化學毒物在體內的生物轉運與生物轉化-文檔資料

1、1第三章第三章 化學毒物化學毒物在體內的生物轉運與生物轉化在體內的生物轉運與生物轉化(Biotransportation and (Biotransportation and Biotransformation of Xenobiotics)Biotransformation of Xenobiotics)2【目的要求】l掌握毒物在體內的來蹤去路l 掌握生物轉化反應及意義l 熟悉毒物在體內的分布與貯存l 了解毒物動力學3【內容】l 生物轉運與轉化概況l 吸收、分布與貯存、排泄l 代謝轉化反應及意義4l 化學物對機體的毒性作用，取決于兩個因素:化學毒物的固有毒性和暴露量化學毒物或其活性代謝物在靶

2、器官內的濃度和持續(xù)時間 與化學毒物在體內的ADME過程有關56l 處置（disposition）： ADME吸收（absorption）分布（distribution）代謝（metabolism）代謝（metabolism）排泄（excretion）生物轉運（Biotransportation）生物轉化（Biotransformation）消除（elimination）78l 生物轉運( biotransportation) : 是指外源化學物性質和結構不發(fā)生改變，穿越生物膜的過程，從接觸部位吸收，轉運進入血液、再轉運至組織與臟器、最終轉運到排泄器官離開機體過程。l 生物轉化( biotran

3、sformation) :是指化學毒物在細胞內發(fā)生一系列化學結構和理化性質而轉化為新的衍生物的過程。9l 毒物動力學(toxicokinetics) : 是研究化學毒物的數(shù)量在生物轉運和生物轉化過程（ADME過程）中依時間變化的動態(tài)規(guī)律。 l 毒物效應動力學(toxicodynamics) :是指研究靶器官內化學毒物或其代謝物與大分子(靶分子)的作用及所引起的局部或整體的毒性效應。10l 了解毒物在體內的過程l 為中毒機理研究提供線索l 為急救和治療措施提供參考l 提供接觸生物學標志和中毒診斷指標研究研究ADMEADME過程的意義過程的意義11第一節(jié)第一節(jié) 化學毒物在體內的生物轉運化學毒物在體

4、內的生物轉運12一、生物膜與生物轉化一、生物膜與生物轉化l 生物膜 (biomembrane): 是把細胞或細胞器與周圍環(huán)境分隔開來的半透膜，是細胞膜和細胞器膜的總稱。13（一）生物膜的結構特點（一）生物膜的結構特點l 生物膜 上具有充滿水分的孔道（0.30.6 nm）14（一）生物膜的結構特點（一）生物膜的結構特點15簡單擴散（simple diffusion）濾過（filtration）主動轉運（active transport ）易化擴散（facilitated diffusion）被動轉運（passive transport）（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式

5、特殊轉運（special transport）吞飲作用（phagosytosis）胞飲作用（pinosytosis）16（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 1. 1. 簡單擴散簡單擴散( simple diffusion)( simple diffusion) 化學物由生物膜濃度較高的一側向濃度較低的一側擴散，當兩側濃度達到動態(tài)平衡時，擴散即終止，生物膜兩側濃度差叫濃度梯度或濃度差濃度梯度或濃度差。 脂溶性高低可用脂脂/ /水分配系數(shù)水分配系數(shù)(lipid/water partition coefficient), 當一種物質在脂相和水相之間的分配達到平衡時，其在脂

6、相和水相中溶解度的比值。17（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 1. 1. 簡單擴散簡單擴散( simple diffusion)( simple diffusion)(1 )(1 )簡單擴散的特點簡單擴散的特點 順濃度梯度，不需要消耗能量 毒物與生物膜不發(fā)生化學反應 生物膜不具有主動性，是一個簡單的物理學過程(2) (2) 毒理學意義毒理學意義 在一般情況下，大部分外源化學物是通過簡單擴散進行生物轉運18（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 1. 1. 簡單擴散簡單擴散( simple diffusion)( simple diffusi

7、on)(3) (3) 影響簡單擴散的因素影響簡單擴散的因素 濃度梯度差 外源化學物在脂質中的溶解度，脂水分配系數(shù)=脂相中濃度/水相中濃度 電離或離解狀態(tài)和體液中的pH。弱酸性藥物在酸性環(huán)境中，解離少，吸收多，易于擴散；在堿性環(huán)境中，解離多，吸收少，不易于擴散。同理：弱堿性藥物也相似。19（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 2. 2. 濾過濾過( filtration)( filtration) 外源化學物透過生物膜上的過程，依靠生物膜兩側的滲透壓梯度和液體靜壓的作用。 特點：特點：順濃度差、不耗能、無飽和。 影響因素：影響因素：化學物分子量的大小，4 nm孔道通過2

8、00的分子; 70 nm孔道通過60000分子。 毒理學意義：毒理學意義：水及一些溶于水而不溶于脂質的物質，可通過濾過完成生物轉運過程。20（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 3. 3. 主動轉運主動轉運(active (active transport)transport) 化學毒物在載體的參與下，逆濃度梯度通過生物膜的過程。21（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 3. 3. 主動轉運主動轉運(active transport)(active transport)特點：特點： 轉運過程需載體參加； 可逆濃度梯度轉運，需消耗一定的代謝能量

9、； 特異性：特異性：對化學毒物的結構具有特異的選擇性； 飽和性：飽和性：載體有一定的容量，當化合物濃度達到一定程度時，載體可以飽和，轉運即達到極限； 競爭性：競爭性：使用同一轉運系統(tǒng)轉運的化學毒物間可發(fā)生。22多種藥物抗性蛋白(multi-drug-resistantprotein, mdr)多耐受藥物蛋白(multi-resistant drugprotein, mrp)乳腺癌耐受蛋白（ breast cancer resistance protein, Bcrp）有機陰離子轉運多肽(organic-aniontransporting polypeptide, oatp)ABC結合盒轉運蛋白

10、ATP-binding cassette transporters溶質載體 Solute carriers (SLC）有機陰離子轉運蛋白(organic-aniontransporter, oat)肽類轉運蛋白(peptide transporter, pept)（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 3. 3. 主動轉運主動轉運 轉運體及家族轉運體及家族23（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 4. 4. 易化擴散易化擴散 (facilitated diffusion)(facilitated diffusion) 不易溶于脂質的化學物，利用

11、載體順濃度梯度順濃度梯度移動的過程，又載體擴散。特點：特點： 順濃度梯度； 不消耗能量； 需載體； 具有一定選擇性，飽和性，競爭抑制性。 載體：載體：有機陽離子轉運體(organic-cation transporter, oct)24（二）化學毒物通過生物膜的方式（二）化學毒物通過生物膜的方式l 5. 5. 吞噬和胞飲作用吞噬和胞飲作用 l 通過細胞膜的流動將某些液體微粒、固體顆粒或大分子物質包繞并吞入細胞的過程。25二、吸收二、吸收 （AbsorptionAbsorption）l 是指化學毒物從機體的接觸部位透過生物膜進入血液的過程。l 主要途徑: 呼吸道，胃腸道，皮膚l 其它途徑：靜脈注

12、射、肌肉注射等26（一）經胃腸吸收（一）經胃腸吸收l 胃腸道是化學毒物的主要吸收途徑之一l 化學毒物在胃腸道的吸收可在任何部位進行，但主要在小腸，其次胃。l 吸收方式：主要是通過簡單擴散，還可以通過濾過、胞飲或吞噬和主動轉運系統(tǒng)27（一）經胃腸吸收（一）經胃腸吸收l 影響胃腸道吸收因素外源化學物的分子結構及理化性質胃腸道的酸堿度胃腸道的蠕動和排空情況胃腸道中的某些物質及菌叢28（一）經胃腸吸收（一）經胃腸吸收l 經胃腸道吸收的外源毒物可在胃腸道細胞內代謝，或通過門靜脈系統(tǒng)到達肝臟進行生物轉化，或不經生物轉化直接進入膽汁，這種化學毒物進入體循環(huán)之前即被清除的現(xiàn)象稱為體循環(huán)前消除（體循環(huán)前消除（p

13、resystemic eliminationpresystemic elimination）或）或首過清除首過清除(first pass elimination)(first pass elimination)。l 毒理學意義：毒理學意義：可使經體循環(huán)到達靶器官的毒物原型數(shù)量減少，明顯影響其所致毒效應的強度與性質。29（二）經呼吸道吸收（二）經呼吸道吸收l 肺泡生理結構和特點l 不經過肝臟生物轉化，直接進入體循環(huán)而分布全身l 主要通過簡單擴散30上呼吸道1、鼻毛阻擋 2、鼻腔分泌溶菌酶下呼吸道（1）1、纖毛粘液 系統(tǒng)清除2、環(huán)狀肌肉層平滑肌收縮下呼吸道（2）吞噬細胞的吞噬作用31（二）經呼吸道

14、吸收（二）經呼吸道吸收l 1 1、氣態(tài)毒物經肺吸收的影響因素、氣態(tài)毒物經肺吸收的影響因素 氣態(tài)毒物濃度: 即毒物在吸入空氣中的分壓(或稱張力)； 氣態(tài)毒物在血液中的溶解度。血血/ /氣分配系數(shù)氣分配系數(shù)(blood-to-gas partition coefficient )(blood-to-gas partition coefficient )：是指氣體在血液中的分壓和在肺泡中的分壓達到飽和時，氣體在血液中的濃度(mg/L)與在肺泡中的濃度(mg/L)之比值。血/氣分配系數(shù)越大，即溶解度越高，表示該氣體越易被吸收。 肺泡的通氣量和血流量的比值稱為通氣/血流比值。32（二）經呼吸道吸收（二）

15、經呼吸道吸收l 2 2、氣溶膠毒物經肺吸收的影響因素、氣溶膠毒物經肺吸收的影響因素 氣溶膠中霧的吸收主要受脂溶性和吸入濃度影響。 煙和粉塵： 粒子大小粒子大小: : 直徑 5 m者，多因慣性沖擊而沉積在鼻咽部：清除、咽下或溶解吸收入血； 直徑2.5 m左右，重力沉降于氣管和支氣管：咳出或吞咽； 直徑1 m以下，吸收入血、清除、或進入淋巴系統(tǒng)長期保存； 直徑0.1 m，吸收入血、吞噬系統(tǒng)清除。33總懸浮顆粒物總懸浮顆粒物 Dp100 m total suspended particulates, TSP 可吸入顆粒物可吸入顆粒物 Dp10Dp10 m m inhalabal particulat

16、es, IP 細粒子細粒子 Dp2.5Dp2.5 m mparticulate matter, PM2.5 包括液體、固體或者液體和固體結合包括液體、固體或者液體和固體結合存在的，并懸浮在空氣介質中的顆粒存在的，并懸浮在空氣介質中的顆粒 能進入人體呼吸道能進入人體呼吸道, ,且能長期漂浮于空氣中且能長期漂浮于空氣中在空氣中懸浮的時間更長在空氣中懸浮的時間更長, ,對健康的危害更大對健康的危害更大 （2 2）顆粒物）顆粒物超細粒子超細粒子 0.1-0.30.1-0.3 m multrafine particle 可能有潛在性危害可能有潛在性危害 3435（三）經皮膚吸收（三）經皮膚吸收l 穿透階

17、段：化學毒物通過被動擴散透過角質層的過程；l 吸收階段：化學毒物透過表皮深層（顆粒層、棘層和生發(fā)層）和真皮層并經毛細血管或毛細淋巴管進入體循環(huán)的過程；l 吸收方式：簡單擴散l 皮膚通透性: 不同部位皮膚對毒物的通透性不同：陰囊手臂、后背、腿部、腹部手掌、足底36（四）其他途徑（四）其他途徑l 毒理學動物實驗：腹腔注射、靜脈注射、肌內注射、皮下注射等l 臨床：皮內注射、肌肉注射37三、分布三、分布 （DistributionDistribution）l 分布( distribution) : 是指化學毒物吸收后，隨血液或淋巴分散到全身各組織細胞的過程。l 器官或組織的血流量血流量和對化學毒物的親

18、和力親和力是影響分布的最關鍵因素。l 毒物分布的特點:化學毒物在體內的分布屬不均勻分布。l 再分布（redistribution）38（一）、化學毒物在組織器官中的貯存（一）、化學毒物在組織器官中的貯存l 蓄積（accumulation）：化學毒物的吸收速度超過代謝與排泄的速度，以相對較高的濃度富集于某些組織器官的現(xiàn)象。l 貯存庫（storage depot）：化學毒物蓄積的部位。l 毒理學意義毒理學意義 ： 對急性中毒具有保護意義，減少靶器官中毒物量； 當血漿游離毒物被排出后，貯存的毒物被再次釋放入血，可能引起毒性反應。39（一）、化學毒物在組織器官中的貯存（一）、化學毒物在組織器官中的貯存

19、l 主要貯存庫主要貯存庫 血漿蛋白：多數(shù)為白蛋白；結合短暫、可逆；飽和；競爭 肝腎：與化學毒物有很強的結合能力。金屬硫蛋白，金屬 脂肪組織：高脂溶性毒物。降低靶器官濃度；動員時釋放 骨骼：鉛、鍶、氟40（二）、特殊屏障（二）、特殊屏障l 血腦屏障（blood-brain barrier, BBB): 是指由毛細血管內皮細胞和聚集包圍毛細血管的星形膠質細胞的軟腦膜組成的一種特殊的功能結構。l 血腦屏障的重要性: 保障血液和腦組織之間的正常代謝物質的交換，阻止非需要物質的進入，從而維持腦的正常功能。l 只有脂溶性、又非轉運蛋白底物的化學毒物才能進入腦內。只有脂溶性、又非轉運蛋白底物的化學毒物才能進

20、入腦內。41（二）、特殊屏障（二）、特殊屏障l 血腦脊液屏障（blood-cerebral spinal fluid barrier, BCSFB): 是位于循環(huán)血液和腦脊液之間，有脈絡叢、蛛網膜和腦室周圍的部分區(qū)域構成。主要成份為腦脊液側的內皮細胞，具有緊密連接和主動轉運系統(tǒng)，可防止化學毒物透過。42（二）、特殊屏障（二）、特殊屏障l 胎盤屏障（placental barrier): 是指分隔母體和胚胎血液循環(huán)系統(tǒng)之間的幾層細胞結構。l 大部分化學毒物透過胎盤的機理是簡單擴散；43四、排泄四、排泄 （ExcretionExcretion）l 排泄( Excretion) : 是指化學毒物經不

21、同途徑排出體外的過程。l 主要的排泄途徑： 經腎臟隨尿液排出 經肝臟隨同膽汁從糞便排出 經呼吸道隨同呼出氣體排出44（一）、經腎臟排泄（一）、經腎臟排泄l 1. 腎小球濾過：膜孔 40-80 nm，MW60000l 2. 腎小管的主動分泌：有機陰、陽離子蛋白結合性毒物l 3. 腎小管的重吸收：極性毒物隨尿排出；脂溶性毒物重吸收45（一）、經腎臟排泄（一）、經腎臟排泄l 主要排泄機理 腎小球濾過 腎小管簡單擴散 腎小管主動轉運 其中簡單擴散和主動轉運更為重要46（二）、經糞便排泄（二）、經糞便排泄l （1）與未吸收的食物混合；l （2）膽汁排泄 化學毒物由肝實質細胞進入膽汁而排泄； 化學毒物從膽

22、汁進入小腸后，可能有兩條去路：1)直接排出體外；2)腸肝循環(huán)；l （3）腸道排泄的化學毒物：被動擴散；小腸細胞脫落；l （4）腸壁與菌群：攝取化學毒物并生物轉化。47（二）、經糞便排泄（二）、經糞便排泄48（二）、經糞便排泄（二）、經糞便排泄l 腸肝循環(huán)（腸肝循環(huán)（enterohepatic circulationenterohepatic circulation）：）：是指部分化學毒物在生物轉化過程中形成結合物，并以結合物的形式排出在膽汁中；腸內存在的腸菌群以及葡萄糖苷酸酶，可將部分結合物水解，則使化學毒物重新被吸收的過程。l 毒理學意義：毒理學意義： 有用物質：重新利用； 化學毒物：排泄速

23、度減慢、延長生物半減期延長、毒作用持續(xù)時間延長。49（三）、經肺排泄（三）、經肺排泄l 氣態(tài)、醇類和揮發(fā)性有機化合物可經呼吸道排出體外；l 其排泄速度與血/氣分配系數(shù)成反比，即血氣分配系數(shù)越大，排泄越慢；l 排出速度與吸收速度成反比。50（四）、其他排泄途徑（四）、其他排泄途徑l 乳汁排出：脂/水分配系數(shù)大的有機氯農藥，PCB、二噁英英等污染物l 汗腺和唾液腺排出：I、Br、F和Hg等l 頭發(fā)和指甲排出：Hg，Pb，Asl 腦脊液51第二節(jié)第二節(jié) 化學毒物在體內的生物轉化化學毒物在體內的生物轉化52一、生物轉化的意義一、生物轉化的意義l 生物轉化生物轉化(biotransformation)(

24、biotransformation)：又稱代謝轉化(metabolic transformation)，是指化學毒物在體內經歷酶促反應或非酶促反應而形成代謝產物的過程。l 部位：部位：代謝過程主要在肝臟進行，但肝外組織也有一定代謝能力，如腎臟、小腸、肺臟和皮膚等。53（一）、代謝解毒和代謝活性（一）、代謝解毒和代謝活性l 代謝解毒代謝解毒(metabolic detoxication): (metabolic detoxication): 化學毒物經生物轉化后成為低毒或無毒的代謝物（metabolite）；l 代謝活化代謝活化( metabolic activation) ( metaboli

25、c activation) 或生物活化或生物活化（bioactivationbioactivation）: :化學毒物經生物轉化后，使其毒性增強，甚至可產生致突變、致畸、致癌作用。54l 代謝中間體代謝中間體(reactive intermediate): (reactive intermediate): 親電子劑、自由基、親核劑、氧化還原反應物；55（二）、化學毒物溶解度的變化（二）、化學毒物溶解度的變化56（二）、化學毒物溶解度的變化（二）、化學毒物溶解度的變化l I I相反應相反應(phase I biotransformation): (phase I biotransformatio

26、n): 包括氧化反應(oxidation)、還原反應(reduction)和水解反應(hydrolysis)。暴露或獲得一些功能基團，-OH，-COOH，-NH2，-SH；增加水溶性，易于進入II相反應；l II II相反應相反應(phase II biotransformation): (phase II biotransformation): 結合反應 (conjugation)。包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、與谷胱甘肽及與氨基酸結合。大多數(shù)II相反應可導致化學毒物的水溶性顯著增加，排泄加速。57（二）、化學毒物溶解度的變化（二）、化學毒物溶解度的變化58二、生物轉化酶二、生物轉化酶l

27、 特性：特性：廣泛的底物特異性；存在多態(tài)性；立體選擇性。59二、生物轉化酶二、生物轉化酶60細胞色素P-450 (CYPs)黃素單加氧酶(FMO)醇脫氫酶ADH醛脫氫酶ALDH內質網（微粒體，microsome內）微粒體microsome外鉬羥化酶單胺氧化酶MAO和二胺氧化酶DAO三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：過氧化物酶61（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：l 1. 1. 細胞色素細胞色素P-450P-450酶系酶系 (cytochrome P450 enzyme system, (cytochrome P450

28、enzyme system, CYPs)/CYPs)/混合功能氧化酶混合功能氧化酶(mixed function oxidase, MFO) (mixed function oxidase, MFO) 或單或單加氧酶（加氧酶（monoxygenasemonoxygenase）：）：一組由結構和功能相關的超家族(superfamily)基因編碼的含鐵血紅素同工酶，因其含有的血紅素鐵在還原態(tài)時與CO結合所形成的復合物在450 nm處有最大的吸收峰而得名。l 細胞色素細胞色素P-450P-450酶系成分：酶系成分： 血紅蛋白（細胞色素細胞色素P450P450和細胞色素b5） 黃素蛋白（NADPH-細

29、胞色素P450還原酶） 磷脂。62l 細胞色素細胞色素P450P450最為重要，是催化反應的活性中心。最為重要，是催化反應的活性中心。l 黃素蛋白和細胞色素b5是從NADPH或NADH向細胞色素P450傳遞電子的轉運體。l 磷脂：固定蛋白、促進偶聯(lián)反應。l 命名：CYP代表除小鼠和果蠅外的所有物種的細胞色素P450基因。字母后的數(shù)字、字母、數(shù)字，依次為基因族、基因族、基因亞族、亞族中的基因?；騺喿?、亞族中的基因。l 與化學毒物代謝有關的主要涉及3個家族： CYP1、 CYP2、 CYP3。63l 單加氧反應6465666768（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應： 2. 2. 黃

30、素加單氧酶黃素加單氧酶 (flavin-containing monooxygenase, FMO)(flavin-containing monooxygenase, FMO)：l 屬于微粒體酶；其所催化的反應通常是解毒過程；l 以黃素腺嘌呤二核苷酸（以黃素腺嘌呤二核苷酸（FADFAD）為輔酶）為輔酶l FMO可催化伯胺、仲胺、叔胺、N-乙酰芳草胺、腈、硫醇、等物質的N-、S-和P-雜原子氧化。l 催化存在物種差異。吡咯烷生物堿類物質、單響尾蛇毒蛋白等物質經FMOFMO代謝形成叔胺氮氧化物，屬于解毒過程；但經P450P450形成親電化合物，屬于增毒反應。 大鼠具有高活性的P450； 豚鼠則有高

31、活性的FMO；69（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：2. 2. 微粒體外的氧化反應：微粒體外的氧化反應：l （1 1）醇脫氫酶（）醇脫氫酶（Alcohol dehydrogenase ADHAlcohol dehydrogenase ADH）：）： 位于胞漿、分布于肝、腎、肺、胃粘膜 能催化醇類轉變?yōu)槿╊悾?分為I型（ADH 1A、1B、1C）：乙醇和短鏈脂肪醇 II型（ADH 4）：長鏈脂肪醇、芳香醇 III型（ADH 5）：長鏈脂肪醇、芳香醇 IV型（ADH 7）：乙醇70（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：2. 2. 微粒體外的氧化反應：微粒體外的氧化反應：

32、l （2 2）醛脫氫酶（）醛脫氫酶（Aldehyde dehydrogenase ALDHAldehyde dehydrogenase ALDH） 能將醛類代謝成酸類 具有基因多態(tài)性 東方人基因點突變（Glu487變?yōu)長ys487），飲酒: 不能最終轉變?yōu)橐宜帷?紅暈綜合癥71（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：2. 2. 微粒體外的氧化反應：微粒體外的氧化反應：l (3) (3) 單胺氧化酶（單胺氧化酶（Monoamine oxidase Monoamine oxidase ，MAOMAO） 存在于肝、腎、小腸、神經組織的線粒體中； 催化伯胺、仲胺、叔胺的氧化脫氨反應。 分為A

33、和B，A主要氧化5-羥色胺、去甲腎上腺素和普萘洛爾的烷基代謝物。B的主要底物為-苯乙胺和卞胺。 MAO-B它能使甲基-44-苯基-1,2,5,61,2,5,6-四氫吡啶（1-methyl-4-phenyl-1,2,5,6-tetrahydro pyridine，MPTP）活化為神經毒物，引起帕金森氏病。72（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：2. 2. 微粒體外的氧化反應：微粒體外的氧化反應：l (4) (4) 鉬水解酶：醛氧化酶黃嘌呤氧化還原酶鉬水解酶：醛氧化酶黃嘌呤氧化還原酶醛氧化酶醛氧化酶 肝臟 氧化取代基團：吡啶、吡咯、嘧啶、碘離子等 氧化芳香醛，對脂肪醛無作用黃嘌呤氧化

34、還原酶黃嘌呤氧化還原酶 心臟、肝臟等 促進6-巰基嘌呤和2,6-二硫代嘌呤等嘌呤衍生物的清除 氧化芳香醛73（一）（一）I I相反應相反應氧化反應：氧化反應：2. 2. 微粒體外的氧化反應：微粒體外的氧化反應：l (5) (5) 過氧化物依賴的共氧化反應：過氧化物依賴的共氧化反應： 過氧化物酶催化的反應包括氫過氧化物的還原和其它底物氧化生成脂質氫過氧化物，此過程稱共氧化（co-oxidation） 特點：無需NADPH或NADP 前列腺素H合成酶（PHS），具有環(huán)加氧酶和過氧化物酶兩種催化活性。 花生四烯酸PGG2PGH274三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應

35、相反應還原反應：還原反應：l 參與還原反應的酶主要為P450和黃素蛋白酶；腸道菌群的還原酶活性也很高。l 1. 1. 偶氮反應和硝基反應：偶氮反應和硝基反應：（1 1）偶氮還原）偶氮還原 N=N 2 -NH2 ； 如: 百浪多息（偶氮磺胺） 氨苯磺胺。（2 2）硝基還原）硝基還原 N=O -NH 2 ； 如: 2,6-二硝基甲苯活化，誘導大鼠肝癌75三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應相反應還原反應：還原反應：l 2. 2. 羰基還原羰基還原 羰基還原酶是NADPH依賴酶，屬于醛酮還原酶和短鏈脫氫酶/還原酶。 外源性底物：氟哌丁苯、柔紅霉素、華法林、4-硝基苯乙

36、酮等。76三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應相反應還原反應：還原反應：l 3. 3. 醌還原醌還原 NAD(P)H氧化還原酶 雙電子還原, 形成無毒性產物。 NADPH-P450 還原酶 單電子還原, 形成超氧陰離子等自由基； 百草枯、多柔比星、道諾霉素、6-羥基多巴胺的代謝活化。77三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應相反應還原反應：還原反應：l 4 . 4 . 脫鹵作用脫鹵作用 還原脫鹵(H 取代X)： P450 CCl4經此反應形成活性自由基。 氧化脫鹵(X 和H 被O取代)： P450 如氟烷經氧化脫鹵作用形成致肝炎的中

37、間產物。 脫鹵化氫(形成C=C)： P450和谷胱甘肽S-轉移酶78三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （一）（一）I I相反應相反應水解反應：水解反應：l （1 1）酯酶）酯酶 酯的水解酯的水解 如: 羧酸酯、酰胺、硫酯、磷酸酯等； A-酯酶：水解有機磷酸酯； B-酯酶：為有機磷酸酯所抑制；羧酸酯酶和膽堿酯酶 C-酯酶：不能水解有機磷酸酯，也不為有機磷酸酯所抑制。l （2 2）肽酶：）肽酶：肽鍵水解，氨基肽酶、羧基肽酶和內肽酶。 如: 胰島素l （3 3）環(huán)氧化物水解酶（）環(huán)氧化物水解酶（EHEH）：）：水解環(huán)氧化物79三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II I

38、I相反應：相反應：l 結合反應結合反應(conjugation) : (conjugation) : 是化學毒物原有的或經I相反應后，引入或暴露出來的羥基、氨基、羧基、巰基、羰基和環(huán)氧基等基團與內源性輔助因子之間發(fā)生的生物合成反應，所形成的產物為結合物(conjugate)。 需要酶參與，并需要消耗能量。 速度比I相反應快的多，因此清除速率由I相反應決定。 多數(shù)結合物水溶性增強，毒性降低或消失。80三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 1. 1. 葡萄糖醛酸結合（葡萄糖醛酸結合（glucuronidationglucuronidation） 體內

39、最主要的結合反應類型 主要輔助因子為尿苷二磷酸葡萄糖醛酸（uridine diphosphate glucuronic acid, UDPGA）, 酶：UDP-葡萄糖醛酸基轉移酶（uridine diphosphate glucuronyl transferase ） 反應場所: 肝微粒體、腎、腸粘膜和皮膚； 結合基團: 羥基、氨基和羧基81三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 2. 2. 硫酸結合（硫酸結合（sulfationsulfation） 供體： 3-磷酸腺苷-5-磷酸硫酸 (PAPS)； 酶: 磺基轉移酶 (sulfotransfer

40、ase, SULT)； 反應場所肝、腎、胃腸等組織； 結合基團酚類、醇類或胺類； 反應產物硫酸酯。82三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 3. 3. 谷胱甘肽結合（谷胱甘肽結合（glutathione conjugationglutathione conjugation） 谷胱甘肽（GSH ）； 酶: 谷胱甘肽S-轉移酶 (glutathione S-transferase, GST)； 反應場所肝、腸、腎、睪丸、腎上腺等組織； 底物特點 具一定疏水性；含親電原子；與GSH非酶促反應。 谷胱甘肽在體內生成與儲備有一定限度，如大量環(huán)氧化物在短時間

41、內形成，可出現(xiàn)谷胱甘肽耗竭，仍可引起嚴重損害。83三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 4. 4. 甲基化反應（甲基化反應（methylationmethylation） 輔助因子：S-腺苷甲硫氨酸（SAM ）； 酶: 甲基轉移酶 (SAM)； 反應場所廣泛； 底物苯酚、兒茶酚、脂肪胺、芳香胺、N-雜環(huán)等。84三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 5. 5. 乙酰化作用（乙?；饔茫╝cetylationacetylation） 輔助因子：乙酰輔酶A（SAM ）； 酶: N-乙酰轉移酶 (N-ace

42、tyltransferase, NAT)； 反應場所肝等； 底物具有芳香胺和肼基團等的化學毒物。 代謝解毒和代謝活化85三、生物轉化反應類型三、生物轉化反應類型l （二）（二）II II相反應：相反應：l 6. 6. 氨基酸結合（氨基酸結合（animo acid conjugationanimo acid conjugation） 底物是含有羧酸基團和具有芳香羥胺結構的化學毒物的代謝途徑。 （1）酰基-CoA合成酶，形成?；?CoA硫酯，然后再酰基-CoA：N-?；D移酶，將酰基轉移到甘氨酸、谷氨酸和?；撬岬陌被希纬甚０?；解毒。 （2）化學毒物與絲氨酸和脯氨酸含有的羧基結合形成N-酯。86

43、四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （一）毒物代謝酶的遺傳多態(tài)性（一）毒物代謝酶的遺傳多態(tài)性 遺傳多態(tài)性（genetic polymorphism）：指在群體中出現(xiàn)了頻率大約1%的多種等位基因形式; 代謝酶存在多態(tài)性，很大程度決定個體對化學毒物所致毒效應的易感性; CYP1A1是芳烴羥化酶：催化多種芳香烴成致癌物，存在Msp1多肽（A、B和C C基因型基因型）和第7個外顯子多肽（Ile/Ile、Ile/Val和Val/ValVal/Val）; 增加肺癌的易感性。 GST（谷胱甘肽-S-轉移酶）可分為T1、M1和P1基因多態(tài)性；T1T1和和M1M1缺失、缺失、P1P1

44、過表達，癌癥發(fā)生過表達，癌癥發(fā)生87四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （二）毒物代謝酶的誘導和阻遏（二）毒物代謝酶的誘導和阻遏 酶的誘導（酶的誘導（enzyme inductionenzyme induction）：）：許多化學毒物可引起某些代謝酶的含量增加并伴有活力增強的現(xiàn)象； 誘導劑：誘導劑：具有誘導效應的化學毒物，分為單功能誘導酶和雙功能誘導酶。 單功能誘導劑：單功能誘導劑：誘導催化還原、水解和結合反應的酶類，但不能誘導細胞色素但不能誘導細胞色素P450P450； 雙功能誘導劑：雙功能誘導劑：誘導結合反應的酶類，和細胞色素P450；88四、影響化學毒物生物轉

45、化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （二）毒物代謝酶的誘導和阻遏（二）毒物代謝酶的誘導和阻遏 誘導劑的作用機制誘導劑的作用機制： 1）作為配體，與細胞質細胞質感受器形成結合物，變構并與輔蛋白脫離，轉變?yōu)榛钚孕问剑?2）結合物與配體蛋白形成異源二聚體進入細胞核； 3）二聚體與位于基因5端啟動子區(qū)的反應原件結合反應原件結合，募集其他轉錄因子和RNA聚合酶等形成轉錄復合物； 4）啟動代謝酶的基因轉錄。89四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （二）毒物代謝酶的誘導和阻遏（二）毒物代謝酶的誘導和阻遏 外源化合物感受器：外源化合物感受器： 雙功能誘導劑：雙功能誘導劑：芳香

46、烴受體（AhR）、孕烷X受體（PXR）、結構型雄甾烷受體（CAR）、過氧化物酶體增殖劑活化受體（PPAR）； 單功能誘導劑：單功能誘導劑：轉錄因子NF-E相關因子2（Nrf-2） 毒物代謝酶的主要誘導劑：毒物代謝酶的主要誘導劑： 1）3-甲基膽蒽、苯并芘，為AhR配體；2）苯巴比妥為CAR和PXR的配體；3）貝特、WY-14等PPAR的配體；4）-萘黃酮，為Nrf-2的配體；5）乙醇，誘導CYP2E1.90四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （二）毒物代謝酶的誘導和阻遏（二）毒物代謝酶的誘導和阻遏 毒物代謝酶的阻遏（毒物代謝酶的阻遏（enzyme repressio

47、nenzyme repression）：）： 指對某些代謝酶誘導的同時可阻遏另外一些代謝酶的合成。91四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （三）毒物代謝酶的抑制與激活（三）毒物代謝酶的抑制與激活 1. 1. 競爭性抑制：競爭性抑制： 對同一種酶競爭，不影響酶的活性及含量，而是一種毒物占據(jù)了酶的活性中心，導致其它毒物代謝受阻。 甲醇、乙醇抑制醇脫氫酶。甲醇、乙醇抑制醇脫氫酶。92四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （三）毒物代謝酶的抑制與激活（三）毒物代謝酶的抑制與激活 2. 2. 非競爭性抑制：非競爭性抑制： 與酶的活性中心發(fā)生可逆或不可

48、逆性結合：-二乙基氨基丙基乙酯（ SKF-5），結合P450等 破壞酶結構和功能：四氯化碳、氯乙烯 減少酶的合成：重金屬鉛可抑制-氨基酮戊酸脫水酶和血紅素合成酶，抑制血紅素合成，P450合成。 變構作用：CO與P450，變構，阻礙與氧結合。 缺乏輔因子： 馬來酸二酯，GSH。93四、影響化學毒物生物轉化的因素四、影響化學毒物生物轉化的因素l （三）毒物代謝酶的抑制與激活（三）毒物代謝酶的抑制與激活 3. 3. 毒物代謝酶的激活：毒物代謝酶的激活： 化學毒物直接作用于酶，使其活性增強，但不涉及酶蛋白的誘導合成。9495第三節(jié)第三節(jié) 毒物動力學毒物動力學96l 利用數(shù)學模型并用速率論的理論來揭示研

49、究化學毒物的數(shù)量在生物轉化和生物轉運過程中的動態(tài)變化規(guī)律。生物轉化和生物轉運過程中的動態(tài)變化規(guī)律。l 時量關系是毒物動力學研究的核心。時量關系是毒物動力學研究的核心。l 目的：目的： 為毒理學研究設計提供依據(jù)，闡明在不同染毒頻度、劑量、途徑下化學毒物的吸收、分布與消除特征，求出毒代參數(shù)。 根據(jù)時量變化規(guī)律，以及毒理學效應的性質與強度之間的關系，明確靶器官，揭示毒性機制，對人群危險度進行評價。97動力學模型動力學模型經典動力學模型經典動力學模型Classical TtoxicokineticsClassical Ttoxicokinetics生理動力學模型生理動力學模型Physiological

50、 toxicokineticsPhysiological toxicokinetics98l （一）基本概念（一）基本概念l 1. 1. 速率類型：速率類型：按化學物在體內轉運或轉化的速率 一級速率過程（一級速率過程（ first order rate process first order rate process）: : 化學毒物在體內某一瞬間的變化速率與其瞬時含量的一次方成正比。多數(shù)化學毒物的體內過程符合一級速率。 一次染毒特點 （1）生物半減期恒定； （2）單位時間內消除毒物的量與體存量成正比； （3 3）其半對數(shù)時量曲線為一條直線。故此類型又稱線性）其半對數(shù)時量曲線為一條直線。故此類

51、型又稱線性動力學。動力學。一、經典動力學模型（一、經典動力學模型（ Classical Toxicokinetics Classical Toxicokinetics）99l （一）基本概念（一）基本概念l 1. 1. 速率類型：速率類型：按化學物在體內轉運或轉化的速率 零級速率過程（零級速率過程（zero order rate processzero order rate process）: : 在化學毒物的數(shù)量超過機體的轉運和轉化能力時發(fā)生，化學毒物在體內某一瞬間的變化速率與其瞬時含量的零次方成正比。 一次染毒特點 （1）單位時間內消除毒物的量恒定，是最大消除能力 （2）半對數(shù)時量曲線為一

52、條曲線。此類型又稱非線半對數(shù)時量曲線為一條曲線。此類型又稱非線性動力學。性動力學。一、經典動力學模型（一、經典動力學模型（ Classical Toxicokinetics Classical Toxicokinetics）100Ka：分布速率常數(shù)；Ke：消除速率常數(shù)101零級零級 一級一級 零級零級 對數(shù)濃度對數(shù)濃度 一級一級濃度濃度 橫坐標為時間；縱坐標：左側為濃度，右側為對數(shù)濃度橫坐標為時間；縱坐標：左側為濃度，右側為對數(shù)濃度橫坐標為時間，縱坐標為濃度，左側為一級，右側為零級橫坐標為時間，縱坐標為濃度，左側為一級，右側為零級102l （一）基本概念（一）基本概念l 2. 2. 室模型：室

53、模型：動力學上相互間難以區(qū)分，轉運和轉化性質近似的組織、器官和體液。轉運和轉化速率相似者可視為同一室。 一室模型一室模型 (one compartment model) (one compartment model) ：若化學毒物入血后能迅速而均勻地分布于全身并呈一致的消除過程一致的消除過程。 多室模型多室模型 (two compartment model) (two compartment model) ：若化學毒物入血后，在體內不同部位的轉運和轉化速率不同，在達平衡前需要有一個分布的過程。一、經典動力學模型（一、經典動力學模型（ Classical Toxicokinetics Class

54、ical Toxicokinetics）103l （一）基本概念（一）基本概念l 2. 2. 室模型：室模型： 中央室中央室 (central compartment)(central compartment) ：血液及供血豐富、血流通暢的組織器官，如腎、心、肝、肺。 周邊室周邊室 (peripheral compartment)(peripheral compartment)：供血量少、血流緩慢或化學毒物不易進入的組織器官，如脂肪、皮膚、骨骼等。一、經典動力學模型（一、經典動力學模型（ Classical Toxicokinetics Classical Toxicokinetics）104

55、1. 1. 一室模型（一室模型（First-order compartment modelFirst-order compartment model）藥物藥物吸收吸收消除消除（二）室模型和時量（二）室模型和時量- -曲線曲線105一級速率方程一級速率方程C C: t : t 時血漿藥物濃度時血漿藥物濃度 C C0 0: t=0: t=0時的初始濃度時的初始濃度ke: ke: 一級消除速率常數(shù)一級消除速率常數(shù) e: e: 自然對數(shù)之底自然對數(shù)之底2.7182.718（二）室模型和時量（二）室模型和時量- -曲線曲線B1. 1. 一室模型（一室模型（First-order compartment

56、modelFirst-order compartment model） C0tk0teeCC 一室模型計算公式：一室模型計算公式：106二室模型二室模型藥物藥物中央室中央室周邊室周邊室吸收吸收消除消除2. 2. 二室模型（二室模型（Second-order compartment modelSecond-order compartment model）（二）室模型和時量（二）室模型和時量- -曲線曲線107 二室模型計算公式：二室模型計算公式：C=AeC=Ae t t+Be-+Be- t t 多指數(shù)函數(shù)方程多指數(shù)函數(shù)方程C C: t : t 時血漿藥物濃度時血漿藥物濃度 : : 分布速率常數(shù)分

57、布速率常數(shù) : : 消除速率常數(shù)消除速率常數(shù) B B 相外延至縱軸的截距相外延至縱軸的截距 A A 分布相曲線上的實測濃度和分布相曲線上的實測濃度和消除相理論曲線上各相應消除相理論曲線上各相應時點的計算值之差形成的時點的計算值之差形成的直線在縱軸上的截距直線在縱軸上的截距 e: e: 自然對數(shù)之底自然對數(shù)之底2.7182.7182. 2. 二室模型（二室模型（Second-order compartment modelSecond-order compartment model）（二）室模型和時量（二）室模型和時量- -曲線曲線B分布相消除相108一房室模型藥物的藥量一房室模型藥物的藥量-時間

58、關系時間關系 Time course of drug concentration時時 間間 （分）（分）血漿藥物濃度血漿藥物濃度 (mg/L) 口口 服服 靜脈注射靜脈注射 109hrshrs Plasma concentrationPlasma concentration 峰濃度（峰濃度（Cmax） 一次給藥后的最高濃度一次給藥后的最高濃度 此時吸收和消除達平衡此時吸收和消除達平衡 達峰時間（達峰時間（TmaxTmax） AUCAUC 曲線下面積曲線下面積 單位：單位：ng h/mL 反映藥物體內總量反映藥物體內總量Area under curve 110l 1. 1. 表觀分布容積表觀分布

59、容積 (Apparent volume of distribution, Vd): (Apparent volume of distribution, Vd): 其意義為外來化合物在機體的分布相當于血漿濃度時所占體液的容積。不是機體的生理真實容積，而是依據(jù)化合物在血漿中的濃度推測而來。單位為L或L/kg。l 靜脈注射時：靜脈注射時： 一室模型，一室模型，Vd=X0/C0，X0為染毒劑量(mg/kg)，C0為t=0時毒物的血漿濃度，此時Vd為L/kg 二室模型，二室模型，Vd=X0/(A/+B/) ，l Vd=0.05L/kgVd=0.05L/kg；Vd=0.2L/kgVd=0.2L/kg；Vd=0.6L/k