毒作用机制

DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU2020年5月29日星期五5时2分13秒1第四章4毒作用机制(Toxicitymechanism)Mailaddress：[e-mail]；[e-mail]:0731-84805461王安（Ph.D.，副教授）DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU【目的要求】掌握毒物的ADME过程与靶器官了解靶分子的反应熟悉细胞调节功能障碍掌握修复障碍2020年5月29日星期五5时2分13秒2毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU【主要内容】毒物的ADME过程与靶器官靶分子的反应细胞调节功能障碍修复障碍2020年5月29日星期五5时2分13秒3毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU阐明外源性化学物毒作用机制的意义为更清楚地解释描述性毒理学资料、评估外源化学物引起有害效应的概率、制定预防策略、设计危害程度较小的药物和工业化学物以及开发对靶生物具有良好选择毒性的杀虫剂等提供理论依据。有利于人们对机体基本生理和生化过程以及某些重要疾病病理过程的进一步认识。2020年5月29日星期五5时2分13秒4毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU多数毒物发挥其对机体的毒作用的主要过程经吸收进入机体的毒物转运至靶器官靶器官的终毒物与内源性靶分子交互作用机体分子、细胞和组织功能和结构紊乱修复机制启动修复机制功能低下或毒作用超过修复能力毒性损害2020年5月29日星期五5时2分13秒毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU第一节毒物的ADME过程与靶器官2020年5月29日星期五5时2分13秒6毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU毒效应强度靶部位的浓度作用时间终毒物(Ultimatetoxicant)：指能直接与内源性靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质）反应或引起生物学微环境的改变，导致机体结构和功能紊乱并表现出毒性的物质。终毒物化学物原型或其代谢产物体内生物转化生成的活性氧（reactiveoxygenspecies,ROS）体内生物转化生成的活性氮（reactivenitrogenspecies,RNS）内源性分子2020年5月29日星期五5时2分13秒？7毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU暴露（接触）皮肤、胃肠道、呼吸道注射（叮咬）位点、胎盘毒物吸收分布至靶部位重吸收增毒转运进入大循环前清除由靶部位向外分布排泄解毒终毒物靶分子（蛋白质、脂质、核酸、大分子复合物）靶部位图4-1毒物的转运过程-毒性发展的第一阶段2020年5月29日星期五5时2分13秒8毒作用机制毒物DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU一、从接触部位进入血液循环(吸收)（一）毒物的吸收（absorption）（二）毒物进入体循环前的消除（elimination）吸收率主要取决于暴露速率及化学物的溶解度；与暴露部位的面积、皮肤的特征以及毒物的理化性质有关。脂溶性化学物比水溶性物质更容易吸收。经胃肠道吸收的化学物进入体循环前必须先通过胃肠道粘膜细胞和肝脏。2020年5月29日星期五5时2分13秒9毒作用机制乙醇，环孢素A、吗啡、锰等经胃肠道的吸收，毒物进入体循环量减少。苯巴比妥、利福平、地塞米松等药物可诱导CYP450酶的活性，可以加速药物在体内的代谢。细菌脂多糖抑制化学物代谢酶及其转运蛋白的表达，可增加毒物进入体循环。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU二、从血液循环进入靶部位(分布)主要影响因素：脂溶性脂溶性化学物易于扩散，能迅速进入细胞。2020年5月29日星期五5时2分13秒10毒作用机制分子大小与形状电离度高度离子化和亲水性的外源化学物主要局限于细胞外空间。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU(一)促进毒物分布到靶部位的机制1.毛细血管内皮的多孔性2.专一化的膜转运3.细胞器内的蓄积4.可逆性细胞内结合2020年5月29日星期五5时2分13秒11毒作用机制肝窦和肾小管毛细血管具有较大的孔道（50-150nm）Na+,K+-ATP酶促进一价铊离子蓄积；电压门控的Ca2+通道容许阳离子（如Pb2+或Ba2+）进入可兴奋细胞；借助于载体蛋白的转运，百草枯进入肺细胞，α-蕈毒环肽和微囊藻毒素进入肝细胞。具有质子化的胺基和亲脂特征的两性外源化学物蓄积在溶酶体和线粒体内，在这两个细胞器中引起不良反应。黑色素是一种细胞内的多聚阴离子芳香族聚合物，可结合有机和无机阳离子及多环芳烃等。黑色素结合毒物的释放是导致氯丙嗪和氯喹视网膜毒性、MPTP（1-甲基-4-苯基–1,2,3,6-四氢吡啶）和锰引起的黑质神经元损害以及多环芳香化合物导致的黑色素瘤的原因。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU(二)妨碍毒物分布到靶部位的机制1.血浆蛋白结合2.专一化屏障3.储存部位的分布4.与细胞内结合蛋白结合5.细胞内排出2020年5月29日星期五5时2分13秒12毒作用机制血脑屏障阻止亲水化学物进入脑组织；血睾屏障阻止亲水化学物进入生殖细胞。血脑屏障、血睾屏障对亲脂化学物无屏障作用。氯代烃杀虫剂蓄积在脂肪细胞中；铅沉积在骨骼中。金属硫蛋白脑毛细血管内皮细胞中的P蛋白可将细胞内的毒物转运回细胞外间隙。胎盘组织富含P蛋白对阻止环境致畸物通过胎盘屏障。DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU(三)排泄与重吸收排泄的途径与速度主要取决于毒物的理化特性。肝肾仅有效清除高亲水性和离子化的化学物（如有机酸碱）的原因：(1)只有溶于血浆的化学物可通过肾小球滤过；(2)肝细胞和肾近曲小管的转运蛋白专一性排泄高亲水性的有机酸碱；(3)只有亲水性化学物无约束溶于水；(4)脂溶性化学物易于通过细胞扩散而被重吸收。非挥发性高亲脂性化学物可通过三个效率不高的途径从体内消除：(1)从乳汁排泄；(2)与胆汁胶团和（或）磷脂囊泡结合从胆汁排泄；(3)从肠道排泄。1.排泄2020年5月29日星期五5时2分13秒13毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU2.重吸收转运到肾小管的毒物可穿越肾小管细胞扩散回小管外周毛细血管。经扩散重吸收的过程需要化学物有一定的脂溶性；有机酸碱的扩散与离子化程度呈负相关；尿液的酸化有利于弱有机碱的排泄，尿液的碱化有利于弱有机酸的排泄；生理性氧阴离子载体介导某些有毒金属氧阴离子在肾脏的吸收。铬酸盐和钼酸盐通过硫酸盐转运蛋白重吸收，砷酸盐通过磷酸盐转运蛋白重吸收。经胆汁和胃肠排泄以及唾液腺和外分泌胰腺分泌而转运到胃肠道的毒物可穿越小肠粘膜扩散而重吸收。2020年5月29日星期五5时2分13秒14毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU三、解毒与增毒(一)终毒物的形成终毒物(Ultimatetoxicant)：指能直接与内源性靶分子(如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂质)反应或引起生物学微环境的改变，导致机体结构和功能紊乱并表现出毒性的物质。强酸和强碱、烟碱、氨基糖苷、甲基异氰酸盐、重金属离子、HCN、CO等具有直接毒性作用。另一些化学物毒效应强度取决于终毒物在作用靶点的浓度和持续时间。增毒作用(toxication)：化学物在体内经生物转化成终毒物的过程。终毒物的主要类型:①亲电子剂(electrophiles)；②自由基(freeradicals)；③亲核物(nucleophiles)；④氧化还原性反应物(redox-activereductants)2020年5月29日星期五5时2分13秒15毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU1.亲电子剂概念：指含有一个缺电子原子(带部分或全部正电荷)的分子，并能与亲核物中的富电子原子通过共享电子对共价结合的化学物。原毒物催化增毒酶亲电子代谢物毒性作用乙醇ADH乙醛肝纤维化己烯雌酚（DES）过氧化物酶DES-4-4’苯醌致癌作用氯化乙烯P-4502-氯环氧乙烷致癌作用硫代乙酰胺FMO硫代乙酰胺S氧化物肝脏坏死磺胺甲基异噁唑P-450亚硝基－磺胺甲基异噁唑免疫反应对硫磷P-450对氧磷抑制胆碱酯酶氯仿P-450光气肝脏坏死几种亲电子代谢物的毒性作用2020年5月29日星期五5时2分13秒16毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU（1）概念：在其外层轨道含有一个或多个不成对电子的分子或分子片段。2.自由基2020年5月29日星期五5时2分13秒2.共同特点：具有顺磁性；化学性质十分活泼，反应性极高；半减期极短(μs)；作用半径短。3.主要的自由基类型：O2-·、OH·、H2O2、NO·等4.产生的途径：外源化学物的氧化还原(获得或丢失电子)；共价键的均裂(电子向分子转移)而形成。17毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU2020年5月29日星期五5时2分13秒外源化学物的氧化还原NADPHNADP+O2O2-·PQ2+、DR、NFPQ+·、DR-·、NF-·百草枯、阿霉素、呋喃妥英产生自由基的氧化还原循环外源性化学物诱导自由基产生的途径18毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU键均裂(还原裂解)CCl4CCI3·…+O2CI3COO·CYP450三氯甲基自由基ONOO-＋CO2NO2+CO3-·碳酸阴离子自由基亚硝基过氧碳酸盐过氧亚硝基NO+O2-·三氯甲基过氧自由基ONOOCO2-·2020年5月29日星期五5时2分13秒19毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU自由基的危害作用脂质过氧化损伤攻击多不饱和脂肪酸的稀丙基氢(-CH2-)，抽取1个氢原子，形成碳中心的脂质自由基(L·)，烷氧自由基(LO·)等，同时在有氧环境的细胞内，可进一步与氧反应生成过氧自由基，从而引起生物膜、DNA、低密度脂蛋白等的氧化损伤。蛋白质的氧化损伤ROS对氨基酸具有氧化作用，如几乎所有的氨基酸残基都可被羟自由基作用，导致蛋白质或肽链的降解与断裂，或者凝集与交联，对细胞膜、酶蛋白、受体或载体蛋白结构或功能造成影响。核酸的氧化损伤ROS对可攻击DNA腺嘌呤与鸟嘌呤的C8，嘧啶的C5与C6双键，形成不同类型的碱基修饰物，如8-羟基脱氧鸟嘌呤等，同时对DNA分子中的核糖的3’和4’碳位上，造成DNA的链断裂，或者通过激活核酸酶，引起链断裂。从而诱导基因损伤，是突变与癌变的基础。2020年5月29日星期五5时2分13秒20毒作用机制DepartmentofHealthToxicologySchoolofPublicHealth,CSU（1）)概