肝脏毒理学

DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝脏毒理学(Hepatotoxicology)第二十章202020年5月29日星期五5时0分27秒1DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU【主要内容】肝脏毒理学的基本概念肝脏的形态结构肝脏毒物分类外源化学物对肝脏的损害作用及其机制化学性肝损害的检测与评价方法2020年5月29日星期五5时0分27秒2肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU【目的要求】掌握肝脏毒理学的基本概念了解外源化学物对肝脏的损害作用与机制掌握化学性肝损害的检测与评价方法2020年5月29日星期五5时0分27秒3肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU第一节概述2020年5月29日星期五5时0分27秒4肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU1994年，118位国际知名的肝脏病学家合力编写《DiseasesoftheLiverandBiliaryTract：StandardizationofNomenclature，DiagnosticCriteriaandPrognosis》将肝脏病原学分为十大病因，药物和毒物是除病原微生物外的第二大病因。2020年5月29日星期五5时0分27秒5肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝脏毒理学(Hepatotoxicology)是根据毒理学的基本原理和方法，研究环境有害因素对肝脏的损害作用与机制，以及中毒的诊断、治疗和预防的学科。化学性肝损害（chemicallyinducedliverinjury）：外源化学物引起的各种急、慢性肝脏损伤。损伤的程度和类型与接触化学物的强度与种类，暴露时间有关。肝细胞死亡（hepatocellulardeath）肝内胆汁淤积（cholestasis）肝胆功能障碍（hepatobiliarydysfunction）2020年5月29日星期五5时0分27秒6肝脏毒理学急性暴露肝纤维化（hepaticfibrosis）肝硬化（livercirrhosis）瘤样改变（neoplasticchange）慢性暴露特异体质肝损伤（idiosyncraticliverinjury）免疫介导肝损伤（immunemediatedliverinjury）其他DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU2020年5月29日星期五5时0分27秒7肝脏毒理学一、肝脏作为毒作用靶器官的原因特殊的解剖位置组织结构生理生化特性DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU二、肝脏的基本结构肝脏是机体内最大的实质性代谢器官，成人的肝重量约占体重的3％左右。肝脏的基本结构单位的两种划分：肝小叶和肝腺泡。2020年5月29日星期五5时0分27秒8肝脏毒理学肝小叶可分为肝小叶中央区、中间带和门静脉周边区三个区。能较好地表达肝组织功能性单位的概念是肝腺泡，肝腺泡是由门静脉的末端分支和从汇管区扩展来的肝动脉组成，有三个带。最接近血液进入的区域为Ⅰ带，接近末端肝静脉的区域为Ⅲ带，Ⅰ带与Ⅲ带之间为Ⅱ带。氧浓度较高富含线粒体谷胱甘肽Ⅰ带处于中间状态Ⅱ带氧浓度较低细胞色素P450含量高Ⅲ带DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝细胞由肝实质性细胞（即肝细胞）和非实质性细胞组成。2020年5月29日星期五5时0分27秒9肝脏毒理学非实质性细胞(约占40％)：包括内皮细胞、枯否细胞(Kupffer细胞)、贮脂细胞(亦称Ito细胞)、大颗粒淋巴细胞、胆管上皮细胞、成纤维细胞等。肝细胞(约占60％)：是组成肝脏最主要的细胞，它是一种高分化的细胞，功能复杂，在电镜下可观察到多种细胞器和包含物。由于肝细胞是肝脏的主要代谢细胞，因此毒理学实验中常用肝细胞作研究材料。肝脏在形态结构上的特点具有两条入肝的血管：肝动脉和门静脉；具有两条输出道路：肝静脉和胆道系统；肝内有丰富肝血窦；肝细胞内含有丰富细胞器。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝脏毒理学2020年5月29日星期五5时0分27秒10DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝脏毒理学2020年5月29日星期五5时0分27秒11DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU三、肝脏的生理生化功能胆汁分泌与排泄；营养物质代谢；蛋白质和能量的合成；化学毒物的生物转化；造血与免疫功能；2020年5月29日星期五5时0分27秒12肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU四、肝脏毒物分类(一)根据肝毒物的化学性质分类凡是能引起肝脏损害的化学物质均可称肝毒物(hepatotoxicant)。内毒素（乙硫氨酸）无机物锑、砷、铍、铋、硼、镉、铬、钴、铜、铁、铅、锰、汞、金、磷、硒、碲、铊、锌等金属与类金属氯丙嗪、保泰松、氟烷等非药物卤代烷类、硝基烷、卤代芳香族化合物、硝基芳香族化合物、有机胺、偶氮化合物、酚药物外毒素（白喉杆菌、肉毒杆菌、溶血性链球菌）细菌毒素黄曲霉毒素、灰黄霉素、四环素等真菌毒素苏铁素、双稠吡咯碱、鞣酸等植物毒素有机物碘化物毒物名称分类2020年5月29日星期五5时0分27秒13肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU（二）根据机体对肝毒物的毒性反应类型分类分类特点发生率实验复制机理组织表现实例真性肝毒物直接肝毒物高+直接损害肝细胞成分细胞坏死、脂肪变性CCl4、CHCl3、磷等间接肝毒物高+干扰特异性代谢途径脂肪变性、细胞坏死四环素、乙硫氨酸、霉菌毒素等体质依赖性肝毒物过敏反应高–药物过敏胆汁疾积、细胞坏死磺胺类、氟烷等代谢异常高–代谢物引起胆汁疾积、细胞坏死异烟肼、异丙肼等2020年5月29日星期五5时0分27秒14肝脏毒理学直接肝毒物（directhepatotoxicant）：是指直接作用于肝细胞膜或生物大分子的化学毒物。可导致膜脂质过氧化、膜蛋白质变性、使膜结构破坏，最后肝细胞死亡。间接肝毒物（indirecthepatotoxicant）：指进入肝细胞内具有干扰酶活性从而导致细胞内物质代谢紊乱的化学毒物或指经代谢转化的代谢产物能与细胞内生物大分子结合，使细胞功能发生改变的化学毒物。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU第二节肝对外源化学物的毒性反应与机制2020年5月29日星期五5时0分27秒15肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU肝脏对外来化学物的毒性反应取决于化学物的性质、作用剂量、接触时间与方式、机体的遗传多态性、肝功能状态及受损细胞群种类等。化学性肝损害按其损伤发生的快慢可分为急性肝损害与慢性肝损害。急性肝损害(acuteliverinjury)：通常是因短期接触较大剂量肝脏毒物或肝功能不全或机体具有遗传特异性时接触某种肝脏毒物引起。多表现为细胞毒性，由真性肝毒物引起；少数可表现为胆汁淤积，常由药物引起，也有的化学物引起的肝损害表现为混合型。慢性肝损害(chronicliverinjury)：可因长期接触低剂量肝毒物引起，也可是一次急性坏死引起的后遗症，病理改变包括纤维化、硬变、脂变、癌变等。2020年5月29日星期五5时0分27秒16肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU一、肝细胞死亡（一）细胞坏死细胞坏死(necrosis)：是一种肝细胞的被动病死过程，可把它描述为“细胞他杀”，即直接由化学毒物或其他外来因素引起的细胞死亡。细胞形态学主要表现为：细胞核与线粒体肿胀、染色质块状凝聚、脑浆出现空泡、细脑膜破裂，并伴有炎症反应。（二）细胞凋亡细胞凋亡(apoptosis)：亦称程序性细胞死亡(programmedcelldeath)，是机体为了维持自身组织中细胞生成与细胞消亡的平衡，所出现的一种细胞基因指导下的主动自我消亡过程。即通过细胞自身基因控制，使生理上一些不需要的细胞如衰老的或受损的细胞能自动有序地清除，可描述为“细胞自杀”。主要表现：细胞收缩、相邻细胞膜融合，染色质向核膜凝缩、内质网肿胀、凋亡小体形成，但没有炎症反应。2020年5月29日星期五5时0分27秒17肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU细胞凋亡可通过凋亡小体的电镜观察、ELISA法、TUNET反应以及流式细胞分析技术等进行检测。2020年5月29日星期五5时0分27秒18肝脏毒理学细胞坏死可通过测定坏死细胞所释放入血液的酶如丙氨酸氨基转移酶(alanineaminotransferase，ALT)等来评价。细胞凋亡仅仅涉及分散的单个细胞，而细胞坏死影响的是肝小叶的大部分区域。不同化学毒物引起肝坏死的区域不同:多数化学毒物引起肝小叶中央区坏死，如CCl4、氟烷等卤代烃。少数化学毒物可引起周边区坏死，如甲基丙烯酸等。有的化学毒物，如恩盖酮，可引起中间区坏死。引起肝大片性坏死者，主要是某些医用药物。体质依赖性肝毒物一般引起多灶性弥漫性肝坏死。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU化学毒物引起肝细胞死亡的可能机制：①肝细胞膜脂质过氧化如CCl4等化学毒物在细胞色素P450系统作用下，产生三氯甲烷自由基，使细胞质膜或亚细胞结构膜脂质发生过氧化，引起膜通透性增加，最终导致细胞死亡；②毒物及其代谢产物与生物大分子发生结合如CCl4在体内产生的三氯甲烷自由基可与生物大分子（如蛋白质和不饱和脂质）发生共价结合，使生物大分子功能丧失，导致细胞死亡；③影响肝细胞呼吸链中酶蛋白的合成由于肝线粒体DNA(mtDNA)编码电子传递链所需的酶蛋白，导致肝细胞呼吸链中酶蛋白的合成发生障碍、肝细胞内呼吸停止、细胞死亡；④细胞骨架损伤，细胞膜通透性改变，钙稳态失调。⑤通过消耗谷肮甘肮(GSH)损伤肝细胞GSH是一种具有重要解毒功能的三肽物质，与化学毒物或其代谢产物相结合，形成硫醚氨酸，经胆汁或尿液排出。GSH还可参与消除游离自由基作用。2020年5月29日星期五5时0分27秒19肝脏毒理学DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU二、胆汁淤积胆汁淤积（cholestasis）通常是肝脏对外源化学毒物的一种急性毒性反应，但较肝坏死、脂肪变性少见。可伴轻微的炎症或肝细胞损害。引起胆汁淤积可能的作用机制：①损伤肝细胞膜的功能如慢性给予雌激素，可使胆固醇乙酰辅酶A转乙酰酶活性升高，导致细胞质膜胆固醇酯的堆积，影响肝窦状隙膜的流动性与Na+／K+-ATP酶活性，使胆汁流动降低，胆小管分泌减少；②肝内胆管损害导致胆汁淤积如氯丙嗪的代谢产物可损害胆小管上皮细胞，使胆汁流动降低，发生胆汁淤积；③化学物在胆管内沉淀，形成胆栓，阻塞胆管，胆汁排泄障碍，导致胆汁淤积。2020年5月29日星期五5时0分27秒20肝脏毒理学D