第五讲污染生态化学 、环境污染的分子毒理作用机制 1.国内外研究现状 1993年美国著名科学专栏评论家 Marshall在《 Science上 发表“毒理学进入分子水平”的专论。基因重组、核酸杂交、 PCR、DNA测序和一系列突变检测手段也被我国环境化学工作 者应用到外源化合物和环境致癌物引起的DNA损害、基因突
一、环境污染的分子毒理作用机制 1. 国内外研究现状 1993年 美国著名科学专栏评论家Marshall在《Science》上 发表“毒理学进入分子水平”的专论。基因重组、核酸杂交、 PCR、DNA测序和一系列突变检测手段也被我国环境化学工作 者应用到外源化合物和环境致癌物引起的DNA损害、基因突 第五讲 污染生态化学
变、加合物形成、基因多态、癌基因和抑癌基因等检测中。目 前环境污染物的分子毒理机制研究主要集中在以下几个方面 (1)毒物代谢酶 1998我国开始体内代谢外源物质有关酶的基因多态性研 究。至今,相继克隆出一系列重要的人类外源化学物代谢酶基 因,接连发现相应的变异等位基因,并推测其与表型上代谢多 态性和可能的环境风险程度相关联。近年来,研究最多的是细 胞色素P450(CYPs)酶系
变、加合物形成、基因多态、癌基因和抑癌基因等检测中。目 前环境污染物的分子毒理机制研究主要集中在以下几个方面： （1）毒物代谢酶 1998 我国开始体内代谢外源物质有关酶的基因多态性研 究。至今，相继克隆出一系列重要的人类外源化学物代谢酶基 因，接连发现相应的变异等位基因，并推测其与表型上代谢多 态性和可能的环境风险程度相关联。近年来，研究最多的是细 胞色素P450（CYPs）酶系
CYPs参与广泛的内源和外源化合物的合成与代谢,其对 药物的疗效、对化学致癌物的代谢活化及其基因多态性与癌的 关系等问题备受关注,研究较多的有1A1、2D6和2E1亚型 一般认为细胞色素P450酶系与人类癌症的关系十分密切, 大多数化学致癌物均需经CYPs代谢活化才能成为终致癌物发 挥致癌作用,如多环芳烃、黄曲霉素、芳胺、亚硝胺等。 研究表明:某些CYP亚型与肺癌敏感性相关,人外周血淋 巴细胞内CYP1A1水平与人群肺癌发病率呈正相关,在小鼠实 验中也得到证实
CYPs参与广泛的内源和外源化合物的合成与代谢，其对 药物的疗效、对化学致癌物的代谢活化及其基因多态性与癌的 关系等问题备受关注，研究较多的有 1A1、2D6和 2E1亚型。 一般认为细胞色素 P450酶系与人类癌症的关系十分密切， 大多数化学致癌物均需经CYPs代谢活化才能成为终致癌物发 挥致癌作用，如多环芳烃、黄曲霉素、芳胺、亚硝胺等。 研究表明：某些CYP亚型与肺癌敏感性相关，人外周血淋 巴细胞内CYP1A1水平与人群肺癌发病率呈正相关，在小鼠实 验中也得到证实
有人根据拟除虫菊酯类农药在体内的代谢调节,利用分子 生物学技术,对大鼠脑、肝组织P450及P4502B12132亚型进 行检测,发现氰戊菊酯除诱导脑、肝组织P450含量和 NADPH P450还原酶活性外,P4502B1/2B2mRNA表达明显增加。由于 正常情况下大鼠脑、肝组织中P4502B1/2B2表达很低,因而推 测氰戊菊酯对该亚型P450的诱导,可能干扰机体对内、外源化 合物的正常代谢,从而产生毒作用。 近年来,深入研究了有机磷和拟除虫菊酯杀虫剂的神经毒
有人根据拟除虫菊酯类农药在体内的代谢调节，利用分子 生物学技术，对大鼠脑、肝组织 P450及 P450 2B1/2132亚型进 行检测，发现氰戊菊酯除诱导脑、肝组织P450含量和NADPHP450还原酶活性外，P450 2B1/2B2mRNA表达明显增加。由于 正常情况下大鼠脑、肝组织中P450 2B1/2B2表达很低，因而推 测氰戊菊酯对该亚型P450的诱导，可能干扰机体对内、外源化 合物的正常代谢，从而产生毒作用。 近年来，深入研究了有机磷和拟除虫菊酯杀虫剂的神经毒
性机制,表明这些化合物可通过影响神经递质代谢,引起神经 元功能变化,涉及神经组织的钙浓度、谷氨酸、B氨基丁酸 磷脂酶C和蛋白激酶C等。有机磷农药的毒理作用主要是该化 合物与AChE结合后形成磷酸化胆碱酯酶,从而失去酶分解乙 酰胆碱的能力,造成神经递质ACh的堆积,产生毒作用。 氧化乐果和乐果可缩短n型乙酰胆碱受体( nAChR)通道 开放时间,降低开放频率。乙酸甲胺磷和甲胺磷在体外对人红 细胞膜和大鼠大脑皮层突触体膜AChE活力均有不同程度的抑
性机制，表明这些化合物可通过影响神经递质代谢，引起神经 元功能变化，涉及神经组织的钙浓度、谷氨酸、-氨基丁酸、 磷脂酶C和蛋白激酶C等。有机磷农药的毒理作用主要是该化 合物与AChE结合后形成磷酸化胆碱酯酶，从而失去酶分解乙 酰胆碱的能力，造成神经递质ACh的堆积，产生毒作用。 氧化乐果和乐果可缩短n型乙酰胆碱受体（nAChR）通道 开放时间，降低开放频率。乙酸甲胺磷和甲胺磷在体外对人红 细胞膜和大鼠大脑皮层突触体膜AChE活力均有不同程度的抑
制作用,该类农药属于典型的 nAChR通道开放阻断剂。 研究拟除虫菊酯神经毒作用的结果发现,氰戊菊酯诱导影 响脑、肝组织P450、P4502B1/2B2mRNA含量和 NADPH P450还原酶活性,P4502B1/2B2mRNA表达明显增加。拟除虫 菊酯农药还可影响兴奋性氨基酸递质的释放和重摄取,引起兴 奋性神经毒作用。氰戊菊酯在低浓度下引起大鼠脑细胞游离 Ca2浓度增加,在肌醇磷酸酯代谢中使磷酸酯肌醇〓磷酸水平 增高,其水解产物肌醇磷酸也普遍嶒高,磷酸酶C活性升髙
制作用，该类农药属于典型的nAChR通道开放阻断剂。 研究拟除虫菊酯神经毒作用的结果发现，氰戊菊酯诱导影 响脑、肝组织P450、P450 2B1/2B2mRNA含量和 NADPHP450还原酶活性，P450 2B1/2B2mRNA表达明显增加。拟除虫 菊酯农药还可影响兴奋性氨基酸递质的释放和重摄取，引起兴 奋性神经毒作用。氰戊菊酯在低浓度下引起大鼠脑细胞游离 Ca2+浓度增加，在肌醇磷酸酯代谢中使磷酸酯肌醇二磷酸水平 增高，其水解产物肌醇磷酸也普遍增高，磷酸酶C活性升高
因此,这类农药的毒理机制可能与受体-磷酸肌醇代谢的变化有 关 用DDT、杀虫眯和溴氰菊酯处理昆虫后,可使中毒的虫体 产生神经毒素酪胺,诱导相应的酪氨酸脱羧酶,随着酪氨酸脱 羧酶活性的增加,cAMP也增加。这些神经活性物质在正常情 况下具有调节生理活性功能,但超量存在时,反而引起反常的 生理改变,甚至引起中毒或死亡。 用拟除虫菊酯类农药处理大鼠后,大脑皮层和海马神经生
因此，这类农药的毒理机制可能与受体-磷酸肌醇代谢的变化有 关。 用DDT、杀虫眯和溴氰菊酯处理昆虫后，可使中毒的虫体 产生神经毒素酪胺，诱导相应的酪氨酸脱羧酶，随着酪氨酸脱 羧酶活性的增加，cAMP也增加。这些神经活性物质在正常情 况下具有调节生理活性功能，但超量存在时，反而引起反常的 生理改变，甚至引起中毒或死亡。 用拟除虫菊酯类农药处理大鼠后，大脑皮层和海马神经生
长因子mRNA水平显著增高,其皮层和海马神经生长因子的蛋 白表达较对照均明显升高,因此这类化合物可能在阻止神经元 受损和促进受损神经元修复中有重要意义 研究认为:农药致癌是多基因参与的过程,P53抑癌基因 通过整合细跑对多种危急状况的反应,控制细胞周期关卡和启 动细胞凋亡几个不同途径而维持基因组的稳定性,起抑制肿瘤 的作用。多种肿瘤抑制基因P16的发现,DNA甲基化对癌基因 抑癌基因转录活化的影响,均是化学污染物分子毒理机制的新 发现
长因子mRNA水平显著增高，其皮层和海马神经生长因子的蛋 白表达较对照均明显升高，因此这类化合物可能在阻止神经元 受损和促进受损神经元修复中有重要意义。 研究认为：农药致癌是多基因参与的过程，P53抑癌基因 通过整合细胞对多种危急状况的反应，控制细胞周期关卡和启 动细胞凋亡几个不同途径而维持基因组的稳定性，起抑制肿瘤 的作用。多种肿瘤抑制基因P16的发现，DNA甲基化对癌基因、 抑癌基因转录活化的影响，均是化学污染物分子毒理机制的新 发现
(2)环境毒物对DNA损伤和修复的作用 化学污染物的遗传毒性效应是以DNA作为靶分子造成的 DNA损伤。DNA损伤是指在某些因素作用下DNA的结构和功 能发生改变,阻碍DNA的复制与转录。 多种环境因素可引起DNA的损伤。如紫外线和电离辐射可 使两个相邻的吡啶相互交联形成吡啶二聚体,从而使DNA的立 体构像发生明显变化,阻断受损部位DNA的复制和转录 许多外源或内源化学物和物理因素能诱导活性氧生成,活
（2）环境毒物对DNA损伤和修复的作用 化学污染物的遗传毒性效应是以DNA作为靶分子造成的 DNA损伤。DNA损伤是指在某些因素作用下DNA的结构和功 能发生改变，阻碍DNA的复制与转录。 多种环境因素可引起DNA的损伤。如紫外线和电离辐射可 使两个相邻的吡啶相互交联形成吡啶二聚体，从而使DNA的立 体构像发生明显变化，阻断受损部位DNA的复制和转录。 许多外源或内源化学物和物理因素能诱导活性氧生成，活
性氧可对DNA产生许多不同类型的损害,主要包括链断裂与碱 基修饰两大类。例如,OH可迅速与核酸反应,形成许多不同类 型的碱基修饰产物。其中以8-羟基乌嘌呤(8-OHdG)最常见, 且数量最多,已经发现某些致癌物所引起的8-OHdG形成与肿 瘤发生相关。另一方面,O攻击DNA分子中核糖也造成DNA 链断裂,其位点可能在核糖的C3和C4上。自由基攻击胸腺嘧啶 碱基造成的损害,经修复酶切除也产生类似的单链断裂。 镍化合物可引起DNA蛋白质氨基酸交联,这是一种较难
性氧可对DNA产生许多不同类型的损害，主要包括链断裂与碱 基修饰两大类。例如，OH可迅速与核酸反应，形成许多不同类 型的碱基修饰产物。其中以8-羟基鸟嘌呤（8-OHdG）最常见， 且数量最多，已经发现某些致癌物所引起的8-OHdG形成与肿 瘤发生相关。另一方面，OH攻击DNA分子中核糖也造成DNA 链断裂，其位点可能在核糖的C3和C4上。自由基攻击胸腺嘧啶 碱基造成的损害，经修复酶切除也产生类似的单链断裂。 镍化合物可引起DNA-蛋白质/氨基酸交联，这是一种较难