第4章 毒作用機(jī)制(150915)

1、第四章第四章 毒作用機(jī)制毒作用機(jī)制(Mechanisms of Toxicology)(Mechanisms of Toxicology)1【目的要求】l 掌握化學(xué)毒物增毒現(xiàn)象l 熟悉化學(xué)毒物主要毒性機(jī)制終毒物的種類與形成終毒物與靶分子的反應(yīng)細(xì)胞功能障礙與毒性2【內(nèi)容】l 毒物的ADME過程和靶器官l 靶分子的反應(yīng)l 細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙l 修復(fù)障礙l 毒物毒作用的表觀遺傳機(jī)制3l 闡明毒作用機(jī)制的意義： （1）解釋描述性資料、評估特定外源化學(xué)物引起有害效應(yīng)的概率、制定預(yù)防策略、設(shè)計(jì)危害程度小的藥物和工業(yè)化學(xué)物，以及開發(fā)靶生物具有良好選擇性的殺蟲劑等提供依據(jù)； （2）有利于對機(jī)體生理和生化過程及人

2、類某些疾病重要疾病病理過程的進(jìn)一步認(rèn)識。45l 毒物在體內(nèi)的可能毒性過程毒物在體內(nèi)的可能毒性過程 第一步第一步第二步第二步第三步第三步第四步第四步6第一節(jié)第一節(jié) 毒物毒物ADMEADME過程與靶器官過程與靶器官l 毒性的強(qiáng)度主要取決于終毒物在其作用部位的濃度和持續(xù)時(shí)間。l 終毒物（終毒物（ultimate toxicantultimate toxicant） : : 是指與內(nèi)源靶分子（如受體、酶、DNA、微絲蛋白、脂質(zhì)）反應(yīng)或引起機(jī)體生物學(xué)微環(huán)境改變、導(dǎo)致機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能紊亂、表現(xiàn)毒物毒性作用的化學(xué)物。l 終毒物可以為：終毒物可以為： 原化學(xué)物（母化合物） 代謝物 活性氧（氮） 內(nèi)源化學(xué)物 78

3、一、一、 從接觸部位進(jìn)入血液循環(huán)從接觸部位進(jìn)入血液循環(huán)（一）（一） 毒物的吸收毒物的吸收l 透過細(xì)胞擴(kuò)散穿越上皮屏障到達(dá)毛細(xì)血管l 脂溶性是影響吸收的重要因素。（二）（二） 毒物進(jìn)入體循環(huán)前的消除毒物進(jìn)入體循環(huán)前的消除l 首過效應(yīng)：胃腸道粘膜細(xì)胞，肝臟，肺l 腸上皮細(xì)胞和肝細(xì)胞，豐富的代謝酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，毒物經(jīng)腸胃吸收進(jìn)入血液循環(huán)之前，一部分經(jīng)腸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白泵回腸腔，一部分經(jīng)腸肝代謝酶代謝，一小部分進(jìn)入血液循環(huán)。10二、二、 從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位l （一）促進(jìn)毒物分布到靶部位的機(jī)制（一）促進(jìn)毒物分布到靶部位的機(jī)制 1. 1. 毛細(xì)血管內(nèi)皮多孔性：毛細(xì)血管內(nèi)皮多孔性：肝竇、腎小管周

4、圍毛細(xì)血管有較大孔道，利于化合物的蓄積； 2. 2. 專一化的膜轉(zhuǎn)運(yùn)：專一化的膜轉(zhuǎn)運(yùn)：離子通道、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，鉈、百草枯 3. 3. 細(xì)胞器內(nèi)蓄積：細(xì)胞器內(nèi)蓄積：可質(zhì)子化的胺類和親脂特征的兩性化合物，溶酶體、線粒體 4. 4. 可逆性細(xì)胞內(nèi)結(jié)合：可逆性細(xì)胞內(nèi)結(jié)合：黑色素11二、二、 從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位l （二）妨礙毒物分布到靶部位的機(jī)制（二）妨礙毒物分布到靶部位的機(jī)制 1. 1. 血漿蛋白結(jié)合：血漿蛋白結(jié)合：與高分子血漿蛋白或脂蛋白結(jié)合，影響擴(kuò)散。 2. 2. 專一化屏障：專一化屏障：血腦屏障、血睪屏障、胎盤屏障阻止親水性化合物 3. 3. 貯存部位分布：貯存部位分布：鉛取

5、代羥磷灰石中的鈣離子沉積在骨骼、氯代烴蓄積脂肪細(xì)胞 4. 4. 與細(xì)胞內(nèi)結(jié)合蛋白結(jié)合：與細(xì)胞內(nèi)結(jié)合蛋白結(jié)合：金屬硫蛋白與鎘結(jié)合 5. 5. 從細(xì)胞內(nèi)排出：從細(xì)胞內(nèi)排出：mdr編碼的P蛋白將化合物泵回細(xì)胞間隙12二、二、 從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位從血液循環(huán)進(jìn)入靶部位l （三）排泄與重吸收（三）排泄與重吸收 1. 1. 排泄：排泄： 主要排泄器官為肝和腎，毒物理化性質(zhì)決定排泄途徑和速度；高親水性和離子化的化合物。 2. 2. 重吸收：重吸收： 1） 腎小管重吸收，需要化學(xué)物質(zhì)有一定脂溶性的物質(zhì)； 2）經(jīng)膽汁、胃腸排泄，及唾液腺和外分泌胰腺分泌而轉(zhuǎn)運(yùn)到胃腸道的毒物，可穿越腸黏膜二重吸收。13三、三、 增

6、毒與減毒增毒與減毒l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成14三、三、 增毒與減毒增毒與減毒l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成l 增毒（toxication）: 外源化學(xué)物在體內(nèi)經(jīng)生物轉(zhuǎn)化為終毒物的過程。l 增毒過程主要是使外源化學(xué)物轉(zhuǎn)變?yōu)? 親電子劑( electrophiles) 自由基( free radicals) 親核物( nucleophiles) 活性氧化還原性反應(yīng)物( redox-active reductants )15l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成l 1. 1. 親電子劑的親電子劑的形成形成l 親親電子劑電子劑: : 是指含有一個(gè)缺電子原子的分子，它能通過與

7、親核物中的富含電子原子共享電子對而發(fā)生反應(yīng)。l 親親電子劑的電子劑的形成形成 通過插入一個(gè)氧原子而產(chǎn)生； 共軛雙鍵形成； 鍵異裂； 金屬的氧化還原 1617l 常見親電物常見親電物l 無機(jī)離子的氧化與還原無機(jī)離子的氧化與還原18l 異裂作用產(chǎn)生陽離子親電子劑異裂作用產(chǎn)生陽離子親電子劑1920l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成l 2. 2. 自由基自由基l （1 1）自由基（）自由基（free radicalsfree radicals）：）：是在其外層軌道中含有一個(gè)或多個(gè)不成對電子的分子片段。自由基主要是由于化合物的共價(jià)鍵發(fā)生均裂而產(chǎn)生；接受或丟失一個(gè)電子。21l （2 2）幾種）幾種主

8、要主要的的自由基自由基 單線態(tài)氧 單線態(tài)氧（gO2） 單線態(tài)氧(g+O2) 超氧陰離子自由基（ O2 ） 過氧化氫(H2O2) 羥基自由基(OH) 臭氧(O3) 氮的氧化物NO 、NO2、過氧亞硝基(ONOO) 次氯酸(HOCl) 22l （3 3）自由基的來源（了解）自由基的來源（了解）l 1）外源化學(xué)物通過接受一個(gè)電子形成自由基；l 2）親核外源化學(xué)物在過氧化氫酶催化作用下丟失一個(gè)電子而形成自由基；l 3）電子向分子轉(zhuǎn)移引起的還原性鍵均裂過程形成自由基232425l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成l 3. 3. 親核物的形成親核物的形成 l 親核物的形成是毒物活化作用較少見的一種機(jī)制

9、。 氰化物 苦杏仁經(jīng)腸道糖苷酶催化形成氰化物； 丙烯腈環(huán)氧化后與谷胱甘肽結(jié)合形成氰化物； 硝普鈉經(jīng)巰基誘導(dǎo)降解后形成氰化物，等。26l （一）終毒物的形成（一）終毒物的形成l 4. 4. 活性氧化還原反應(yīng)物的形成活性氧化還原反應(yīng)物的形成l 特殊機(jī)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(xì)菌還原生成，也可由亞硝酸酯或硝酸酯與谷胱甘肽反應(yīng)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。27l （二）解毒（二）解毒l 解毒解毒( ( detoxicationdetoxication): ): 是指通過生物轉(zhuǎn)

10、化而將終毒物消除，或者阻止毒性產(chǎn)物形成的過程。l 在某些情況下，解毒過程可能與代謝活化過程競爭同一外源化學(xué)物。 無無功能基團(tuán)毒物的解毒：功能基團(tuán)毒物的解毒：I、II相代謝解毒。 親親核物的解毒：核物的解毒：在親核功能基團(tuán)上的結(jié)合反應(yīng)解毒 親電子劑的親電子劑的解毒：解毒：谷胱甘肽結(jié)合 環(huán)氧化物水化酶催化 金屬離子由金屬硫蛋白形成復(fù)合物 自由基自由基的的解毒：解毒：SOD、GSH-Px 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)毒素的毒素的解毒：解毒：蛋白酶 28l （二）解毒（二）解毒l 1. 1. 無功能基團(tuán)毒物的解毒無功能基團(tuán)毒物的解毒 l I、II相代謝解毒。 29l （二）解毒（二）解毒l 2 2. . 親親核物的解

11、毒核物的解毒 一般通過在親核功能基團(tuán)上的結(jié)合反應(yīng)來解毒 如羥化的化合物通過硫酸化作用、葡萄糖醛酸化作用來結(jié)合l 3. 3. 親電子劑的解毒親電子劑的解毒 一般親電性毒物的解毒是通過與巰基親核物谷胱甘肽共軛結(jié)合而解毒 此類反應(yīng)可自發(fā)產(chǎn)生或由谷脫甘肽-s-轉(zhuǎn)移酶協(xié)同進(jìn)行 金屬離子如Ag2+ 、Cd2+ 、Hg2+和CH3Hg 離子 很容易與谷脫甘肽反應(yīng)而解毒30l （二）解毒（二）解毒l 4. 4. 自由基的解毒自由基的解毒 沒有任何一種可以解除HO，預(yù)防HO毒作用的最有效辦法是阻止其產(chǎn)生。 超氧化物歧化酶（超氧化物歧化酶（SODSOD），谷胱甘肽氧化酶（），谷胱甘肽氧化酶（GPOGPO）和過氧化

12、氫酶）和過氧化氫酶（CATCAT）對超氧陰離子自由基（）對超氧陰離子自由基（O O2 2-）的解毒作用）的解毒作用 31l （二）解毒（二）解毒l 5. 5. 蛋白質(zhì)毒素的解毒蛋白質(zhì)毒素的解毒 硫氧環(huán)蛋白，蛇毒l 6. 6. 解毒過程失效解毒過程失效 解毒能力耗竭（解毒酶、共底物、抗氧化劑）； 解毒酶失活； 某些結(jié)合反應(yīng)被逆轉(zhuǎn)，肺部吸入甲基異氰酸鹽，不穩(wěn)定的谷胱甘肽結(jié)合物 解毒過程產(chǎn)生潛在的有害副產(chǎn)物。谷胱甘肽自由基3233第二節(jié)第二節(jié) 靶分子的反應(yīng)靶分子的反應(yīng) 34l 一、靶分子的屬性一、靶分子的屬性 所有的內(nèi)源化合物都是毒物潛在的靶標(biāo)。所有的內(nèi)源化合物都是毒物潛在的靶標(biāo)。毒理學(xué)相關(guān)的靶標(biāo)是

13、大分子，如DNA、蛋白質(zhì)，小分子中如膜脂質(zhì)，輔因子如輔酶A和吡哆醛； 內(nèi)源性分子作為靶分子必須具有合適的反應(yīng)性和反應(yīng)性和/ /或空或空間構(gòu)型間構(gòu)型，以容許終毒物發(fā)生共價(jià)或非共價(jià)反應(yīng)。 靶分子必須接觸足夠高濃度的終毒物足夠高濃度的終毒物，故處于反應(yīng)活性化學(xué)物鄰近或接近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(gè)靶分子常常是催化這些代謝物形成的酶或鄰近的細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu) 35l 二、反應(yīng)的類型二、反應(yīng)的類型l （一）非共價(jià)（一）非共價(jià)結(jié)合結(jié)合 ( (nonconvalentnonconvalent binding) binding) 定義：定義： 通過通過非極性交互作用或氫鍵與離子

14、鍵等非共價(jià)結(jié)合方式非極性交互作用或氫鍵與離子鍵等非共價(jià)結(jié)合方式與膜受體、細(xì)胞內(nèi)受體、離子通道和某些酶等靶分子結(jié)合。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 毒物原子的空間排列使其與內(nèi)源性分子的互補(bǔ)部位結(jié)合。 非非共價(jià)鍵結(jié)合的鍵能相對較低，因此是可逆的共價(jià)鍵結(jié)合的鍵能相對較低，因此是可逆的。 舉例：舉例： 番木鱉堿（strychnine）與脊髓運(yùn)動神經(jīng)元甘氨酸受體的結(jié)合； TCDD與芳烴受體的結(jié)合； 哈蚌毒素（saxitoxin）與鈉通道的結(jié)合；36l （二）共價(jià)結(jié)合（二）共價(jià)結(jié)合 ( (convalentconvalent binding) binding) 是不可逆的，這種結(jié)合持久地改變內(nèi)源分子，具有重要的毒理學(xué)意義

15、 親電子劑（如非離子和陽離子親電子劑以及自由基陽離子） 中性自由基（如：HO、NO2和Cl3C） ，DNA或脂質(zhì) 親核毒物：體內(nèi)親電化合物罕見。體內(nèi)親電化合物罕見。 胺類和肼類與吡哆醛（pyridoxal）的共價(jià)反應(yīng) 一氧化碳、氰化物、硫化氫和疊氮化物與各種血紅素蛋白中的鐵形成配位共價(jià)鍵 37l （三）去氫反應(yīng)（三）去氫反應(yīng) (hydrogen abstraction)(hydrogen abstraction)（自由基作用）（自由基作用） 自由基引起內(nèi)源性分子去氫，生成新的內(nèi)源性自由基。 R-SH(R-S) ，為R-SOH和R-S-S-R等巰基氧化物的前身； 使游離氨基酸或氨基酸殘基的CH2

16、基團(tuán)去氫，變?yōu)轸驶衔铮⑴c胺類化合物反應(yīng)，形成DNA或蛋白質(zhì)交聯(lián)。 自由基脫氧核糖去氫并產(chǎn)生C-4自由基是引起DNA鏈斷裂的基礎(chǔ) 脂肪酸去氫并產(chǎn)生脂質(zhì)自由基最終啟動脂質(zhì)過氧化 38l （四）電子轉(zhuǎn)移（四）電子轉(zhuǎn)移(electron transfer)(electron transfer) 如化學(xué)物能將血紅蛋白中的Fe2+氧化為Fe3+，形成高鐵血紅蛋白血癥。l （五）酶促反應(yīng)（五）酶促反應(yīng)(enzymatic reaction)(enzymatic reaction) 少數(shù)一些毒素（蓖麻蛋白、細(xì)菌毒素、白喉毒素等）通過酶促反應(yīng)作用于特定靶蛋白上。 39l 三、毒物對靶分子的影響三、毒物對靶

17、分子的影響 40l 三、毒物對靶分子的影響三、毒物對靶分子的影響 l （一）靶分子功能失調(diào)（一）靶分子功能失調(diào) 模擬模擬內(nèi)源性內(nèi)源性配體，活化靶蛋白配體，活化靶蛋白: : 嗎啡激活鴉片受體；氯貝丁酯為過氧化酶體增殖物激活劑受體的激動劑 抑制靶分子功能抑制靶分子功能: : 阿托品、箭毒及士的寧-阻斷神經(jīng)遞質(zhì)受體；DDT抑制鈉通道關(guān)閉 改變改變蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：催化中心和關(guān)鍵基團(tuán)。與蛋白質(zhì)巰基發(fā)生共價(jià)結(jié)合或氧化修飾；酪氨酸硝化影響信號通路。 干擾干擾DNADNA模板功能模板功能: : 黃曲霉素8,9-氧化物與鳥嘌呤共價(jià)結(jié)合，導(dǎo)致G-A配對，導(dǎo)致某些基因堿基突變。41l 三、毒物對靶分子的影響

18、三、毒物對靶分子的影響 l （二）（二） 靶靶分子結(jié)構(gòu)破壞分子結(jié)構(gòu)破壞 加加合物形成：合物形成： 親電子劑-細(xì)胞骨架蛋白、DNA大分子交聯(lián) OH-活性親電子劑-親核部位結(jié)合 DNADNA斷裂：斷裂： DNA堿基受OH自由基攻擊形成咪唑環(huán)開放的嘌呤或環(huán)收縮的嘧啶-DNA復(fù)制障礙 電離輻射-OH-斷裂較短的DNA雙鏈 自發(fā)性自發(fā)性降解：降解：氧化損傷，自由基引起脂肪酸脫氫啟動脂質(zhì)過氧化，與脂質(zhì)、鄰近蛋白或DNA反應(yīng) 42l 三、毒物對靶分子的影響三、毒物對靶分子的影響 l （三）（三） 新抗原形成：新抗原形成： 與外源化合物共價(jià)結(jié)合的蛋白質(zhì)少數(shù)可以形成新抗原，激發(fā)免疫應(yīng)激。 硝基氯苯、青霉素和鎳本

19、身具有蛋白質(zhì)結(jié)合的能力；另一些化合物經(jīng)轉(zhuǎn)化與蛋白有結(jié)合能力。 藥物引起狼瘡和粒細(xì)胞減少癥是有藥物-蛋白質(zhì)加合物才出發(fā)的免疫反應(yīng)介導(dǎo)。4344第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙l 細(xì)胞執(zhí)行特定著特定的程序細(xì)胞執(zhí)行特定著特定的程序 決定細(xì)胞命運(yùn)：決定細(xì)胞命運(yùn)：增殖、分化、凋亡或自噬 控制細(xì)胞瞬息活動：控制細(xì)胞瞬息活動：分泌活性物質(zhì)、轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝營養(yǎng)物質(zhì) 毒物引起細(xì)胞功能障礙毒物引起細(xì)胞功能障礙45 細(xì)胞功能障礙程序：細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)、細(xì)胞功能障礙程序：細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)、細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡l 一一、細(xì)胞應(yīng)激、細(xì)胞應(yīng)激 細(xì)胞應(yīng)激：指細(xì)胞處于不利環(huán)

20、境和遇到有害刺激時(shí)所產(chǎn)細(xì)胞應(yīng)激：指細(xì)胞處于不利環(huán)境和遇到有害刺激時(shí)所產(chǎn)生的防御或適應(yīng)性反應(yīng)。生的防御或適應(yīng)性反應(yīng)。 根據(jù)引起細(xì)胞應(yīng)激的原因不同以及細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的差異：根據(jù)引起細(xì)胞應(yīng)激的原因不同以及細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的差異： 熱應(yīng)激（heat stress）； 氧化應(yīng)激（oxidative stress）; 缺氧應(yīng)激（hypoxic stress）； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（endophasmic reticulum stress）; 遺傳毒性應(yīng)激（genotoxic stress）46l 一、細(xì)胞應(yīng)激一、細(xì)胞應(yīng)激 細(xì)胞應(yīng)激過程 高度有序，應(yīng)激源誘發(fā)的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活相關(guān)的轉(zhuǎn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子和促進(jìn)應(yīng)激

21、基因錄因子和促進(jìn)應(yīng)激基因的快速表達(dá)，合成多種特異性和非特異性的且對細(xì)胞具有保護(hù)作用的應(yīng)激蛋白質(zhì)應(yīng)激蛋白質(zhì)，從而對細(xì)胞產(chǎn)生特異性和非特異性保護(hù)作用，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)正?；虮磉_(dá)受抑制；若細(xì)胞損傷嚴(yán)重而導(dǎo)致?lián)p傷無法修復(fù)，則啟動細(xì)胞凋亡或自噬過程，加速細(xì)胞死亡啟動細(xì)胞凋亡或自噬過程，加速細(xì)胞死亡。47l 一、細(xì)胞應(yīng)激一、細(xì)胞應(yīng)激 應(yīng)激原應(yīng)激原：能導(dǎo)致細(xì)胞應(yīng)激的物理、化學(xué)和生物因素。 DNA損傷性應(yīng)激原介導(dǎo)的細(xì)胞應(yīng)激稱為基因毒性應(yīng)激基因毒性應(yīng)激。DNA損傷性應(yīng)激原：紫外線、離子射線、活性氧、化學(xué)致畸劑、化學(xué)致癌劑、化學(xué)致突變劑 非DNA損傷性應(yīng)激原介導(dǎo)的細(xì)胞應(yīng)激為非基因毒性應(yīng)激非基因毒性應(yīng)激（如熱應(yīng)激、缺氧

22、應(yīng)激、氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激）。非DNA損傷性應(yīng)激原：創(chuàng)傷、感染、營養(yǎng)剝奪、滲透壓改變、缺氧和熱應(yīng)激。48l （一）、熱應(yīng)激（一）、熱應(yīng)激 熱應(yīng)激的特征反應(yīng)熱應(yīng)激的特征反應(yīng)：是誘導(dǎo)細(xì)胞表達(dá)熱休克蛋白（heat shock protein, HSP）。HSP有稱應(yīng)激蛋白。 結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)性HSPHSP： 為細(xì)胞的結(jié)構(gòu)蛋白,正常時(shí)即存在于細(xì)胞內(nèi)，幫助新生的蛋白質(zhì)進(jìn)行正確的折疊、移位、降解，稱為分子伴侶（Molecular chaperone）。 誘誘導(dǎo)導(dǎo)性性HSPHSP： 由各種應(yīng)激原誘導(dǎo)生成，參與受損蛋白質(zhì)的修復(fù)或移除，保護(hù)細(xì)胞免受嚴(yán)重?fù)p傷，加速修復(fù)；提高細(xì)胞對應(yīng)激原的耐受性。 49l （二）、氧化應(yīng)

23、激（二）、氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激：氧化應(yīng)激：主要應(yīng)激原主要為自由基、活性氧（reactive oxygen species, ROS）和活性氮（ reactive nitrogen species, RNS ）。 自由基包括超氧陰離子(.O2-)、羥自由基(.OH)、過氧自由基(ROO.)、氯離子自由基（CL.）和一氧化氮分子自由基（NO.）; ROSROS是是一類由氧形成、并在分子組成上含有氧且化學(xué)性質(zhì)比較活波的物質(zhì)包括超氧陰離子(.O2-)、羥自由基(.OH)、過氧自由基(ROO.)等; RNSRNS是是NO及其體內(nèi)繼發(fā)性產(chǎn)物的總稱，包括一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2)和過氧化亞硝酸鹽(.

24、ONOO-)等。50511. ROS、RNS，機(jī)體防御，吞噬細(xì)胞殺傷病原體2. 免疫細(xì)胞殺傷腫瘤細(xì)胞，與ROS有關(guān) 3. ROS、RNS，參與解毒4. ROS參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和基因表達(dá)調(diào)控，細(xì)胞增殖、分化5. 影響Ca2+穩(wěn)態(tài)、蛋白質(zhì)磷酸化、轉(zhuǎn)錄因子激活等多通路發(fā)揮調(diào)節(jié)作用l （二）、氧化應(yīng)激（二）、氧化應(yīng)激 ROS和RNS的生理功能：機(jī)體通過抗氧化防御系統(tǒng)，清除自由基，防止氧化應(yīng)激521. 線粒體機(jī)制：作用于線粒體，導(dǎo)致位于線粒體的促凋亡蛋白Bcl-2家族成員激活，啟動凋亡程序 2. 過量ROS通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激活信號通路，啟動凋亡程序l （二）、氧化應(yīng)激（二）、氧化應(yīng)激 自由基、ROS和RN

25、S過多，破壞氧化/還原平衡，發(fā)生氧化應(yīng)激 細(xì)胞調(diào)節(jié)功能、細(xì)胞維持功能障礙，甚至凋亡和自噬。 ROSROS引起凋亡的機(jī)制引起凋亡的機(jī)制53l （三）、缺氧應(yīng)激（三）、缺氧應(yīng)激 缺氧應(yīng)激：缺氧應(yīng)激：細(xì)胞和組織為適應(yīng)低氧壓力而誘導(dǎo)系列涉及血管生血管生成、鐵代謝和糖代謝相關(guān)基因成、鐵代謝和糖代謝相關(guān)基因的表達(dá)，以維持細(xì)胞的增殖和存活，此過程稱缺氧應(yīng)激。 低氧是重要缺氧應(yīng)激原。低氧是重要缺氧應(yīng)激原。金屬暴露、脂多糖、IL-1、胰島素等引起缺氧應(yīng)激。Ca2+、NO和CO在低氧信號傳導(dǎo)中起重要作用。 介導(dǎo)缺氧應(yīng)激反應(yīng)的關(guān)鍵因子為缺氧誘導(dǎo)因子缺氧誘導(dǎo)因子1 1（HIF-1HIF-1），由兩種亞基HIF-1和H

26、IF-1。HIF-1穩(wěn)定表達(dá)， HIF-1在正常情況下檢測不到，但缺氧狀態(tài)下，降解受抑制，與HIF-1形成有活性的HIF-1，轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核調(diào)節(jié)多基因轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核調(diào)節(jié)多基因轉(zhuǎn)錄。54l HIF-1HIF-1下游靶基因下游靶基因1. EPO2. VEGF3. iNOS4. MMP5. GLUT -16. TGF-1 12 23 33 35 55 55 555l （四）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（四）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：蛋白質(zhì)和脂質(zhì)合成、加工、折疊和運(yùn)輸。加工和包裝特異性的分子伴侶為糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose regulated protein 78, GRP78）； 細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)受損或需要加工和

27、包裝的蛋白質(zhì)合成增加時(shí)，即引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和非折疊蛋白反應(yīng)（the unfolded protein response, URP），由三個(gè)主要內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜蛋白介導(dǎo)，即即IRE1IRE1、pERKpERK和和ATF6ATF6信號通路信號通路； 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是一種保護(hù)機(jī)制，降低胞內(nèi)未折疊蛋白濃度，阻礙聚集。56l （四）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（四）、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 以下情況，出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；1. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)特異性分子伴侶減少或缺失2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+耗竭 3. 氧化應(yīng)激或缺氧應(yīng)激4. 基因突變影響到基因產(chǎn)物蛋白質(zhì)分子折疊5. 二硫鍵形成減少57l （五）、遺傳毒性應(yīng)激（五）、遺傳毒性應(yīng)激 遺傳毒性應(yīng)激：遺傳毒性應(yīng)激：人體

28、細(xì)胞啟動自身防御網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以應(yīng)對遺傳物質(zhì)DNA免受外源遺傳毒性損傷的過程； 應(yīng)激原：應(yīng)激原：遺傳毒性致癌劑和致突變物、紫外線和放射性核素、化療藥物、某些代謝產(chǎn)物（如自由基和活性氧）； 絲裂原活性蛋白激酶絲裂原活性蛋白激酶（MAPKsMAPKs）途徑）途徑是細(xì)胞遺傳應(yīng)激反應(yīng)中主要信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一。保證細(xì)胞正常生長和DNA復(fù)制保真度。58l （六）毒理學(xué)意義（六）毒理學(xué)意義 細(xì)胞應(yīng)激：細(xì)胞應(yīng)激：細(xì)胞能量代謝、蛋白質(zhì)合成和加工、細(xì)胞內(nèi)環(huán)境建立和維持、細(xì)胞遺傳物質(zhì)損傷的識別和修復(fù)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞存活和凋亡等； （1）是機(jī)體面對有害因素刺激的防御性反應(yīng)，利于內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定； （2）過程引起信號轉(zhuǎn)

29、導(dǎo)迅速改變，某些重要信號分子或信號通路改變可能損害細(xì)胞正常功能。l 二、細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙二、細(xì)胞調(diào)節(jié)功能障礙 細(xì)胞受信號分子所調(diào)節(jié)，受體激活最終可導(dǎo)致： （1）改變基因表達(dá)，增加或減少特定蛋白的功能。 （2）通過磷酸化使特定蛋白發(fā)生化學(xué)修飾（磷酸化、甲基化、乙酰化和硝化），從而激活或抑制蛋白質(zhì)。 控制細(xì)胞命運(yùn)控制細(xì)胞命運(yùn)的程序主要影響基因表達(dá)基因表達(dá)；而調(diào)節(jié)控制細(xì)細(xì)胞瞬息活動胞瞬息活動的程序主要影響功能蛋白的活性功能蛋白的活性。 60l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 1. 1. 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙 61 轉(zhuǎn)錄因子：

30、轉(zhuǎn)錄因子：能結(jié)合在某基因上游特異核苷酸序列上的蛋白質(zhì)，能調(diào)控其基因的轉(zhuǎn)錄； 順式作用元件：順式作用元件：位于基因旁側(cè)，可調(diào)控影響基因表達(dá)的核酸序列。包括啟動子 、增強(qiáng)子等。 應(yīng)答元件：應(yīng)答元件：位于基因上游能被轉(zhuǎn)錄因子識別和結(jié)合，從而調(diào)控基因?qū)Ｒ恍员磉_(dá)的DNA序列。如熱激應(yīng)答元件、金屬應(yīng)答元件等。l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 1. 1. 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙 6263l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 1. 1. 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙 毒物影響轉(zhuǎn)錄因子（轉(zhuǎn)錄因子（TFsTFs）活性是毒物調(diào)節(jié)基因表達(dá)最主要方式。 兩種類型TFs，即配

31、體激活的即配體激活的TFsTFs，和信號激活的，和信號激活的TFsTFs 天然配體： 激素（如類固醇、甲狀腺激素）和維生素（視黃醇和維生素D），通過結(jié)合與激活轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合與激活轉(zhuǎn)錄因子而影響基因的表達(dá) 化學(xué)物：模擬天然配體而調(diào)節(jié)下游基因表達(dá)。 l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 1. 1. 基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙 6465 鄰苯二甲酸酯模擬多不飽和脂肪酸 模擬Zn2+66 細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的機(jī)制： 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是通過細(xì)胞外的信號分子如生長因子、細(xì)胞因子、激素和神經(jīng)遞質(zhì)等利用細(xì)胞表面受體和細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)來完成的。l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 2. 2

32、. 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)障礙信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)障礙 68細(xì)胞生長因子細(xì)胞生長因子細(xì)胞表面生長因子受體細(xì)胞表面生長因子受體磷酸化磷酸化RASRAS連續(xù)的激酶磷酸化連續(xù)的激酶磷酸化轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控影響細(xì)胞周期進(jìn)展調(diào)控影響細(xì)胞周期進(jìn)展和決定細(xì)胞結(jié)局的基因和決定細(xì)胞結(jié)局的基因l 毒物引起細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常的途徑毒物引起細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)異常的途徑 改變蛋白質(zhì)的磷酸化； 干擾G蛋白（如Ras蛋白）的GTP酶活性； 破壞正常的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)交互作用 建立異常的交互作用； 改變信號蛋白的合成與降解。6970I I B B 抑制性結(jié)合蛋白抑制性結(jié)合蛋白降解，促使降解，促使NF-NF- B B進(jìn)進(jìn)入細(xì)胞核入細(xì)胞核MAPKMAPK、

33、PI3K/AKTPI3K/AKT途徑激活途徑激活蛋白表達(dá)上調(diào)蛋白表達(dá)上調(diào)炎癥炎癥維持存活、抗凋亡維持存活、抗凋亡過量活過量活性氧性氧l （一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙（一）基因表達(dá)調(diào)節(jié)障礙l 3. 3. 細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)障礙細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生的調(diào)節(jié)障礙 71l （二）細(xì)胞瞬息活動的調(diào)節(jié)障礙（二）細(xì)胞瞬息活動的調(diào)節(jié)障礙 l 1 1電可興奮細(xì)胞的調(diào)節(jié)障礙電可興奮細(xì)胞的調(diào)節(jié)障礙72運(yùn)動神經(jīng)元電壓門運(yùn)動神經(jīng)元電壓門控的控的Na+通道通道中樞神經(jīng)系統(tǒng)中樞神經(jīng)系統(tǒng)GABA受體受體l 2. 2. 其他細(xì)胞活動的調(diào)節(jié)障礙其他細(xì)胞活動的調(diào)節(jié)障礙 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制也在非可興奮細(xì)胞中起作用，但這些細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程的失調(diào)

34、通常不產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。 大鼠肝細(xì)胞表達(dá)1-腎上腺素能受體，受體激活引起葡萄糖水解和谷胱甘肽輸出增加，可能對細(xì)胞有一定毒理學(xué)意義。 73l 三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào) 細(xì)胞穩(wěn)態(tài)（細(xì)胞穩(wěn)態(tài)（cellular homeostasiscellular homeostasis）：指在神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)下，細(xì)胞內(nèi)各種成分和生理功能保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。 細(xì)胞穩(wěn)態(tài)是細(xì)胞存活和正常代謝所必須的。生物膜的完生物膜的完整性是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。整性是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵。 細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)：細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)：機(jī)體生理性衰老狀態(tài)下，細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)異常，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙和代謝功能喪細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)障礙

35、和代謝功能喪失，甚至誘發(fā)細(xì)胞死亡失，甚至誘發(fā)細(xì)胞死亡。 7475 （一）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制（一）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的機(jī)制 外源性化合物通過啟動三種關(guān)鍵性生化代謝紊亂引起細(xì)胞穩(wěn)外源性化合物通過啟動三種關(guān)鍵性生化代謝紊亂引起細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)態(tài)失調(diào)1. ATP耗竭2. 細(xì)胞內(nèi)Ca2+持續(xù)升高 3. ROS和RNS的過度產(chǎn)生76 1. ATP1. ATP耗竭耗竭78 氧化磷酸化過程及外源化合物干擾物氧化磷酸化過程及外源化合物干擾物 氫以NADH形式傳遞給初始電子轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物 氧傳遞給終末電子轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)合物 ADP和無機(jī)磷轉(zhuǎn)運(yùn)給ATP 合酶 電子沿電子傳遞鏈流向氧，伴有質(zhì)子從基質(zhì)腔膜逐出； 質(zhì)子返回基質(zhì)腔驅(qū)動ATP合酶

36、79 外源化合物干擾氧化磷酸化外源化合物干擾氧化磷酸化80 2. 2. 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)CaCa2+2+持續(xù)升高持續(xù)升高 毒物促進(jìn)CaCa2 2+ +向細(xì)胞質(zhì)內(nèi)流或抑制細(xì)胞質(zhì)之內(nèi)CaCa2 2+ +外流，而引起胞漿CaCa2+2+水平升高。 毒物可誘導(dǎo)CaCa2 2+ +從線粒體或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)漏出而增加胞漿CaCa2 2+ +，也可通過抑制CaCa2 2+ +轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或耗竭其驅(qū)動力而較少CaCa2+2+外流。 2. 2. 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)CaCa2+2+持續(xù)升高持續(xù)升高81 3. ROS3. ROS和和RNSRNS過度產(chǎn)生過度產(chǎn)生82l 三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)l （二）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)各要素的相互關(guān)系

37、（二）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)各要素的相互關(guān)系 ATP儲存耗竭 胞漿Ca2+升高。 細(xì)胞內(nèi)高Ca2+ ROS和RNS， ROS與RNS 巰基依賴的Ca2+泵發(fā)生氧化性失活 加劇了高鈣。 ROS與RNS也能消耗ATP儲備； 過氧亞硝酸鹽陰離子ONOO-能誘發(fā)DNA單鏈斷裂，導(dǎo)致聚（ADP-核糖）合酶（PARP）激活，消耗ATP。 83最終引起壞死或凋亡的初級代謝紊亂（ATP耗竭，細(xì)胞內(nèi)高鈣含量和ROS/RNS過量產(chǎn)生）間的相互關(guān)系。ATP-SYNATP合酶；MET線粒體電子傳遞；NOS一氧化氮合酶；PARP聚（ADP核糖）聚合酶；ROS活性氧；RNS活性氮；XO黃嘌呤氧化酶；m線粒體膜電位 l 三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)

38、失調(diào)三、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)l （三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果（三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果 致死前時(shí)相（prelethal phase）：可發(fā)生凋亡（apoptosis）、脹亡（oncosis）和自噬（autophagy）改變。 壞死時(shí)相 壞死是指細(xì)胞死亡時(shí)發(fā)生的一系列變化，包括：腫脹性腫脹性壞死、凋亡性壞死和自噬性壞死。壞死、凋亡性壞死和自噬性壞死。8586l （三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果（三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果 1. 1. 壞死：壞死： 線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的高通透狀態(tài)即所謂的線粒體通透性線粒體通透性轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變( (mitochondrial permeability transition, MPT) mitoch

39、ondrial permeability transition, MPT) . MPT是由于一種跨越線粒體內(nèi)外膜間的蛋白質(zhì)孔（“巨通道”）開放而引起，其開放使質(zhì)子自由地內(nèi)流進(jìn)入基質(zhì)間隙，引起引起mm迅速和完全消散迅速和完全消散、ATP合成中斷及水滲透內(nèi)流，導(dǎo)致線粒體膨脹，已蓄積于基質(zhì)間隙的Ca2+通過孔流出，涌進(jìn)胞質(zhì)。87l （三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果（三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果 2. 2. 凋亡：凋亡： 決定細(xì)胞凋亡的線粒體事件：決定細(xì)胞凋亡的線粒體事件：MPTMPT和和CytCyt c c釋放釋放 細(xì)胞色素c（Cyt c）從線粒體進(jìn)入胞漿，可導(dǎo)致： 線粒體ATP合成受阻，增加O2-形成，導(dǎo)致細(xì)胞

40、死亡； 激活胱天蛋白酶（Caspases），啟動細(xì)胞凋亡。8889細(xì)胞凋亡途徑：線粒體途徑和死亡受體途徑細(xì)胞凋亡途徑：線粒體途徑和死亡受體途徑信號型信號型CaspaseCaspase效應(yīng)型效應(yīng)型CaspaseCaspaseFas90受損細(xì)胞命運(yùn)的“決定方案”MPT線粒體通透性轉(zhuǎn)變，RO（N）S活性氧或活性氮 毒物在低暴露水平或高水平暴露后的早期階段傾向于誘發(fā)凋亡;而在高暴露水平后期則引起壞死； ATPATP利用度是決定細(xì)胞死亡形式的關(guān)鍵；利用度是決定細(xì)胞死亡形式的關(guān)鍵； 發(fā)生發(fā)生MPTMPT的線粒體數(shù)量影響到細(xì)胞的線粒體數(shù)量影響到細(xì)胞ATPATP耗竭的嚴(yán)重性和耗竭的嚴(yán)重性和細(xì)胞結(jié)局。細(xì)胞結(jié)局。

41、 存活：線粒體自體吞噬 凋亡：天冬氨酸特異性半胱氨酸蛋白酶激活 壞死：ATP耗竭有些毒物通過其他機(jī)制引起細(xì)胞死亡有些毒物通過其他機(jī)制引起細(xì)胞死亡 （1）直接損傷細(xì)胞膜 （2）損傷溶酶體膜 （3）破壞細(xì)胞骨架 （4）引起微絲和其他細(xì)胞蛋白超磷酸化 （5）抑制細(xì)胞蛋白質(zhì)合成91l （三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果（三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果 3. 3. 細(xì)胞程序性壞死：細(xì)胞程序性壞死： 細(xì)胞壞死也是可調(diào)控的程序性細(xì)胞壞死，稱為細(xì)胞程序性壞死（programmed necrosis）或壞死性凋亡（necroptosis）。 細(xì)胞膜破裂、細(xì)胞器腫脹、細(xì)胞質(zhì)形成透明樣結(jié)構(gòu)等壞死樣形態(tài)特征。 缺血再灌注損傷、物理和化

42、學(xué)因素誘導(dǎo)的機(jī)體損傷、機(jī)體 感染、神經(jīng)退行性病變等伴有程序性死亡發(fā)生。 化學(xué)藥物和細(xì)胞因子（如TNF-、FasL、TRAIL）均可誘導(dǎo)92l （三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果（三）細(xì)胞穩(wěn)態(tài)失調(diào)的后果 3. 3. 細(xì)胞程序性壞死：細(xì)胞程序性壞死： 受體相互作用蛋白受體相互作用蛋白1 1 和和3 3（RIPK1RIPK1和和RIPK3RIPK3）是程序性壞死的關(guān)鍵信號分子；RIPK1/RIPK3形成的壞死復(fù)合體成為細(xì)胞程序性死亡起始階段的調(diào)控核心。 執(zhí)行階段：涉及因素包括細(xì)胞內(nèi)ROS水平升高、Ca2+濃度升高、能量耗竭和組織蛋白酶激活。9394第四節(jié)第四節(jié) 修復(fù)障礙修復(fù)障礙 95l 一、損傷修復(fù)機(jī)制一、損

43、傷修復(fù)機(jī)制l （一）分子修復(fù)（一）分子修復(fù) 1. 1. 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)修復(fù)修復(fù) 巰基被氧化巰基被氧化使許多蛋白質(zhì)功能受損。被氧化的蛋白巰基 可通過酶促還原而逆轉(zhuǎn)。 a a 氧化的巰基：氧化的巰基：酶促還原使其逆轉(zhuǎn) 內(nèi)源性還原劑硫氧還蛋白、谷氧還蛋白 b b 受損受損蛋白：蛋白：通過水解清除96 2. 2. 脂質(zhì)修復(fù)脂質(zhì)修復(fù) 過氧化的脂質(zhì)通過一系列還原劑以及谷胱甘肽過氧化物還原劑以及谷胱甘肽過氧化物酶和還原酶酶和還原酶共同協(xié)調(diào)運(yùn)作的復(fù)雜過程來修復(fù)。 含有脂肪酸氫過氧化物的磷酯首先為磷酯酶磷酯酶A2A2所水解，過氧化的脂肪酸為正常脂肪酸所取代。同時(shí)，需要NADPH來修復(fù)在該過程中被氧化的還原劑。97

44、 3. DNA3. DNA修復(fù)修復(fù) 直接修復(fù)直接修復(fù) 切除修復(fù)切除修復(fù) 堿基的切除修復(fù)(BER) 核苷酸切除修復(fù)（NER） 錯配修復(fù)（MMR） DNA雙鏈斷裂的修復(fù) : 同源重組修復(fù)(HRR) 和 同源末端連接(NHEJ) 98l （二二）細(xì)胞）細(xì)胞修復(fù)修復(fù) 大多數(shù)組織，細(xì)胞受化學(xué)物傷害后死亡，而存活的細(xì)胞靠分裂來取代死亡的細(xì)胞。 神經(jīng)細(xì)胞 成熟的神經(jīng)細(xì)胞沒有繁殖能力，因此當(dāng)其軸索損傷時(shí)，其修復(fù)主要靠巨噬細(xì)胞和施旺細(xì)胞（schwann cells）來完成。 99l （三）組織修復(fù)（三）組織修復(fù) 1. 細(xì)胞凋亡：受損細(xì)胞的主動清除 2. 細(xì)胞增殖：細(xì)胞和細(xì)胞外的間質(zhì)的再生，還涉及新元件的重新整合

45、連接； 細(xì)胞分裂：分裂周期的啟動受多種基因的調(diào)控； 再生： 細(xì)胞移動： 3. 細(xì)胞外基質(zhì)的替代100l 二、修復(fù)障礙及其引起的毒作用二、修復(fù)障礙及其引起的毒作用l （一）修復(fù)障礙（一）修復(fù)障礙修復(fù)的局限性：修復(fù)的局限性： 某些損傷的修復(fù)可能被遺漏； 損傷程度超過機(jī)體修復(fù)能力時(shí)，修復(fù)失效； 修復(fù)所必需的酶或輔因子被消耗時(shí)，修復(fù)能力耗竭； 某些毒性損害不能被有效地修復(fù)。如毒物與蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合。101修復(fù)過程本身也可引起毒性：修復(fù)過程本身也可引起毒性： 因DNA損傷修復(fù)過程消耗過量消耗過量NADNAD+ +，機(jī)體抗氧化過程消耗過量NAD（P）H均可危及氧化磷酸化過程氧化磷酸化過程，導(dǎo)致或加劇ATP

46、耗竭，從而引發(fā)細(xì)胞損害； DNADNA的剪切修復(fù)和脂質(zhì)的再酰化作用的剪切修復(fù)和脂質(zhì)的再?；饔靡惨?yàn)橄拇罅康腁TP而導(dǎo)致細(xì)胞供能障礙和損傷。 慢性組織損傷后，當(dāng)修復(fù)過程偏離正確軌道，導(dǎo)致不可控制的增生形成腫瘤， 細(xì)胞外間質(zhì)的過度產(chǎn)生則導(dǎo)致組織纖維化。102l （二）修復(fù)障礙引起的毒性（二）修復(fù)障礙引起的毒性1. 1.炎癥炎癥（1 1）細(xì)胞與炎癥：）細(xì)胞與炎癥：微循環(huán)改變和炎性細(xì)胞聚集；（2 2）活性氧和活性氮：）活性氧和活性氮：聚集細(xì)胞釋放自由基和水解酶，損害鄰近組織。2. 2. 壞死壞死（1）凋亡和增殖，可終止壞死；（2）損傷程度超過機(jī)體修復(fù)能力，即壞死。103l （二）修復(fù)障礙引起的毒性

47、（二）修復(fù)障礙引起的毒性3. 3. 纖維化纖維化（1）組織修復(fù)不良；（2）細(xì)胞增生和細(xì)胞外基質(zhì)形成增多。4. 4.致癌作用致癌作用（1 1）DNADNA修復(fù)失效：修復(fù)失效：原癌基因活化和抑癌基因失活；（2 2）細(xì)胞凋亡失效：）細(xì)胞凋亡失效：凋亡抑制劑（3 3）終止細(xì)胞增生失效：）終止細(xì)胞增生失效：有絲分裂增加、原癌基因表達(dá)高（4 4）非遺傳毒性致癌物：）非遺傳毒性致癌物：有絲分裂促進(jìn)劑和凋亡抑制劑104105第五節(jié)第五節(jié) 毒物毒作用的表觀遺傳機(jī)制毒物毒作用的表觀遺傳機(jī)制l 一、表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制一、表觀遺傳學(xué)調(diào)控機(jī)制 表觀遺傳學(xué)：表觀遺傳學(xué)：研究不涉及DNA序列改變的基因表達(dá)和調(diào)控的可遺傳變化

48、的，或者說是研究從基因演繹為表型的過程和機(jī)制的一門遺傳學(xué)分支。 表觀遺傳就是不基于DNA差異的核酸遺傳。即細(xì)胞分裂過程中，DNA 序列不變的前提下，全基因組的基因表達(dá)調(diào)控所決定的表型遺傳，涉及染色質(zhì)重塑、整染色質(zhì)重塑、整體的基因表達(dá)調(diào)控（如體的基因表達(dá)調(diào)控（如DNADNA甲基化，組蛋白修飾等功甲基化，組蛋白修飾等功能等。能等。106107 表觀遺傳學(xué)的研究內(nèi)容：l 基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控u基因組中非編碼RNAu微小RNA（miRNA）u反義RNAu內(nèi)含子、核糖開關(guān)等l 基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)基因選擇性轉(zhuǎn)錄表達(dá)的調(diào)控的調(diào)控uDNA甲基化u基因印記u組蛋白共價(jià)修飾u染色質(zhì)重塑 DNA甲基化

49、(DNA methylation) ：主要是基因組 DNA上的胞嘧啶第5位碳原子和甲基間的共價(jià)結(jié)合，胞嘧啶由此被修飾為5甲基胞嘧啶(5-methylcytosine，5mC)。DNMT1胞嘧啶胞嘧啶5-5-甲基胞嘧啶甲基胞嘧啶胞嘧啶甲基化反應(yīng)胞嘧啶甲基化反應(yīng) S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸l （一）（一）DNADNA甲基化甲基化108 哺乳動物基因組中5mC占胞嘧啶總量的2%-7%，約70%的5mC存在于CpG二連核苷。 在結(jié)構(gòu)基因的5端調(diào)控區(qū)域, CpG二連核苷常常以成簇串聯(lián)形式排列，這種富含這種富含CpGCpG二連核苷的區(qū)域稱為二連核苷的區(qū)域稱為CpGCpG島島(CpG islands)

50、，其大小為500-1000bp，約56%的編碼基因含該結(jié)構(gòu)。 基因調(diào)控元件基因調(diào)控元件( (如啟動子如啟動子) )所含所含CpGCpG島中的島中的5mC5mC會阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)會阻礙轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合體與合體與DNADNA的結(jié)合。的結(jié)合。l DNADNA甲基化一般與基因沉默相關(guān)聯(lián)甲基化一般與基因沉默相關(guān)聯(lián)；l （一）（一）DNADNA甲基化甲基化109以基因型為以基因型為a/aa/a的母的母鼠及其孕育的基因型為鼠及其孕育的基因型為AVY/aAVY/a的仔鼠作實(shí)驗(yàn)對象的仔鼠作實(shí)驗(yàn)對象。孕鼠分為兩組，試驗(yàn)組。孕鼠分為兩組，試驗(yàn)組孕鼠除喂以標(biāo)準(zhǔn)飼料外，孕鼠除喂以標(biāo)準(zhǔn)飼料外，從受孕前兩周起還增加富從受孕前兩周

51、起還增加富含甲基的葉酸、乙酰膽堿含甲基的葉酸、乙酰膽堿等補(bǔ)充飼料，而對照組孕等補(bǔ)充飼料，而對照組孕鼠只喂飼標(biāo)準(zhǔn)飼料。鼠只喂飼標(biāo)準(zhǔn)飼料。 l （二）、（二）、組蛋白修飾組蛋白修飾111 組蛋白與DNA組裝成核小體，是蛋白質(zhì)中最保守的112 組蛋白修飾是表觀遺傳研究的重要內(nèi)容。 組蛋白的 N端是不穩(wěn)定的、無一定組織的亞單位，其延伸至核小體以外，會受到不同的化學(xué)修飾，這種修飾往往與基因的表達(dá)調(diào)控密切相關(guān)。 被組蛋白覆蓋的基因如果要表達(dá)，首先要改變組蛋白的修被組蛋白覆蓋的基因如果要表達(dá)，首先要改變組蛋白的修飾狀態(tài)，使其與飾狀態(tài)，使其與DNADNA的結(jié)合由緊變松，這樣靶基因才能與的結(jié)合由緊變松，這樣靶基因才能與轉(zhuǎn)錄復(fù)合物相互作用。因此，組蛋白是重要的染色體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)錄復(fù)合物相互作用。因此，組蛋白是重要的染色體結(jié)構(gòu)維持單元和基因表達(dá)的負(fù)控制因子。維持單元和基因表達(dá)的負(fù)控制因子。組蛋白修飾種類組蛋白修飾種類 乙酰化乙?；? - 一般與活化的染色質(zhì)構(gòu)型相關(guān)聯(lián)，乙?；揎棿蠖喟l(fā)生在H3、H4的 Lys 殘基上。 甲基化甲基化- - 發(fā)生在H3、H4的 Lys 和 Asp 殘基上，可以與基因抑制或基因激活相關(guān)。 磷酸化磷酸化- - 發(fā)生與 Ser 殘基，一般與