第四章 毒性机制
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第四章 化学物质的毒理机制3
精品课件
2、肾脏的精品细课件微结构：
肾小球 (滤过)
血液在此过滤
原尿(部分水、无机 盐、葡萄糖、尿素)
肾小管
有用的物质及大部分的
血液流回 静脉
水分再被重吸收入血中
精品课件
(重吸收)
尿液流往肾孟
再通往输尿管
终尿( 部分水、 无机盐、尿素等)
第二节 化学物质毒作用的分子机制
一、细胞膜损伤与钙稳态失调 （一）化学毒物对生物膜的组成成分的影响
间接肝毒物：进入肝细胞内有干扰细胞酶活性从而导致 细胞内物质代谢紊乱的化学毒物。（乙硫氨酸抑制脂蛋 白酶的合成，减少脂蛋白的合成、乙醇诱导甘油三酯合 成酶增加)
精品课件
第一节 化学物质的一般毒性作用机制
化学物对肾脏的毒性作用 虽然肾脏的重量还不到体重的1％，但为了 维持其活动，需要大量营养物质。
稳态的实质 ——内环境 pH、渗透压、温度等理化性质的相 对稳定。
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第二节化学物质毒作用的分子机制
（一）细胞内钙稳定
在细胞静息状态下细胞内游离的Ca2+仅为107mol/L，而细胞外液Ca2+则达10-3mol/L。当 细胞处于兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞 内游离Ca2+迅速增多可达10-5mol/L，此后再降 低至10-7mol/L，完成信息转递循环。认为Ca2+ 是体内第二信使。上述Ca2+浓度的变化过程呈稳 态状，称为细胞内钙稳态。
精品课件
氟乙酰胺
酰胺酶
氟乙酸
氟乙酰辅酶A 氟柠檬酸
辅酶A
草酰乙酸 柠檬酸
顺乌头酸酶
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第一节 化学物质的一般毒性作用机制
三、损害机体的生理功能 化学物对消化功能的影响
2、肾脏的精品细课件微结构：
肾小球 (滤过)
血液在此过滤
原尿(部分水、无机 盐、葡萄糖、尿素)
肾小管
有用的物质及大部分的
血液流回 静脉
水分再被重吸收入血中
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(重吸收)
尿液流往肾孟
再通往输尿管
终尿( 部分水、 无机盐、尿素等)
第二节 化学物质毒作用的分子机制
一、细胞膜损伤与钙稳态失调 （一）化学毒物对生物膜的组成成分的影响
间接肝毒物：进入肝细胞内有干扰细胞酶活性从而导致 细胞内物质代谢紊乱的化学毒物。（乙硫氨酸抑制脂蛋 白酶的合成，减少脂蛋白的合成、乙醇诱导甘油三酯合 成酶增加)
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第一节 化学物质的一般毒性作用机制
化学物对肾脏的毒性作用 虽然肾脏的重量还不到体重的1％，但为了 维持其活动，需要大量营养物质。
稳态的实质 ——内环境 pH、渗透压、温度等理化性质的相 对稳定。
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第二节化学物质毒作用的分子机制
（一）细胞内钙稳定
在细胞静息状态下细胞内游离的Ca2+仅为107mol/L，而细胞外液Ca2+则达10-3mol/L。当 细胞处于兴奋状态，第一信使转递信息，则细胞 内游离Ca2+迅速增多可达10-5mol/L，此后再降 低至10-7mol/L，完成信息转递循环。认为Ca2+ 是体内第二信使。上述Ca2+浓度的变化过程呈稳 态状，称为细胞内钙稳态。
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氟乙酰胺
酰胺酶
氟乙酸
氟乙酰辅酶A 氟柠檬酸
辅酶A
草酰乙酸 柠檬酸
顺乌头酸酶
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第一节 化学物质的一般毒性作用机制
三、损害机体的生理功能 化学物对消化功能的影响
培训_第四章毒性机制
2－氯环氧乙烷 溴苯 3，4-环氧化物 BP-7，8-二醇
-9，10-环氧化物 亚砜 硫代乙酰胺 S 氧化物 亚硝基化合物 亚硝基－磺胺甲基异噁唑 膦酸酯 对氧磷 酰卤化物 光气 三氟乙酰基氯化物 硫羰乙酰卤化物 2，3，4，4－四氯硫丁基
－3－烯醇酸氯化物 硫乙烯酮 氯－1，2，2－三氯乙烯
－硫乙烯酮
→ HCN → 亚砷酸盐 → 氟柠檬酸 → 草酸，乙二酸 → 2，5－己二酮 → N－乙酰－p－苯醌亚胺 → CCl3OO● → BP－7，8－二醇－9，10－环氧化物 → BP 自由基阳离子
→ 羟基自由基（HO●）
→ 过氧亚硝基（ONOO－）
→ 胆红素 → 脂质过氧自由基 → 脂质烷氧自由基 → 4－羟基壬醛 → 蛋白羰基
致癌作用 致癌作用 肝脏坏死
苯并（a）芘 p450
致癌作用
硫代乙酰胺
FMO
肝脏坏死
磺胺甲基异噁唑 p450
免疫反应
对硫磷
p450
ChE 抑制
氯仿 氟烷
p450 p450
肝脏坏死 免疫性肝炎
HCBD
GST→GGT
肾小管坏死
→DP→CβCL
HCBD
GST→GGT
肾小管坏死
→DP→CCβL
20
表 2 亲电代谢物产生的毒性
19
表 2 亲电代谢物产生的毒性
亲电子代谢物
源毒物
催化增毒酶
毒性作用
非离子亲电物 醛，酮 乙醛 佐美酸葡萄糖醛酸苷 2，5－己二酮 α，β－不饱和醛，酮 丙烯醛 丙烯醛 粘糠醛 4－羟基壬醛 苯醌，苯醌亚胺 DES－4，4ˊ－苯醌 N－乙酰基－p－苯醌亚胺
环氧化物，芳烃氧化物 黄曲霉素 B1 -8，9-环氧化物
-9，10-环氧化物 亚砜 硫代乙酰胺 S 氧化物 亚硝基化合物 亚硝基－磺胺甲基异噁唑 膦酸酯 对氧磷 酰卤化物 光气 三氟乙酰基氯化物 硫羰乙酰卤化物 2，3，4，4－四氯硫丁基
－3－烯醇酸氯化物 硫乙烯酮 氯－1，2，2－三氯乙烯
－硫乙烯酮
→ HCN → 亚砷酸盐 → 氟柠檬酸 → 草酸，乙二酸 → 2，5－己二酮 → N－乙酰－p－苯醌亚胺 → CCl3OO● → BP－7，8－二醇－9，10－环氧化物 → BP 自由基阳离子
→ 羟基自由基（HO●）
→ 过氧亚硝基（ONOO－）
→ 胆红素 → 脂质过氧自由基 → 脂质烷氧自由基 → 4－羟基壬醛 → 蛋白羰基
致癌作用 致癌作用 肝脏坏死
苯并（a）芘 p450
致癌作用
硫代乙酰胺
FMO
肝脏坏死
磺胺甲基异噁唑 p450
免疫反应
对硫磷
p450
ChE 抑制
氯仿 氟烷
p450 p450
肝脏坏死 免疫性肝炎
HCBD
GST→GGT
肾小管坏死
→DP→CβCL
HCBD
GST→GGT
肾小管坏死
→DP→CCβL
20
表 2 亲电代谢物产生的毒性
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表 2 亲电代谢物产生的毒性
亲电子代谢物
源毒物
催化增毒酶
毒性作用
非离子亲电物 醛，酮 乙醛 佐美酸葡萄糖醛酸苷 2，5－己二酮 α，β－不饱和醛，酮 丙烯醛 丙烯醛 粘糠醛 4－羟基壬醛 苯醌，苯醌亚胺 DES－4，4ˊ－苯醌 N－乙酰基－p－苯醌亚胺
环氧化物，芳烃氧化物 黄曲霉素 B1 -8，9-环氧化物
第4章 毒性作用机制
在细胞内的钙有两种类型，游离的钙离子和与蛋 白质结合的钙。与钙结合的蛋白有两种类型，一 是结合在细胞膜或细胞器膜内的蛋白质上，二是 结合在可溶性蛋白质上。激动剂刺激引起细胞 Ca2+ 动员，可调节细胞的多种生物功能，包括肌 肉收缩、神经转导、细胞分泌、细胞分化和增殖。 信使作用，负 Ca2+在细胞功能的调节中起了一种信使作用 信使作用 责将激动剂的刺激信号传给细胞内各种酶反应系 统或功能性蛋白。
2.1 亲电子剂（electrophiles）
是指含有一个缺电子原子的分子。 带部分或全部正电荷，容易与亲核物中的 富含电子的原子共享电子对而发生反应。 形成方式：
插入的氧原子从外源化学物附着的原子中获得 一个电子，使其具有亲电性。如乙醛 共轭双键通过氧的去电子作用被极化。如醌
2.2 亲核物 (nucleophiles)
2.2.1 与蛋白质的共价结合
化学毒物与蛋白质的共价结合是不可逆的， 影响了蛋白质的结构和功能。如黄曲霉毒 素B1能与白蛋白结合后、使白蛋白丧失了 作为载体的功能。
2.2.2 与核酸分子的共价结合
化学毒物及其代谢产物与核酸分子的共价结合， 是研究化学毒物致癌作用的热点。有研究表明， 一旦细胞内DNA加合物形成，致癌过程即已启动， 随后进入促进和发展阶段。化学毒物与核酸共价 结合形成加合物有两种方式，一种是直接加合， 如烷化剂。另一种是需经代谢活化，生成具有活 性的代谢物才能结合，如多环芳烃类、黄曲霉素 类，大多数的化学物质以这种方式结合。
2.2 共价结合（convalent binding）:
指化学毒物或其具有活性的代谢产物与机 体的一些重要大分子发生共价结合，形成 加合物，从而改变核酸、蛋白质、酶、膜 脂质等生物大分子的化学结构与其生物学 功能。共价结合是不可逆 不可逆的。 不可逆 加合物(adducts)指活性化学物与细胞大分 子之间通过共价键形成的稳定复合物 稳定复合物。 稳定复合物
第四章毒性机制(mechanisms of toxicity)
化 学 毒物
1
吸收、分布、代谢、排泄
1
毒
2
与靶分 子相互作用
3
细胞功 能失调、损伤
2
性
4
细胞修 复功能失调
3
第一节 外源化学物的增毒与终毒物的形成
终毒物：是指与内源靶分子（如受体、酶、 DNA等）反应或严重地改变生物学（微）环境， 启动结构和（或）功能改变而表现出毒性的物 质． 终毒物在其作用位点的浓度及持续时间决定 了毒效应的强度增毒（toxication）或代谢活化 （metabolic activation）：外源化学物经生物转 化命名其毒性增强，甚至可产生致畸、致癌效应 的过程 ．
• 亲电物的形成（formation of electraophiles）
亲电物（electrophiles）：是一类缺少电子而 使整个分子部位或全部带正电的物质． 亲电物可与含电子的亲核物共享电子对而产 生中毒反应，常常是外源化学物经Cyp450或其他 酶氧化成酮、环氧化物、不饱和酮和醛、醌和酰 卤化物等物质． 阳性亲电物常由化学键断裂而形成 ．
增毒过程主要是使外源化学物转变为： • 亲电物（electrphiles） • 自由基（free radicals） • 亲核物（nucleophiles） • 氧化还原性反应物 （redox-active reductants）
表4—1
终毒物的来 源及类型
原外源 化合物作为 终毒物 铅离子 河豚毒 素 T CD D 异氰酸 甲酯 H CN CO 外源化 合物的代谢 物作为终毒源 苦杏仁 苷 砷酸盐 氟乙酰 胺 1，2亚 乙 基 二 醇 己烷 乙酰氨 基酚 C C14 苯 并 （a） 芘 （BP） 苯 并 （a） 芘 （BP） 活性氧 或活性胺作 为终毒物 过氧化 氢 敌 草 快， 阿 霉 素 ， 呋 喃 妥 英 ， ， ， （1 1） （1 1） Cr Fe Mn Ni （1 1） （V） 百 草 枯 O2 + NO 内源化 合物作为终 毒物 磺胺类 药物 清蛋白 结合的胆红 素 CC1OO 不饱和 脂肪酸 3 CC1OO 不饱和 脂肪酸 3 CC1OO 不饱和 脂肪酸 3 HO 蛋白质
毒性机制详解
2 May 2020
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②抑制作用：
外来化学物对酶活性的抑制作用较为 常见。例如：有机磷农药抑制胆碱酯酶； 铅抑制氨基酮戊二酸脱水酶；有机氯化合 物抑制K+-Na+-ATP酶等。
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致死性合成：酶可被毒物在体内合成的产物 所抑制，此产物属异常的中间代谢产物， 可阻断正常的中间代谢，造成生物化学损 害，甚至生物死亡，称之。
②脂引蛋起白脂减质少代，谢甘障油碍三：酯例堆如积，。CCl4损害肝脏亚细胞结构，使
③干扰蛋白质及核酸的代谢：化学物与复制的DNA和RNA共 价结合可引起致癌、致突变、和致畸等严重损害。
④破坏机体的能量代谢：例如，二硝基酚类农药能使作用物 氧化产生的能量不能用于二磷酸腺苷（ADP）的磷酸化， 使氧化和磷酸化的偶联作用被解除。
例如：氟乙酸在体内与乙酰辅酶A作 用生成氟乙酰CoA，再与草酰乙酸缩合成 氟柠檬酸。后者竞争地抑制乌头酸酶，使 用权柠檬酸不能转变为异柠檬酸而使三羧 酸循环受阻，造成心脏和CNS损害。
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外来化学物对酶活性的抑制方式：
A、一般性抑制，不具有特异性：
例如，对某些需要特殊金属作为活化剂的酶，对任何能 置换该金属或使该金属失活的物质，都可使该酶灭活。
2 May 2020
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（2）损害生物膜的结构和功能： 生物膜最易受到毒物的损害。
例如，铅离子能使细胞膜的脆性增加，导致 溶血。汞作用于细胞膜的巯基，改变细胞膜的结 构和功能，进而损害整个细胞。麻醉性醚类等亲 脂性物质在细胞膜中蓄积，从而干扰了氧和葡萄 糖转入细胞的过程。由于中枢神经系统的细胞对 低氧和低血糖特别敏感，故最先受到影响。
（3）空气中飘尘吸附有害气体或蒸气造成机体的 危害。
第4章毒作用机制
1.3 毒作用机制的意义
掌握毒物作用机制不仅具有理论意义， 且有实际意义,包括：阐明描述性毒性资料； 估计毒物所致有害作用的可能性；建立预防 或解毒措施；设计危害较小的药物和工业品； 开发对靶生物具有高选择性毒性的农药等。 毒作用机制的阐明有赖于基础生理和生 化过程包括神经传导到DNA修复的深入了解。
3.3 钙稳态失调的机制
细胞内钙稳态的失调 细胞Ca2+信号的改变在各种病理及毒理学过程 中起重要的作用。在细胞受损时可导致Ca2+内流增 加，或Ca2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细 胞膜向外逐出Ca2+，表现为细胞内Ca2+浓度不可控制 的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞内 钙稳态的失调。 Ca2+这种失调或紊乱，将完全破坏正常生命活 动所必需的由激素和生长因子刺激而产生的短暂的 Ca2+瞬变，危及细胞器的功能和细胞骨架结构，最 终激活不可逆的细胞成分的分解代谢过程。这就是 所谓中毒机制中钙稳态失调学说。
3.3.3 激活水解酶
细胞内Ca2+浓度升高可激活降解蛋白质、 磷脂和核酸的水解酶。 许多完整的膜蛋白是Ca2+激活的中性蛋 白酶或需钙蛋白酶的靶位点。需钙蛋白酶介 导的肌动蛋白结合蛋白的水解也可引起膜大 疱。 钙激活的蛋白酶经蛋白水解可将黄嘌呤 脱氢酶转变成次黄嘌呤氧化酶，其副产物氧 自由基和过氧化氢可引起细胞损伤。
（2）外源化合物的作用
外源性化合物可通过各种不同途径产生自由基。 其中最主要途径是通过氧化还原反应，通过单 电子还原而产生自由基。 可发生该反应的外源性化合物包括： 醌类：丝裂霉素、阿霉素、博莱霉素等； 硝基化合物：苯的硝基化合物（如硝基苯）和 硝基杂环化合物（如呋喃妥因）； 双吡啶化合物：百草枯、杀草快。 此外，有些化学毒物可干扰线粒体的细胞内呼 吸功能而产生氧自由基，如：甲基汞、氰化物、3硝基丙酸。
第4章 毒作用机制(150915)
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二、 从血液循环进入靶部位
※ （二）妨碍毒物分布到靶部位的机制
1. 血浆蛋白结合：与高分子血浆蛋白或脂蛋白结合，影响 扩散。
2. 专一化屏障：血脑屏障、血睾屏障、胎盘屏障阻止亲水 性化合物 3. 贮存部位分布：铅取代羟磷灰石中的钙离子沉积在骨骼、 氯代烃蓄积脂肪细胞 4. 与细胞内结合蛋白结合：金属硫蛋白与镉结合 5. 从细胞内排出：mdr编码的P蛋白将化合物泵回细胞间隙
很容易与谷脱甘肽反应而解毒
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（二）解毒
4. 自由基的解毒 没有任何一种可以解除HO〃，预防HO〃毒作用的 最有效办法是阻止其产生。
超氧化物歧化酶（SOD），谷胱甘肽氧化酶（GPO）和过氧化氢酶 （CAT）对超氧阴离子自由基（O2〃-）的解毒作用
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（二）解毒 5. 蛋白质毒素的解毒 硫氧环蛋白，蛇毒 6. 解毒过程失效 解毒能力耗竭（解毒酶、共底物、抗氧化剂）；
3
阐明毒作用机制的意义：
（1）解释描述性资料、评估特定外源化学物引起有害效
应的概率、制定预防策略、设计危害程度小的药物和工业 化学物，以及开发靶生物具有良好选择性的杀虫剂等提供 依据； （2）有利于对机体生理和生化过程及人类某些疾病重要 疾病病理过程的进一步认识。
4
毒物在体内的可能毒性过程
生的防御或适应性反应。 根据引起细胞应激的原因不同以及细胞应激反应的差异： • 热应激（heat stress）； • 氧化应激（oxidative stress）;
• 缺氧应激（hypoxic stress）；
• 内质网应激（endophasmic reticulum stress）; • 遗传毒性应激（genotoxic stress）
毒作用机制毒作用影响因素PPT课件
• 脂质过氧化损害
• 蛋白质的氧化损害
• 核酸的氧化损伤
自由基可称“万恶之源，百病元凶”
自由基形成 增加
机体抗氧化 功能下降
超过了 机体清除能力
自由基过多
自由基
过多
适量
.
机体损害作用
发挥重要生理功能
（如免疫和信号转导过程1）9
生物体在正常情况下，体内自由基产生与清除处 于动态平衡中，因此不会对机体造成损伤。
.
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气湿：
高气湿，尤其是伴随高气温的高气湿环境，可使 经皮肤接触吸收的化学物吸收速度加快。因为高气 湿环境汗液蒸发困难，皮肤角质层的水合作用加强， 脂水分配系数较低的化学物也易吸收。此外化学物 也易于粘着皮肤表面，延长接触时间。
.
38
气压：
高气压与低气压环境条件不同，可以引起外源 化学物的毒性改变，例如在低气压(如高原)条 件，士的宁的毒性降低，但氨基丙苯毒性增强。
.
8
影响酶的活性
与酶活性中心的金属离子结合 与酶激活剂（金属离子）的作用
氟中毒，F-可与Mg2+形成氟化物，使Mg2+失去激活磷酸葡萄糖变 位酶的作用（肝脏合成糖原）
与辅酶结合：
铅中毒是辅酶ⅠⅡ合成减少，抑制脱氢酶活性
与酶的底物发生竞争性抑制： 与底物结构相似 抑制酶的活性： 直接与酶结合
.
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二、机体因素
.
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1 种属、品系和个体
不同种类动物对毒物的反应 同种动物对毒物的解毒能力也存在着品种的差异 个体差异
.
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❖种族（ETHNICITY ）
INTRINSIC
Genes
EXTRINSIC
Social Cultural Environment
毒理学基础 第四章 毒物作用机制[精]
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溴苯 3，4-环氧化物
溴苯
p450
肝脏坏死
BP-7，8-二醇
-9，10-环氧化物
苯并（a）芘
p450
致癌作用
(5)亚砜
硫代乙酰胺 S 氧化物
硫代乙酰胺
FMO
肝脏坏死
(6)亚硝基化合物
(6)亚硝基－磺胺甲基异噁唑 膦酸酯 对氧磷
(7)酰卤化物 光气 三氟乙酰基氯化物
(8)硫羰乙酰卤化物 2，3，4，4－四氯硫丁基 －3－烯醇酸氯化物
1．单线态氧
△单线态氧（△gO2） ∑单线态氧(∑g+O2) 2．超氧阴离子自由基
3．过氧化氢(H2O2) 4．羟基自由基(OH)
5．臭氧(O3) 6．氮的氧化物[NO 、NO2、过氧亚硝基(ONOO)] 7．次氯酸(HOCl)
（二）自由基的来源 1．生物系统产生的自由基
1）胞浆中的小分子 2）胞浆蛋白质 3）膜酶活性反应 4）吞噬细胞的吞噬过程及“呼吸爆发”(respiratory
活化靶蛋白分子，模拟内源性配体 抑制靶分子的功能 （酶、受体、通道、复合物） 对NDA靶：
干扰DNA的模板功能，化学物与DNA共价结合引起 复制期间核苷酸错配。 2．靶分子的破坏
3．新抗原形成 4．毒物引起生物学微环境改变
改变生物水相中氢离子浓度 使细胞膜脂质发生物理化学或生物物理变化 占据空间位置
HAPP＝杂环芳香胺热裂解产物；
HCBD＝六氯丁二烯；
p450＝细胞色素p450；
ST＝磺基转移酶；
s.r.＝自发重排
二、自由基形成 自由基（free radicals）
是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离子。 是由于化合物的共价健发生均裂而产生。
第4章 毒作用机制
Ca2+这种失调或紊乱，将完全破坏正常生命 活动所必需的由激素和生长因子刺激而产生 的短暂的Ca 的短暂的Ca2+瞬变，危及细胞器的功能和细 胞骨架结构，最终激活不可逆的细胞成分的 分解代谢过程。 中毒机制：钙稳态失调学说。
钙的浓度变化，可通过下列途径造成细胞损伤：
正常的激素和生长因子刺激的Ca 正常的激素和生长因子刺激的Ca2+信号受损 钙依赖性降解酶的活化，包括蛋白酶、磷脂 酶和核酸内切酶。 损伤细胞骨架 损害线粒体 与细胞凋亡有关
♣
♣
三、钙稳态失调的机制
细胞内钙稳态的失调
细胞Ca 细胞Ca2+信号的改变在各种病理及毒理学过程 中起重要的作用。在细胞受损时可导致Ca 中起重要的作用。在细胞受损时可导致Ca2+内流增 加，或Ca 加，或Ca2+从细胞内贮存部位释放增加，或抑制细 胞膜向外排出Ca ，表现为细胞内Ca 胞膜向外排出Ca2+，表现为细胞内Ca2+浓度不可控 制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞 制的持续增加，即打破细胞内钙稳态，或称为细胞 内钙稳态的失调。 内钙稳态的失调。
c 谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px（GPO）：在机体内广泛 谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px（GPO） 存在， 存在 ， 能特异地催化谷胱苷肽对过氧化物的还原反 应 ， 使过氧化物转化为水或相应的醇类 。 可阻断脂 使过氧化物转化为水或相应的醇类。 质过氧化的链锁反应。 质过氧化的链锁反应。 d 谷胱苷肽还原酶 （ GR） ：其分布同 GSH-Px，主要功 谷胱苷肽还原酶（ GR ） ：其分布同GSH-Px ， 能是产生还原型的谷胱苷肽(GSH)， 能是产生还原型的谷胱苷肽(GSH)，以保证机体解毒 功能的执行。 功能的执行。 e 心肌黄酶(DT diaphorase):葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。 心肌黄酶(DT diaphorase):葡萄糖-
第4章+毒性作用机制ppt课件
n 2、进入靶部位的终毒物与内源靶分子发生交互作用
（反应） ；
n 3、毒物引起机体分子、细胞和组织水平功能和结构 的紊乱；
n 4、机体启动不同水平的修复机制应对毒作用，当机 体修复功能低下或毒物引起的功能和结构紊乱超过 机体修复能力时，机体即出现组织坏死、癌症和纤 维化等毒性损害。 （无法修复）
物
n 碱基损伤
活性氧攻击DNA 的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的 C8 ，嘧啶的C5与C6双键。
n DNA链断裂：
n DNA链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。 DNA链断裂后，有下列途径产生突变：
①DNA链断裂造成部分碱基的缺失；
②DNA链断裂后，正常的细胞将启动修复过程，多种 酶可以辨别DNA 内异常，并通过切割、再合成、重合 等途径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达 到修复的要求，可能造成被修复的DNA碱基的错误掺 入和错误编码；
n 是指含有一个缺电子原子的分子。 n 带部分或全部正电荷，容易与亲核物中的
富含电子的原子共享电子对而发生反应。 形成方式：
插入的氧原子从外源化学物附着的原子中获得 一个电子，使其具有亲电性。如乙醛
共轭双键通过氧的去电子作用被极化。如醌
2.2 亲核物 (nucleophiles)
n 并不多见。具有一个原子或几个原子有多 余电子。
心肌黄酶(DT diaphorase):葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
（2 ）非酶性抗氧化系统
n 在生物体系中广泛分布着许多小分子，它们能通 过非酶促反应而清除氧自由基。例如， 维生素C、 维生素E、GSH、尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等。
n 谷胱苷肽(GSH)参与GSH—Px 的作用，使过氧化 物还原为H2O和氧化型谷胱苷肽(GSSG) 。有些有 毒化学物可耗竭肝脏GSH而继发脂质过氧化，如 丙烯腈、苯乙烯等。
（反应） ；
n 3、毒物引起机体分子、细胞和组织水平功能和结构 的紊乱；
n 4、机体启动不同水平的修复机制应对毒作用，当机 体修复功能低下或毒物引起的功能和结构紊乱超过 机体修复能力时，机体即出现组织坏死、癌症和纤 维化等毒性损害。 （无法修复）
物
n 碱基损伤
活性氧攻击DNA 的靶位点是腺嘌呤与鸟嘌呤的 C8 ，嘧啶的C5与C6双键。
n DNA链断裂：
n DNA链断裂在基因突变的形成过程中有重要意义。 DNA链断裂后，有下列途径产生突变：
①DNA链断裂造成部分碱基的缺失；
②DNA链断裂后，正常的细胞将启动修复过程，多种 酶可以辨别DNA 内异常，并通过切割、再合成、重合 等途径使之修复。如酶也受自由基破坏或功能难以达 到修复的要求，可能造成被修复的DNA碱基的错误掺 入和错误编码；
n 是指含有一个缺电子原子的分子。 n 带部分或全部正电荷，容易与亲核物中的
富含电子的原子共享电子对而发生反应。 形成方式：
插入的氧原子从外源化学物附着的原子中获得 一个电子，使其具有亲电性。如乙醛
共轭双键通过氧的去电子作用被极化。如醌
2.2 亲核物 (nucleophiles)
n 并不多见。具有一个原子或几个原子有多 余电子。
心肌黄酶(DT diaphorase):葡萄糖-6-磷酸脱氢酶。
（2 ）非酶性抗氧化系统
n 在生物体系中广泛分布着许多小分子，它们能通 过非酶促反应而清除氧自由基。例如， 维生素C、 维生素E、GSH、尿酸、牛磺酸和次牛磺酸等。
n 谷胱苷肽(GSH)参与GSH—Px 的作用，使过氧化 物还原为H2O和氧化型谷胱苷肽(GSSG) 。有些有 毒化学物可耗竭肝脏GSH而继发脂质过氧化，如 丙烯腈、苯乙烯等。
第4章毒作用机制
❖ 膜流动性的改变包括量变（程度变化）和质变（如相变 和分相）。
❖ 化学毒物可通过改变膜的流动性而影响其功能。如：
❖ DDT、对硫磷、重金属可使膜的流动性降低；
❖ 乙醇、溴氰菊酯、二氧化硅可使膜的流动性增高。
❖ 膜流动性可以通过荧光偏振、核磁共振、激光拉曼光谱、 激光漂白荧光恢复法和电镜冷冻蚀刻技术等生物物理实验技 术来研究。
❖ 膜的流动性
旋转运动
侧向运动
旋转运动
翻
转
分子的摆动
运
动
侧向运动
相变：即膜从液晶相变成凝胶相。
分相：即膜脂双层中一部分表现为流动态（液晶态），另 一部分表现为固态（结晶态）。
膜脂的相变
脂 质
相变温度
Tc
凝固态
液晶态
2.3.3 对膜表面电荷的影响
❖ 膜表面的糖脂和糖蛋白形成膜表面极性 基团，组成表面电荷。
2.1 对生物膜组成成分的影响
❖ 维持细胞膜的稳定性对机体内的生物转 运、信息传递及内环境稳定是非常重要的。
❖ 化学毒物可引起膜成分的改变。 ❖ 如：四氯化碳可引起细胞膜磷脂和胆固
醇含量下降；二氧化硅可与人红细胞膜的蛋 白结合，使其蛋白的α-螺旋（二级结构）破 坏。
2.2 对生物膜上酶活性的影响
❖ 膜表面电荷的性质和密度影响膜表面的 结构和功能。
❖ 化学毒物可通过改变膜的表面电荷而影 响其结构和功能。
第三节 化学毒物对细胞钙稳态的影响
❖ 本节内容 ❖ 3.1 细胞内钙稳态 ❖ 3.2 细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 ❖ 3.3 钙稳态失调的机制
3.1 细胞内钙稳态
❖ 细胞内钙由结合钙（结构钙，储备钙）和游离 钙（离子钙，功能钙）组成。
❖ 化学毒物不可逆地影响机体的功能的定性和定量研究是评价特 定化学毒物潜在危害的基础，对了解毒性机 制也较有价值。
❖ 化学毒物可通过改变膜的流动性而影响其功能。如：
❖ DDT、对硫磷、重金属可使膜的流动性降低；
❖ 乙醇、溴氰菊酯、二氧化硅可使膜的流动性增高。
❖ 膜流动性可以通过荧光偏振、核磁共振、激光拉曼光谱、 激光漂白荧光恢复法和电镜冷冻蚀刻技术等生物物理实验技 术来研究。
❖ 膜的流动性
旋转运动
侧向运动
旋转运动
翻
转
分子的摆动
运
动
侧向运动
相变：即膜从液晶相变成凝胶相。
分相：即膜脂双层中一部分表现为流动态（液晶态），另 一部分表现为固态（结晶态）。
膜脂的相变
脂 质
相变温度
Tc
凝固态
液晶态
2.3.3 对膜表面电荷的影响
❖ 膜表面的糖脂和糖蛋白形成膜表面极性 基团，组成表面电荷。
2.1 对生物膜组成成分的影响
❖ 维持细胞膜的稳定性对机体内的生物转 运、信息传递及内环境稳定是非常重要的。
❖ 化学毒物可引起膜成分的改变。 ❖ 如：四氯化碳可引起细胞膜磷脂和胆固
醇含量下降；二氧化硅可与人红细胞膜的蛋 白结合，使其蛋白的α-螺旋（二级结构）破 坏。
2.2 对生物膜上酶活性的影响
❖ 膜表面电荷的性质和密度影响膜表面的 结构和功能。
❖ 化学毒物可通过改变膜的表面电荷而影 响其结构和功能。
第三节 化学毒物对细胞钙稳态的影响
❖ 本节内容 ❖ 3.1 细胞内钙稳态 ❖ 3.2 细胞钙稳态的紊乱与细胞毒性 ❖ 3.3 钙稳态失调的机制
3.1 细胞内钙稳态
❖ 细胞内钙由结合钙（结构钙，储备钙）和游离 钙（离子钙，功能钙）组成。
❖ 化学毒物不可逆地影响机体的功能的定性和定量研究是评价特 定化学毒物潜在危害的基础，对了解毒性机 制也较有价值。
第四章毒性机制详解
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3、生理性毒作用
（1）影响机体代谢过程：
①致干肝扰糖糖元元量的减合少成，或并分损解害：肝例细如胞，线CC粒l4体抑，制障糖碍元三转羧移酸酶循，环导， 影响糖的氧化和产能。金属有机物可阻碍脑组织中葡萄糖 的氧化。
②脂引蛋起白脂减质少代，谢甘障油碍三：酯例堆如积，。CCl4损害肝脏亚细胞结构，使
③干扰蛋白质及核酸的代谢：化学物与复制的DNA和RNA共 价结合可引起致癌、致突变、和致畸等严重损害。
3 January 2020
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②抑制消退作用：指在免疫反应过程中出现 某一环节或多环节的障碍，致使免疫水平 不同程度地下降。
例如：臭氧、SO2等可损害呼吸器官 的巨噬细胞吞噬力和粘膜纤毛的清除力， 使进入体内的微生物得以迅速增殖。有的 外来化学物可损害淋巴系统，影响T淋巴 细胞和B淋巴细胞的功能，造成免疫抑制， 其后果是机体对微生物感染的易感性提高。
B、特异性抑制酶活性中心：
外来化学物与酶蛋白部分活性中心的功能基团如-SH，OH，-COOH相结合，如果此酶很重要，且无其它旁路可 通，则将造成细胞死亡。
C、抑制辅酶：
外来化学物与酶活性必需的辅助因子竞争酶的作用部位， 阻断酶的正常功能，造成正常代谢的抑制。
3 January 2020
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（4）损害细胞大分子：
有些毒物作用于细胞遗传物质——核酸，对机体产生致 突变、致癌和致畸等作用。
毒物对细胞遗传物质的作用主要包括：基因突变和染色 体畸变。
①基因突变:主要是外来化学物与DNA结合，包括共价结合 和嵌入，使DNA链产生一些变化，形成化学致突变作用。 突变的结果可能是细胞死亡或遗传性状的改变，亦有可能 使正常细胞向肿瘤细胞转化。
例如：氟乙酸在体内与乙酰辅酶A作 用生成氟乙酰CoA，再与草酰乙酸缩合成 氟柠檬酸。后者竞争地抑制乌头酸酶，使 用权柠檬酸不能转变为异柠檬酸而使三羧 酸循环受阻，造成心脏和CNS损害。
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六、解毒过程失效
1.解毒能力耗竭（解毒酶、共底物、抗氧化剂）
2.解毒酶失活 3.某些结合反应被逆转 4.解毒过程产生潜在的有害副产物
第二节
终毒物与靶分子的反应
终毒物和靶分子的反应： 是毒性发展的第二阶段
一、靶分子的属性
所有的内源化合物都是毒物潜在的靶标 毒理学相关的靶标是大分子，如DNA、蛋白质 小分子中如膜脂质、辅因子如辅酶A和吡哆醛 内源性分子作为靶分子必须具有合适的反应性和/或 空间构型，以容许终毒物发生共价或非共价反应。 靶分子必须接触足够高浓度的终毒物，故处于反应活 性化学物邻近或接近它们形成部位的内源性分子常常 是靶分子。活性代谢物的第一个靶分子常常是催化这 些代谢物形成的酶或邻近的细胞内结构
终毒物 是指与内源靶分子（如受体、酶、DNA、微丝蛋白、脂 质）反应或严重地改变生物学（微）环境、启动结构 和/或功能改变（其结果表现为毒性）的物质。 终毒物可以为： 原化学物（母化合物） 代谢物 活性氧（氮） 内源化学物
表1
终毒物的来源及其类型
1．原外源化合物作为终毒物 铅离子 河豚毒素 TCDD 异氰酸甲酯 HCN CO 2．外源化合物的代谢物作为终毒物 苦杏仁苷 砷酸盐 氟乙酰胺 1，2－亚乙基二醇 己烷 乙酰氨基酚 CCl4 苯并（a）芘（BP） 苯并（a）芘（BP） 3．活性氧或活性氮作为终毒物 过氧化氢 敌草快，阿霉素，呋喃妥英 Cr（Ⅴ） ，Fe（Ⅱ） ，Mn（Ⅱ） ，Ni（Ⅱ） －● ● 百草枯→O2 ＋NO 4．内源化合物作为终毒物 磺胺类药物 → 白蛋白结合的胆红素 CCl3OO● → 不饱和脂肪酸 ● CCl3OO → 不饱和脂肪酸 CCl3OO● → 不饱和脂肪酸 ● HO → 蛋白质
注：AAF＝2－乙酰氨基芴，ADH＝醇脱氢酶， CCβL＝半胱氨酸结合β裂解酶； ChE＝乙酰胆碱酯酶；
DENA＝二乙基亚硝胺；DMAB＝N， N－二甲基－4―氨基偶氮苯；
7，12－DMBA＝7，12－二甲基苯并蒽；DES＝二乙基己烯雌酚； DP＝二肽酶； FMO＝黄素单加氧酶；
GT＝尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶；
三、亲核物的形成
是毒物活化作用较少见的一种机制。如苦杏仁经肠道细 菌β-糖苷酶催化形成氰化物。 四、活性氧化还原还原反应物的形成 氧化还原循环形成的外源性自由基以及O－2和· NO能还原结 合于铁蛋白的Fe（Ⅲ），随后以Fe（Ⅱ）形式将其释放, 由此形成的Fe(Ⅱ)催化HO· 形成
五、解毒 1．无功能基团毒物的解毒：I、II相代谢解毒。
亲电代谢物产生的毒性 源毒物 催化增毒酶
毒性作用
乙醇 佐美酸 己烷 丙烯醇 丙烯胺 苯 脂肪酸 DES 对乙酰氨基酚 黄曲霉素 B1 氯化乙烯 溴苯 苯并（a）芘 硫代乙酰胺
ADH GT→异构化作用 p450 ADH MAO 多个酶 脂质过氧化作用 过氧化物酶 p450，过氧化物酶 p450 p450 p450 p450 FMO
对而发生反应。
亲电物的形成
通过插入一个氧原子而产生
共轭双键形成
键异裂
金属的氧化还原
表2 亲电子代谢物 1.非离子亲电物 (1)醛，酮 乙醛 佐美酸葡萄糖醛酸苷 2，5－己二酮 (2)α，β－不饱和醛，酮 丙烯醛 丙烯醛 粘糠醛 4－羟基壬醛 (3)苯醌，苯醌亚胺 DES－4，4ˊ－苯醌 N－乙酰基－p－苯醌亚胺 (4)环氧化物，芳烃氧化物 黄曲霉素 B1 -8，9-环氧化物 2－氯环氧乙烷 溴苯 3，4-环氧化物 BP-7，8-二醇 -9，10-环氧化物 (5)亚砜 硫代乙酰胺 S 氧化物 (6)亚硝基化合物
2）胞浆蛋白质
3）膜酶活性反应 4）吞噬细胞的吞噬过程及“呼吸爆 发”(respiratory burst) 5）过氧化酶体 6）线粒体电子传递过程 7）微粒体电子传递系统
2. 外源化学物的氧化还原代谢产生自由基 百草枯（PQ＋＋） 阿霉素（DR） 呋喃妥英（NF） PQ＋＋，DR、NF产生的O2· － 不是这些外源物质毒作用过 程的最终阶段，因为O2· －能 产生反应性更强的羟基自由 亚砷酸盐 氟柠檬酸 草酸，乙二酸 2，5－己二酮 N－乙酰－p－苯醌亚胺 CCl3OO● BP－7，8－二醇－9，10－环氧化物 BP 自由基阳离子
→ → → → → → →
羟基自由基（HO●） 过氧亚硝基（ONOO－） 胆红素 脂质过氧自由基 脂质烷氧自由基 4－羟基壬醛 蛋白羰基
磺胺甲基异噁唑 p450
免疫反应
对硫磷
p450
ChE 抑制
氯仿 氟烷
p450 p450
肝脏坏死 免疫性肝炎
HCBD
GST→GGT →DP→CβCL
肾小管坏死
HCBD
GST→GGT →DP→CCβL
肾小管坏死
2.阳离子亲电子物 (1)碳鎓离子 苯甲基碳鎓阳离子 碳鎓阳离子 (2)氮鎓离子 芳基氮鎓离子 AAF，DMAB， HAPP (3)锍离子 表锍离子 (4)金属离子 二价汞离子 二水合二氨基铂离子（Ⅱ） 汞元素 顺铂 过氧化物酶 s.r. 脑损伤 肾小管坏死 1，2－二溴乙烷 GST 致癌作用 p450→ST 致癌作用 7，12－DMBA DENA p450→ST p450→s.r. 致癌作用
GST＝谷胱甘肽硫转移酶； HCBD＝六氯丁二烯； ST＝磺基转移酶；
GGT＝γ谷氨酰基转移酶；
HAPP＝杂环芳香胺热裂解产物； p450＝细胞色素p450； s.r.＝自发重排
二、自由基形成
自由基（free radicals）
是独立游离存在的带有不成对电子的分子、原子或离 子。是由于化合物的共价健发生均裂而产生。 自由基特点： 顺磁性
二、反应的类型
（一）非共价结合(nonconvalent binding)
定义：
通过非极性交互作用或氢键与离子键等非共价结合方式与
膜受体、细胞内受体、离子通道和某些酶等靶分子结合。
特点：
毒物原子的空间排列使其与内源性分子的互补部位结合。
非共价键结合的键能相对较低，因此是可逆的。
例子：
番木鳖碱（strychnine）与脊髓运动神经元甘氨酸
亲电子剂（如非离子和阳离子亲电子剂以及自由基阳离子） 中性自由基（如：HO•、NO2•和Cl3C•）
亲核毒物
30胺类和肼类与醛吡哆醛（pyridoxal）的共价反应 一氧化碳、氰化物、硫化氢和叠氮化物与各种血红素 蛋白中的铁形成配位共价键
3.去氢反应(hydrogen abstraction)（自由基作用）
增毒(toxication)
代谢活化(metabolic activation)
定义：毒物经生物转化为有害产物的过程。
原因及结果： ◆增毒过程使生物学微环境和/或它们的化 学结构发生了不利于机体的变化。 ◆通过生物转化而获得更有效地与特定受体 或酶相互作用的结构特征和反应性。
◆增毒使外源化学物转变为： （1）亲电物(electrophiles)；
第四章 毒作用机制
哈尔滨医科大学公共卫生学院 卫生毒理学教研室 李百祥
第四章 毒作用机制 毒作用机制研究的内容 ◆毒物如何进入机体 ◆毒物怎样与靶分子相互作用 ◆毒物怎样表现其有害作用 ◆机体有害作用的反应如何
第四章 毒作用机制
毒物在体内的可能毒性过程
第一节 外源化学物的增毒与解毒
毒物的转运过程是毒性发展的第一阶段
2.以碳为中心
三氯甲基自由基 (CCl3 ).
3.以硫为中心 4.以氮为中心 5.以氧为中心
烷硫自由基 R－S 苯基二肼自由基 C6H5N=N 无机：超氧阴离于（O2） 羟基自由基（OH） 有机：烷氧自由（L O ） 烷过氧自由基(L O2)
6.过渡金属离子
Cu+/Cu2+，Fe2+/Fe3+ 4+ Ti3+/Ti
（2）自由基(free radicals)；
（3）亲核物(nucleophiles)
（4）氧化还原性反应物(redox-active reductants)
增加其反应性，从而更易于与带有重要功能基
因的内源性分子反应。
一、亲电物的形成
亲电物
是指含有一个缺电子原子(带部分或全部正电荷)的
分子，它能通过与亲核物中的富电子原子共享电子
化学性质活泼
反应性极高 半减期极短（一般仅能以μS计） 作用半径短。
自由基在生物学和医学领域的应用： 肿瘤、辐射损伤、老化和某些疾病 （白内障、糖尿病、精神病、肺气肿、炎 症和缺血性疾病） 中毒机理研究
（一）自由基的类型 见下页表。
表 3： 与生物体系有关的自由基类型
自由基类型 1.以氢为中心 实例 H 原子（一个质子，一个电子） 评价 从含碳化合物抽取 H 原子常启动自由 基链式反应，例如OH 能通过从膜 脂肪酸侧链抽出 H 而启动脂质过氧化： LH + OH L + H2O 通过 H 抽取反应形成的膜脂质中的碳 中心自由基（L.） ， 为 CCl4 毒性的主 要动因。 巯基化合物氧化时产生的活性自由基 （由过渡全属促发） 参与苯肼的红细胞毒性 氧化应激自的主要动因：OH 十分活跃， O2较弱 由 L 与 O2 反应产生（L O2） ，或由金属 依赖的脂质过氧化产 物破环产生 LO和 L O2, 任何碳中心自由基通常迅速与 O2 反应产生过氧自由基，如： CCl3 + O2 → CCl3O2 (三氯甲基过氧自由基） 接受和供给电子的能力使它们成为自由 基反应的重要催化剂
R-SH(R-S˙)
巯基化合物/硫基自由基（为次黄酸/R-
SOH和二硫化物/R-S-S-R等巯基氧化物的前身；
使游离氨基酸或氨基酸残基的CH2基团去氢，转变为羰基
化合物，并进一步与胺类化合物反应，形成DNA或蛋白质