公共衛生學院

第四章毒作用機制化學毒物1.吸收、分布、代謝、排泄，轉運至靶部位2.與靶分子相互作用3.分子、細胞、組織功能失調、結構損傷4.機體修復功能失調毒性毒物如何進人機體、如何與靶分子交互作用、機體如何應對侵害，對于評價特定化學物的潛在危險性具有重要價值。ADME

第一節毒物的ADME過程與靶器官第二節靶分子的反應第三節細胞調節功能障礙第四節修復障礙第一節毒物的ADME過程與靶器官一、從接觸部位進入血液循環二、從血液循環進入靶部位三、增毒與解毒(一)毒物的吸收

主要方式:簡單擴散主要影響因素(1)化學物的性質：結構和理化性質

脂溶性(2)接觸部位的性質接觸面積

、上皮特征、上皮下微循環

一、從接觸部位進入血液循環(二)毒物進入體循環前的消除經胃腸道吸收外源化學物通過門靜脈系統首先達到肝臟，進行生物轉化后，再進入體循環。胃腸道黏膜也起一定的消除效應

首過消除（firstpasselimination）

（1）毛細血管內皮多孔性肝竇和腎小管周毛細血管有較大孔道，與蛋白質結合化學物通過，肝腎蓄積。（2）專一化的膜轉運

專一化離子通道和膜轉運蛋白轉運毒物進入靶部位。鉛等重金屬通過離子通道。

（3）細胞器內蓄積化學物質子化蓄積在溶酶體和線粒體，并損傷細胞。（4）可逆性細胞內結合

黑色素是胞內多聚陰離子芳香族聚合物，結合陽離子及多環芳烴等二、從血液循環進入靶部位(一)促進毒物分布到靶部位的機制

（1）血漿蛋白結合化學物與血漿蛋白結合，不易透過毛細血管

（2）專一化屏障

血腦屏障和胎盤屏障

（二）

妨礙毒物分布到靶部位的機制

（3）貯存部位的分布某些部位是貯存庫,而不是靶器官

（4）與細胞內結合蛋白結合鎘、汞中毒與金屬硫蛋白（MT）結合

（5）從細胞內排出血腦屏障中多藥耐藥蛋白將化學物從細胞內排出(三)排泄與重吸收

腎和肝僅能有效清除高親水性和離子化的化學物（如：有機堿和有機酸）①只有溶于血漿的化學物可通過腎小球濾過；②肝細胞和腎近曲小管的轉運蛋白專一性排泄高親水性的有機酸和有機堿；③只有親水性化學物無約束地溶于尿與膽汁；④脂溶性化學物易于通過穿細胞擴散而被重吸收。1.排泄２.重吸收腎小管經擴散重吸收的過程需要化學物有一定的脂溶性。

在腸腔中能被轉變為脂溶性較強的化學物才有可能從腸道重吸收。

三、增毒與解毒（一）

終毒物（ultimatetoxicant）的形成1.終毒物

指直接與內源靶分子反應或引起機體生物學微環境的改變、導致機體結構和功能紊亂并表現毒物毒性的物質。親電子劑、自由基、親核物、氧化還原性反應物。

2.增毒（toxication）

外源化學物在體內經生物轉化為終毒物的過程原外源化合物作為終毒物鉛離子，河豚毒素，TCDD，異氰酸甲酯，HCN，CO外源化合物的代謝物作為終毒物苦杏仁苷→HCN，砷酸鹽→亞砷酸鹽氟乙酰胺→氟檸檬酸，1，2－亞乙基二醇→草酸，乙二酸己烷→2，5－己二酮，乙酰氨基酚→N－乙酰－p－苯醌亞胺CCl4→CCl3OO·，苯并（a）芘（BP）→BP自由基陽離子苯并（a）芘（BP）→BP－7，8－二醇－9，10－環氧化物活性氧或活性氮作為終毒物過氧化氫敵草快，阿霉素，呋喃妥英→羥基自由基（HO·）Cr（Ⅴ），Fe（Ⅱ），Mn（Ⅱ），Ni（Ⅱ）→過氧亞硝基（ONOO－）百草枯→O2－

＋NO·內源化合物作為終毒物磺胺類藥物→白蛋白結合的膽紅素→膽紅素CCl3OO·→不飽和脂肪酸→脂質過氧自由基CCl3OO·→不飽和脂肪酸→脂質烷氧自由基CCl3OO·→不飽和脂肪酸→4－羥基壬醛HO·→蛋白質→蛋白羰基終毒物的來源及其類型

指含有一個缺電子原子（帶部分或全部正電荷）的分子。缺電子的物質具有親電子的性質。概念1．親電子劑

親電子劑——帶正電（喜歡帶負電的）

親電子中的正電荷容易通過共享電子對的方式與親核劑中富含電子發生原子反應。（1）外源化學物通過插入一個氧原子而生成親電子劑，插入的氧原子從其附著的原子中獲得一個電子，使其具有親電性。氧原子電負性強，相鄰碳顯正電

氧原子是非金屬元素，原子最外層上的電子數目為6個，在化學反應中較易得到電子，而使最外層達到8個電子的相對穩定結構。親電物的形成

外源化合物被細胞色素P-450或其他酶氧化成醛、酮、環氧化物、芳烴氧化物、亞砜類、亞硝基化合物、膦酸酯和酰基鹵類等親電子劑均是通過上述過程形成黃曲霉毒素B1-8,9-環氧化物BP-7,8-二醇-9，10-環氧化物敵敵畏苯并(a)芘[benzo(a)pyrene，BaP]

P-4507,8-環氧苯并(a)芘7,8-二羥-BaP7,8-二羥基-9,10-環氧BaP環氧化物水解酶(終致癌物)（2）另一種情況是共軛雙鍵形成。共軛雙鍵是以由一個單鍵隔開的兩個雙鍵,以C=C-C=C表示，一個C被O取代，通過氧的去電子作用而被極化，使得雙鍵碳之一發生電子缺失。α、β-不飽和醛和酮

(3)化學鍵的異裂作用產生陽離子親電子劑

7，12-二甲基苯并蒽芐基醇

酯化

異裂反應芐基正碳離子自由基（freeradicals）是在其外層軌道中含有一個或多個不成對電子的分子或分子片段。

化學物通過①接受一個電子或②丟失一個電子或③共價鍵均裂而形成自由基。其共同特點是：其化學性質十分活潑、反應性極高，半減期極短，一般僅能以μS計，作用半徑短。

2.自由基(1)概念共價鍵均裂甲基自由基CH3

·則為一個不穩定的結構甲烷(CH4)是一個穩定的化合物·H

+

自由基含奇數電子，不成對，欲尋求其他電子來配對，因此會把別的物質氧化。尋找能與自己結合的另一半(2)自由基類型與生物體有關的自由基最主要的是氧中心自由基

“氧氣在參與生命活動的同時也產生氧自由基，引起細胞損傷，導致疾病發生，氧氣是一切氧自由基的來源和引起氧自由基損傷的物質基礎”。

氧自由基的來源——O2生物體內最重要的自由基是超氧陰離子（O2－·

）和羥基自由基（·OH）

O2－·的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎;OH·是活性氧中毒性最強的一種O2-·的生成是其他自由基或活性氧生成的基礎,性質活潑，具有很強的氧化性和還原性，既是氧化劑，又是還原劑.1)超氧陰離子（O2－·）

外源性

內源性O2－?主要來源于巨噬細胞和粒細胞呼吸爆發,線粒體電子傳遞鏈解偶聯狀態也產生O2－?。O2-·通過非自由基中間產物生成兩類其他自由基過氧亞硝基羥基自由基Fe3++O2ˉ

→O2+Fe2+(1)Fe2++H2O2→Fe3++OH+OH(2)O2ˉ+H2O2→O2+OH+OH(3)生成羥基自由基的反應(Fenton反應)2)羥基自由基(OH)

·OH是活性氧中毒性最強的一種,比高錳酸鉀的氧化性還強，是氧氣的三電子還原產物，反應性極強，它幾乎可以和所有細胞成分發生反應，對機體危害極大，但壽命短．

1894年,法國人HJH

Fenton發現（3）自由基的來源

內源性

1）呼吸爆發

2）新陳代謝即人體生化反應產生。從大氣吸進O2，與食物消化后進入血液里的葡萄糖進行化學反應，產生ATP。正常生化過程中，常有2％左右的氧誤入歧途，變成化學性質極其強烈的氧自由基。2)外源性

氧化還原循環

輻射、農藥、食物添加劑、酒精、吸煙等外來因素引發的自由基吞噬細胞在吞噬病原菌后，出現有氧代謝活躍、氧耗急劇增加，通過氧的部分還原作用產生一組高反應性的殺菌物質的過程，稱為呼吸爆發。1)內源性自由基來源(1)——呼吸爆發

呼吸爆發過程，激活細胞膜上的還原型輔酶Ⅱ（NADPH氧化酶），分子氧活化，生成活性氧。這些物質具有強氧化作用或細胞毒作用，可有效地殺傷病原微生物。

1)內源性自由基來源(2)

——

線粒體電子傳遞過程能生成ROS圖線粒體內單電子還原生成氧自由基增加2)外源化學物來源

——氧化還原循環

許多外源化學物可通過各種途徑形成自由基，但其中最主要“氧化還原循環”（redoxcycling）通過加入一個單電子使化學物還原為不穩定的中間產物，隨后這個電子轉移給O2而形成超氧陰離子自由基(O2·)，而中間產物則再生為原化學物。外源化學物的氧化還原代謝圖醌還原過程涉及氧化還原循環我國約有3.3億煙民，占我國人口的25%，占世界吸煙人數的1/3.

目前已鑒定出香煙中含有化學物質近5000種，每支香煙煙氣中約含有7×1014個自由基。煙氣中的自由基被認為是煙氣中的三大殺手（自由基、亞硝胺和苯并[a]芘）之一。吸煙可產生自由基1)對生物膜的破壞(4)自由基的危害

生物膜內含有脂質。自由基對人體攻擊首先是細胞膜。

自由基是脂質過氧化作用的引發劑，自由基與脂類中的飽和脂肪酸（RH）發生化學反應，從而引發連鎖反應，使脂類分子末端發生脂質過氧化（ROOH），導致不同程度的破壞。

膜成分的改變膜脂流動性的改變膜上酶的活性膜通透性的改變

自由基作用于細胞膜，引起細胞膜結構和功能的改變2)對蛋白質和酶的損害分子結構改變，可使蛋白質變性。蛋白質斷裂蛋白質-蛋白質交聯-S-S-CH3-S-O二硫交聯脂質-蛋白質交聯氨基酸氧化3)對核酸的損害

自由基攻擊DNA，導致細胞遺傳信息的轉變。自由基自由基自由基是“萬病之源”

由氧自由基引發的疾病多達60多種。

自由基脂質過氧化反應蛋白質交聯膠原蛋白的交聯聚合會使膠原蛋白破壞、彈性降低,皮膚衰老、出現皺紋脂褐素,黃褐色不規則小體，溶酶體作用后剩下不能被消化的物質形成的殘余體,其中50%為脂質.沉積在皮膚，皮膚粗糙、黯淡、無光，出現色斑老年斑

沉積在腦細胞，記憶力下降、頭腦混沌、睡眠質量下降沉積在晶狀體細胞，使其退化變性，視力障礙沉積在血管壁上就會形成動脈粥樣硬化等自由基與衰老較少見苦杏仁經腸道細菌β-糖苷酶催化形成氰化物；丙烯腈環氧化和隨后谷胱甘肽結合后形成氰化物；硝普鈉經巰基誘導降解后形成氰化物；CO是二鹵甲烷經過氧化脫鹵的有毒代謝產物；硒化氫是由亞硒酸鹽與谷胱甘肽或其他巰基反應形成的。3.親核物4.活性氧化還原反應物一種特殊的產生氧化還原活性還原劑的機制。硝酸鹽通過腸道細菌還原亞硝酸酯或硝酸酯與谷脫甘肽反應亞硝酸鹽

（二）解毒消除終毒物或阻止終毒物生成的生物轉化過程稱為解毒（detoxication）。

1.無功能基團毒物的解毒2.親核物的解毒3.親電子劑的解毒4.自由基的解毒5.蛋白質毒素的解毒6.解毒過程失效

1.無功能基團毒物的解毒

無功能基團的化學物如苯、甲苯以兩相方式解毒。

Ⅰ相反應Ⅱ相反應生物轉化氧化反應還原反應水解反應結合反應肝、肺胃、腸和皮膚2.親核物的解毒

Ⅱ相反應——結合反應羥基化合物與硫酸或葡萄糖醛酸的結合巰基化合物通過甲基化或與葡萄糖醛酸的結合胺類和肼類化合物通過乙酰化氰化物在硫氰酸酶作用下生成硫氰酸是親核物解毒的一種特殊機制。

3.親電物的解毒

親電物解毒一般是與巰基親核物谷胱甘肽結合。可自發發生，也可由谷胱甘肽-S-轉移酶催化。金屬離子如Ag+、Cd2+、Hg2+和CH3Hg+離子易于通過谷胱甘肽解毒。

親電物解毒的特殊機制包括：環氧化物水化酶催化環氧化物和芳烴氧化物分別生成二醇類和二氫二醇類化合物。4.自由基的解毒抗氧化酶低分子清除劑抗氧化酶過氧化氫酶(CAT)過氧化物酶（GPO）超氧化物歧化酶MnSODCuZnSOD超氧物歧化酶(SuperoxideDismutase簡稱SOD)三種酶組成完整的防氧鏈條抗氧化酶的作用低分子清除劑胞漿：還原性輔酶Ⅱ細胞內外水相：半胱氨酸、VitC、谷胱甘肽細胞脂質：VitE、VitA2.自由基檢測化學發光法、電子自旋共振技術、熒光法等1自由基相關酶的測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）及谷胱甘肽過氧化物酶（GPO）自由基檢測方法中科院化學研究所自由基與生命科學研究室/index.htm美國《時代雜志》票選而出的10種抗氧化標兵1號標兵─

番茄火力最強。番茄含有豐富茄紅素，其抗氧化能力是Vitc的20倍。小番茄，熟吃。2號標兵─葡萄

籽花青素抗氧化能力是Vitc的20倍、E的50倍。葡萄酒因發酵，抗氧化能力↑3號標兵─綠茶火力同樣猛烈，同時還去油解膩、清新口氣。堅持飲用，既抗老化，又有能減肥。4號標兵─鮭魚唯一上榜的肉類。因含有超強的omega-3多元不飽和脂肪酸，所以有強的抗氧化功效，而一般家禽或家畜的肉類，因其中omega-6多元不飽和脂肪酸的比例較高，會影響其抗氧化功能。5號標兵─堅果富含VitE的堅果類除具有抗氧化功能之外，還能修護皮膚組織。但堅果類高脂，如攝取過量，不但有致胖危險，由高脂所造成的氧化反應還會損害VitE抗氧化作用。因此，攝取要適量。

美國《時代雜志》票選而出的10種抗氧化標兵6號標兵─花椰菜除含有豐富的VitA、C外，還含有一種特有的抗氧化物質，幾乎集所有抗氧化物于一身，而且還是抗癌明星7號標兵─藍莓莓類富含β胡蘿卜素以及Vitc。另外它所含有的鉀及水溶性纖維，還能降低血膽固醇濃度及減少患高血壓的幾率。8號標兵─大蒜

不但有抗氧化功效，還促進血液循環和新陳代謝，降低膽固醇，預防高血壓及心血疾病。吃過大蒜后喝杯牛奶可除蒜味。

9號標兵─菠菜富含β胡蘿卜素以及Vitc。另外還含有鐵、鉀、鎂等多種礦物質及葉酸，能有效降低血壓，振奮情緒。10號標兵─燕麥富含蛋白質、鈣、核黃素、硫胺素等成分。每日攝取適量的燕麥能加速人體新陳代謝，加速氨基酸的合成，促進細胞更新。海帶含有豐富的海帶膠質，可促使侵入體內的放射性物質排出。蘑菇經常食用能清潔血液，排泄毒性物質，還可清潔、凈化體內環境。豬血含有大量的血漿蛋白，經過人體胃酸和消化酶分解后，與侵入胃腸的粉塵、有害金屬微粒發生化學反應，會變為不易吸收的廢物而被排出體外。綠豆能幫助排泄侵入體內的各種毒性物質，包括各種重金屬及其它有害物質，促進人體正常代謝。其他抗氧化食物在蛇毒發現的幾種毒素，如α-和β-銀環蛇毒素可被硫氧還蛋白所失活。

5．蛋白質毒素的解毒

細胞內外的蛋白酶參與有毒多肽的失活作用。

硫氧還蛋白含有一個二硫鍵活性位點，是通用的蛋白質二硫鍵氧化還原酶，通過氧化還原機制與多種蛋白質相互作用。SHSHSS蛋白質二硫鍵還原作用PS2P（SH）2NADP+或FdoxNADPH+H+或Fdred硫氧還蛋白還原酶硫氧還蛋白的還原與蛋白質二硫鍵的氧化示意圖（1）解毒能力耗竭毒物接觸劑量超過了機體解毒能力，引起解毒酶耗竭、共底物（cosubstractes）消耗或者胞內抗氧化劑（如谷胱甘肽）耗竭，最終導致終毒物蓄積。

6.解毒過程失效（2）解毒酶失活偶爾可見某種具有反應活性的毒物使解毒酶失活。例如，ONOO－使Mn-SOD失效。正常情況下，Mn-SOD對抗ONOO－的形成。（3）某些結合反應可被逆轉。

膀胱致癌物α-萘胺在肝臟經N-羥化并與葡萄糖醛酸結合。而在膀胱中，葡糖苷酸被水解，釋放的芳基羥胺經質子化和脫水過程轉變為具有反應性的親電子芳基硝鎓離子。在肺部吸入的甲基異氰酸鹽在吸收部位形成不穩定的谷胱甘肽結合物、分布到其它組織，并重新分解為親電子的異氰酸和異硫氰酸。（4）解毒過程有時產生潛在有害副產物，

自由基解毒過程中產生谷胱甘肽自由基（GS?）和谷胱甘肽二硫化物。谷胱甘肽二硫化物與蛋白巰基形成混合二硫化物，而谷胱甘肽硫基自由基在與硫醇鹽（GS－）反應后形成谷胱甘肽二硫化物自由基陰離子（GSSG－?），能使O2還原為O2－?。H2O2+2GSH2H2O+GSSG第二節靶分子的反應一、反應的類型二、毒物對靶分子的影響實際上所有的內源化合物都是毒物潛在的靶標，然而毒理學上相關的靶標是大分子，如核酸（特別是DNA）和蛋白質。在小分子中，膜脂質最為常見。靶分子的屬性變性蛋白變性蛋白基因細胞核DNADNA堿基細胞膜氨基酸鏈基因細胞核DNADNA堿基細胞膜氨基酸鏈

通過非極性交互作用或氫鍵與離子鍵的形成，具有代表性的是毒物與膜受體、細胞內受體、離子通道以及某些酶等靶分子的交互作用。非共價結合通常是可逆的。圖

細胞表面受體和細胞內受體一、反應的類型1.非共價結合（nonconvalentbinding）類固醇激素與甲狀腺素通過胞內受體調節生理過程

2．共價結合（convalentbinding）共價結合實際上是不可逆的，由于這種結合持久地改變內源分子，因此具有重要的毒理學意義。（1）親電子劑以共價結合方式與靶分子結合。親電子劑通常與生物大分子（如蛋白質和核酸）中的親核原子反應，取決于其電荷∕半徑比。（2）中性自由基（如：HO?、NO2?和Cl3C?）也能與生物靶分子發生共價結合。（3）親核毒物傾向與親電內源性分子反應。但由于生物體內親電化合物十分罕見，因此只有少數親核毒物與體內親電內源性分子發生反應。化學物可與DNA結合，形成DNA加合物32P后示蹤法;免疫法;物理化學儀器法（色譜-質譜和色譜-熒光法）.鳥嘌呤

自由基可迅速從內源化合物去除氫原子，將這些化合物轉變為自由基。巰基化合物（R-SH)3.去氫反應巰基自由基（R-S·)4.電子轉移

化學物能將血紅蛋白中的Fe2+氧化為Fe3+，形成高鐵血紅蛋白血癥。

亞硝酸鹽能氧化血紅蛋白。

5.酶促反應少數毒素通過酶促反應作用于特定靶蛋白。例如，蓖麻蛋白誘發核糖體水解斷裂，阻斷蛋白質合成。幾種細菌毒素催化ADP-核糖從NAD＋轉移到特定蛋白質。例如，白喉毒素阻斷蛋白質合成過程中延伸因子（elongationfactor）的功能，霍亂毒素通過這樣一種機制活化一種G蛋白，蛇毒含有破壞生物分子的水解酶。（1）活化靶蛋白分子，模擬內源性配體，嗎啡激活鴉片受體；佛波酯和鉛離子刺激蛋白激酶C。二、毒物對靶分子的影響（一）靶分子功能失調（2）更多情況下，化學物通常抑制靶分子的功能。形成加合物，發生交聯和斷裂而使內源分子的初級結構改變。（二）靶分子的結構破壞

膜脂質蛋白質DNA-S-S-CH3-S-脂質-脂質交聯OOHHO脂肪酸氧化OHHO從氧化的脂肪酸釋出的丙二醛MDA(1)細胞膜脂質破壞

蛋白質斷裂蛋白質-蛋白質交聯-S-S-CH3-S-脂質-脂質交聯O二硫交聯脂質-蛋白質交聯氨基酸氧化OHHO脂肪酸氧化OHHO(2)蛋白質失活

蛋白質的空間結構及構成發生變化導致蛋白質的生理特性減弱或消失(3)DNA損傷是復制過程中發生的DNA核苷酸序列永久性改變

雖然外源化學物或其代謝物的共價結合對于免疫系統功能的影響通常是不重要的，但在某些個體，這些發生變化了的蛋白質常激發免疫應答。（三）新抗原形成一、細胞應激

二、細胞調節功能障礙

三、細胞維持功能改變

第三節細胞功能障礙與毒性調節功能：細胞一部分發出信號，另一部分接收信號并將其轉變為細胞功能上的變化的過程。維持功能：維持細胞自身的完整性1.基因轉錄調節障礙2.信號轉導調節障礙3.細胞外信號產生的調節障礙二、細胞調節功能障礙（一）基因表達調節障礙1.基因轉錄調節障礙轉錄（transcription）以DNA為模板合成RNA的過程。轉錄RNADNA

轉錄所需的酶叫做DNA依賴的RNA聚合酶（DNA-dependentRNApolynerase）轉錄起始點TATA盒CAAT盒GC盒

增強子順式作用元件(cis-actingelement)包括啟動子、增強子和沉默子。

轉錄起始前的上游區段

AATAAA切離加尾轉錄終止點修飾點外顯子翻譯起始點內含子OCT-1OCT-1：ATTTGCAT八聚體由組蛋白H2A、H2B、H3和H4各兩分子構成核小體結構的核心顆粒。啟動子定位轉錄起始點增強轉錄頻率－30－100

外源化學物通過影響轉錄因子的活性是外源化學物調節基因表達最主要的方式。反式作用因子

轉錄因子（TranscriptionFactors，TF）TF是一種蛋白質，特異地識別某基因上順式作用元件，引起基因的轉錄蛋白質-DNA相互作用是指反式作用因子與順式作用元件之間的特異識別及結合。

受體與信號的接受

信號分子識別并結合的受體通常位于細胞質或細胞內，所以有兩類受體：細胞表面受體（膜受體）細胞內受體（核受體）2.信號轉導調節障礙膜受體介導的跨膜信號轉導核受體介導的信號轉導信號轉導的一般步驟特定細胞釋放信號分子信號分子經擴散或血循環到達靶細胞與靶細胞受體特異性結合受體對信號進行轉換并啟動細胞內信使系統靶細胞產生生物學效應信號分子及信號通路的構成信號接收裝置（受體）信號轉導裝置（G蛋白、蛋白激酶、接合蛋白）靶蛋白信號分子（配體）效應細胞外信號分子信號分子——配體（ligand），第一信使（1）激素（2）神經遞質/神經肽（3）細胞因子（4）氣體信號（NO）

存在于細胞膜或細胞內的特殊蛋白質，能特異性識別細胞外信號分子并與之結合，激活細胞內一系列的生物化學反應，進而使細胞對外界刺激產生相應的效應。信號通路的構成——受體（receptor）：信號接收裝置受體分類細胞表面受體—膜受體（membranereceptors)

配體為水溶性細胞內受體—核受體（nuclearreceptors）配體為脂溶性

1.離子通道偶聯受體電興奮性細胞（神經、肌肉細胞）之間的突觸部位，是神經遞質受體，將化學信號轉變為電信號。如乙酰膽堿受體。2.G蛋白偶聯受體許多激素和神經遞質的受體,如腎上腺素受體。3.酶偶聯受體生長因子和細胞因子受體。其胞內結構域本身具有酶活性或與酶偶聯。膜受體種類1.離子通道偶聯受體（1）作用：參與電興奮性細胞間的突觸信號快速傳遞

（2）特點：受體本身構成離子通道

（3）舉例：N型乙酰膽堿（Ach），γ-氨基丁酸受體

N型Ach受體由α×2、β、γ、δ5個亞單位組成的鈉離子通道，α亞單位上Ach結合點與Ach結合后，鈉離子通道開放，胞外鈉離子內流、細胞膜去極化、肌肉收縮。Kir6.1/K-ATP通道：帕金森病神經保護的新靶標（胡剛2010）

2012年諾貝爾化學獎

授予兩位美國人：羅伯特?萊夫科維茨（RobertJ.Lefkowitz）和布萊恩?科比爾卡（BrianKobilka），表彰在G蛋白偶聯受體（G-protein-coupledreceptors，GPCRs）研究上所做的貢獻。

G蛋白偶聯受體是環境信息進入細胞內部的門戶，并觸發細胞內一系列響應。大約半數藥物通過G蛋白偶聯受體產生效應。2.G蛋白偶聯受體（1）作用：最大的受體超家族，分布最廣，參與功能最多。視覺、嗅覺、味覺、神經傳遞、激素參與的多項生理代謝活動；以該受體為靶點藥物約占一半以上。（2）特點：G蛋白偶聯系統由7次跨膜的受體、G蛋白和效應物三部分組成；產生第二信使。（3）舉例：M型乙酰膽堿（Ach），腎上腺素G蛋白偶聯受體激素等配體（第一信使）→G蛋白偶聯受體→G蛋白→效應物（酶或通道）→第二信使（cAMP等）G蛋白偶聯受體反應鏈

G蛋白偶聯受體（G-proteincoupledreceptor,GPCR）又稱蛇型受體。肽鏈分為細胞外區、跨膜區、細胞內區三區。立體結構有七個跨膜α螺旋，且其肽鏈的C端和連接第5和第6個跨膜螺旋的胞內環上都有G蛋白的結合位點。G蛋白偶聯受體

G蛋白（guanylatebindingprotein）即鳥苷酸結合蛋白。

、和亞基組成的異聚體；具有GTP酶(GTPase)的活性，亞基能結合GTP或GDP；本身構象改變可活化效應蛋白。兩種構象：非活化型（G與GDP結合）；活化型（G與GTP結合）。G蛋白的分子結構酶和離子通道兩種酶催化生成（或分解）第二信使。腺苷酸環化酶（adenylylcyclase,AC）、磷脂酶C（phospholipaseC,PLC）、磷脂酶A2（PLA2）、鳥苷酸環化酶（guanylylcyclase,GC）和cGMP磷酸二酯酶（phosphodiesterase,PDE）等。某些離子通道可接受G蛋白的直接或間接的調控。G蛋白效應物（靶分子）G蛋白偶聯受體介導信號轉導的主要步驟配體+受體G蛋白G蛋白效應物第二信使第二信使效應器腺苷酸環化酶依賴于cGMP的磷酸二酯酶磷酯酶CCa2+或K+通道蛋白激酶A（PKA）蛋白激酶C（PKC）Na+、K+和Ca2+通道蛋白環磷酸腺苷（cAMP）環磷酸鳥苷（cGMP）三磷酸酰肌醇（IP3）二酰甘油（DG）鈣離子和NO等G-蛋白偶聯受體介導的cAMP信號通路配體→G蛋白偶聯受體→G蛋白→腺苷酸環化酶→cAMP→蛋白激酶A（PKA）→基因調控蛋白(轉錄因子）（CREB，cAMP應答元件結合蛋白，cAMPresponseelementbindingprotein）→基因轉錄ＣＣＣＲＥＢＣＲＥＢ細胞核PiPiＣＲＥＢPiＣＲＥＢPi結構基因ＣＲＥDNA蛋白質PKA對基因表達的調節作用（演示）3.酶偶聯受體（1）作用：參與細胞因子信號轉導，與細胞的增殖、分化、分裂及癌變有關（2）特點：單次跨膜蛋白；接受配體后二聚化而激活，起動下游信號轉導。（3）舉例：胰島素受體IGF-R

表皮生長因子受體(EGF-R)。①受體酪氨酸激酶

RTKs（receptortyrosinekinase）是最大的一類②酪氨酸激酶連接的受體③受體酪氨酸磷脂酶④受體絲氨酸/蘇氨酸激酶⑤受體鳥苷酸環化酶⑥組氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）酶偶聯受體分類

本身具有激酶活性，如肽類生長因子（EGF，PDGF，CSF等）受體本身沒有激酶活性，但可以連接非受體激酶。

本身具有激酶活性的受體酪氨酸激酶—RAS信號途徑信號(配體)→受體(RTK)→受體二聚化(Dimer)→受體自磷酸化→接頭蛋白GRB2→Sos（鳥嘌呤核苷酸釋放因子）→Ras蛋白→Raf（MAPKKK，MAP激酶激酶激酶）→MAPKK（MEK，MAP激酶激酶）→MAPK（絲裂原活化蛋白激酶）→轉錄因子磷酸化（cMyc,cJun,cFos）→激活靶基因→細胞應答和效應EGFR（表皮生長因子受體）介導的信號轉導過程本身沒有激酶活性（酪氨酸激酶連接的受體）JAK-STAT信號轉導通路信號（配體，細胞因子或生長因子）→受體R→受體二聚化→JAK（januskinases，兩面神激酶，非受體酪氨酸蛋白激酶）→STAT（Signaltransducersandactivatorsoftranscription，信號轉導及轉錄激活因子)→基因轉錄活性改變→細胞生理功能改變膜受體信號通路小結（1）類固醇激素受體糖皮質激素受體（GR）、雌激素受體（ER）、孕激素受體（PR）、雄激素受體（AR）、鹽皮質激素受體（MR）；（2）維生素D3受體（VDR）（3）甲狀腺激素受體（TR）細胞內受體—核受體核受體信號通路信號通路基本過程信號L（配體）→受體R→受體激活→蛋白質量的變化+蛋白質磷酸化與去磷酸化（活性變化）+蛋白質分子間的相互作用→轉錄因子

→+靶基因→轉錄活性改變→細胞生理功能改變

信號通路研究策略蛋白質表達水平和細胞內定位

Westernblot和免疫熒光2.蛋白質與蛋白質相互作用3.磷酸化蛋白質研究

Westernblot4.基因表達檢測

RT-PCR和westernblot5.蛋白質與DNA相互作用染色質免疫沉淀（ChIP）6.第二信使含量的測定

信號蛋白分子表達水平檢測

Westernblot（蛋白印跡，免疫印跡）Proteomics（蛋白質組，雙向電泳）信號蛋白分子在細胞內定位

Immunofluorescence(IF)

免疫熒光技術已知抗原或抗體標記熒光素制成熒光標記物，再用熒光標記物為探針檢查標本抗原（或抗體），形成的抗原抗體復合物含熒光素，用熒光顯微鏡觀察，可看見熒光所在的細胞，對抗原或抗體定位。1.蛋白質表達水平和細胞內定位研究2.蛋白質與蛋白質相互作用Co-IP（Co-Immunoprecipitation，免疫共沉淀）GSTpull-downassay（谷胱甘肽巰基轉移酶捕獲）Yeasttwo-hybridassay（酵母雙雜交）FRET(fluorescenceresonanceenergytransferassay）（熒光共振能量轉移）

當細胞被裂解時，完整細胞內存在的許多蛋白質——蛋白質間的相互作用被保留下來。如用蛋白質X的抗體免疫沉淀X，那么與X在體內結合的蛋白質Y也能沉淀下來。Co-IP（免疫共沉淀）

原理（1）蛋白樣品準備（2）抗原抗體結合反應（3）ProteinA/G與抗原抗體復合物結合（4）免疫復合物與proteinA/G解離（5）分析鑒定應用western-blot或質譜儀分析鑒定樣品步驟和方法GSTpull-downassay（谷胱甘肽巰基轉移酶捕獲）構建靶蛋白和GST的融合基因，導入細菌中表達出相應融合蛋白，然后提取靶蛋白-GST融合蛋白，將靶蛋白-GST融合蛋白親和固化在谷胱甘肽親和樹脂上，作為與目的蛋白親和的支撐物，充當一種“誘餌蛋白”，目的蛋白溶液過柱，可從中捕獲與之相互作用的“捕獲蛋白”(目的蛋白)，洗脫結合物后通過western分析，在體外證實兩種蛋白間的相互作用。

原理和方法本課題組的研究農藥氯氰菊酯對雄激素受體（AR）信號通路的影響-----核受體氯氰菊酯對非配體依賴性IL-6/JAK/STAT3/AR信號通路影響-----膜受體2008年國家自然科學基金AR信號通路介導農藥氯氰菊酯抗雄激素效應的機制研究2007年申報國家自然科學基金雄激素受體NH2/COOH端在氯氰菊酯抗雄激素效應中的作用2006年申報國家自然科學基金氯氰菊酯和壬基酚抗雄激素效應的聯合作用研究氯氰菊酯對雄激素受體（AR）信號通路的影響核受體（AR）信號通路

雄激素（雙氫睪酮DHT)與受體結合形成配體-受體復合物，識別核中雄激素效應元件（ARE）并與之結合，激活靶基因轉錄。共調節因子是與AR轉錄激活功能相關的蛋白質因子，可以與AR結合增強或抑制AR的轉錄。AR對基因的激活涉及與共調節因子相互作用共激活因子（coactivators）

SRC-1共調節因子分類共抑制因子（corepressors）

SMRT和NCoR氯氰菊酯對AR信號通路影響的主要機制

共激活因子SRC-1和共抑制因子SMRT和NCoR可能在氯氰菊酯抗雄激素效應中起重要作用，氯氰菊酯通過抑制AR與SRC-1的相互作用，并增強AR與共抑制因子SMRT和NCoR的相互作用抑制靶基因的轉錄激活。研究方法■哺乳動物雙雜交系統用于研究蛋白與蛋白之間的相互作用。AR和SRC-1、SMRT和NCoR之間的相互作用

是否加入DHT，CAT的表達明顯升高，AR和SRC-1、SMRT和NCoR之間存在相互作用。結果

氯氰菊酯對AR/SRC-1、AR/SMRT和AR/NCoR相互作用中的影響

氯氰菊酯能抑制AR和SRC-1之間的相互作用；能增強AR和SMRT和NCoR之間的相互作用。結果研究中的新發現

DHT對AR與SRC-1相互作用的影響

AR和SRC-1之間的相互作用是非配體依賴性的用濃度為10?10M到10?8M的DHT溶液對細胞染毒時，CAT的表達沒有明顯升高，與不加DHT的CAT表達相比較，差異沒有統計學意義。

配體依賴性的AR信號通路是AR轉錄激活的經典模式，AR需要與雄激素結合從而被活化。非配體依賴性AR信號通路與經典的AR信號通路間存在交互作用。在無雄激素存在的情況下，白細胞介素（IL）、表皮生長因子（EGF）和胰島素生長因子（IGF）等細胞因子均可通過活化相應信號通路下游的信號分子激活AR，促進AR的轉錄。

非配體依賴性AR信號通路

氯氰菊酯對非配體依賴性IL-6/JAK/STAT3/AR信號通路的效應2012年國家自然科學基金

改變蛋白磷酸化、干擾G蛋白GTP酶活性、破壞蛋白-蛋白交互作用、建立異常蛋白-蛋白交互作用、改變信號蛋白的合成與降解。外源化學物通過多種途徑引起信號轉導障礙總結一句話3.細胞外信號產生的調節障礙圖

下丘腦-垂體-睪丸軸激素分泌的主要調控機制

特定細胞正常運行的控制是通過作用于膜受體的信號分子來實施的，毒物可通過中斷信號連接過程中的任何一個步驟而影響細胞的瞬息活動。

（二）細胞瞬息活動的調節障礙

許多植物和動物毒素以及合成化學物如DDT激活Na+通道，導致過度興奮。

毒物（如河豚毒素和哈蚌毒素）阻斷電壓門控的Na+通道的引起麻痹。

ATP耗竭細胞內Ca2+穩態失調ROS/RNS生成二、毒物引起的細胞維持功能改變（一）細胞內部維持的損害：中毒性細胞死亡的機制

1．危害細胞存活的原發性代謝紊亂：多糖脂肪蛋白質葡萄糖甘油＋脂肪酸氨基酸HCO2TAC乙酰CoAO2H2OATP有機物質在細胞內進行氧化分解而生成CO2和H2O并釋放出能量的過程稱為生物氧化。

（1）ATP耗竭三羧酸循環ATP生成呼吸鏈傳遞H給氧生成水的過程，與ADP磷酸化生成ATP的過程相偶聯發生稱為氧化磷酸化（脫氫、失電子或與氧結合）ATP合成酶及ATP合成

A類物質干擾氫向電子傳遞鏈傳遞；B類化學物如魚藤酮和氰化物抑制電子沿電子傳遞鏈轉移到分子氧；C類毒物干擾氧傳遞到終末電子轉運蛋白——細胞色素氧化酶；D類化學物抑制ATP合酶（氧化磷酸化的關鍵酶）的活性。E類化學物引起線粒體DNA損傷、損害由線粒體基因組編碼的特定蛋白質(如：復合物I亞單位和ATP合酶)合成，干擾線粒體ATP合成的化學物包括五類

ADP不能重新磷酸化導致ADP及其代謝產物的堆積以及ATP的耗竭細胞內鈣穩態細胞鈣穩態的紊亂與細胞毒性鈣穩態失調的機制(2)細胞內Ca2+持續升高細胞內鈣穩態

細胞靜息狀態下細胞內游離的Ca2+僅為10-7mol/L，而細胞外液Ca2+則達10-3mol/L細胞內鈣穩態

當細胞處于興奮狀態，細胞內游離Ca2+迅速增多可達10-5mol/L，此后再降低至10-7mol/L，完成信息轉遞循環。認為Ca2+是體內第二信使。上述Ca2+濃度的變化過程呈穩態狀，稱為細胞內鈣穩態。細胞受損時導致Ca2+內流增加，或Ca2+從細胞內貯存部位釋放增加，或抑制細胞膜向外逐出Ca2+，表現為細胞內Ca2+濃度不可控制的持續增加，稱為細胞內鈣穩態的失調。細胞內鈣穩態的失調①能量儲備的耗竭；②微絲功能障礙；③水解酶的活化；④ROS和RNS的生成。鈣的濃度變化，可通過下列途徑造成細胞損傷（3）ROS與RNS的過度產生

有許多外源化學物可直接生成ROS與RNS，如氧化還原循環物質和過渡金屬。此外，ROS和RNS的過度產生可繼發于細胞內高鈣癥.1）細胞ATP的耗竭剝奪了內質網質膜Ca2+泵的燃料，引起胞漿Ca2+的升高。Ca2+內流進線粒體，ATP合酶發生障礙。（2）細胞內高鈣促進ROS和RNS的形成，而ROS與RNS使巰基依賴的Ca2+泵發生氧化性失活，這反過來又加劇了高鈣。（3）ROS與RNS也能消耗ATP儲備。NO和ONOO－抑制細胞AT