砷的分子毒理學研究進展(續(xù))

1、癌變畸變突變1998年第10卷第1期CarcinogenesisTeratogenesisandMutagenesisVol10No11998砷的分子毒理學研究進展(續(xù))孟紫強山西大學生命科學系環(huán)境生物毒理學研究室太原030006進UV照射對具有剪切修復能力的正常成纖維細胞和XP突變細胞的殺傷作用,且有劑量依賴關系;但它不能促進UV對缺乏剪切修復的XP組A細胞的殺傷作用。在對DNA修復的抑制作用中,三價砷比五價砷的作用更大。最近的研究發(fā)現(xiàn),砷化合物,尤其是三價砷化合物,能與有關DNA修復酶的巰基結(jié)合,使該酶活性降低,導致DNA修復作用的抑制。4砷對免疫功能的影響(續(xù)第5期P326)后修復(36

2、,37)。他們還報道,亞砷酸鈉對不能進行復制后修復的大腸桿菌菌株RecA突變株(WP10RecA-)UV照射后的存活率無影響,這也肯定了砷對大腸桿菌依賴RecA的DNA復制后修復有抑制作用。UV照射對大腸桿菌突變的誘發(fā),依賴于rec+和Lex+基因,亞砷酸鈉能降低UV對含有這些基因的大腸桿菌菌株WWP2突變的誘發(fā)(37)。其機理是:E.Coli一半乳糖苷酶的誘導和RNA的合成對亞砷酸鈉特別敏感,由于大腸桿菌DNA的錯誤修復是一個誘導的修復過程,亞砷酸鈉對酶誘導和mRNA合成的抑制,也抑制了UV照射后DNA錯誤修復系統(tǒng)的誘導,從而減少了突變的發(fā)生(37)。3.2.2砷對人類細胞DNA修復的影響D

3、NA修復途徑有多種,其中“暗修復”是不依賴有些微量元素化合物可作用于機體的免疫系統(tǒng),影響免疫功能。如果引起的免疫反應強度屬于正常范圍,一般情況下機體能恢復內(nèi)在平衡,不引起明顯的組織損傷和機能障礙。如果免疫反應強度和后果超過正常生理范疇,造成異常的免疫反應,稱超敏反應,又稱變態(tài)反應。有的可引起機體體液或細胞免疫反應降低,有的可直接作用于免疫系統(tǒng)的細胞,引起研究指出,砷化合物在較高濃度下能抑制人血淋巴細胞的有絲分裂,甚至引起細胞死亡(40,41)。表明砷能引起細胞毒性變態(tài)反應。砷化合物還可引起腎細胞及其蛋白質(zhì)的改變,引起免疫復合物型或血管炎型變態(tài)反應,造成過敏性腎病綜合征。無機的和有機的砷化合物還

4、可引起遲發(fā)型變態(tài)反應,導致皮膚病發(fā)生。最近的研究發(fā)現(xiàn)(6,7),亞砷酸鈉和砷酸鈉在較低濃度下可刺激人血淋巴細胞轉(zhuǎn)化,在較高濃度下則抑制其轉(zhuǎn)化,呈雙相性作用。砷對人血淋巴細胞轉(zhuǎn)化的誘導作用比PHA需要更長的時間,且效應也比PHA弱。淋巴細胞與砷連續(xù)接觸3天以后,其細胞轉(zhuǎn)化開始被砷誘發(fā);連續(xù)接觸6天以后,轉(zhuǎn)化過程受砷的刺激作用達到最大。PHA對淋巴細胞轉(zhuǎn)化的誘導迅速,其誘導效應到第三天即達到最大。抗原對淋巴細胞轉(zhuǎn)化的誘導所需時間也較長,一般需6天,誘導也較弱。砷對淋巴細胞轉(zhuǎn)化的誘導,在作用時間和方式光能的由幾個酶促反應步驟組成的修復系統(tǒng)。該系Jung等研究了砷對人體表皮組織DNA損傷“暗修復”統(tǒng)可

5、對DNA單鏈斷裂和嘧啶二聚體損傷進行修復。細胞毒性。的影響(38)。首先將2030歲健康男性表皮組織(厚0.20.3mm)切成2×2mm的小塊,在含有10-5或10-6M砷酸鈉的培養(yǎng)液中,37下培養(yǎng)1h或4h。然后,用無過濾的氙光燈照射(2.24×109爾格/cm2),使Ci/ml的3H-胸腺嘧啶核DNA受到損傷,再用10苷,37下標記4h。最后,按常規(guī)方法用福爾馬林進行組織固定、切片、染色和放射自顯影,對DNA修復活性進行分析。結(jié)果指出,UV誘發(fā)的非預定性DNA合成(UDS)被砷酸鈉所抑制,表明砷對人體表皮組織細胞受UV照射引進的DNA損傷的修復活性有抑制作用。Okui等

6、對三價砷(三氧化二砷)和五價砷(砷酸鈉)在正常人成纖維細胞和著色性干皮病(XP)成纖維細胞經(jīng)UV照射以后DNA修復中的效應進行了研究(39)。結(jié)果表明,三氧化二砷能抑制DNA中胸腺嘧啶二聚體的剪切,因此也抑制了UDS。三價砷也能促62© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.上與抗原的作用相似。但是,砷的作用與抗原又有不同,抗原需預先對個體致敏,是特異的;而砷的作用不是特異的,不需要預先致敏。研究還發(fā)現(xiàn),三價砷比五價砷對人血淋巴細胞轉(zhuǎn)化的誘導作用強(6,7)5.3砷影響物質(zhì)代謝的機

7、制是什么?研究指出,缺砷能影響小雞蛋白質(zhì)的氨基酸代謝,使小雞血清中脲酸水平改變、精氨酸含量降低,半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸和組氨酸水平提高。缺砷還可使大鼠肝中蛋白質(zhì)水平下降。砷還能刺激粘膜和肝中谷胱甘肽的合成。最近研究發(fā)現(xiàn),極低濃度的砷可刺激人血淋巴細胞DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成(5-7)。這些研究結(jié)果表明,砷能影響生物大分子的合成。砷誘導淋巴細胞轉(zhuǎn)化的意義和機理,尚待研究。5砷是生物的必需微量元素嗎?砷與磷均為元素周期表第V主族元素,砷酸鹽與磷酸鹽性質(zhì)相似。但是,磷酸鹽是生物所必需的大量元素,而少量的砷酸鹽就會引起生物的中毒反應。和分解,但其作用機制尚不清楚,為了確證砷是否為為什么生物對這兩

8、個化學性質(zhì)相似的元素存在截然生命所必需,從分子水平研究砷在物質(zhì)代謝中的作用相反的反應?砷和磷都是大自然廣泛分布的元素,在生物長期進化和演變的歷程中,既然能把磷作為大量元素加以利用,成為生命不可缺少的元素;那么對于生物生存環(huán)境中的砷,我們設想,在生物進化的長河中也可能扮演著某種角色為生命所必需,只是生物對它的必需量極其微小,以至不為人所知。我們對砷的生物學還需深入細致地研究,從分子生物學水平加以探討,才會全面地認識砷在生物進化、在生命過程中的復雜作用。我們在本文中僅對砷生物學作用的初步研究報道和需要進一步探討的幾個問題作一簡介。5.1砷脂是生物所必需的嗎?機制,無疑是必需的。參考文獻tatRes

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11、phocytesstimulatedbyphytohemaglutinin.BiolTraceElem堿、砷酸三甲銨內(nèi)脂等;在高等動物中也存在有具有磷膽堿功能的砷膽堿。砷脂有無生命過程所必需的特殊功能、它對細胞結(jié)構的完整性是否必需等問題,值得深入研究,這將為闡明砷是否為生命所必需的問題提供依據(jù)。5.2“砷酶”存在嗎?Res,1993;39:736.MengZQ,MengNY.EffectsofinorganicarsenicalsonDNAsynthesisinunsensitizedhumanbloodlymphocytesinvitro.BiolTraceElemRes,1994;42:2

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13、、磷脂酶二甲基乙醇胺甲基轉(zhuǎn)移酶、膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶等酶活性降低。還有人報道,砷酸可促進依賴ATP的琥珀酸還原NAD+的反應,改變其反應動力學參數(shù),并設想砷對有關該反應的酶可能有修飾作用,使酶活性提高、反應加快。然而,砷是否參與構成酶的活性中心,或參與修飾酶蛋白,均沒有直接的實驗證據(jù)。因此,從分子水平探討酶與砷的關系,了解是否在體內(nèi)像存在著一些金屬酶那樣也存在著“砷酶”,將為解決砷是否為生物的必需微量元素問題提供有力證據(jù)。11.KreppelH,LiuJ,LiuY,etal.Zinc-inducedarsenitetoler2anceinmice.FundamApplToxicol,1994;23:

14、3212.KreppelH,BaumanJN,LiuJ,etal.Inductionofmetalloth2ioneinbyarsenicalsinmice.FundamApplToxicol,1993;63© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.20:18413.AokiY,LipskiMM,FowlerBA.Alterationinproteinsyn2thesisinprimaryculturesofratkidneyproximaltubuleep2ithelialcel

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