第四章毒作用機制MechanismofToxicEffect研究意義：為解釋描述性毒理學資料、評估特定外源化學物引起有害效應的概率、制定預防策略、設計危害程度較小的藥物和工業化學物、開發對靶生物具有良好選擇毒性的殺蟲劑等提供理論依據。作為工具學科，有利于對機體生理、生化過程以及人類某些重要疾病病理過程的進一步認識。毒物發揮毒性作用的四個階段：1)毒物轉運至一個或多個靶部位2)毒物與內源靶分子相互作用3)引起細胞功能或∕和結構的紊亂4)啟動分子、細胞和∕或組織水平修復機制，當毒物引起的紊亂超過修復能力或修復功能低下時，就會出現毒性第一節毒物的ADME過程與靶器官毒效應強度主要取決于終毒物在靶部位的濃度和持續時間吸收、分布、重吸收和增毒(代謝活化)過程促進終毒物在靶部位的蓄積進入體循環前的消除、毒物從作用部位分布到其他部位、毒物的排泄和解毒則減少終毒物在靶部位的蓄積終毒物(ultimatetoxicant)：是指外源化學物可直接與內源性靶分子反應并造成機體損害時的化學形態。終毒物是外源化學物引起毒作用的關鍵。終毒物的三種情形：1、本身是終毒物：如強酸、尼古丁等2、本身無毒，代謝增毒，轉為終毒物3、外源化學物經某種代謝過程激發了內源性毒物的產生，如氧自由基爆發、脂質過氧化物大量蓄積。一、從接觸部位進入血液循環(一)毒物的吸收毒物吸收率：吸收表面濃度暴露速率化學物溶解度暴露部位面積上皮特征(如角質厚度)

上皮下微循環毒物理化性質：脂溶性(二)、毒物進入體循環前的消除酶和轉運蛋白二、從血液循環進入靶部位影響分布的因素：脂溶性、分子大小與形狀和解離度脂溶性高易于擴散并迅速進入細胞，高度離子化和親水性的化學物則主要局限于細胞外空間(如氨基糖苷)毒物通過分布：到達靶部位增毒部位并形成終毒物(一)促進毒物分布到靶部位的機制1、毛細血管內皮的多孔性2、專一化的膜轉運3、細胞器內的蓄積

可質子化的胺基和親脂特征的兩性外源化學物蓄積在溶酶體和線粒體，并引起不良反應。4、可逆性細胞內結合(二)妨礙毒物分布到靶部位的機制1)血漿蛋白結合2)專一化屏障3)貯存部位的分布：氯代烴殺蟲劑蓄積在脂肪組織中，減少了在靶部位的濃度，暫時保護；饑餓引起脂肪快速消耗，殺蟲劑重新入體循環到靶部位—神經組織----毒性4)與細胞內結合蛋白結合(非靶部位)

金屬硫蛋白與鎘結合，減輕其毒作用5)從細胞內排出：P-蛋白(三)排泄與重吸收1、排泄排泄的途徑與速度主要取決于毒物的物理化學特性主要排泄器官(肝、腎)能有效清除高親水性和離子化的物質。原因：①只有溶于血漿才能通過腎小球濾過②轉運蛋白專一性排泄高親水性的有機酸和有機堿③只有親水性化學物可溶于尿和膽汁④脂溶性化學物易于通過細胞擴散重吸收非揮發性高親脂性化學物(氯代烴殺蟲劑)尚無有效排泄機制，能抵抗生物轉化，體內消除特慢。易蓄積。本類物質三個效率不高的消除途徑：①乳汁②膽汁膠團和(或)磷脂囊泡結合從膽汁排③腸道2、重吸收有機酸和有機堿的擴散與離子化程度呈負相關生理性氧陰離子載體介導一些有毒金屬離子在腎臟重吸收經膽汁和胃腸排泄以及唾液腺和外分泌胰腺分泌而轉運到胃腸道的毒物楞通過穿越小腸黏膜擴散重吸收三、增毒與解毒直接毒性作用(強酸、堿、HCN、CO等)

靶點濃度和持續時間決定效應強度(一)終毒物的形成終毒物：親電子劑、自由基、親核物和氧化還原性反應物大多數是缺少電子的分子或分子片段(二)解毒作用解毒失敗：①解毒能力耗竭(超劑量)②解毒酶失活(偶見)③某些結合反應可被逆轉④解毒過程有時產生潛在的有害副產物第二節靶分子的反應所有內源分子都是毒物的潛在靶分子!并非所有化學物與靶分子結合都發生毒性效應!毒性靶分子的確認：①終毒物與靶標反應并對其功能產生不良影響②終毒物在靶部位達到有效濃度③終毒物以某種機制與所觀察的毒性相關的方式改變靶分子一、、毒物對靶分子的影響兩種機制：①作用于靶分子，引起靶分子功能失調②破壞靶分子的結構1、靶分子功能失調

嗎啡激活鴉片受體DDT抑制鈉通道的關閉當毒物與蛋白交互作用而改變其結構時，蛋白質功能即發生損害毒物可干擾DNA的模板功能

黃曲霉素8,9-氧化物與鳥嘌呤共價結合，G-A配對，誘發基因堿基置換突變2、靶分子的結構破壞毒物通過與靶分子形成加合物、發生交聯和斷裂而改變內源性分子的一級結構。某些靶分子在外源化學物作用下，引起自發性降解毒物可引起幾種形式的DNA斷裂3、新抗原形成在某些個體，與外源化學物結合的蛋白質作為抗原，激發免疫應答。通常都是親核物，如氨基比林、氯氮平第三節細胞調節功能障礙毒物所引起的最初細胞功能障礙主要取決于受影響靶分子在細胞中的功能靶分子參與細胞信號通路調節→基因表達調節障礙或細胞瞬息活動調節障礙靶分子參與維持細胞自身的功能→細胞存活靶分子行使外部功能→影響其它細胞和整個器官系統功能一、毒物引起細胞調節功能障礙細胞受信號分子調節。信號分子激活與信號轉導網絡相關的細胞受體，信號轉導網絡將信號傳遞給基因的調節區域和功能蛋白。受體活動可導致：改變基因表達，增加或特定蛋白的功能；通過磷酸化使特定蛋白發生化學修飾，激活或抑制蛋白功能。控制細胞命運的程序主要影響基因表達；調節日常活動的程序主要影響功能蛋白的活性。信號網絡有分支和交互聯系，一個信號可觸發兩類應答。(一)基因表達調節障礙毒物可通過直接作用于順式作用元件，可通過作用于細胞內信號轉導通路分子或影響細胞外信號分子的合成、貯存、釋放過程，導致基因表達調控障礙。

基因啟動子區域轉錄因子前起始復合物TF：配體激活的TF；信號激活的TF糖皮質激素與GR結合至淋巴細胞凋亡毒物(二)細胞瞬息活動的調節障礙1、電可興奮細胞的調節障礙途徑：神經遞質濃度；受體功能；信號終止過程2、其他細胞活動的調節障礙二、毒物引起細胞維持功能改變細胞細胞質自身功能，同時支持其他細胞(一)細胞內部維持的損害：中毒性細胞死亡的機制細胞損傷即由化學物或其他因素干擾正常細胞自穩態機制而產生的病理性過程。細胞損傷通常經過幾個不同的時相后才產生細胞死亡，取決于溫度、刺激強度、細胞類型和細胞內環境穩態紊亂程度。致死損傷作用下，細胞經歷“死亡前時相”(prelethalphase)。如損傷性刺激在致死前時相消除，損傷可恢復；如刺激持續，超過了某一特殊時點(“不可復時點”或細胞死亡點)，即使刺激停止，損傷也不能恢復，細胞進入壞死時相。在致死前時相，細胞可發生凋亡(apoptosis)、脹亡(oncosis)、和自噬(autophase)改變。壞死(necrosis)：指細胞死亡時發生的一系列變化，包括：腫脹性壞死、凋亡性壞死和自噬性壞死。細胞致死性損傷的三種關鍵性生化紊亂：ATP耗竭持續性Ca2+升高ROS和RNS過量產生1、危害細胞存活的原發性代謝紊亂

ATP耗竭：干擾氧化磷酸化過程(5類)

Ca2+蓄積：能量儲備耗竭微絲功能障礙水解酶活化

ROS和RNS生成

ROS∕RNS過度生成：2、原發性代謝紊亂之間的相互影響

ATP耗竭→

Ca2+升高高Ca2+→

ROS和RNS生成→

Ca2+升高

ROS和RNS生成→ATP耗竭3