué)物如乙醇、丙酮、甾體激素、維生素A和D、膽紅素、膽酸、脂肪酸及花生酸等。生物轉(zhuǎn)化酶類在體內(nèi)持續(xù)地少量表達(dá)，可稱為結(jié)構(gòu)酶；外源化學(xué)物可刺激(誘導(dǎo))很多生物轉(zhuǎn)化酶類合成，可稱為誘導(dǎo)酶。第6頁(yè)/共78頁(yè)某些生物轉(zhuǎn)化酶具有多態(tài)性，其結(jié)構(gòu)(即氨基酸序列)和活性不同。不同個(gè)體的生物轉(zhuǎn)化酶多態(tài)性。造成外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化速度的個(gè)體差異?；瘜W(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶中氨基酸改變對(duì)催化活力的影響通常存在底物依賴性，例如，生物轉(zhuǎn)化酶的等位變體可與某些底物及抑制劑正常地相互作用，但對(duì)于其他底物則反應(yīng)異常。第7頁(yè)/共78頁(yè)有些外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化具有立體選擇性，即一種對(duì)映體(或立體異構(gòu)體)的生物轉(zhuǎn)化速率要快于另一對(duì)映體。例如，抗癲癇藥物麥山妥英，它是R-和S-型外消旋混合物，其在人體S-對(duì)映體迅速由細(xì)胞色素2C19羥化并排泄；而R-對(duì)映體則較慢。有些手性外源化學(xué)物具有抑制生物轉(zhuǎn)化酶的能力，也具有立體選擇性。而且，在某些情況非手性分子(或非手性中心)可轉(zhuǎn)變成對(duì)映體代謝物的混合物，代謝產(chǎn)物也有立體選擇性，即一種對(duì)映體要優(yōu)于其另一對(duì)映體的形成。第8頁(yè)/共78頁(yè)外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶的命名，由于其具有廣泛的和交叉的底物特異性，如按其催化反應(yīng)來(lái)命名，不可避免地造成混亂?，F(xiàn)在，許多生物轉(zhuǎn)化酶已被克隆和測(cè)序，基于單個(gè)酶的氨基酸一級(jí)序列而建立的命名系統(tǒng)可避免在命名上的混亂。第9頁(yè)/共78頁(yè)(三)毒物代謝酶的分布毒物代謝過(guò)程主要在肝臟進(jìn)行，但肝外組織也有一定代謝能力，如腎臟、小腸、肺臟和皮膚等(表3一1)。在脊椎動(dòng)物，肝臟是含外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶最豐富組織，次之為皮膚、肺臟、鼻粘膜、眼及胃腸道。此外，其他組織如腎臟、腎上腺、胰、脾、心、大腦、睪丸、卵巢、胎盤、血漿、血細(xì)胞、血小板、淋巴細(xì)胞及大動(dòng)脈等均有生物轉(zhuǎn)化酶。腸道菌群在某些外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化中起著重要的作用。由胃腸道吸收的外源化學(xué)物，肝臟和腸道上皮限制了經(jīng)口攝入外源化學(xué)物的全身生物活性作用，稱為首過(guò)消除。第10頁(yè)/共78頁(yè)第11頁(yè)/共78頁(yè)不同的組織對(duì)外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化能力的顯著區(qū)別對(duì)于解釋化學(xué)物損傷的組織特異性具有重要的毒理學(xué)意義。外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶廣泛分布于全身組織，在細(xì)胞則分布于幾種亞細(xì)胞組分。在肝臟及大多數(shù)組織中，外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化酶主要位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(微粒體)或脂質(zhì)的可溶部分(胞漿)，在線粒體、細(xì)胞核及溶酶體則較少分布。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)富含生物轉(zhuǎn)化酶是因?yàn)榻?jīng)尿液或膽汁排泄的外源化學(xué)物多為脂溶性，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)脂質(zhì)雙層中易于溶解進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。第12頁(yè)/共78頁(yè)

生物轉(zhuǎn)化的I相反應(yīng)(phaseⅠbiotransformation)主要包括氧化、還原和水解反應(yīng)

二、Ⅰ相反應(yīng)第13頁(yè)/共78頁(yè)反應(yīng)胞漿線粒體微粒體溶酶體其他

氧化

醇脫氫酶、脫氫酶、醛氧化酶、黃嘌呤氧化酶、雙胺氧化酶

醛脫氫酶、單胺氧化酶前列腺素H合成酶、黃素加單氧酶、細(xì)胞色素P-450

/

還原

偶氮和硝基還原、羰基還原、二硫還原、硫氧化物還原、醌還原

/偶氮和硝基還原、羰基還原、醌還原、還原性脫鹵

/

腸道菌群：偶氮和硝基還原血：羰基還原水解

酯酶、環(huán)氧水化酶

/

酯酶、環(huán)氧水化酶酯酶、肽酶血：酯酶、肽酶第14頁(yè)/共78頁(yè)(一)氧化作用

1．細(xì)胞色素P-450酶系微粒體細(xì)胞色素P-450酶系又稱為微粒體混合功能氧化酶(microsomalmixedfunctionoxidasem，MFO)，或單加氧酶(monooxygenase)。該酶系主要由三部分組成，即血紅素蛋白類(細(xì)胞色素P-450和細(xì)胞色素b5)、黃素蛋白類(NADPH-細(xì)胞色素P-450還原酶和NADH-細(xì)胞色素b5還原酶)和磷脂類。其中以細(xì)胞色素P-450(以下簡(jiǎn)稱為P-450)最為重要。第15頁(yè)/共78頁(yè)用苯巴比妥(PB)和3-甲基膽蒽(3-MC)處理動(dòng)物，對(duì)大鼠肝微粒體的藥物氧化代謝有不同的作用，將誘導(dǎo)型P-450分為PB型和3-MC型。后者又稱為P-448，主要存在于肝外組織，其催化的底物及其他性質(zhì)不同于P-450。目前已確定，P-450是一個(gè)蛋白質(zhì)超家族，其每一種對(duì)底物專一性有特征性譜，其中某些是P-450結(jié)構(gòu)型的，其他的是誘導(dǎo)型的。很多P-450的cDNA和基因結(jié)構(gòu)已經(jīng)闡明。這些蛋白質(zhì)根據(jù)結(jié)構(gòu)的相似性組成家族和亞族。第16頁(yè)/共78頁(yè)目前已定位了人類P-450基因組的17個(gè)基因亞族和小鼠的15個(gè)基因亞族，每個(gè)亞族代表著一緊密連接的基因簇。P-450的命名是用斜體詞根CYP代表除小鼠之外所有物種的細(xì)胞色素P-450的基因和cDNA(小鼠用Cyp)，詞根后的阿拉伯?dāng)?shù)字代表基因族，大寫英文字母代表基因亞族，字母后的阿拉伯?dāng)?shù)字代表基因亞族中的一個(gè)基因。如CYPlAl表示P-450的l基因族A亞族第1基因。所有物種P-450的mRNA和酶都用大寫字母表示。人肝臟主要含15種以上不同的生物轉(zhuǎn)化毒物和(或)內(nèi)源性底物的P-450(CYPlA2，2A6,286，2C8，2C9，2C18，2C19，2D6，2El，3A4，3A5，3A7，4A9，和4A11)。第17頁(yè)/共78頁(yè)第18頁(yè)/共78頁(yè)P(yáng)-450的催化機(jī)制：①氧化型細(xì)胞色素P-450(Fe3+)首先與RH結(jié)合形成一種復(fù)合物；②再在NADPH細(xì)胞色素P-450還原酶的作用下，由NADPH提供一個(gè)電子使其轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原型細(xì)胞色素P-450(Fe2+)復(fù)合物；③此復(fù)合物和一個(gè)分子氧結(jié)合形成含氧復(fù)合物；④Fe2+O2復(fù)合物再加上一個(gè)質(zhì)子(H+)和由NADPH-細(xì)胞色素P-450還原酶或由細(xì)胞色素b5提供的第二個(gè)電子，轉(zhuǎn)變成Fe2+OOH復(fù)合物；第19頁(yè)/共78頁(yè)⑤第二個(gè)質(zhì)子的加入使Fe2+OOH復(fù)合物裂解，形成水和(FeO)3+復(fù)合物；⑥(FeO)3+復(fù)合物將氧原子轉(zhuǎn)移到底物，生成ROH，并提供一個(gè)電子，使其中的O2活化，活化氧；⑦釋放ROH產(chǎn)物，此時(shí)P-450(Fe2+)變?yōu)镻-450(Fe3+），可再次參與氧化過(guò)程。P-450的催化機(jī)制還有些附加反應(yīng)，如果催化循環(huán)在不同的步驟中斷(解偶聯(lián))，則可分別產(chǎn)生單電子還原、生成超氧陰離子、生成過(guò)氧化氫和過(guò)氧化物旁路。第20頁(yè)/共78頁(yè)

細(xì)胞色素P-450催化下面幾種類型的氧化反應(yīng)：

(1)脂肪族或芳香族碳的羥基化；

(2)雙鍵的環(huán)氧化作用；

(3)雜原子(S-、N-、I-)的氧化和N-羥基化；

(4)雜原子(O-、S-、N-和Si-)脫烷基作用

(5)氧化基團(tuán)的轉(zhuǎn)運(yùn)；

(6)酯的裂解；

(7)脫氫作用。第21頁(yè)/共78頁(yè)P(yáng)-450催化的反應(yīng)類型舉例如下。

(1)脂肪族和芳香族的羥化(hydroxylationofallaliphaticoraromaticcarbon)：又可稱為碳羥化反應(yīng)。脂肪族在體內(nèi)的羥化往往是末端的或倒數(shù)第二個(gè)碳原子被氧化成羥基。例如：有機(jī)磷農(nóng)藥八甲磷(schradane，OMPA)末位甲基羥化生成N-羥基八甲磷，后者在體內(nèi)毒性增高，抑制膽堿酯酶的能力較八甲磷強(qiáng)10倍。大多數(shù)芳香族毒物被羥化為酚類。例如苯胺可氧化為對(duì)氨基酚、鄰氨基酚或羥基苯胺。第22頁(yè)/共78頁(yè)(2)雙鍵的環(huán)氧化(epoxidationofadoublebond)：黃曲霉毒素B1(AFBI)和氯乙烯等含雙鍵的芳香族和烯烴類毒物氧化時(shí)，常常形成環(huán)氧化中間產(chǎn)物，環(huán)氧化物不穩(wěn)定可重排而成酚類。如苯環(huán)上有鹵素取代，或是多環(huán)芳烴進(jìn)行環(huán)氧化時(shí)，則能形成較穩(wěn)定的環(huán)氧化物。很多環(huán)氧化物是親電子劑，毒性高于母體毒物。第23頁(yè)/共78頁(yè)環(huán)氧化的解毒過(guò)程包括：①非酶催化的水化；②非酶催化的與GSH反應(yīng)；③環(huán)氧化物水化酶催化的水化反應(yīng)；④谷胱甘肽s-轉(zhuǎn)移酶催化的結(jié)合反應(yīng)。第24頁(yè)/共78頁(yè)終致癌物

第25頁(yè)/共78頁(yè)(3)雜原子(S-，N-和I-)氧化和N-羥化(heteroatomoxygenationandN-hydroxylation)：含有硫醚鍵(-C-S-C-)的有機(jī)磷毒物，可在MFO的催化下進(jìn)行S-氧化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成亞砜或砜，這些氧化產(chǎn)物毒性可增高5-10倍。例如內(nèi)吸磷在體內(nèi)通過(guò)此反應(yīng)而毒性增強(qiáng)。對(duì)芳香胺毒物，可在其NH3基上進(jìn)行N-羥化生成羥氨基毒物，毒性往往較母體毒物高。如苯胺進(jìn)行N-羥化生成N-羥基苯胺，后者可導(dǎo)致血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，引起組織缺氧。第26頁(yè)/共78頁(yè)(4)雜原子(O-，S-和N-)脫烷基(heteroatomdealkylation)：氮、氧和硫原子上帶有烷基的毒物，可以發(fā)生脫烷基反應(yīng)。這些反應(yīng)過(guò)程是先使烷基氧化為羥烷基毒物，后者又分解產(chǎn)生醛或酮。如：氨基比林的N-脫烷基過(guò)程，可以產(chǎn)生甲醛。二甲基亞硝胺通過(guò)P-450的催化作用，進(jìn)行N-脫烷基反應(yīng)，進(jìn)一步產(chǎn)生有親電子劑CH3+(碳賓離子)，可使DNA發(fā)生烷化作用，致癌和致突變。第27頁(yè)/共78頁(yè)第28頁(yè)/共78頁(yè)(5)氧化基團(tuán)轉(zhuǎn)移(oxidativegrouptransfer)：氧化基團(tuán)轉(zhuǎn)移是經(jīng)P-450催化的氧化脫氨、氧化脫硫、氧化脫鹵素作用。如苯丙胺經(jīng)P-450催化氧化脫氨生成苯丙酮，釋出氨；氧化脫氨作用也可由單胺氧化酶(MAO)催化，但苯丙胺不是MAO的良好的底物。有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)硫磷經(jīng)氧化脫硫后形成對(duì)氧磷，對(duì)氧磷的大鼠經(jīng)口LD50值約為對(duì)硫磷的1／3，即毒性大3倍。第29頁(yè)/共78頁(yè)(6)酯裂解(cleavageofesters)：P-450催化磷酸酯裂解，如對(duì)硫磷氧化生成中間產(chǎn)物，此中間產(chǎn)物也可裂解生成對(duì)硝基酚和二乙基硫代磷酸。P-450催化羧酸酯裂解可生成羧酸和醛，而酯酶水解生成羧酸和醇。

R1COOCH2R2+[O]-→R1COOH+R2CHO(7)脫氫(dehydrogenation)：P-450也催化很多毒物的脫氫反應(yīng)，如尼古丁，對(duì)乙酰氨基酚(acetaminophen，撲熱息痛)。對(duì)乙酰氨基酚可脫氫活化成肝毒物N-乙酰苯醌亞胺。第30頁(yè)/共78頁(yè)2．微粒體含黃素單加氧酶肝、腎、肺等組織微粒體含一種或幾種含黃素單加氧酶(microsomalflavineontainingmonoxygenase，F(xiàn)MO)可氧化多種毒物的親核性氮、硫和磷雜原子。此酶以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)為輔酶，需要NADPH和O2。由FMO催化的很多反應(yīng)也可為P-450催化。第31頁(yè)/共78頁(yè)

與P-450酶系的不同之處是此酶不能在碳位上催化氧化反應(yīng)。FMO可催化親電子的胺氧化生成N-氧化物，催化伯胺氧化生成羥胺和肟。如苯異丙胺、芐達(dá)明、氯丙嗪、氯氮平、胍乙啶、丙咪嗪、甲苯丙胺、奧氮平及三苯氧胺等含氮藥物，可經(jīng)FMO進(jìn)行N-氧化，但大多數(shù)情況經(jīng)細(xì)胞色素P-450進(jìn)行N-氧化。FMO還可氧化含硫的外源化學(xué)物(如硫醇、硫醚、硫酮、硫代氨去甲酸鹽、甲氰咪呱和舒林酸硫化物)和磷化氫分別生成S-和P-氧化物。肼類化合物、碘化物、硒化物和含硼化合物也是FMO的底物。第32頁(yè)/共78頁(yè)經(jīng)NADPH將FAD分子還原成FADH2后，氧化性輔助因子NADP仍結(jié)合在酶上，F(xiàn)ADH2然后結(jié)合氧產(chǎn)生過(guò)氧化物(即FAD的4a-氫化過(guò)氧化黃素)這種過(guò)氧化物相對(duì)穩(wěn)定，可能是因?yàn)镕MO的活性中心由非親核性，親脂性氨基酸殘基組成。在外源化學(xué)物氧化期間，4a-氫過(guò)氧化黃素蛋白轉(zhuǎn)變成4a-羥基黃素蛋白，并將黃素蛋白過(guò)氧化物的氧轉(zhuǎn)送到底物上，F(xiàn)MO產(chǎn)生的代謝物是在外源化學(xué)物與過(guò)氧化物或過(guò)酸化物之間反應(yīng)的產(chǎn)物。與P-450不同，F(xiàn)MO在與底物結(jié)合前就與分子氧結(jié)合并使之活化。催化循環(huán)的最后一步涉及4a-羥基黃素蛋白的脫氫作用，并釋放NADP+。因?yàn)樗窍匏俜磻?yīng)，且在底物氧化后完成。第33頁(yè)/共78頁(yè)3．醇、醛、酮氧化-還原系統(tǒng)和胺氧化

(1)醇脫氫酶：醇脫氫酶(ADH)是一種含鋅酶，位于胞漿，分布于肝臟(含量最高)、腎臟、肺臟及胃粘膜。人ADH是由兩個(gè)40kDa亞單位組成二聚體蛋白質(zhì)，其亞單位有6個(gè)不同的基因位點(diǎn)(ADHl-ADH6)編碼，它們是a、p、r、π和γ以及第6個(gè)亞單位8與或者μ。第34頁(yè)/共78頁(yè)ADH依不同的分子分為四類。I型(α-ADH、β-ADH和r-ADH)主要存在于肝臟和腎上腺等，包括ADHl、ADH2和ADH3，它們是同工酶，催化乙醇及其他短鏈脂肪醇的氧化過(guò)程，吡唑可抑制酶活性。Ⅱ型(π-ADH)主要表達(dá)在肝臟，而在胃的量較低。在肝臟它主要催化長(zhǎng)鏈脂肪醇和芳香醇的氧化，Ⅱ型ADH對(duì)乙醇和甲醇的氧化幾乎不起作用，且不受吡唑的抑制。第35頁(yè)/共78頁(yè)Ⅲ型ADH-(χ-ADH)的底物是長(zhǎng)鏈醇(戊醇和更長(zhǎng))及芳香醇(如肉桂醇)。Ⅲ型ADH是普遍存在于全身組織，包括腦，它在甲醛的解過(guò)程在起著重要作用。Ⅱ型和Ⅲ型ADH均不受吡唑的抑制。Ⅳ型

ADH在成人的肝臟中沒(méi)有表達(dá)，它主要在胃腸道的上部，與慢性乙醇中毒者導(dǎo)致腫瘤有關(guān)。其原因是Ⅳ型ADH使乙醇轉(zhuǎn)變成乙醛(乙醛可能導(dǎo)致上胃腸道腫瘤)；乙醇中毒抑制Ⅳ型ADH代謝維生素A的活性，而維生素A在上皮細(xì)胞生長(zhǎng)和分化中有重要作用。第36頁(yè)/共78頁(yè)(2)乙醛脫氫酶：乙醛脫氫酶(ALDH)以NAD+為輔助因子將乙醛氧化成羧酸。幾種ALDH酶類涉及醛類化合物的氧化過(guò)程，亦具有酯酶的活性。在人體，有12種ALDH基因被鑒定，即ALDHl-10，SSDH和MMSDH。已在人體證實(shí)了ALDH的遺傳多態(tài)性，在日本人、中國(guó)人、韓國(guó)人和越南人中約有45％-53％的人因?yàn)辄c(diǎn)突變(Glu487Ly8487)而缺乏ALDH2的活性。許多亞洲人在飲酒后易產(chǎn)生紅暈綜合征，其原因是乙醛的迅速堆積，造成局部血管因釋放兒茶酚胺而擴(kuò)張。第37頁(yè)/共78頁(yè)(3)二氫二醇脫氫酶：除幾種羥化類固醇脫氫酶和醛糖還原酶外，醛-酮還原酶(AKR)超家族還包括幾種二氫二醇脫氫酶。

(4)鉬水解酶(molybdozymes)：醛氧化酶和黃素脫氫酶／黃素氧化酶(XD／XO)為有含鉬酶，鉬酶的最適底物不是細(xì)胞色素P-450的底物。醛氧化酶能氧化許多取代基團(tuán)如吡咯、吡啶、嘧啶、嘌呤、蝶啶及碘離子。由醛氧化酶催化的外源化學(xué)物還原反應(yīng)需要無(wú)氧條件或者有還原性底物，如N-甲基尼古丁胺、2-羥基嘧啶或者苯甲醛的存在。第38頁(yè)/共78頁(yè)(5)單胺氧化酶、二胺氧化酶：在肝、腎、腸、神經(jīng)等組織的線粒體中有單胺氧化酶，胞液中有二胺氧化酶，這些酶能使各種胺類氧化脫氨生成醛和氨。單胺氧化酶有兩種形式，稱為MAO．A和MAO-B。MAO-A主要氧化5-羥色胺，去甲腎上腺素和萘心胺的脫烷基代謝物。Clorgyline可抑制MAO-A的活性。而MAO-B主要氧化β-苯乙胺和芐胺，可受1-司來(lái)吉蘭的抑制。MAO-B敲除小鼠在給予MPTP后，未發(fā)現(xiàn)黑質(zhì)紋狀體多巴胺神經(jīng)元的選擇性損害，證實(shí)此觀點(diǎn)。MAO-B是可影響帕金森病易感性的遺傳因素之一。第39頁(yè)/共78頁(yè)4．過(guò)氧化物酶依賴性的共氧化反應(yīng)氧化物酶催化的外源化學(xué)物生物轉(zhuǎn)化。它包括氫過(guò)氧化物的還原和其他底物氧化生成脂質(zhì)氫過(guò)氧化物，這一過(guò)程稱為共氧化。幾種不同的過(guò)氧化物酶可催化外源化學(xué)物的生物轉(zhuǎn)化，它們見(jiàn)于各種組織和細(xì)胞內(nèi)。第40頁(yè)/共78頁(yè)例如，腎臟髓質(zhì)、血小板、血管內(nèi)皮細(xì)胞、胃腸道、腦、肺及尿膀胱上皮細(xì)胞含有前列腺素H合成酶(PHS)，乳腺上皮細(xì)胞的乳過(guò)氧化物酶，以及白細(xì)胞的髓過(guò)氧化物酶。PHS具有兩個(gè)催化活性：一為環(huán)加氧酶，可將花生四烯的轉(zhuǎn)變成環(huán)狀內(nèi)氫過(guò)氧化物PGG2，該過(guò)程涉及2個(gè)氧分子加到花生四烯酸的每個(gè)分子上；另一是過(guò)氧化物酶，將氫過(guò)氧化物轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的醇PGH2，它通過(guò)外源化學(xué)物的氧化來(lái)完成。第41頁(yè)/共78頁(yè)例如氨基比林的N-脫甲基反應(yīng)、對(duì)乙酰氨基酚的脫氫反應(yīng)、苯并(a)芘羥化反應(yīng)和7，8-二氫二醇苯并(a)芘的環(huán)氧化、黃曲霉毒素B1的8，9-環(huán)氧化反應(yīng)等都可通過(guò)共氧化作用而完成。第42頁(yè)/共78頁(yè)腎髓質(zhì)和膀胱上皮的P-450含量較低，而PHS含量相對(duì)較高。在腎髓質(zhì)PHS活化黃曲霉毒素和乙酰胺基苯可產(chǎn)生腎毒性，尿膀胱上皮的PHS能活化芳香胺，如聯(lián)苯胺、4-氨基聯(lián)苯和乙-氨基蒽，形成DNA反應(yīng)性代謝物，引起某些物種如人和狗的膀胱癌。

第43頁(yè)/共78頁(yè)(二)還原作用在哺乳動(dòng)物組織中還原反應(yīng)活性較低，但在腸道菌群內(nèi)還原酶的活性較高。

1．硝基和偶氮還原偶氮還原和硝基還原是經(jīng)腸道菌群和兩種肝臟酶，如細(xì)胞色素P-450和NADPH醌氧化還原酶催化。在某些情況下，醛氧化酶也參與偶氮還原反應(yīng)和硝基還原反應(yīng)。其反應(yīng)需要NAD(P)H，可被氧抑制。胃腸道下段的無(wú)氧條件很適合偶氮還原和硝基還原反應(yīng)，所以這些反應(yīng)主要由腸道菌群催化的。而在低氧分壓時(shí)，細(xì)胞色素P-450也能催化外源化學(xué)物的還原反應(yīng)。第44頁(yè)/共78頁(yè)第45頁(yè)/共78頁(yè)二硝基甲苯經(jīng)肝P-450氧化后與葡萄糖醛酸結(jié)合成葡糖苷排入膽汁，由腸道菌群進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化，一個(gè)或兩個(gè)硝基被硝基還原酶還原成胺，葡糖苷為β-葡糖苷酶水解。水解后的代謝物被重吸收轉(zhuǎn)運(yùn)至肝，新生成的氨基由P-450催化N-羥化，并可乙?；蚺c硫酸結(jié)合。這些結(jié)合物可裂解生成高度反應(yīng)性的氮賓離子，氮賓離子可攻擊DNA，引起肝細(xì)胞突變和肝癌。第46頁(yè)/共78頁(yè)因此，某些化學(xué)致癌物的代謝活化涉及幾個(gè)不同的生物轉(zhuǎn)化酶，并可需要幾個(gè)器官組織的配合。因而，2，6-二硝苯甲苯與DNA反應(yīng)并引起突變，在大多數(shù)評(píng)價(jià)化學(xué)物遺傳毒性的短期試驗(yàn)中是觀察不到的。因?yàn)檫@些體外的遺傳毒性試驗(yàn)缺乏腸道菌群的生物轉(zhuǎn)化或者Ⅱ相(結(jié)合)酶的作用。第47頁(yè)/共78頁(yè)2．羰基還原作用某些醛類還原成伯醇和酮類還原成仲醇的過(guò)程是經(jīng)醇脫氫酶和羰基還原酶催化。羰基還原酶是單聚體，依賴NADPH的酶，分布于血液和肝臟、腎臟、大腦及其他神經(jīng)細(xì)胞的胞漿中。經(jīng)羰基還原酶還原的外源化學(xué)物有氟哌啶醇(抗精神病藥物)、己酮可可堿、乙酰苯磺環(huán)乙脈、柔紅霉素、依他尼酸、華法林、甲萘醌以及4-硝基苯乙酮等。前列腺素可能是羰基還原酶的生理性底物。肝臟的羰基還原酶活性主要在胞漿，而在微粒體則有不同的羰基還原酶。胞漿和微粒體羰基還原酶的區(qū)別在于它們立體選擇由酮還原成仲醇的程度不同。第48頁(yè)/共78頁(yè)3．二硫化物、硫氧化物和N-氧化物還原含硫基團(tuán)還原反應(yīng)在體內(nèi)較少。二硫化物還原并裂解成巰基毒物，如戒酒硫由肝、腎細(xì)胞胞漿中硫氧化還原依賴性酶催化還原。在肝、腎細(xì)胞胞漿中硫氧還蛋白依賴性酶類可還原硫氧化物(如亞砜)，硫氧化物又可通過(guò)P-450或FMO而形成的，通過(guò)這些相反作用的酶系統(tǒng)的再循環(huán)可能延長(zhǎng)某些外源化學(xué)物的生物半減期。

N-氧化物本身毒性不高，由細(xì)胞色素P-450和NADPH細(xì)胞色素P-450還原酶催化經(jīng)單電子還原迅速活化生成氧化性氮氧的自由基，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞毒性或與DNA結(jié)合的毒物。第49頁(yè)/共78頁(yè)4．醌還原醌由NAD(P)H-醌氧化還原酶催化還原成氫醌，此酶是黃素蛋白，又稱為DT-黃遞酶，催化醌雙電子還原。醌雙電子還原還可由羰基還原酶催化。醌的雙電子還原是無(wú)毒性的。但醌經(jīng)NADPH-P-450還原酶催化單電子還原，生成半醌自由基。半醌自由基可經(jīng)自氧化，伴有氧化應(yīng)激，生成具有細(xì)胞毒性的超氧陰離子、過(guò)氫氧自由基、過(guò)氧化氫、羥基自由基(圖3-13)。氧化應(yīng)激是某些含醌或可轉(zhuǎn)變?yōu)轷亩疚锒咀饔玫闹匾獧C(jī)制，如多柔比星和柔紅霉素的心臟毒性、百草枯和硝基呋喃妥因的肺毒性、6-羥基多巴胺的神經(jīng)毒性。第50頁(yè)/共78頁(yè)第51頁(yè)/共78頁(yè)5．脫鹵反應(yīng)有三種機(jī)制涉及脫鹵素反應(yīng)，即還原脫鹵反應(yīng)、氧化脫鹵反應(yīng)和脫氫脫鹵反應(yīng)。還原脫鹵反應(yīng)和氧化脫鹵反應(yīng)由P-450催化，脫氫脫鹵反應(yīng)由P-450和GSHS-轉(zhuǎn)移酶催化。這些反應(yīng)在一些鹵代烷烴的生物轉(zhuǎn)化和代謝活化中起重要的作用。如肝臟毒物四氯化碳經(jīng)還原脫鹵反應(yīng)代謝活化，單電子還原生成三氯甲烷自由基(·CCl3)，后者啟動(dòng)脂質(zhì)過(guò)氧化作用并產(chǎn)生各種其他代謝物。第52頁(yè)/共78頁(yè)(三)水解作用外源化學(xué)物的水解作用(hydrolysis)主要由酯酶和酰胺酶、肽酶、環(huán)氧水化酶催化。

1．酯酶和酰胺酶哺乳動(dòng)物含有許多種水解酶，包括各種酯酶(esterase)和酰胺酶(amidabe)，可水解含有羧酸酯(普魯卡因)、酰胺(普魯卡因酰胺)、硫酯(螺甾內(nèi)酯)、磷酸酯(對(duì)氧磷)及酸酐等功能基團(tuán)的外源化學(xué)物。酯類毒物被酯酶催化水解生成醇和酸，酰胺被酰胺酶催化水解成酸和胺，硫酯被分解為羧酸和硫醇。第53頁(yè)/共78頁(yè)

羧酸、酰胺及硫酯的水解主要由位于各種組織和血清中羧酸酯酶和血液中真性乙酰膽堿酯酶及假性膽堿酯酶催化。真性乙酰膽堿酯酶位于紅細(xì)胞膜上，與神經(jīng)組織中的為同一酶類。有機(jī)磷農(nóng)藥及氨基甲酸酯殺蟲劑的中毒機(jī)制是通過(guò)修飾大腦的乙酰膽堿酯酶活性中心的絲氨酸抑制其活性，該酶水解神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿。假性膽堿酯酶又名丁酰膽堿酯酶，位于血清中，可水解琥珀酰膽堿、肌肉松弛劑米庫(kù)氯銨、普魯卡因、丁卡因、可卡因、二醋嗎啡及其他藥物等。第54頁(yè)/共78頁(yè)2．肽酶在血液和組織中有許多肽酶(peptidase)可水解肽類。例如，氨基肽酶和羧基肽酶，分別在N-末端和C-末端水解氨基酸，而內(nèi)肽酶則在肽內(nèi)部特定部位裂解肽類，如胰蛋白酶水解肽類C-末端的精氨酸殘基或者賴氨酸殘基。肽酶可裂解鄰近氨基酸之間的酰胺鍵，因此其功能是酰胺酶。第55頁(yè)/共78頁(yè)3．環(huán)氧水化酶環(huán)氧水化酶(epoxidehydrodase，EH)催化由環(huán)氧化物與水的反式加成物，其水合產(chǎn)物是具有反式構(gòu)型的鄰位二醇。在哺乳動(dòng)物，環(huán)氧水化酶有五種形式：微粒體環(huán)氧水化酶(mEH)、可溶性環(huán)氧水化酶(sHE)、膽固醇環(huán)氧水化酶、LTA4水解酶及hepoxilin水解酶，后三種酶似乎僅僅水解內(nèi)源性氧環(huán)化酶。mEH與sEH在氨基酸序列上完全不同，故在免疫化學(xué)方面，亦是完全不同的蛋白質(zhì)。雖然兩種酶可以水解廣譜化合物，但它們有自己的底物特異性。第56頁(yè)/共78頁(yè)EH在苯并(a)芘4，5-氧化物解毒過(guò)程中起主要作用，但在苯并(a)芘轉(zhuǎn)變成終致癌物苯并(a)芘-7，8-二氫二醇-9，10-氧化物的過(guò)程還是起一定的作用。環(huán)氧水化酶是肝臟微粒體中可誘導(dǎo)的酶類之一，幾種細(xì)胞色素P-450誘導(dǎo)劑均可誘導(dǎo)環(huán)氧水化酶的活性。第57頁(yè)/共78頁(yè)Ⅱ相反應(yīng)(phaseⅡbiotransformation)又稱為結(jié)合作用(conjugation)。Ⅱ相反應(yīng)中，毒物原有的功能基因或由I相反應(yīng)引入(暴露)的功能基因與內(nèi)源性輔因子反應(yīng)。除了甲基化和乙酰化結(jié)合反應(yīng)外，其他Ⅱ相反應(yīng)顯著增加毒物的水溶性，促進(jìn)其排泄。葡糖醛酸結(jié)合、硫酸結(jié)合、乙酰化作用、甲基化作用涉及活結(jié)合則是與活化的毒物反應(yīng)。三、Ⅱ相反應(yīng)第58頁(yè)/共78頁(yè)Ⅱ相反應(yīng)可引起代謝活化，如致癌物2-乙酰氨基芴(2-acetylaminofluorene，2-AAF)和2-氨基芴，可以在N-乙酰轉(zhuǎn)移酶和脫乙酰酶催化互相轉(zhuǎn)化，并均可經(jīng)P450和黃素加單氧酶催化形成N-羥基芳酰胺和N-羥基芳胺。這兩種毒物是近致癌物，與硫酸結(jié)合、乙酰化和葡糖苷酸結(jié)合(反應(yīng)途徑見(jiàn)圖3-14)，結(jié)合物在酸性pH尿可水解或由小腸菌叢的β-葡糖苷酸酶催化水解，生成N-羥基芳香胺，后者可自發(fā)性生成芳基氮賓離子(親電子劑)，攻擊DNA，引起膀胱癌和結(jié)腸癌。第59頁(yè)/共78頁(yè)第60頁(yè)/共78頁(yè)(一)葡糖醛酸結(jié)合葡糖醛酸結(jié)合(glucuronidation)是Ⅱ相反應(yīng)中最普遍進(jìn)行的一種，由UDP-葡糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucurony]transferase，UDPGT)催化對(duì)毒物的代謝(解毒和活化)具有重要的作用。葡糖醛酸結(jié)合反應(yīng)中葡萄糖醛酸供體是來(lái)自胞液的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(ufidinediphos-ophateglucuricacid，UDPGA)。外源性底物包括羥基、羧基、胺基和巰基毒物。UDPGT催化的結(jié)合反應(yīng)中，UDPGA的葡糖醛酸部分C-1碳原子被活化受到底物中O、N、S或C原子的親核攻擊，形成有β構(gòu)型的糖苷酸結(jié)合物,并釋出UDP。葡糖苷酸結(jié)合物是高度水溶性，易于從尿和膽汁排泄。第61頁(yè)/共78頁(yè)(二)硫酸結(jié)合硫酸結(jié)合(sulfateconjugation)反應(yīng)的供體是3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸(PAPS)在磺基轉(zhuǎn)移酶(sulfotransferase)作用下，生成硫酸酯：此反應(yīng)從PAPS轉(zhuǎn)移-SO3-(不是-S04-)至毒物。結(jié)合反應(yīng)涉及親核性氧或氮原子攻擊PAPS分子中的親電性硫原子，磷硫脂鏈斷裂?；腔D(zhuǎn)移酶不被典型的誘導(dǎo)劑(PB和3MC)所誘導(dǎo)。第62頁(yè)/共78頁(yè)由于PAPS的前體自由半胱氨酸濃度有限，細(xì)胞PAPS濃度(～75μmol/L)顯著低于UDPGA(～350μmol/L)和GSH(～0mmol/L)。硫酸結(jié)合與葡糖醛酸結(jié)合的底物功能基團(tuán)相似，對(duì)于酚類，硫酸結(jié)合親和力高、代謝容量低，而葡糖醛酸結(jié)合親和力低、代謝容量高。因此同一種毒物與硫酸和葡糖醛酸結(jié)合的相對(duì)量取決于染毒劑量。在低劑量時(shí)主要的代謝產(chǎn)物為硫酸結(jié)合物，劑量增加則與葡糖醛酸結(jié)合的比例增加。外源外學(xué)物的硫酸結(jié)合物主要經(jīng)尿排泄，少部分從膽汁排泄。毒物與硫酸結(jié)合后尿中有機(jī)硫酸酯與無(wú)機(jī)硫酸鹽比值明顯增加，可以用作一些毒物的接觸指標(biāo)。第63頁(yè)/共78頁(yè)(三)乙?；饔靡阴；饔?acetylation)涉及酶催化或非酶催化的從乙酰輔酶A將乙?；D(zhuǎn)移到含伯胺、羥基或巰基的毒物。這些酶分布在很多器官，但肝是N-乙?；饔玫闹饕鞴佟７枷悴泛碗碌牟坊阴；饔檬沁@些毒物的主要生物轉(zhuǎn)化途徑。人類的乙?；灿卸鄳B(tài)性，根據(jù)對(duì)異煙肼乙酰結(jié)合反應(yīng)的速度，將人群分為快乙?；秃吐阴；?。第64頁(yè)/共78頁(yè)(四)氨基酸結(jié)合與氨基酸結(jié)合(aminoacidconjugation)有兩類毒物，即羧酸和芳香羥胺。羧酸必須首先經(jīng)酰基輔酶A合成酶催化，需要ATP和乙酰輔酶A，活化生成?；o酶A硫酯，再由N-乙酰轉(zhuǎn)移酶-催化與氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、?；撬岬陌被磻?yīng)，形成酰胺鍵。例如苯甲酸與甘氨酸結(jié)合生成馬尿酸。羧酸的氨基酸結(jié)合是解毒反應(yīng)。芳香羥胺則由氨酰tRNA合成酶催化并需要ATP，與氨基酸的羧基反應(yīng)，生成N-酯，后者可形成親電子的氮賓離子和碳賓離子，因此是活化反應(yīng)。第65頁(yè)/共78頁(yè)(五)甲基化作用內(nèi)源性底物的甲基化如組胺、氨基酸、蛋白、糖和多胺對(duì)細(xì)胞的正常調(diào)節(jié)有重要的意義，僅當(dāng)毒物符合這些酶的底物要求，甲基化作用(methylation)才有重要性，甲基化反應(yīng)不是毒物結(jié)合的主要方式。甲基化反應(yīng)由S-腺嘌呤蛋氨酸(SAM)供給甲基。甲基化反應(yīng)可分為N-，O-，S-甲基化。這種結(jié)合形成的產(chǎn)物雖然可能比母體毒物水溶性降低，但一般都能使毒物解毒。第66頁(yè)/共78頁(yè)(六)谷胱甘呔結(jié)合谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(gutathioneS-transferase，GST)催化還原性GSH(親核劑)與含有親電子C、N、S、0的毒物反應(yīng)，生成結(jié)合物。GST的底物的共同點(diǎn)為：有一定疏水性，含有親電子原子，并可與GSH發(fā)生非酶反應(yīng)。GSH結(jié)合物具有極性和水溶性，可經(jīng)膽汁排泄，并可經(jīng)體循環(huán)轉(zhuǎn)運(yùn)至腎。在腎內(nèi)GSH結(jié)合物經(jīng)一系列酶催化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛎寻彼?mercapturicacid)衍生物，由尿排泄。GST在細(xì)胞內(nèi)含量很高，可高達(dá)細(xì)胞總蛋白的10％，主要存在于胞液中，在微粒體內(nèi)含量較低，GST是可誘導(dǎo)酶。第67頁(yè)/共78頁(yè)GST