毒作用機理的學習材料

毒作用機理的學習材料第1頁/共66頁

毒物如何進入機體、如何與靶分子發(fā)生作用、如何產(chǎn)生其有害結(jié)果及機體的反應

從整體水平、器官水平、細胞水平和分子水平不同層次解釋和闡明毒作用機制毒作用機理的判定標準

能說明毒作用的啟動能說明多種毒物的中毒能依次說明隨后發(fā)生的病理生理過程基本思路第2頁/共66頁毒作用機理可從整體直至分子水平

從不同層次上加以闡明從整體水平缺氧(如CO與血紅素之間結(jié)合，或由于呼吸或循環(huán)衰竭而引起缺氧)呼吸衰竭(如有機磷農(nóng)藥或神經(jīng)毒劑呼吸肌麻痹)中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂(如有機磷農(nóng)藥乙酰膽堿)高或低血糖(如肼血糖，氯乙醇血糖)機體敏感性增高(氟代烷類心肌對內(nèi)源性兒茶酚胺類敏感性大大增高，甚至突然死亡)改變機體免疫狀態(tài)第3頁/共66頁從器官水平上解釋毒作用機理分布與蓄積(如汞蒸氣能透過血腦屏障而分布于腦組織，而汞鹽則不能；百草枯無論經(jīng)何途徑均蓄積在肺)2.生物轉(zhuǎn)化(甲醇甲醛、甲酸CO2+H2O,眼缺乏降解酶，故特別敏感)3.器官敏感性(如大鼠Zymbal腺，小鼠眼眶后副淚腺等對多種化學致癌物特別敏感)4.其他因素(見MNNU)第4頁/共66頁2-萘胺肝2-氨基-1-萘酚葡萄糖醛酸葡糖苷酸腎膀胱2-葡糖苷酸酶2-氨基-1-萘酚吸附于膀胱粘膜

膀胱癌2-萘胺的致癌機制葡糖苷酸第5頁/共66頁N-甲基-N-亞硝基脲(MNU)的致癌性大鼠致癌部位腦腎肝＋＋＋＋－切除修復酶－＋＋＋＋發(fā)生率第6頁/共66頁從細胞水平上解釋毒作用機理1.細胞內(nèi)酶系或某些發(fā)現(xiàn)組分存在差異磷CV鐵烯丙基甲酸醚鈹CCl4氟烷溴苯NgaioneCHCl3醋氨酚CCl4引起肝小葉不同區(qū)域壞死的化學物第7頁/共66頁2.細胞間間隙連接通訊抑制

外源化學物對細胞間隙連接的影響，按其作用方式可分為：與受體結(jié)合,并直接激活蛋白激酶C

不需與受體結(jié)合,而是通過細胞游離Ca離子濃度升高激活蛋白激酶C第8頁/共66頁從分子水平上解釋毒作用機理為解釋不同毒物的中毒機理提供某些共同的規(guī)律2.可解釋毒物的啟動作用而其他水平僅解釋了現(xiàn)象3.可為研究解毒藥提供依據(jù)優(yōu)點：第9頁/共66頁從分子水平上解釋毒作用機理共價結(jié)合自由基與脂質(zhì)過氧化細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)基因表達失調(diào)轉(zhuǎn)錄失調(diào)信號轉(zhuǎn)導失調(diào)信息產(chǎn)生失調(diào)修復失調(diào)靶分子功能異常靶分子破壞新抗原形成疾病狀態(tài)第10頁/共66頁

毒物

處置

毒

作

用化學物引起毒作用的三種途徑生物環(huán)境的改變與靶分子相互作用功能紊亂損傷修復失調(diào)(1)化學物不與靶分子發(fā)生作用而直接作用于接觸的部位，如某些物質(zhì)沉積于腎小管；(2)毒物與靶分子發(fā)生作用造成細胞功能障礙或損傷,如河豚毒素進入機體后阻斷運動神經(jīng)元的鈉離子通道,導致骨骼肌麻痹;(3)毒物造成細胞損傷后,機體出現(xiàn)異常修復(包括分子水平、細胞水平和組織水平的修復)。

第11頁/共66頁從暴露部位到作用靶暴露部位皮膚、胃腸道、呼吸道、注射/受傷部位、胎盤毒物

向靶器官分布

吸收

重吸收

中毒

進入體循環(huán)前的排出

延遲向靶器官分布

排泄

解毒靶分子（蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸、大分子復合物）靶部位終毒物毒物處置過程是產(chǎn)生毒性的第一步輸送到作用部位第12頁/共66頁外源化學物在體內(nèi)的轉(zhuǎn)運1.毛細血管內(nèi)皮層間隙的轉(zhuǎn)運如肝竇狀小管和腎毛細管的內(nèi)皮層細胞具有較大的毛細管內(nèi)皮層間隙(直徑約50－100nm),能使與蛋白結(jié)合的外源化學物透過，可加劇化學物在肝腎的積累。2.某些特殊的膜轉(zhuǎn)運機制如鈣離子通道能使鉛和鋇進入可興奮細胞，百草枯進入肺細胞作用部位的運輸過程接觸部位加速毒物轉(zhuǎn)運的機制第13頁/共66頁減緩毒物轉(zhuǎn)運的機制1.與血漿蛋白的結(jié)合率2.特殊的屏障作用3.轉(zhuǎn)運到儲存部位4.與細胞內(nèi)的結(jié)合蛋白連接(指與非靶大分子結(jié)合)5.排出細胞含ATP膜轉(zhuǎn)運蛋白(P糖蛋白)大腦毛細血管內(nèi)皮細胞、卵母細胞等能排出某些化學物3.細胞內(nèi)的可逆性結(jié)合指有機和無機陽離子、多環(huán)芳烴等，通過與細胞內(nèi)一種陰離子芳香族多聚體－黑色素結(jié)合而沉積在含黑色素的細胞內(nèi)。與黑色素結(jié)合的毒物解離后能直接對腎臟產(chǎn)生毒性，如氯丙嗪和氯喹對皮膚產(chǎn)生的損傷即是此種機制。解離后的多環(huán)芳烴化學物能誘發(fā)黑色素瘤.第14頁/共66頁外源化學的增毒與終毒物的形成概念：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)）反應或嚴重地改變生物學（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、氧化還原性反應物。毒效應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。

第15頁/共66頁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?；瘜W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。第16頁/共66頁苯并(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)第17頁/共66頁自由基形成自由基（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、其化學性質(zhì)十分活潑、反應性極高，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性質(zhì)活潑的含氧功能基團。

第18頁/共66頁自由基的來源與類型第19頁/共66頁自由基在生物體內(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（redoxcycling）。它通過加入一個單電子使化學物還原為不穩(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。自由基形成第20頁/共66頁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)巰基誘導降解后形成氰化物，等。

第21頁/共66頁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。

第22頁/共66頁解毒（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)物無反應活性，是易于排泄的高度親水的有機酸。第23頁/共66頁（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；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活性的金屬離子形成復合物；具有氧化-還原活性的亞鐵離子可為鐵蛋白結(jié)合解毒。解毒第24頁/共66頁（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。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。解毒第25頁/共66頁（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，使過氧化物轉(zhuǎn)化為水或相應的醇類?？勺钄嘀|(zhì)過氧化的鏈鎖反應。

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。

解毒第26頁/共66頁（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?；撬岬取?/p>

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，生成生育酚自由基，再由抗壞血酸—GSH氧化還原偶聯(lián)反應而還原。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。

解毒第27頁/共66頁（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。解毒第28頁/共66頁終毒物與靶分子的作用是產(chǎn)生毒性的第二步靶的屬性：。反應性?？蛇_性。關(guān)鍵反應

1靶分子后果：.功能紊亂.結(jié)構(gòu)破壞.新抗原形成3反應類型：.非共價結(jié)合.共價結(jié)合.氫離子萃取.電子轉(zhuǎn)移.酶反應2終毒物第29頁/共66頁實際上所有的內(nèi)源化合物都是毒物潛在的靶標，然而毒理學上相關(guān)的靶標是大分子，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。為了發(fā)生這些反應，靶分子必須接觸足夠高濃度的終毒物，因此，處于反應活性化學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，這使這些化學物抗甲狀腺作用以及誘發(fā)甲狀腺腫瘤的基礎。

終毒物與靶分子的反應第30頁/共66頁毒物與靶分子的結(jié)合方式共價結(jié)合（convalentbinding）:指化學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結(jié)構(gòu)與其生物學功能。加合物(adducts)指活性化學物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復合物。一般是不可逆的，能永久地改變內(nèi)源性分子的結(jié)構(gòu)，故這類反應具有重要的毒理學意義。這類毒物能與大分子的蛋白質(zhì)和核酸的親核原子發(fā)生反應。第31頁/共66頁2.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。由于非共價結(jié)合的能量相對較低，所以這種結(jié)合一般是可逆的。3.去氫反應：4.電子轉(zhuǎn)移：

第32頁/共66頁靶分子的功能紊亂毒物對靶分子的作用模擬內(nèi)源配體激活靶分子蛋白受體

蛋白激酶C

抑制靶分子功能

干擾離子通道

抑制線粒體電子傳遞鏈

毒物常作用于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，如巰基基團。該部位直接參與蛋白質(zhì)的催化功能和組裝大分子的功能。很多蛋白質(zhì)的活性非選擇性受損就是起因于巰基基團的破壞。

※※第33頁/共66頁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，才能使自由基反應鏈終止，消除自由基。第34頁/共66頁2．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)合方式導致DNA鏈斷裂和交聯(lián)。④對低密度脂蛋白(LDL)的作用。第35頁/共66頁（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第36頁/共66頁1．機制：(3)由過渡金屬介導出現(xiàn)氧化損傷，主要通過Fenton反應。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。（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷第37頁/共66頁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

（二）蛋白質(zhì)的氧化損傷第38頁/共66頁（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第39頁/共66頁（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)修復酶切除，可產(chǎn)生類似的單鏈斷裂。③氧化應激可啟動細胞內(nèi)的一系列代謝過程，激活核酸酶，導致DNA鏈的斷裂。第40頁/共66頁（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。如酶也受自由基破壞或功能難以達到修復的要求，可能造成被修復的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。第41頁/共66頁毒性產(chǎn)生的第三步——細胞功能調(diào)控或維持的改變基因表達失控細胞功能失調(diào)細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)受損細胞外穩(wěn)態(tài)受損不適當?shù)?

如不適當?shù)纳窠?jīng)肌肉活性：○震顫、驚厥、痙攣、心律失常○組織壞死、麻痹、感覺異常ATP合成鈣離子調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成

→細胞損傷/死亡微管功能膜功能影響：

影響整體系統(tǒng)的功能如：止血→出血○細胞分裂→腫瘤，致畸○細胞凋亡→組織退化，致畸○蛋白質(zhì)合成→如：過氧化酶體增殖調(diào)控細胞功能維持細胞穩(wěn)態(tài)靶分子的作用第42頁/共66頁細胞功能紊亂和毒性后果

許多天然化學物如激素、維生素等是通過與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合和激活而影響基因的。外源性化學物可模擬天然配體，如TCDD是芳烴化學物的配體，通過引導胸腺細胞的凋亡而導致胸腺的萎縮

外源性毒物引起的細胞調(diào)節(jié)失控

基因表達的失控可出現(xiàn)在與轉(zhuǎn)錄直接有關(guān)的部位，或在信號傳達的網(wǎng)絡部分，或在其信號分子的合成、儲存和釋放的過程中

最常見的毒性作用是轉(zhuǎn)錄因子的失控，這種影響從功能上分為配體激活和信號激活兩類第43頁/共66頁

在眾多由信號激活的轉(zhuǎn)錄因子中，激活蛋白(AP—1)在由毒物誘導的基因表達過程中起著極為重要的作用。

一般認為信號傳遞的紊亂和基因表達的改變可能與由毒物引起的細胞的凋亡有關(guān)。細胞活動失調(diào)

化學物誘發(fā)的細胞活動的紊亂包括神經(jīng)遞質(zhì)的濃度改變受體的功能改變細胞內(nèi)信號傳遞的改變信號終止過程的改變等第44頁/共66頁細胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)引起的毒性細胞穩(wěn)態(tài)的破壞所有細胞都必須合成內(nèi)源性分子并組裝成大分子復合體、膜結(jié)構(gòu)和各種細胞器以維持細胞內(nèi)環(huán)境、制造能量和維持細胞的生存。任何化學物破壞這些過程都可能危及細胞的存活。

如：ATP在維持細胞穩(wěn)態(tài)中起著中心作用,同時也是提供生物合成的原料和能量的主要來源。有幾類化學物可以影響氧化磷酸化過程,干擾線粒體內(nèi)的ATP合成。

第1類如氟乙酸鹽，干擾氫輸送至電子傳送鏈，抑制檸檬酸循環(huán)和還原型輔助因子的形成；第45頁/共66頁

第2類如魚藤酮和氰化物，通過抑制電子傳遞鏈而阻斷電子傳遞至氧；

第3類化學物是影響氧輸送至最終電子轉(zhuǎn)移體－細胞色素氧化酶，化學物引起的缺氧最終都發(fā)生在這個部位；

第4類化學物抑制ATP合成酶的功能，這種抑制可以是ATP合成酶的直接抑制、干擾ADP和無機磷的傳送，以及ATP合成酶的驅(qū)動功能的喪失。

對氧化磷酸化的影響會對細胞有直接的損傷作用,這是由于ADP未能磷酸化而導致ADP及其分解產(chǎn)物的累積以及ATP的耗竭。第46頁/共66頁細胞內(nèi)的鈣離子濃度升高

毒物通過激發(fā)Ca2＋流入細胞內(nèi)或抑制Ca2＋的排出，引起細胞質(zhì)膜內(nèi)的Ca2＋濃度升高。

使配體或Ca2＋通道閥的打開或質(zhì)膜的損傷,導致Ca2＋濃度梯度，而使Ca2＋從細胞外間質(zhì)流入細胞質(zhì)膜內(nèi)。

毒物可引導Ca2＋從線粒體內(nèi)向外滲漏，引起細胞內(nèi)Ca2＋濃度升高。抑制Ca2＋運輸或耗竭其他驅(qū)動裝置而減少Ca2+的排出。細胞內(nèi)鈣離子濃度的持續(xù)升高對細胞有損害作用，會造成能量儲備的耗竭、微絲失去功能和水解酶的激化。第47頁/共66頁細胞內(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

第48頁/共66頁細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)

在細胞靜息狀態(tài)下細胞內(nèi)游離的Ca2+僅為10-7mol/L，而細胞外液Ca2+則達10-3mol/L。當細胞處于興奮狀態(tài)，第一信使轉(zhuǎn)遞信息，則細胞內(nèi)游離Ca2+迅速增多可達10-5mol/L，此后再降低至10-7mol/L，完成信息轉(zhuǎn)遞循環(huán)。認為Ca2+是體內(nèi)第二信使。上述Ca2+濃度的變化過程呈穩(wěn)態(tài)狀，稱為細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)。

第49頁/共66頁細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)

在細胞內(nèi)的鈣有兩種類型，游離的鈣離子和與蛋白質(zhì)結(jié)合的鈣。與鈣結(jié)合的蛋白有兩種類型，一是結(jié)合在細胞膜或細胞器膜內(nèi)的蛋白質(zhì)上，二是結(jié)合在可溶性蛋白質(zhì)上。激動劑刺激引起細胞Ca2+動員，可調(diào)節(jié)細胞的多種生物功能，包括肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導、細胞分泌、細胞分化和增殖。Ca2+在細胞功能的調(diào)節(jié)中起了一種信使作用，負責將激動劑的刺激信號傳給細胞內(nèi)各種酶反應系統(tǒng)或功能性蛋白。

第50頁/共66頁Ca2+信使作用實現(xiàn)

Ca2+與鈣結(jié)合蛋白:如鈣調(diào)蛋白(CaM)。Ca2+與cAMP：Ca2+與蛋白激酶C(PKC)、磷脂酶C(PLC)：Ca2+與離子通道：

第51頁/共66頁細胞鈣穩(wěn)態(tài)的紊亂與細胞毒性重金屬離子農(nóng)藥四氯化碳

第52頁/共66頁重金屬離子

主要有鉛和鎘。鉛一方面與Ca2+及CaM結(jié)合，激活Ca-CaM依賴酶系。另一方面高濃度時與細胞內(nèi)巰基激活，可抑制Ca-—CaM依賴酶系，并呈劑量依賴的雙相效應。可見鉛的中毒機制中Ca2+有重要意義。鎘可使CaM含量減少。表現(xiàn)為免疫系統(tǒng)、雄性生殖系統(tǒng)以及心肌等改變，有的可用鈣調(diào)素拮抗劑來預防或減輕損傷作用。第53頁/共66頁農(nóng)藥擬除蟲菊酯為神經(jīng)毒化合物，有研究發(fā)現(xiàn)它可使神經(jīng)細胞內(nèi)游離鈣濃度增高，可能與其抑制Ca2+，Mg2+-ATPase、CaM和磷酸二酯酶(PEE)有關(guān)。當然，擬除蟲菊酪對鈣穩(wěn)態(tài)的影響有復雜的機制，且與其具體化學結(jié)構(gòu)有關(guān)。

第54頁/共66頁四氯化碳它可抑制肝細胞微粒體Ca2+-

ATPase，表現(xiàn)為肝內(nèi)質(zhì)網(wǎng)酶活性改變及鈣的蓄積。其機制可能是CCl4可在肝臟氧化產(chǎn)生自由基，后者攻擊Ca2+-ATPase上的巰基，使酶活性下降；另外，Ca2+濃度增加，可激活某些酶，如磷酸化酶a。第55頁/共66頁鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)

細胞Ca2+信號的改變在各種病理及毒理學過程中起重要的作用。在細胞受損時可導致Ca2+內(nèi)流增加，或Ca2+從細胞內(nèi)貯存部位釋放增加，或抑制細胞膜向外逐出Ca2+，表現(xiàn)為細胞內(nèi)Ca2+濃度不可控制的持續(xù)增加，即打破細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)，或稱為細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的失調(diào)。

第56頁/共66頁鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學說

Ca2+這種失調(diào)或紊亂，將完全破壞正常生命活動所必需的由激素和生長因子刺激而產(chǎn)生的短暫的Ca2+瞬變，危及細胞器的功能和細胞骨架結(jié)構(gòu)，最終激活不可逆的細胞成分的分解代謝過程。這就是所謂中毒機制中鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學說。第57頁/共66頁鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機制鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細胞損傷：正常的激素和生長因子刺激的Ca2+信號的受損。鈣依賴性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂酶和核酸內(nèi)切酶。損傷細胞骨架損害線粒體與細胞凋亡有關(guān)

第58頁/共66頁機體的修復分子水平的修復

蛋白質(zhì)的修復

蛋白質(zhì)的某些化學變化，如蛋白巰基的氧化和DNA的甲基化是可逆的。通過水解作用去除分子的損傷部位或者插入重新合成的結(jié)構(gòu)，是常見的修復機制，可見于化學性變異的DNA和過氧化的脂肪。在某些情況下，受損的分子可以全部分解而重新合成，如有機磷中毒后重新生成膽堿酯酶。

第59頁/共66頁

巰基對很多蛋白質(zhì)的功能至關(guān)重要，如受體酶、細胞骨架蛋白質(zhì)、轉(zhuǎn)錄因子。蛋白巰基氧化