毒作用機制分解

毒作用機制分解第1頁/共31頁第二十八章

毒作用機制

第2頁/共31頁主要內(nèi)容終毒物的形成和解毒終毒物與靶分子的反應(yīng)細胞功能障礙與毒性修復(fù)和修復(fù)失控毒作用機制研究的一般性討論

第3頁/共31頁

毒物

處置

毒

作

用化學(xué)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(fù)失調(diào)(1)化學(xué)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(dǎo)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(fù)(包括分子水平、細胞水平和組織水平的修復(fù))。毒作用機制第4頁/共31頁第一節(jié)終毒物的形成和解毒終毒物：是指與內(nèi)源靶分子（如受體、酶等蛋白質(zhì)、DNA、脂質(zhì)）反應(yīng)或嚴重地改變生物學(xué)（微）環(huán)境、啟動結(jié)構(gòu)和/或功能紊亂，表現(xiàn)其毒性的物質(zhì)。一些外源化學(xué)物（如強酸與強堿、煙堿、氨基糖苷、環(huán)氧乙烷、甲基異氰酸鹽、重金屬離子、HCN、CO等）具有直接作用；而另外一些化學(xué)物，經(jīng)代謝活化成終毒物，并引起毒性。終毒物分4類：親電物、自由基、親核物、氧化還原性反應(yīng)物。

其中最多見的是親電物。對這4類終毒物的生成和解毒在第4章（機體對毒物的作用-生物轉(zhuǎn)化）已有介紹。第5頁/共31頁親電代謝物產(chǎn)生的毒性親電子代謝物原毒物催化活化酶毒性作用非離子親電物1.醛、酮：乙醛2.α，β-不飽和醛、酮：丙烯醛3.苯醌，苯醌亞胺：N-乙?；?p-苯醌亞胺4.環(huán)氧化物，芳烴氧化物：BP-7，8-二醇-9,10-環(huán)氧化物5.亞砜：硫代乙酰胺S氧化物6.亞硝基化合物7.膦酸酯8.酰鹵化物9.硫羰乙酰鹵化物10.硫乙烯酮乙醇丙烯醇對乙酰氨基酚苯并（a）芘ADHADHP450，過氧化物酶p450肝纖維化肝臟壞死肝臟壞死致癌作用陽離子親電物1.碳鎓離子苯甲基碳鎓陽離子2.氮鎓離子芳基氮鎓離子3.锍離子表锍離子4.金屬離子二價汞離子7,12-DMBAAAF,DMBA，HAPP1,2-二溴乙烷汞元素P450STP450STGST過氧化物酶致癌作用致癌作用致癌作用腦損傷第6頁/共31頁鑒定終毒物的證據(jù)終毒物應(yīng)該引起與母體化學(xué)物相同性質(zhì)的毒效應(yīng)；終毒物應(yīng)該不需要代謝活化，具有高度的反應(yīng)活性，可直接與靶分子反應(yīng)；以相同劑量的母體化學(xué)毒物比較有更強的毒性；鑒定終毒物與靶分子反應(yīng)產(chǎn)物。第7頁/共31頁解毒過程可因下述幾種原因而不夠充分：毒物可能使解毒過程失效，引起解毒酶耗竭，共底物的消耗或細胞抗氧化劑如谷胱甘肽的耗竭，這就導(dǎo)致終毒物生成增加，并引起毒性。偶爾可見某種具有反應(yīng)活性的毒物使解毒酶失活。某些結(jié)合反應(yīng)可被逆轉(zhuǎn)。

有時解毒過程產(chǎn)生潛在的有害副產(chǎn)物。如：在自由基解毒過程中產(chǎn)生谷胱甘肽自由基和谷胱甘肽二硫化物。第8頁/共31頁第二節(jié)終毒物與靶分子的反應(yīng)靶分子屬性與終毒物有合適的反應(yīng)性和親和性與終毒物有相互接近的條件和結(jié)構(gòu)在體內(nèi)是否有重要的功能毒理學(xué)上的靶分子膜脂質(zhì)、核酸（特別是DNA）、蛋白質(zhì)確認毒物靶分子的條件終毒物與靶分子反應(yīng)并對其功能產(chǎn)生不良影響終毒物在靶部位達到有效的濃度終毒物以某種機制與所觀察的毒性相關(guān)的方式改變靶分子第9頁/共31頁終毒物與靶分子之間的反應(yīng)類型非共價結(jié)合（noncovalentbinding）共價結(jié)合（covalentbinding）脫氫反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移酶促反應(yīng)第10頁/共31頁非共價結(jié)合可能是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神經(jīng)性毒劑的親電子能力比乙酰膽堿強，對乙酰膽堿酯酶有更大的親和力和抑制力，因而競爭性的抑制了膽堿能神經(jīng)系統(tǒng)的作用由于非共價結(jié)合的能量相對較低，所以這種結(jié)合一般是可逆的。如：士的寧。第11頁/共31頁共價結(jié)合一般是不可逆的，能永久地改變內(nèi)源性分子的結(jié)構(gòu)，故這類反應(yīng)具有重要的毒理學(xué)意義。共價結(jié)合也稱不可逆結(jié)合毒物或其具有活性的代謝產(chǎn)物與機體的一些重要的大分子發(fā)生共價結(jié)合，從而改變核酸、蛋白質(zhì)、酶、膜脂質(zhì)等分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其生物學(xué)功能。共價結(jié)合多見于親電毒物，如非離子和陽電子親電物以及自由基陽離子等。共價結(jié)合具有選擇性，由電荷/半徑比決定。一般而言，軟親電物較易與軟親核物反應(yīng)，而硬親電子較易與硬親核物反應(yīng)。中性自由基·OH、·NO2

、Cl3C·等也可以共價結(jié)合的形式與生物大分子反應(yīng)第12頁/共31頁脫氫反應(yīng)定義：自由基迅速從內(nèi)源性化合物去除氫原子，將它們轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂苫鶛C制：某些中性自由基由于具有不配對電子的特點，可與內(nèi)源性化合物結(jié)合，奪取氫原子發(fā)生脫氫反應(yīng)。如Cl·+CH4→HCl+·CH3脫氫反應(yīng)實例：自由基與DNA分子通過脫氫反應(yīng)生成自由基，引起DNA斷裂巰基化合物脫氫形成巰自由基，是其他巰基氧化產(chǎn)物的前身脂肪酸脫氫產(chǎn)生脂質(zhì)自由基能啟動脂質(zhì)過氧化作用單糖易產(chǎn)生自由基，通過氧化脫氫反應(yīng)可產(chǎn)生多種α-羰醛類產(chǎn)物。α-羰醛類產(chǎn)物能與DNA、RNA發(fā)生交聯(lián)，能抗有絲分裂、抗癌；與蛋白質(zhì)發(fā)生交聯(lián)使酶失活，使細胞膜變形性下降，導(dǎo)致細胞衰老和死亡糖尿病性白內(nèi)障和毛細血管病也與單糖的自動脫氫氧化有關(guān)第13頁/共31頁電子轉(zhuǎn)移外源性化合物影響機體的電子傳遞功能，在電子傳遞過程中產(chǎn)生自由基，主要影響線粒體呼吸鏈的電子傳遞線粒體內(nèi)膜上的呼吸鏈有NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈。電子傳遞鏈有5類電子傳遞復(fù)合體：NAD+、黃素蛋白、鐵硫蛋白、輔酶Q、細胞色素外源性化合物阻斷電子傳遞，抑制磷酸化的進行，發(fā)生供能障礙，造成生物體內(nèi)窒息死亡殺蟲劑魚藤酮阻斷電子由NADH向CoQ的傳遞抗霉素A阻斷電子從Cytb到Cytc1的傳遞疊氮化物、CO、氰化物阻斷電子由Cytaa3到氧的傳遞有些化合物能將血紅蛋白中的二價鐵通過影響電子傳遞生產(chǎn)三價鐵，形成高鐵血紅蛋白血癥，影響攜氧供能亞硝酸鹽能氧化血紅蛋白N-羥基芳胺、酚類化合物和肼類與氧合血紅蛋白共氧化，形成高鐵血紅蛋白與過氧化氫第14頁/共31頁酶促反應(yīng)化合物本身有催化作用蓖麻毒素催化核糖體發(fā)生水解斷裂化合物與靶蛋白作用后，使蛋白形成具有酶活性的分子醌類化合物接受巰基氧化后的電子，可以促進脂質(zhì)或核酸發(fā)生過氧化反應(yīng)蛇毒含有破壞生物大分子的水解酶，可以降解機體正常組織細胞中的蛋白質(zhì)，產(chǎn)生嚴重的毒性反應(yīng)木瓜含有木瓜蛋白酶，處理不當食用發(fā)生中毒梭曼與乙酰膽堿酯酶結(jié)合后，生成梭曼磷?；阴Ｄ憠A酯酶促進具有重活化酶老化，其實質(zhì)是毒劑殘基上烷氧基團的去烷基反應(yīng)。梭曼磷酰化酶不能被重活化是老化反應(yīng)快的原因。第15頁/共31頁毒物對靶分子的影響靶分子功能失調(diào)模擬內(nèi)源性配體嗎啡激動阿片受體蛋白激酶C抑制靶分子的功能干擾離子通道，如阿托品抑制膽堿能M受體、士的寧、筒箭毒堿。抑制線粒體電子傳遞鏈影響蛋白質(zhì)的活性蛋白酪氨酸硝化改變蛋白質(zhì)功能，干擾酪氨酸激酶和磷酸酶參與的反應(yīng)干擾DNA的模板功能黃曲霉素8,9-氧化物結(jié)合于鳥嘌呤，干擾堿基配對靶分子的破壞通過交聯(lián)和斷裂，使內(nèi)源分子的初級結(jié)構(gòu)改變2,5-己二酮、二硫化碳、丙烯醛、4-羥壬醛、氮芥烷化劑能交聯(lián)細胞骨架蛋白、DNA或使DNA與蛋白質(zhì)交聯(lián)自發(fā)性降解敏感酶輔基破壞DNA斷裂第16頁/共31頁毒物對靶分子的影響新抗原形成自發(fā)結(jié)合于蛋白質(zhì)硝基氯苯青霉素鎳通過自氧化為醌類或通過酶促生物轉(zhuǎn)化而獲得反應(yīng)性如：細胞色素p450將氟烷生物轉(zhuǎn)化為三氟乙酰氯，作為半抗原而結(jié)合于肝臟各種微粒體和細胞表面蛋白質(zhì)，誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生，免疫反應(yīng)引起肝炎樣綜合征。藥物引起的狼瘡、可能還有許多藥物引起的粒性白細胞缺乏癥是由藥物-蛋白質(zhì)加合物觸發(fā)的免疫反應(yīng)所介導(dǎo)的（如磺胺類）。某些帶有加合物的蛋白質(zhì)能模擬正常蛋白質(zhì)，因此抗體也能攻擊正常蛋白質(zhì)。化學(xué)物引起生物學(xué)微環(huán)境改變與毒性改變生物水相中氫離子濃度酸細胞膜脂質(zhì)相發(fā)生物理化學(xué)改變以及破壞細胞功能所必需的穿膜溶質(zhì)梯度的溶劑或去污劑占據(jù)位置或空間引起危害乙二醇

磺胺第17頁/共31頁毒物所引起的細胞調(diào)節(jié)或維持功能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、抽搐、痙攣、心率失?！鸹杳誀顟B(tài)、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：止血功能損害→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)靶分子的作用第三節(jié)細胞功能障礙與毒性第18頁/共31頁一、毒物引起的細胞功能障礙基因表達調(diào)節(jié)障礙轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)障礙信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)障礙細胞外信號產(chǎn)生的調(diào)節(jié)障礙細胞瞬息活動的調(diào)節(jié)障礙電可興奮細胞的調(diào)節(jié)障礙神經(jīng)遞質(zhì)水平改變：利血平：去甲腎上腺素、5-羥色胺和多巴胺遞質(zhì)耗竭；有機磷：乙酰膽堿酯酶抑制-乙酰膽堿堆積-激活膽堿受體；藥物-神經(jīng)遞質(zhì)受體相互作用巴比妥類激動GABA受體鎮(zhèn)靜、麻醉、中樞抑制藥物-信號傳導(dǎo)相互作用局部麻醉利多卡因/普魯卡因抑制電壓門控Na+通道

心動過緩第19頁/共31頁藥物-信號終端相互作用其它細胞活動的調(diào)節(jié)障礙腺體細胞外分泌細胞：M受體調(diào)控：有機磷農(nóng)藥中毒；阿托品阻斷，高熱。第20頁/共31頁二、細胞維持的毒性改變細胞內(nèi)部維持的損害：中毒性細胞死亡機制危害細胞存活的原發(fā)性代謝紊亂：ATP耗竭、Ca2+蓄積、ROS/RNS生成原發(fā)性代謝紊亂之間的相互影響導(dǎo)致的細胞紊亂線粒體滲透轉(zhuǎn)變（MPT）及其后果：壞死，凋亡ATP的利用度決定細胞死亡的形式由其它機制誘發(fā)的細胞死亡細胞外部維持的損害毒物也能干擾給其他細胞組織或整個機體提供支持的細胞。第21頁/共31頁第四節(jié)修復(fù)和修復(fù)失控一、損傷的修復(fù)脂肪DNA蛋白細胞細胞外間質(zhì)凋亡增生修復(fù)分子修復(fù)組織修復(fù)細胞修復(fù)第22頁/共31頁蛋白質(zhì)的修復(fù)

蛋白質(zhì)的某些化學(xué)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(fù)機制，可見于化學(xué)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。脂質(zhì)修復(fù)過氧化脂質(zhì)的修復(fù)涉及一系列的還原劑和谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化物還原酶。DNA修復(fù)直接修復(fù)；切除修復(fù)；重組修復(fù)等。

分子修復(fù)：第23頁/共31頁細胞修復(fù)：大多數(shù)死亡細胞可被活細胞分裂代替。但神經(jīng)組織例外，成熟的神經(jīng)細胞無分裂能力。中樞神經(jīng)的損傷是不可逆的。外周神經(jīng)軸索損失時，在巨噬細胞和施萬細胞的參與下修復(fù)。組織修復(fù)：細胞分裂細胞間質(zhì)第24頁/共31頁二、修復(fù)失控炎癥：炎癥的形成標志為微環(huán)境的改變和炎癥細胞的聚集。壞死：細胞損傷向組織壞死進展可被兩種協(xié)同的修復(fù)機制所中止：凋亡與細胞增生。在毒物引起組織壞死的劑量反應(yīng)關(guān)系中，有效的修復(fù)是一個重要條件。即毒物引起組織壞死不僅是因為它唉毒作用達到一定的劑量，而且由于損傷超過了修復(fù)的能力，使得損傷能進一步惡化。第25頁/共31頁纖維化：是受損組織修復(fù)不良的一種特殊表現(xiàn)。異常修復(fù)石纖維化的一個主要因素。長期飲酒或慢性接觸四氯化碳等，可致肝臟纖維化或肝硬化。長期吸入某些礦物質(zhì)或使用某些藥物如爭光霉素，可致肺纖維化。亞德里亞霉素可致心臟纖維化。化學(xué)致癌過程：涉及各種修復(fù)機制的功能不足，包括：1.DNA修復(fù)失效，突變固定，啟動惡性轉(zhuǎn)化遺傳改變的靶基因，包括原癌基因活化和腫瘤抑制基因滅活；2.凋亡失效：突變與克隆生產(chǎn)；3.終止增生過程失效：突變促進，原癌基因表達與克隆生長；4.非遺傳毒性致癌物：有絲分裂的促進劑和細胞凋亡的抑制劑。第26頁/共31頁第五節(jié)毒作用機制研究的一般性討論一、毒作用機制和模式在藥理學(xué)和毒理學(xué)中，作用機制表示從化學(xué)物的劑量吸收至在靶器官中產(chǎn)生特定的生物反應(yīng)的事件分子序列。與作用機制不同，“作用模式”是對藥品或化學(xué)物作用的支持證據(jù)權(quán)重的一般描述，主要是關(guān)聯(lián)關(guān)系。作用模式表示在暴露的機體導(dǎo)致的反應(yīng)類型或僅為產(chǎn)生特定生物學(xué)反應(yīng)所涉及的一組關(guān)鍵性步驟或特征。如果化學(xué)物的全部作用機制是已知的，則作用模式是已知的，但反之則不然。第27頁/共31頁二、選擇性毒性選擇毒性是毒作用的普遍特點，選擇性毒性可發(fā)生在物種之間、群體內(nèi)（易感人群為高危人群）和個體內(nèi)（易感器官為靶器官）。選擇毒性反映了生物現(xiàn)象的多樣性和復(fù)雜性。毒物靶器官成因：器官在體內(nèi)的解剖位