丙烯酰胺的代谢机理及体内防护的研究进展

环氧丙酰胺的代谢机理及体内防护的研究进展

摘要：丙烯酰胺，是一种潜在的致癌物，自被研究者在高温焙烤食品中发现后，即引起了国内外广泛的重视。而研究进一步表明，其对人体的危害主要是由其代谢产物环氧丙酰胺造成的。因此近年来，科学家开始对环氧丙酰胺的毒性进行评估，并完善了检测方法，对环氧丙酰胺的体内防护也展开了探索。本文综合了近年来对环氧丙酰胺的研究成果，总结了环氧丙酰胺的代谢机理以及分析测定方法；并结合已有的成果，对抑制环氧丙酰胺体内毒性提出了展望。

关键词：丙烯酰胺；环氧丙酰胺；形成机理；分析方法；体内防护

Abstract：Acrylamide (AA)，a potential carcinogen，received a world-wide attention, since was found in food after high temperature treatment.The further studies indicated that the harm of acrylamide to human body was mainly performed by its metabolites—glycidamide (GA).In recent years, researchers began to assess the toxicity of GA, improve the detection methods and initiate searching for the way of protection from GA in vivo.In this article, the achievement on mechanism and analysis methods of GA are sumarized.Suggestions on inhibition of GA in vivo toxicity are also proposed, according to the existing knowledge.

Keywords: Acylamide; Glycidamide; Mechanism; Analysis method; Protection in vivo

早在1994年，国际癌症研究署（IARC）就将丙烯酰胺定为准致癌物，提醒人们关注。随着丙烯酰胺被发现存在于高温焙烤食品当中后，国际粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）联合食品添加剂专家委员会(JECFA)第64次会议，对食品中的丙烯酰胺进行了系统的危险性评估。人们逐渐认识到丙烯酰胺所具有遗传毒性、准致癌性等几乎都与其在体内的代谢产物——环氧丙酰胺有关[1~3]。

丙烯酰胺进入生物体后，其中10%左右在线粒体细胞色素P450中的氧化酶作用下，转变成为环氧丙酰胺[4~6]。环氧丙酰胺是一种具有较强遗传毒性的物质，能够攻击DNA分子，破坏遗传物质[7]；而且对遗传物质的破坏作用有明显的富集性[8]。此外,环氧丙酰胺还被证实，能够造成生物体精子细胞的遗传突变，增加了其它疾病的发病几率[9]。

目前，人们更加关注丙烯酰胺的产生阶段，并在利用天然产物抑制生成丙烯酰胺的美拉德反应方面取得了长足的进展[10]。近年来，已有不少研究者开始着手利用天然产物抑制丙烯酰胺及其代谢物环氧丙酰胺在体内的毒性，作为防护丙烯酰胺危害的第二道防线。因此，总结相关的体内代谢研究和毒性防护方面的成果，将为人类抵御丙烯酰胺的威胁提供新的思路。

丙烯酰胺在体内的代谢途径

图 1: 丙烯酰胺体内代谢途径

AAMA：(N-acetyl-S-(2-carbamoylethyl)cysteine

GAMA：N-acetyl-S-(2-hydroxy-2-carbamoylethyl) cysteine

异GAMA：N-acetyl-S-(1-carbamoyl-2-hydroxyethyl) cysteine

AA-Hb：N-(2-carbamoylethyl)valine

GA-Hb：N-(2-carbamoy-2-hydroxyethyl) valine

如图1，丙烯酰胺通过饮食、皮肤或者吸烟[11~13]进入体内后，有两条主要的代谢途径：1、在谷胱甘肽-S-转移酶的作用下，与谷胱甘肽结合生成硫醇尿酸化合物（AAMA）；2、在细胞色素P450当中的CPY2E1单氧合酶催化下，生成环氧丙酰胺[14,15]。所生成的环氧丙酰胺同样可以与谷胱甘肽结合生成两种硫醇尿酸化合物（GAMA和异GAMA）。除了谷胱甘肽外，人体对于环氧丙酰胺具有另一种解毒的途径：在环氧化物水解酶的作用下，一部分环氧丙酰胺可以被转化成Glyceramide（无毒）[16,17]。上述的AAMA，GAMA，异GAMA，Glyceramide甚至一小部分游离的丙烯酰胺都可以通过尿液排除体外。其中，AAMA的量为GAMA的10倍左右，而异GAMA含量远远小于GAMA[4,14,18]。这些硫醇尿酸化合物在体内的存留时间很短，一般48小时后，几乎完全排出体外[4]。由于AAMA是尿液中主要结合物，很多研究中，都选择AAMA作为评价人体暴露于丙烯酰胺的生物学标记。

此外，丙烯酰胺和环氧丙酰胺还会与血红蛋白的氨基末端缬氨酸结合，生成化学性质稳定的化合物：AA-Hb和GA-Hb[19]。这个过程是对肌体的毒害作用，而且与血红蛋白的结合物在血液中的残留时间很长，通常超过一周。

丙烯酰胺毒性的体内评价方法

动物模型的选取

在对丙烯酰胺毒性的评价方面，选取合适的实验动物是结果是否合理的关键。一般通过比较

GAMA/AAMA的值，来评价一个物种对丙烯酰胺的体内转化活性。研究表明，大鼠的比值为0.2，小鼠为0.5[5]，而人类为0.1左右[4]。这说明小鼠的CPY2E1酶的活性要远大于大鼠和人。所以选取大鼠进行体内评价更接近人类。

另一方面，对比了血液中GA-Hb/AA-Hb值后，发现猪等大型哺乳动物相对于啮齿类动物来说，更接近人类[20]。但鉴于实验成本和动物数量的考虑，研究者一般倾向于使用大鼠模型。

样品预处理和测定方法