毒作用机制分解课件.ppt

1、主主 要要 内内 容容终毒物的形成和解毒终毒物的形成和解毒终毒物与靶分子的反应终毒物与靶分子的反应细胞功能障碍与毒性细胞功能障碍与毒性修复和修复失控修复和修复失控毒作用机制研究的一般性讨论毒作用机制研究的一般性讨论 毒物毒物 处置处置 毒毒 作作 用用化学物引起毒作用的三种途径化学物引起毒作用的三种途径生物环境生物环境 的改变的改变与靶分子与靶分子相互作用相互作用功能紊乱功能紊乱损伤损伤修复失调修复失调(1)(1)化学物不与靶分子发生作化学物不与靶分子发生作用而直接作用于接触的部位，用而直接作用于接触的部位，如某些物质沉积于肾小管；如某些物质沉积于肾小管；(2)(2)毒物与靶分子发生作用造毒物

2、与靶分子发生作用造成细胞功能障碍或损伤成细胞功能障碍或损伤,如如河豚毒素进入机体后阻断运河豚毒素进入机体后阻断运动神经元的钠离子通道动神经元的钠离子通道,导致导致骨骼肌麻痹骨骼肌麻痹;(3)(3)毒物造成细胞损伤后毒物造成细胞损伤后,机机体出现异常修复体出现异常修复(包括分子水包括分子水平、细胞水平和组织水平的平、细胞水平和组织水平的修复修复)。毒作用机制毒作用机制亲电子代谢物亲电子代谢物原毒物原毒物催化活化酶催化活化酶毒性作用毒性作用非离子亲电物1.醛、酮：乙醛2.，-不饱和醛、酮：丙烯醛3.苯醌，苯醌亚胺：N-乙酰基-p-苯醌亚胺4.环氧化物，芳烃氧化物：BP-7，8-二醇-9,10-环氧

3、化物5.亚砜：硫代乙酰胺S氧化物6.亚硝基化合物7.膦酸酯8.酰卤化物9.硫羰乙酰卤化物10.硫乙烯酮乙醇丙烯醇对乙酰氨基酚苯并（a）芘ADHADHP450，过氧化物酶p450肝纤维化肝脏坏死肝脏坏死致癌作用阳离子亲电物1.碳鎓离子苯甲基碳鎓阳离子2.氮鎓离子芳基氮鎓离子3.锍离子表锍离子4.金属离子二价汞离子7,12-DMBAAAF,DMBA，HAPP1,2-二溴乙烷汞元素P450 STP450 STGST过氧化物酶致癌作用致癌作用致癌作用脑损伤靶分子属性靶分子属性与终毒物有合适的反应性和亲和性与终毒物有合适的反应性和亲和性与终毒物有相互接近的条件和结构与终毒物有相互接近的条件和结构在体内是

4、否有重要的功能在体内是否有重要的功能毒理学上的靶分子毒理学上的靶分子膜脂质、核酸（特别是膜脂质、核酸（特别是DNA）、蛋白质）、蛋白质确认毒物靶分子的条件确认毒物靶分子的条件n终毒物与靶分子反应并对其功能产生不良影响终毒物与靶分子反应并对其功能产生不良影响n终毒物在靶部位达到有效的浓度终毒物在靶部位达到有效的浓度n终毒物以某种机制与所观察的毒性相关的方式改变终毒物以某种机制与所观察的毒性相关的方式改变靶分子靶分子 终毒物与靶分子之间的反应类型终毒物与靶分子之间的反应类型非共价结合（非共价结合（noncovalent binding）共价结合（共价结合（covalent binding）脱氢反应

5、脱氢反应电子转移电子转移酶促反应酶促反应 非共价结合非共价结合可能是通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成可能是通过非极性交互作用或氢键与离子键的形成具有代表性的是毒物与膜受体、细胞内受体、离子通具有代表性的是毒物与膜受体、细胞内受体、离子通道以及某些酶等靶分子的交互作用道以及某些酶等靶分子的交互作用神经性毒剂的亲电子能力比乙酰胆碱强，对乙酰胆碱神经性毒剂的亲电子能力比乙酰胆碱强，对乙酰胆碱酯酶有更大的亲和力和抑制力，因而竞争性的抑制了胆酯酶有更大的亲和力和抑制力，因而竞争性的抑制了胆碱能神经系统的作用碱能神经系统的作用由于非共价结合的能量相对较低，所以这种结合一般由于非共价结合的能量相对较低

6、，所以这种结合一般是可逆的。是可逆的。如：士的宁。如：士的宁。共价结合共价结合一般是不可逆的，能永久地改变内源性分子的结一般是不可逆的，能永久地改变内源性分子的结构，故这类反应具有重要的毒理学意义。共价结合构，故这类反应具有重要的毒理学意义。共价结合也称不可逆结合也称不可逆结合毒物或其具有活性的代谢产物与机体的一些重要毒物或其具有活性的代谢产物与机体的一些重要的大分子发生共价结合，从而改变核酸、蛋白质、的大分子发生共价结合，从而改变核酸、蛋白质、酶、膜脂质等分子的化学结构与其生物学功能。酶、膜脂质等分子的化学结构与其生物学功能。共价结合多见于亲电毒物，如非离子和阳电子亲共价结合多见于亲电毒物，

7、如非离子和阳电子亲电物以及自由基阳离子等。电物以及自由基阳离子等。共价结合具有选择性，由电荷共价结合具有选择性，由电荷/半径比决定。一般半径比决定。一般而言，软亲电物较易与软亲核物反应，而硬亲电子而言，软亲电物较易与软亲核物反应，而硬亲电子较易与硬亲核物反应。较易与硬亲核物反应。中性自由基中性自由基OH、NO2、Cl3C等也可以共价结等也可以共价结合的形式与生物大分子反应合的形式与生物大分子反应脱氢反应脱氢反应定义：定义：自由基迅速从内源性化合物去除氢原子，将它们转变为自由基自由基迅速从内源性化合物去除氢原子，将它们转变为自由基机制机制：某些中性自由基由于具有不配对电子的特点，可与内源性化合物

8、某些中性自由基由于具有不配对电子的特点，可与内源性化合物结合，夺取氢原子发生脱氢反应。如结合，夺取氢原子发生脱氢反应。如Cl+CH4 HCl+CH3脱氢反应实例：脱氢反应实例：自由基与自由基与DNA分子通过脱氢反应生成自由基，引起分子通过脱氢反应生成自由基，引起DNA断裂断裂巯基化合物脱氢形成巯自由基，是其他巯基氧化产物的前身巯基化合物脱氢形成巯自由基，是其他巯基氧化产物的前身脂肪酸脱氢产生脂质自由基能启动脂质过氧化作用脂肪酸脱氢产生脂质自由基能启动脂质过氧化作用单糖易产生自由基，通过氧化脱氢反应可产生多种单糖易产生自由基，通过氧化脱氢反应可产生多种-羰醛类产物。羰醛类产物。-羰醛类产物能与羰

9、醛类产物能与DNA、RNA发生交联，能抗有丝分裂、抗癌；与发生交联，能抗有丝分裂、抗癌；与蛋白质发生交联使酶失活，使细胞膜变形性下降，导致细胞衰老和死亡蛋白质发生交联使酶失活，使细胞膜变形性下降，导致细胞衰老和死亡-糖尿病性白内障和毛细血管病也与单糖的自动脱氢氧化有关糖尿病性白内障和毛细血管病也与单糖的自动脱氢氧化有关电子转移电子转移外源性化合物影响机体的电子传递功能，在电子传递过程中产生外源性化合物影响机体的电子传递功能，在电子传递过程中产生自由基，主要影响线粒体呼吸链的电子传递自由基，主要影响线粒体呼吸链的电子传递线粒体内膜上的呼吸链有线粒体内膜上的呼吸链有NADH呼吸链和呼吸链和FADH

10、2呼吸链。呼吸链。电子传递链有电子传递链有5类电子传递复合体：类电子传递复合体：NAD+、黄素蛋白、铁硫蛋、黄素蛋白、铁硫蛋白、辅酶白、辅酶Q、细胞色素外源性化合物阻断电子传递，抑制磷酸化、细胞色素外源性化合物阻断电子传递，抑制磷酸化的进行，发生供能障碍，造成生物体内窒息死亡的进行，发生供能障碍，造成生物体内窒息死亡杀虫剂鱼藤酮杀虫剂鱼藤酮阻断电子由阻断电子由NADH向向CoQ的传递的传递抗霉素抗霉素A阻断电子从阻断电子从Cytb到到Cytc1的传递的传递叠氮化物、叠氮化物、CO、氰化物阻断电子由、氰化物阻断电子由Cytaa3到氧的传递到氧的传递有些化合物能将血红蛋白中的二价铁通过影响电子传递

11、生产三价有些化合物能将血红蛋白中的二价铁通过影响电子传递生产三价铁，形成高铁血红蛋白血症，影响携氧供能铁，形成高铁血红蛋白血症，影响携氧供能亚硝酸盐能氧化血红蛋白亚硝酸盐能氧化血红蛋白N-羟基芳胺、酚类化合物和肼类与氧合血红蛋白共氧化，羟基芳胺、酚类化合物和肼类与氧合血红蛋白共氧化，形成高铁血红蛋白与过氧化氢形成高铁血红蛋白与过氧化氢酶促反应酶促反应化合物本身有催化作用化合物本身有催化作用蓖麻毒素催化核糖体发生水解断裂蓖麻毒素催化核糖体发生水解断裂化合物与靶蛋白作用后，使蛋白形成具有酶活性的分子化合物与靶蛋白作用后，使蛋白形成具有酶活性的分子醌类化合物接受巯基氧化后的电子，可以促进脂质醌类化合

12、物接受巯基氧化后的电子，可以促进脂质或核酸发生过氧化反应或核酸发生过氧化反应蛇毒含有破坏生物大分子的水解酶，可以降解机体蛇毒含有破坏生物大分子的水解酶，可以降解机体正常组织细胞中的蛋白质，产生严重的毒性反应正常组织细胞中的蛋白质，产生严重的毒性反应木瓜含有木瓜蛋白酶，处理不当食用发生中毒木瓜含有木瓜蛋白酶，处理不当食用发生中毒梭曼与乙酰胆碱酯酶结合后，生成梭曼磷酰化乙酰梭曼与乙酰胆碱酯酶结合后，生成梭曼磷酰化乙酰胆碱酯酶促进具有重活化酶老化，其实质是毒剂残胆碱酯酶促进具有重活化酶老化，其实质是毒剂残基上烷氧基团的去烷基反应。梭曼磷酰化酶不能被基上烷氧基团的去烷基反应。梭曼磷酰化酶不能被重活化是

13、老化反应快的原因。重活化是老化反应快的原因。毒物对靶分子的影响毒物对靶分子的影响l靶分子功能失调靶分子功能失调模拟内源性配体模拟内源性配体-吗啡激动阿片受体吗啡激动阿片受体-蛋白激酶蛋白激酶C抑制靶分子的功能抑制靶分子的功能-干扰离子通道，如阿托品抑制胆碱能干扰离子通道，如阿托品抑制胆碱能M受体、士的宁、筒箭毒碱。受体、士的宁、筒箭毒碱。-抑制线粒体电子传递链抑制线粒体电子传递链影响蛋白质的活性影响蛋白质的活性-蛋白酪氨酸硝化改变蛋白质功能，干扰酪氨酸激酶和磷酸酶参与蛋白酪氨酸硝化改变蛋白质功能，干扰酪氨酸激酶和磷酸酶参与的反应的反应干扰干扰DNA的模板功能的模板功能-黄曲霉素黄曲霉素8,9-

14、氧化物结合于鸟嘌呤，干扰碱基配对氧化物结合于鸟嘌呤，干扰碱基配对l靶分子的破坏靶分子的破坏通过交联和断裂，使内源分子的初级结构改变通过交联和断裂，使内源分子的初级结构改变-2,5-己二酮、二硫化碳、丙烯醛、己二酮、二硫化碳、丙烯醛、4-羟壬醛、氮芥烷化剂能交联细羟壬醛、氮芥烷化剂能交联细胞骨架蛋白、胞骨架蛋白、DNA或使或使DNA与蛋白质交联与蛋白质交联自发性降解敏感自发性降解敏感-酶辅基破坏酶辅基破坏-DNA断裂断裂毒物对靶分子的影响毒物对靶分子的影响l新抗原形成新抗原形成自发结合于蛋白质自发结合于蛋白质 硝基氯苯硝基氯苯 青霉素青霉素 镍镍通过自氧化为醌类或通过酶促生物转化而获得反应性通过

15、自氧化为醌类或通过酶促生物转化而获得反应性 如：细胞色素如：细胞色素p450将将氟烷氟烷生物转化为三氟乙酰氯，作为半抗原而结合于肝生物转化为三氟乙酰氯，作为半抗原而结合于肝脏各种微粒体和细胞表面蛋白质，诱导抗体产生，免疫反应脏各种微粒体和细胞表面蛋白质，诱导抗体产生，免疫反应引起肝炎样综引起肝炎样综合征。合征。药物引起的狼疮、可能还有许多药物引起的粒性白细胞缺乏症是由药物引起的狼疮、可能还有许多药物引起的粒性白细胞缺乏症是由药物药物-蛋白质加合物蛋白质加合物触发的免疫反应所介导的（如磺胺类）。某些带有加触发的免疫反应所介导的（如磺胺类）。某些带有加合物的蛋白质能模拟正常蛋白质，因此抗体也能攻击

16、正常蛋白质。合物的蛋白质能模拟正常蛋白质，因此抗体也能攻击正常蛋白质。l化学物引起生物学微环境改变与毒性化学物引起生物学微环境改变与毒性改变生物水相中氢离子浓度改变生物水相中氢离子浓度 酸酸细胞膜脂质相发生物理化学改变以及破坏细胞功能所必需的穿膜溶质梯细胞膜脂质相发生物理化学改变以及破坏细胞功能所必需的穿膜溶质梯度的度的 溶剂或去污剂溶剂或去污剂占据位置或空间引起危害占据位置或空间引起危害 乙二醇乙二醇 磺胺磺胺基因表达基因表达失控失控细胞功能细胞功能失调失调细胞内稳细胞内稳态受损态受损细胞外稳细胞外稳态受损态受损不适当的不适当的:如不适当的神经肌肉活性：如不适当的神经肌肉活性：震颤、抽搐、痉

17、挛、心率失常震颤、抽搐、痉挛、心率失常 昏迷状态、麻痹、感觉异常昏迷状态、麻痹、感觉异常 ATP合成合成 钙离子调节钙离子调节 蛋白质合成蛋白质合成 细胞损伤细胞损伤/死亡死亡 微管功能微管功能 膜功能膜功能影响影响：影响整体系统的功能影响整体系统的功能 如：止血功能损害如：止血功能损害出血出血 细胞分裂细胞分裂肿瘤，致畸肿瘤，致畸 细胞凋亡细胞凋亡组织退化，组织退化，致畸致畸 蛋白质合成蛋白质合成如：过氧化酶如：过氧化酶 体增殖体增殖调控细调控细胞功能胞功能维持细维持细胞稳态胞稳态靶分子靶分子的作用的作用一、毒物引起的细胞功能障碍基因表达调节障碍转录调节障碍信号转导调节障碍细胞外信号产生的调

18、节障碍细胞瞬息活动的调节障碍电可兴奋细胞的调节障碍l神经递质水平改变：利血平：去甲肾上腺素、5-羟色胺和多巴胺递质耗竭；有机磷：乙酰胆碱酯酶抑制-乙酰胆碱堆积-激活胆碱受体；l药物-神经递质受体相互作用巴比妥类 激动 GABA受体 镇静、麻醉、中枢抑制l药物-信号传导相互作用 局部麻醉利多卡因/普鲁卡因 抑制 电压门控Na+通道 心动过缓l药物-信号终端相互作用其它细胞活动的调节障碍腺体细胞外分泌细胞：M受体调控：有机磷农药中毒；阿托品阻断，高热。二、细胞维持的毒性改变细胞内部维持的损害：中毒性细胞死亡机制l危害细胞存活的原发性代谢紊乱：ATP耗竭、Ca2+蓄积、ROS/RNS生成l原发性代谢

19、紊乱之间的相互影响导致的细胞紊乱l线粒体渗透转变（MPT）及其后果：坏死，凋亡lATP的利用度决定细胞死亡的形式l由其它机制诱发的细胞死亡细胞外部维持的损害l毒物也能干扰给其他细胞组织或整个机体提供支持的细胞。第四节第四节 修复和修复失控修复和修复失控一、损伤的修复一、损伤的修复脂肪脂肪DNA蛋白蛋白细胞细胞细胞外间质细胞外间质凋亡凋亡增生增生修复修复分子修复分子修复组织修复组织修复细胞修复细胞修复l蛋白质的修复蛋白质的修复 蛋白质的某些化学变化，如蛋白巯基的氧化和DNA的甲基化是可逆的。通过水解作用去除分子的损伤部位或者插入重新合成的结构，是常见的修复机制，可见于化学性变异的DNA和过氧化的

20、脂肪。在某些情况下，受损的分子可以全部分解而重新合成，如有机磷中毒后重新生成胆碱酯酶。l脂质修复脂质修复 过氧化脂质的修复涉及一系列的还原剂和谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化物还原酶。lDNADNA修复修复 直接修复；切除修复；重组修复等。n分子修复：分子修复：n细胞修复：细胞修复：大多数死亡细胞可被活细胞分裂代替。但神经组织例外，成熟的神经细胞无分裂能力。中枢神经的损伤是不可逆的。外周神经轴索损失时，在巨噬细胞和施万细胞的参与下修复。n组织修复：n细胞分裂细胞分裂n细胞间质细胞间质二、修复失控二、修复失控n炎症：炎症的形成标志为微环境的改变和炎症细胞的聚集。n坏死：细胞损伤向组织坏死进展可被两种协

21、同的修复机制所 中止：凋亡与细胞增生。在毒物引起组织坏死的剂量反应关系中，有效的修复是一个重要条件。即毒物引起组织坏死不仅是因为它唉毒作用达到一定的剂量，而且由于损伤超过了修复的能力，使得损伤能进一步恶化。n纤维化：是受损组织修复不良的一种特殊表现。异常修复石纤维化的一个主要因素。长期饮酒或慢性接触四氯化碳等，可致肝脏纤维化或肝硬化。长期吸入某些矿物质或使用某些药物如争光霉素，可致肺纤维化。亚德里亚霉素可致心脏纤维化。n化学致癌过程：涉及各种修复机制的功能不足，包括：1.DNA修复失效，突变固定，启动恶性转化遗传改变的靶基因，包括原癌基因活化和肿瘤抑制基因灭活；2.凋亡失效：突变与克隆生产；3

22、.终止增生过程失效：突变促进，原癌基因表达与克隆生长；4.非遗传毒性致癌物：有丝分裂的促进剂和细胞凋亡的抑制剂。第五节 毒作用机制研究的一般性讨论n一、毒作用机制和模式 在药理学和毒理学中，作用机制表示从化学物的剂量吸收至在靶器官中产生特定的生物反应的事件分子序列。与作用机制不同，“作用模式”是对药品或化学物作用的支持证据权重的一般描述，主要是关联关系。作用模式表示在暴露的机体导致的反应类型或仅为产生特定生物学反应所涉及的一组关键性步骤或特征。如果化学物的全部作用机制是已知的，则作用模式是已知的，但反之则不然。n二、选择性毒性 选择毒性是毒作用的普遍特点，选择性毒性可发生在物种之间、群体内（易

23、感人群为高危人群）和个体内（易感器官为靶器官）。选择毒性反映了生物现象的多样性和复杂性。毒物靶器官成因：n器官在体内的解剖位置和功能，毒物吸收和排泄器官n该器官的血液供应n具有特殊的摄入系统n代谢毒物的能力和活化/解毒系统平衡n存在特殊的酶或生化途径n毒物与特殊的生物大分子结合n对损伤的修复能力n对特异性损伤的易感性n三、靶分子 途径 网络 毒作用机理的研究应该是点-线-面，也就是从生物靶分子-途径-网络，即说明毒作用的靶分子，其上下游关系即毒作用的途径，不同途径的联系和交互作用即为毒作用的网络。n四、实验终点的变异 在给以一种化学品的实验动物中被观察的最终反应依赖于一系列复杂事件的交互作用，

24、尤其以只发生在长期暴露之后的效应，如肿瘤的形成。一系列的事件能影响剂量-反应曲线的形状和影响反应的变异。n五、毒作用机制的研究 外源化学物的化学结构和理化特性；毒动学/生物转化和毒效应等多个方面；从分子-细胞-组织-器官-整体多个层次的研究。n六、小结 本章系统地介绍了毒物暴露后发生的有害事件及其导致毒性的机制。本章强调了毒物经ADME过程传递到靶分子并与之反应中的意义以及影响机体的生化、分子与细胞生物学、免疫学和生理学在机体对毒物作用的应答时的重要性。机体具有以下几种抗损伤机制：n在毒物转运的机制，如解毒；n逆转毒性损害的机制，如修复机制；n补偿某些功能紊乱的机制，如适应反应；n器官系统水平的代偿机制。请各位老师提出宝贵意见！请各位老师提出宝贵意见！