毒作用机制

2.自由基 （free radicals）
概念： 自由基是在其外侧层轨道中含有一个或多 个不成对电子的分子或分子片段。 自由基的共同特点： 1. 奇数电子在一个轨道里； 2. 顺磁性； 3. 化学反应性极高； 4. 作用半径短； 5. 生物半衰期极短（μs）。
自由基形成途径： 1. 外源化学物接受一个电子
一、反应类型
1.非共价结合（nonconvalent binding） 终毒物通过非极性交互作用或以氢键与离子 键等非共价结合方式与内源性分子结合。 被结合的内源性分子有：
膜受体、细胞内受体、离子通道、某些酶等。
2.共价结合（convalent binding） 终毒物的共价结合是不可逆的，这种结合持 久地改变内源分子。 被结合的内源性分子有：
如：外源化学物的氧化还原反应，可从还原酶接受一个 电子。
2. 亲核外源化学物在过氧化物酶作用下丢失一 个电子，后者可形成含氧自由基
如：氢醌（亲核外源化学物）连续发生两次单电子转移产 生半醌自由基与含氧自由基。
3. 电子向分子转移引起的还原性键均裂
如：四氯化碳从细胞色素P450或线粒体电子传递链获得一 个电子，还原脱氯，生成CCI3. ；H2O2均裂产生HO· 。
（redox-active reductants）
增毒作用
（Toxication）
无毒或毒性较低的外源化学物在体内转变为有
毒的或毒性较高的代谢产物的生物转化作用，称为
增毒作用，亦称“代谢活化”(metabolic activation)。
增毒作用实例：
① 乙醇 ② 对硫磷 乙醛，毒性↑ 对氧磷，毒性↑
生物毒素通过酶促反应作用于特定酶蛋白质分子，如
蛇毒可破坏水解酶。
二、毒物对靶分子的影响
1.使靶分子功能失调
化学毒物模拟内源性配体，活化靶蛋白分子。 毒物与内源性蛋白质交联，使靶蛋白结构改变。 毒物干扰DNA模板功能（如黄曲霉毒素8，9-氧化物）。
2.破坏靶分子结构
毒物与内源性分子形成加合物（细胞骨架蛋白、DNA）。
蛋白质、核酸、脂质等生物大分子。
羟基 巯基 ε-氨基 胍基 咪唑基等
碱基 核糖 脱氧核糖 磷酸脂
3.去氢反应
如内源性巯基化合物（R-SH）在自由基作用下去氢形
成巯基自由基（R-SH.） 。
4.电子转移
外源化学物使Hb分子中的Fe2+氧化成Fe3+ ,引起高铁血 红蛋白症，如亚硝酸盐。
5.破坏酶促反应
4.活性氧化还原产物 （redox-active reductants） 概念：在体内氧化还原反应中形成的具有还原 活性的代谢产物。 例如： 硝酸盐通过肠道细菌还原亚硝酸盐，也可由 亚硝酸酯与谷甘肽反应形成亚硝酸盐，引起高铁 血红蛋白。 Cr(Ⅵ)在维生素C等还原剂或还原酶的作用 下，还原成Cr(Ⅴ)。
二、细胞调节功能障碍
（一）基因表达调节障碍 1.基因转录调节障碍 毒物影响基因启动子、转录因子等功能。 2.信号转导调节障碍 毒物干扰细胞表面受体、细胞内信号转导网络。 3.细胞外信号的调节障碍 如苯巴比妥促进甲状腺激素代谢→减低甲状腺激素 水平→反馈调控垂体激素增加促甲状腺激素的分泌。 （二）细胞瞬息活动的调节障碍 1.可兴奋细胞的调节障碍（神经与肌肉活动） 2.其他细胞活动的调节障碍 毒物可通过毒蕈碱样乙酰胆碱受体调控外分泌细胞 分泌，如有机磷杀虫剂。
诱导介导内质网应激的因素： ①内质网特异性分子伴侣（如GRP78）减少或缺乏； ②内质网中钙的消耗；
③氧化应激或缺氧应激；
④基因突变影响到基因产物蛋白质分子折叠； ⑤二硫键形成减少等。
（五）遗传毒性应激(genetic toxicity stress) 是指人体细胞启动自身防御网络系统来抵御外来遗传毒 物损伤的应激反应过程。 主要信号转导途径：丝裂原活化蛋白激酶 （mitogen-activated protein kinase, MAPKS） 包括：细胞外信号调节激酶通路 （extracellular signal regulated kinases, ERKs） Jun-氨基末端激酶/ 应激活化蛋白激酶通路 （JNK/SAPK） p38 通路 MAPKS途径有不同的通路，但均可通过特异的MAPK 信号联级放大反应使细胞形成对DNA损伤的应激反应，从而 保证细胞正常分裂和DNA保真复制。
第四章 毒作用机制
毒物ADME过程与靶器官 靶分子的反应 细胞调节功能障碍 细胞修复障碍 毒物毒作用的表观遗传机制
第一节 毒物ADME 过程与靶器官 第一节
从接触部位进入血液循环
从血液循环进入靶器官 增毒与解毒
一、从接触部位进入血液循环 （一）毒物的吸收（吸收系数） （二）毒物进入体循环前的消除（首过效应）
体内蛋白酶解毒（蛇毒被硫氧还蛋白酶解毒）。
6.解毒过程失效 ① 毒物接触过量，引起解毒酶或抗氧化剂的耗 竭，导致终毒物蓄积； ② 某些具有反应活性的毒物能使解毒酶失活；
（如：ONOO-可使Mn-SOD功能失效）
③ 某些结合反应的产物可被逆转成有毒物质；
（如：甲基异氰酸盐在肺部与GSH结合，其结合物分布 到其他组织被重新分解成为异氰酸和异硫氰酸）
（三）缺氧应激(hypoxia stress) 低氧环境（包括重金属离子等外源化学物质）诱导血 管生成基因、铁与糖代谢相关基因表达，以维持细胞的增值 与存活。 氧感受器：NADPH氧化酶（最可能）。 介导缺氧应激反应的关键分子：缺氧诱导因子Ⅰ （hypoxia-inducible factor-1,HIF1） HIF1下游靶基因： ①红细胞生成与铁代谢相关基因 ②血管生成相关基因 ③血管收缩相关基因 ④基质代谢相关基因 ⑤糖代谢相关基因 ⑥细胞存活与增值相关基因等。
产生应激性的保护作用。
（一）热应激(heat stress) 环境高温可诱导机体细胞表达产生热休克蛋白（heat
shock protein,HSP）,HSP不限于热应激。
（二）氧化应激(oxidative stress) 自由基（ROS）可影响细胞钙稳态、蛋白质磷酸化和 转录因子的激活等细胞信号转导过程。
④ 解毒过程中产生有害副产物；
（如：自由基解毒过程中产生GSH自由基）
第二节 靶分子的反应
靶分子的反应类型
毒物对靶分子的影响
靶分子的属性
内源性生物分子： 1. 生物大分子 ---核酸、脂质、蛋白质（酶）等 2. 生物小分子 ---辅酶A和谷胱甘肽等
注意：
靶分子必须具有合适的反应性和(或)空间构型， 靶分子常常是催化这些终毒物的酶或邻近细胞 内部结构分子。
③ 苦杏仁
氰化物，毒性↑
1.亲电子剂（带正电荷）
（electrophiles）
概念： 亲电子剂是指含有一个缺电子原子（带正 电荷）的分子，它能通过与富含电子原子的亲
核物共享电子对而发生反应的物质。
亲电物种类：
（1）非离子亲电物 ①外源化学物分子中插入氧原子，后者从其 附近原子获得一个电子，使其具有亲电性。 如： 乙醇 → 乙醛 丙烯醇 → 丙烯醛 对硫磷 → 对氧磷（获得氧原子） ②生物转化形成共轭双键，氧原子去电子作 用，双键碳产生电子缺失。 如：
3.新抗原形成
化学毒物可作为新抗原或半抗原，激发免疫应答。
（如硝基氯苯、青霉素等）
第三节 细胞调节功能障碍
一、细胞应激
二、细胞调节功能障碍 三、细胞稳态失常
（钙稳态失百度文库）
一、细胞应激
细胞应激是指应激原诱发细胞内信号转导，激活相关的
转录因子，并促进应激基因的快速表达，合成多种特异性或 非特异性的且对细胞具有保护作用的应激蛋白，从而对细胞
（四）内质网应激(endoplasmic reticulum stress)
内质网是细胞蛋白质和脂质合成、加工、折叠和运输的 重要场所，内质网在外来因素刺激下发生应激反应。
特异性分子伴侣：糖调节蛋白78
（glucose regulated protein 78, GRP78） 介导内质网应激的跨膜蛋白（三个）： 肌醇需求酶1（inositol-reguiring enzyme1，IRE1） 蛋白激酶R样内质网激酶 （protein kinase R-like ER kinase, PERK） 激活转录因子6 （the activating transcription factor 6, ATF6）
（二）解毒作用（属于解毒机制） （detoxication） 1.无功能基团毒物的解毒
氧化、还原、水解反应；结合反应。
2.亲核物的解毒
亲核功能基团与内源性物质（如葡萄糖醛酸）的结合。
3.亲电子剂的解毒
与巯基亲核物谷胱甘肽结合。
4.自由基的解毒
酶性抗氧化系统与非酶性抗氧化系统。
5.蛋白质毒素的解毒（酶解）
苯并(a)芘 → 7,8-二氢二醇-9,10-环氧苯并(a)芘+
苯 并 [a] 芘 代 谢 活 化
（2）阳离子亲电物—“键异裂” 如： 7,12-二甲基苯蒽 → 苯甲基碳翁阳离子 2-乙酰氨基芴 → 芳基氮翁阳离子
金属汞氧化 → Hg2+
Cr042-还原 → Cr3+
AsO43-还原 → AsO32-/As3+
自由基存在形式： 1. 笼蔽的自由基 ---存在于线粒体内 2. 自由的自由基 ---存在于胞浆中或细胞外液中 氧化应激（Oxidation stress） 指由氧化自由基产生的细胞毒效应。 产生条件： 1. 自由基产生量大于机体的清除能力； 2. 机体抗氧化能力降低。
3.亲核物（带负电荷） （nucleophiles） 概念： 亲核物是指含有一个或多个电子的代谢产 物或者具有亲核倾向位点的（带有负电荷）代 谢产物。 如： 丙烯腈环氧化后与谷胱甘肽结合形成氰化物； 二卤甲烷经过氧化脱卤形成的CO代谢产物； 苦杏仁经肠道细菌β -糖苷酶催化形成氰化物。 亚硒酸盐与谷胱甘肽巯基反应形成硒化氢。
pH陷阱-非离子化胺进入溶酶体酸性细胞器内部，胺被质子化， 后者与溶酶体磷脂结合引起“磷脂沉着症”。
4.可逆性细胞内结合（黑色素与阳离子结合）
吸收系数:
（Absorption coefficient） 吸收系数是指外源化学物进入血液的量与接触量之 比。 不同部位的吸收系数顺序一般是： 静脉注射＞经肺吸入＞腹腔注射＞皮下注射＞肌肉 注射＞皮内注射＞经口摄入（胃肠道）＞表皮涂抹 （暴露的途径与位点）
自由基类型： 1. 不含氧自由基 A.非金属类 如：H，CCI3.，R-S，C6H5N=N.等。 B.金属类 如：Cu+/Cu2+，Fe2+/Fe3+，Ti3+/Ti4+等。 2．含氧自由基 A.无机含氧自由基 如：O2-· ，HO· ，H2O2等。 B.有机含氧自由基 如：LO·，LOO·等
机体内自由基来源： 1. 生物机体内产生的自由基 (1)胞浆中的小分子自氧化; (2)胞浆蛋白氧化酶酶促反应; (3)膜酶催化的反应; (4)过氧化酶体生物合成; (5)线粒体电子传递过程； (6)微粒体电子传递系统。 2．外源毒物的氧化还原代谢 如：醌类。
可将细胞内毒物转运到细胞外。 （三）排泄与重吸收（不讲）
1.排泄（亲水性和离子化毒物-肝、肾排泄） 2.重吸收（肾小管、肠粘膜）
三、增毒与解毒 （一）终毒物的形成
脂质氧化自由基，脂质过氧化自由基等 (毒物原型)
常见的终毒物：
亲电物（electrophiles） 自由基（free radicals） 亲核物（nucleophiles） 活性氧化还原产物
1.肠上皮细胞、肝细胞的毒物转运蛋白转出细胞（肝胆排泄）； 2.进入血液前，在接触部位(如皮肤)被细胞代谢。
二、从血液循环进入靶部位 （一）促进毒物进入靶部位机制 1.毛细血管内皮的多孔性（肝窦、肾小管孔道） 2.专一化的膜转运（离子通道、膜转运蛋白） 3.细胞器内的蓄积（溶酶体与线粒体，胺的pH陷阱）
首过效应：
（First pass effect） 指化学毒物进入血液循环（体循环）以前，在吸收 部位发生的阻隔作用或生物转化作用，或经肝脏门静脉 在肝脏中进行的代谢转化作用。
other than-除了，不同于
（二）妨碍毒物分布靶部位机制 1.与血浆蛋白结合（不易通过毛细血管壁） 2.专一化屏障（如血脑屏障）； 3.贮存库对毒物的蓄积（如氯代烃在脂肪组织的 贮存，可起到暂时的保护作用）； 4.与细胞内结合蛋白结合（金属硫蛋白与镉的结 合，可减少急性镉暴露的毒性作用） 5.从细胞内排除（ATP依赖性膜转运蛋白[P蛋白]