中药毒作用机制

1、第四章第四章 毒作用机制毒作用机制Mechanism of Toxic Effect研究意义：研究意义： 为解释描述性毒理学资料、评估特定外为解释描述性毒理学资料、评估特定外源化学物引起有害效应的概率、制定预源化学物引起有害效应的概率、制定预防策略、设计危害程度较小的药物和工防策略、设计危害程度较小的药物和工业化学物、开发对靶生物具有良好选择业化学物、开发对靶生物具有良好选择毒性的杀虫剂等提供理论依据。毒性的杀虫剂等提供理论依据。 作为工具学科，有利于对机体生理、生作为工具学科，有利于对机体生理、生化过程以及人类某些重要疾病病理过程化过程以及人类某些重要疾病病理过程的进一步认识。的进一步认识。

2、毒物发挥毒性作用的四个阶段：毒物发挥毒性作用的四个阶段： 1)毒物转运至一个或多个靶部位毒物转运至一个或多个靶部位 2)毒物与内源靶分子相互作用毒物与内源靶分子相互作用 3)引起细胞功能或引起细胞功能或和结构的紊乱和结构的紊乱 4)启动分子、细胞和启动分子、细胞和或组织水平修复机或组织水平修复机制，当毒物引起的紊乱超过修复能力或制，当毒物引起的紊乱超过修复能力或修复功能低下时，就会出现毒性修复功能低下时，就会出现毒性第一节 毒物的ADME过程与靶器官 毒效应强度主要取决于终毒物在靶部位的毒效应强度主要取决于终毒物在靶部位的浓度和持续时间浓度和持续时间 吸收、分布、重吸收和增毒吸收、分布、重吸收

3、和增毒(代谢活化代谢活化)过程过程促进促进终毒物在靶部位的终毒物在靶部位的蓄积蓄积 进入体循环前的消除、毒物从作用部位分进入体循环前的消除、毒物从作用部位分布到其他部位、毒物的排泄和解毒则布到其他部位、毒物的排泄和解毒则减少减少终毒物在靶部位的终毒物在靶部位的蓄积蓄积 终毒物终毒物(ultimate toxicant)：是指外源化学物可是指外源化学物可直接与内源性靶分子反应并造成机体损害时直接与内源性靶分子反应并造成机体损害时的化学形态。的化学形态。 终毒物是外源化学物引起毒作用的关键。终毒物是外源化学物引起毒作用的关键。 终毒物的三种情形：终毒物的三种情形： 1、本身是终毒物：如强酸、尼古丁

4、等、本身是终毒物：如强酸、尼古丁等 2、本身无毒，代谢增毒，转为终毒物、本身无毒，代谢增毒，转为终毒物 3、外源化学物经某种代谢过程激发了内源性、外源化学物经某种代谢过程激发了内源性毒物的产生，如氧自由基爆发、脂质过氧化毒物的产生，如氧自由基爆发、脂质过氧化物大量蓄积。物大量蓄积。一、从接触部位进入血液循环一、从接触部位进入血液循环(一一)毒物的吸收毒物的吸收 毒物吸收率：吸收表面浓度毒物吸收率：吸收表面浓度 暴露速率暴露速率 化学物溶解度化学物溶解度 暴露部位面积暴露部位面积 上皮特征上皮特征(如角质厚度如角质厚度) 上皮下微循环上皮下微循环 毒物理化性质：脂溶性毒物理化性质：脂溶性(二二)

5、、毒物进入体循环前的消除、毒物进入体循环前的消除 酶和转运蛋白酶和转运蛋白二、从血液循环进入靶部位二、从血液循环进入靶部位 影响分布的因素：影响分布的因素： 脂溶性、分子大小与形状和解离度脂溶性、分子大小与形状和解离度 脂溶性高易于扩散并迅速进入细胞，高度离脂溶性高易于扩散并迅速进入细胞，高度离子化和亲水性的化学物则主要局限于细胞外子化和亲水性的化学物则主要局限于细胞外空间空间(如氨基糖苷如氨基糖苷) 毒物通过分布：到达靶部位毒物通过分布：到达靶部位 增毒部位并形成终毒物增毒部位并形成终毒物(一一)促进毒物分布到靶部位的机制促进毒物分布到靶部位的机制 1、毛细血管内皮的多孔性、毛细血管内皮的多

6、孔性 2、专一化的膜转运、专一化的膜转运 3、细胞器内的蓄积、细胞器内的蓄积 可质子化的胺基和亲脂特征的两性外源化可质子化的胺基和亲脂特征的两性外源化学物蓄积在溶酶体和线粒体，并引起不良学物蓄积在溶酶体和线粒体，并引起不良反应。反应。 4、可逆性细胞内结合、可逆性细胞内结合(二二)妨碍毒物分布到靶部位的机制妨碍毒物分布到靶部位的机制 1)血浆蛋白结合血浆蛋白结合 2)专一化屏障专一化屏障 3)贮存部位的分布：贮存部位的分布：氯代烃杀虫剂蓄积在脂肪组织中，减少了在靶部位氯代烃杀虫剂蓄积在脂肪组织中，减少了在靶部位的浓度，暂时保护；饥饿引起脂肪快速消耗，杀的浓度，暂时保护；饥饿引起脂肪快速消耗，杀

7、虫剂重新入体循环到靶部位虫剂重新入体循环到靶部位神经组织神经组织-毒性毒性 4)与细胞内结合蛋白结合与细胞内结合蛋白结合(非靶部位非靶部位) 金属硫蛋白与镉结合，减轻其毒作用金属硫蛋白与镉结合，减轻其毒作用 5)从细胞内排出：从细胞内排出：P-P-蛋白蛋白(三三)排泄与重吸收排泄与重吸收1、排泄、排泄 排泄的途径与速度主要取决于毒物的物排泄的途径与速度主要取决于毒物的物理化学特性理化学特性 主要排泄器官主要排泄器官(肝、肾肝、肾)能有效清除高亲水性能有效清除高亲水性和离子化的物质。原因：和离子化的物质。原因： 只有溶于血浆才能通过肾小球滤过只有溶于血浆才能通过肾小球滤过 转运蛋白专一性排泄高亲

8、水性的有机酸转运蛋白专一性排泄高亲水性的有机酸和有机碱和有机碱 只有亲水性化学物可溶于尿和胆汁只有亲水性化学物可溶于尿和胆汁 脂溶性化学物易于通过细胞扩散重吸收脂溶性化学物易于通过细胞扩散重吸收 非挥发性高亲脂性化学物非挥发性高亲脂性化学物(氯代烃杀虫剂氯代烃杀虫剂)尚无有效排泄机制尚无有效排泄机制，能抵抗生物转化，能抵抗生物转化，体内消除特慢。易蓄积。体内消除特慢。易蓄积。 本类物质三个效率不高的消除途径：本类物质三个效率不高的消除途径： 乳汁乳汁 胆汁胶团和胆汁胶团和(或或)磷脂囊泡结合从胆汁排磷脂囊泡结合从胆汁排 肠道肠道2、重吸收、重吸收 有机酸和有机碱的扩散与离子化程度呈负有机酸和有

9、机碱的扩散与离子化程度呈负相关相关 生理性氧阴离子载体介导一些有毒金属离生理性氧阴离子载体介导一些有毒金属离子在肾脏重吸收子在肾脏重吸收 经胆汁和胃肠排泄以及唾液腺和外分泌胰经胆汁和胃肠排泄以及唾液腺和外分泌胰腺分泌而转运到胃肠道的毒物楞通过穿越腺分泌而转运到胃肠道的毒物楞通过穿越小肠黏膜扩散重吸收小肠黏膜扩散重吸收三、增毒与解毒三、增毒与解毒 直接毒性作用直接毒性作用(强酸、碱、强酸、碱、HCN、CO等等) 靶点浓度和持续时间决定效应强度靶点浓度和持续时间决定效应强度(一一)终毒物的形成终毒物的形成 终毒物：亲电子剂、自由基、亲核物和氧化还原终毒物：亲电子剂、自由基、亲核物和氧化还原性反应物

10、性反应物 大多数是缺少电子的分子或分子片段大多数是缺少电子的分子或分子片段(二二)解毒作用解毒作用 解毒失败：解毒失败： 解毒能力耗竭解毒能力耗竭(超剂量超剂量) 解毒酶失活解毒酶失活(偶见偶见) 某些结合反应可被逆转某些结合反应可被逆转 解毒过程有时产生潜在的有害副产物解毒过程有时产生潜在的有害副产物第二节第二节 靶分子的反应靶分子的反应 所有内源分子都是毒物的潜在靶分子! 并非所有化学物与靶分子结合都发生毒性效应! 毒性靶分子的确认：终毒物与靶标反应并对其功能产生不良影响终毒物与靶标反应并对其功能产生不良影响终毒物在靶部位达到有效浓度终毒物在靶部位达到有效浓度终毒物以某种机制与所观察的毒性

11、相关的方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式改变靶分子一、毒物对靶分子的影响一、毒物对靶分子的影响 两种机制：两种机制： 作用于靶分子，引起靶分子功能失调作用于靶分子，引起靶分子功能失调 破坏靶分子的结构破坏靶分子的结构 1、靶分子功能失调、靶分子功能失调 吗啡激活鸦片受体吗啡激活鸦片受体 DDT DDT抑制钠通道的关闭抑制钠通道的关闭 当毒物与蛋白交互作用而改变其结构时，蛋白质功当毒物与蛋白交互作用而改变其结构时，蛋白质功能即发生损害能即发生损害 毒物可干扰毒物可干扰DNA的模板功能的模板功能 黄曲霉素黄曲霉素8,9-8,9-氧化物与鸟嘌呤共价结合，氧化物与鸟嘌呤共价结合，G

12、-AG-A配对，诱发配对，诱发基因碱基置换突变基因碱基置换突变2、靶分子的结构破坏、靶分子的结构破坏 毒物通过与靶分子形成加合物、发生交联毒物通过与靶分子形成加合物、发生交联和断裂而改变内源性分子的一级结构。和断裂而改变内源性分子的一级结构。 某些靶分子在外源化学物作用下，引起自某些靶分子在外源化学物作用下，引起自发性降解发性降解 毒物可引起几种形式的毒物可引起几种形式的DNA断裂断裂3、新抗原形成、新抗原形成 在某些个体，与外源化学物结合的蛋白质在某些个体，与外源化学物结合的蛋白质作为抗原，激发免疫应答。作为抗原，激发免疫应答。 通常都是亲核物，如氨基比林、氯氮平通常都是亲核物，如氨基比林、

13、氯氮平第三节第三节 细胞调节功能障碍细胞调节功能障碍毒物所引起的最初细胞功能障碍主要取决于受毒物所引起的最初细胞功能障碍主要取决于受影响靶分子在细胞中的功能影响靶分子在细胞中的功能 靶分子参与细胞信号通路调节靶分子参与细胞信号通路调节基因表达调节基因表达调节障碍或细胞瞬息活动调节障碍障碍或细胞瞬息活动调节障碍 靶分子参与维持细胞自身的功能靶分子参与维持细胞自身的功能细胞存活细胞存活 靶分子行使外部功能靶分子行使外部功能影响其它细胞和整个器影响其它细胞和整个器官系统功能官系统功能一、毒物引起细胞调节功能障碍一、毒物引起细胞调节功能障碍 细胞受信号分子调节。信号分子激活与信号转导细胞受信号分子调节

14、。信号分子激活与信号转导网络相关的细胞受体，信号转导网络将信号传递网络相关的细胞受体，信号转导网络将信号传递给基因的调节区域和功能蛋白。给基因的调节区域和功能蛋白。 受体活动可导致：改变基因表达，增加或特定蛋受体活动可导致：改变基因表达，增加或特定蛋白的功能；通过磷酸化使特定蛋白发生化学修饰，白的功能；通过磷酸化使特定蛋白发生化学修饰，激活或抑制蛋白功能。激活或抑制蛋白功能。 控制细胞命运的程序主要影响基因表达；调节日控制细胞命运的程序主要影响基因表达；调节日常活动的程序主要影响功能蛋白的活性。常活动的程序主要影响功能蛋白的活性。 信号网络有分支和交互联系，一个信号可触发两信号网络有分支和交互

15、联系，一个信号可触发两类应答。类应答。(一一)基因表达调节障碍基因表达调节障碍 毒物可通过直接作用于顺式作用元件，可毒物可通过直接作用于顺式作用元件，可通过作用于细胞内信号转导通路分子或影通过作用于细胞内信号转导通路分子或影响细胞外信号分子的合成、贮存、释放过响细胞外信号分子的合成、贮存、释放过程，导致基因表达调控障碍。程，导致基因表达调控障碍。 基因启动子区域基因启动子区域 转录因子转录因子 前起始复合物前起始复合物 TF：配体激活的：配体激活的TF；信号激活的；信号激活的TF 糖皮质激素与糖皮质激素与GRGR结合至淋巴细胞凋亡结合至淋巴细胞凋亡毒毒物物(二二)细胞瞬息活动的调节障碍细胞瞬息

16、活动的调节障碍1、电可兴奋细胞的调节障碍、电可兴奋细胞的调节障碍 途径：神经递质浓度；受体功能；信号终途径：神经递质浓度；受体功能；信号终止过程止过程2、其他细胞活动的调节障碍、其他细胞活动的调节障碍二、毒物引起细胞维持功能改变二、毒物引起细胞维持功能改变 细胞细胞质自身功能，同时支持其他细胞细胞细胞质自身功能，同时支持其他细胞( (一一) )细胞内部维持的损害：中毒性细胞死亡的机制细胞内部维持的损害：中毒性细胞死亡的机制 细胞损伤即由化学物或其他因素干扰正常细胞自稳细胞损伤即由化学物或其他因素干扰正常细胞自稳态机制而产生的病理性过程。态机制而产生的病理性过程。 细胞损伤通常经过几个不同的时相

17、后才产生细胞死细胞损伤通常经过几个不同的时相后才产生细胞死亡，取决于温度、刺激强度、细胞类型和细胞内环亡，取决于温度、刺激强度、细胞类型和细胞内环境稳态紊乱程度。境稳态紊乱程度。 致死损伤作用下，细胞经历致死损伤作用下，细胞经历“死亡前时死亡前时相相”(prelethal phase)。如损伤性刺激在致死前时相。如损伤性刺激在致死前时相消除，损伤可恢复；如刺激持续，超过了某一特殊消除，损伤可恢复；如刺激持续，超过了某一特殊时点时点(“不可复时点不可复时点”或细胞死亡点或细胞死亡点)，即使刺激停止，即使刺激停止，损伤也不能恢复，细胞进入坏死时相。损伤也不能恢复，细胞进入坏死时相。 在致死前时相，

18、细胞可发生凋亡在致死前时相，细胞可发生凋亡(apoptosis)、胀亡胀亡(oncosis)、和自噬、和自噬(autophase)改变。改变。 坏死坏死(necrosis)：指细胞死亡时发生的一系：指细胞死亡时发生的一系列变化，包括：肿胀性坏死、凋亡性坏死列变化，包括：肿胀性坏死、凋亡性坏死和自噬性坏死。和自噬性坏死。 细胞致死性损伤的三种关键性生化紊乱：细胞致死性损伤的三种关键性生化紊乱： ATP耗竭耗竭 持续性持续性Ca2+升高升高 ROS和和RNS过量产生过量产生1 1、危害细胞存活的原发性代谢紊乱、危害细胞存活的原发性代谢紊乱 ATPATP耗竭耗竭：干扰氧化磷酸化过程：干扰氧化磷酸化过

19、程(5类类) CaCa2+2+蓄积蓄积：能量储备耗竭：能量储备耗竭 微丝功能障碍微丝功能障碍 水解酶活化水解酶活化 ROS和和RNS生成生成 ROSROSRNSRNS过度生成：过度生成：2 2、原发性代谢紊乱之间的相互影响、原发性代谢紊乱之间的相互影响 ATPATP耗竭耗竭 CaCa2+2+升高升高 高高CaCa2+2+ ROSROS和和RNSRNS生成生成 CaCa2+2+升高升高 ROSROS和和RNSRNS生成生成 ATP耗竭耗竭3 3、线粒体渗透性转变、线粒体渗透性转变(MPT)(MPT)及其后果及其后果 ATP耗竭、线粒体耗竭、线粒体Ca2+摄取、摄取、ROS和和RNS过过量产生和原

20、发性代谢紊乱均是引起线粒体渗量产生和原发性代谢紊乱均是引起线粒体渗透性转变的因素。透性转变的因素。 MPT：由于一种跨越线粒体内外膜的蛋白质：由于一种跨越线粒体内外膜的蛋白质孔孔(巨通道巨通道)开放引起。开放引起。 (1)坏死坏死(necrosis)： MPTATP合成中断、水渗透内流合成中断、水渗透内流 线粒体线粒体 肿胀肿胀ATP耗竭、细胞降解耗竭、细胞降解坏死坏死(2)凋亡凋亡(apoptosis) 形态：细胞出现皱缩，核和胞质浓缩并形成形态：细胞出现皱缩，核和胞质浓缩并形成凋亡小体凋亡小体 凋亡是有序的，牵涉到的分解过程级联样激凋亡是有序的，牵涉到的分解过程级联样激活活 引起细胞凋亡的

21、机制：线粒体途径、死亡受引起细胞凋亡的机制：线粒体途径、死亡受体途径、内质网应激途径体途径、内质网应激途径4 4、ATPATP的利用度决定细胞死亡的特征的利用度决定细胞死亡的特征 极少数线粒体极少数线粒体MPT 自吞噬自吞噬 更多线粒体更多线粒体MPT 凋亡凋亡 几乎所有线粒体几乎所有线粒体MPT 死亡死亡5 5、由其它机制诱发的细胞死亡、由其它机制诱发的细胞死亡自吞噬自吞噬( (细胞内物质降解的途径之一，另为酶解细胞内物质降解的途径之一，另为酶解) )自噬性死亡自噬性死亡( (又称又称型程序性死亡型程序性死亡) 直接损害质膜的化学物，如去污剂直接损害质膜的化学物，如去污剂 损害溶酶体膜的物质

22、：氨基糖苷类损害溶酶体膜的物质：氨基糖苷类 破坏细胞骨架的毒素：秋水仙碱破坏细胞骨架的毒素：秋水仙碱 蛋白磷酸酶抑制剂：蛋白磷酸酶抑制剂： 破坏蛋白质合成的毒素：蓖麻蛋白破坏蛋白质合成的毒素：蓖麻蛋白 死亡事件未知死亡事件未知! !(二二)细胞外部维持的损害细胞外部维持的损害 毒物干扰给其他细胞组织或整个机体提供毒物干扰给其他细胞组织或整个机体提供支持的细胞。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图图 修复机制修复机制 ECM=细胞外间质细胞外间质修复修复细胞修复细胞修复组织修复组织修复分子修复分子修复脂肪脂肪DNA蛋白蛋白细胞细胞ECM增生增生 凋亡凋亡一、损伤的修复一、损伤

23、的修复1 1、分子修复：蛋白质、脂质、分子修复：蛋白质、脂质、DNADNA2 2、细胞修复：、细胞修复： 大多数组织通过存活细胞的分裂增殖替代受损大多数组织通过存活细胞的分裂增殖替代受损死亡细胞死亡细胞 成熟神经元无增殖能力，主要依靠巨噬细胞和成熟神经元无增殖能力，主要依靠巨噬细胞和施旺细胞参与其修复施旺细胞参与其修复 中枢神经元的损害不可逆中枢神经元的损害不可逆3 3、组织修复：、组织修复：具有细胞增殖能力的组织，受损细胞通过凋亡或坏具有细胞增殖能力的组织，受损细胞通过凋亡或坏死而清除；受损组织通过细胞增殖和再生修复。死而清除；受损组织通过细胞增殖和再生修复。1) 1)细胞分裂细胞分裂细胞受

24、损后，损伤区域邻近细胞很快进入分裂周期。细胞受损后，损伤区域邻近细胞很快进入分裂周期。2) 2)细胞间质细胞间质由蛋白质、胺多糖、糖蛋白等组成。由蛋白质、胺多糖、糖蛋白等组成。在肝脏，细胞外基质由肝窦与肝细胞之间在肝脏，细胞外基质由肝窦与肝细胞之间DisseDisse间隙间隙的星形细胞和脂肪贮存细胞合成。肝再生期间被激的星形细胞和脂肪贮存细胞合成。肝再生期间被激活。活。二、修复障碍与毒作用二、修复障碍与毒作用(一一)修复障碍修复障碍 修复有时不能阻止损伤，原因：修复有时不能阻止损伤，原因： 保真度不绝对，某些损伤可被遗漏；保真度不绝对，某些损伤可被遗漏； 损伤程度超过修复能力；损伤程度超过修复能力； 修复必需酶或辅因子耗竭；修复必需酶或辅因子耗竭； 修复过程也可引起毒性。修复过程也可引起毒性。(二二)修复失控修复失控(毒作用毒作用)1 1、炎症：、炎症： 炎症的标志为微环境的改变