化学毒物在体内的生物转运

化学毒物在体内的生物转运第1页/共78页

外源化学物生物转化酶所催化的反应一般分为两大类，称为Ⅰ相反应和Ⅱ相反应。Ⅰ相反应包括水解反应、还原反应和氧化反应，这些反应涉及暴露或引入一个功能基团，如-OH、-NH2、-SH或-COOH，通常仅导致水溶性少量的增加。第2页/共78页Ⅱ相反应包括葡萄糖醛酸化、硫酸化、乙酰化、甲基化，与谷胱甘肽结合以及与氨基酸结合，如甘氨酸、牛磺酸和谷氨酸。这些反应的辅助因素与外源化学物功能基团反应，功能基团可以是外源化学物原有组成成分，也可以是经Ⅰ相反应引入或暴露的。大多数Ⅱ相反应可导致外源化学物的水溶性显著增加，且加速其排泄。第3页/共78页外源化学物生物转化的另一结果是改变其毒效学性质。大多数情况是生物转化终止了药物的药效作用或降低了外源化学物的毒性，但对有的毒物却可使毒性增强，甚至产生致癌、致突变和致畸效应，又称为代谢活化(metabolicactivation)或生物活化。经代谢活化生成的活性代谢产物可以分为4类：第4页/共78页①生成亲电子剂，最为常见，苯并(a)芘和2-乙酰氨基芴的代谢活化；②生成自由基，如百草枯、硝化呋喃妥英经催化还原，四氯化碳还原脱卤，醌经单电子还原，生成自由基等；③生成亲核剂，少见，如苦杏仁苷经肠菌群酶催化生成氰化物，二卤甲烷经氧化脱卤生成一氧化碳；④生成氧化还原剂，少见，如硝酸盐经肠菌群酶催化生成亚硝酸盐，还原酶催化Cr(VI)生成Cr(V)，Cr(V)再催化生成HO·。第5页/共78页(二)毒物代谢酶的基本特性生物转化酶类底物特异性广泛，一类或一种酶可代谢几种外源化学物，而且还可代谢内源性化学物如乙醇、丙酮、甾体激素、维生素A和D、胆红素、胆酸、脂肪酸及花生酸等。生物转化酶类在体内持续地少量表达，可称为结构酶；外源化学物可刺激(诱导)很多生物转化酶类合成，可称为诱导酶。第6页/共78页某些生物转化酶具有多态性，其结构(即氨基酸序列)和活性不同。不同个体的生物转化酶多态性。造成外源化学物生物转化速度的个体差异。化学物生物转化酶中氨基酸改变对催化活力的影响通常存在底物依赖性，例如，生物转化酶的等位变体可与某些底物及抑制剂正常地相互作用，但对于其他底物则反应异常。第7页/共78页有些外源化学物的生物转化具有立体选择性，即一种对映体(或立体异构体)的生物转化速率要快于另一对映体。例如，抗癫痫药物麦山妥英，它是R-和S-型外消旋混合物，其在人体S-对映体迅速由细胞色素2C19羟化并排泄；而R-对映体则较慢。有些手性外源化学物具有抑制生物转化酶的能力，也具有立体选择性。而且，在某些情况非手性分子(或非手性中心)可转变成对映体代谢物的混合物，代谢产物也有立体选择性，即一种对映体要优于其另一对映体的形成。第8页/共78页外源化学物生物转化酶的命名，由于其具有广泛的和交叉的底物特异性，如按其催化反应来命名，不可避免地造成混乱。现在，许多生物转化酶已被克隆和测序，基于单个酶的氨基酸一级序列而建立的命名系统可避免在命名上的混乱。第9页/共78页(三)毒物代谢酶的分布毒物代谢过程主要在肝脏进行，但肝外组织也有一定代谢能力，如肾脏、小肠、肺脏和皮肤等(表3一1)。在脊椎动物，肝脏是含外源化学物生物转化酶最丰富组织，次之为皮肤、肺脏、鼻粘膜、眼及胃肠道。此外，其他组织如肾脏、肾上腺、胰、脾、心、大脑、睾丸、卵巢、胎盘、血浆、血细胞、血小板、淋巴细胞及大动脉等均有生物转化酶。肠道菌群在某些外源化学物生物转化中起着重要的作用。由胃肠道吸收的外源化学物，肝脏和肠道上皮限制了经口摄入外源化学物的全身生物活性作用，称为首过消除。第10页/共78页第11页/共78页不同的组织对外源化学物生物转化能力的显著区别对于解释化学物损伤的组织特异性具有重要的毒理学意义。外源化学物生物转化酶广泛分布于全身组织，在细胞则分布于几种亚细胞组分。在肝脏及大多数组织中，外源化学物生物转化酶主要位于内质网(微粒体)或脂质的可溶部分(胞浆)，在线粒体、细胞核及溶酶体则较少分布。内质网富含生物转化酶是因为经尿液或胆汁排泄的外源化学物多为脂溶性，在内质网脂质双层中易于溶解进行生物转化。第12页/共78页

生物转化的I相反应(phaseⅠbiotransformation)主要包括氧化、还原和水解反应

二、Ⅰ相反应第13页/共78页反应胞浆线粒体微粒体溶酶体其他

氧化

醇脱氢酶、脱氢酶、醛氧化酶、黄嘌呤氧化酶、双胺氧化酶

醛脱氢酶、单胺氧化酶前列腺素H合成酶、黄素加单氧酶、细胞色素P-450

/

还原

偶氮和硝基还原、羰基还原、二硫还原、硫氧化物还原、醌还原

/偶氮和硝基还原、羰基还原、醌还原、还原性脱卤

/

肠道菌群：偶氮和硝基还原血：羰基还原水解

酯酶、环氧水化酶

/

酯酶、环氧水化酶酯酶、肽酶血：酯酶、肽酶第14页/共78页(一)氧化作用

1．细胞色素P-450酶系微粒体细胞色素P-450酶系又称为微粒体混合功能氧化酶(microsomalmixedfunctionoxidasem，MFO)，或单加氧酶(monooxygenase)。该酶系主要由三部分组成，即血红素蛋白类(细胞色素P-450和细胞色素b5)、黄素蛋白类(NADPH-细胞色素P-450还原酶和NADH-细胞色素b5还原酶)和磷脂类。其中以细胞色素P-450(以下简称为P-450)最为重要。第15页/共78页用苯巴比妥(PB)和3-甲基胆蒽(3-MC)处理动物，对大鼠肝微粒体的药物氧化代谢有不同的作用，将诱导型P-450分为PB型和3-MC型。后者又称为P-448，主要存在于肝外组织，其催化的底物及其他性质不同于P-450。目前已确定，P-450是一个蛋白质超家族，其每一种对底物专一性有特征性谱，其中某些是P-450结构型的，其他的是诱导型的。很多P-450的cDNA和基因结构已经阐明。这些蛋白质根据结构的相似性组成家族和亚族。第16页/共78页目前已定位了人类P-450基因组的17个基因亚族和小鼠的15个基因亚族，每个亚族代表着一紧密连接的基因簇。P-450的命名是用斜体词根CYP代表除小鼠之外所有物种的细胞色素P-450的基因和cDNA(小鼠用Cyp)，词根后的阿拉伯数字代表基因族，大写英文字母代表基因亚族，字母后的阿拉伯数字代表基因亚族中的一个基因。如CYPlAl表示P-450的l基因族A亚族第1基因。所有物种P-450的mRNA和酶都用大写字母表示。人肝脏主要含15种以上不同的生物转化毒物和(或)内源性底物的P-450(CYPlA2，2A6,286，2C8，2C9，2C18，2C19，2D6，2El，3A4，3A5，3A7，4A9，和4A11)。第17页/共78页第18页/共78页P-450的催化机制：①氧化型细胞色素P-450(Fe3+)首先与RH结合形成一种复合物；②再在NADPH细胞色素P-450还原酶的作用下，由NADPH提供一个电子使其转变为还原型细胞色素P-450(Fe2+)复合物；③此复合物和一个分子氧结合形成含氧复合物；④Fe2+O2复合物再加上一个质子(H+)和由NADPH-细胞色素P-450还原酶或由细胞色素b5提供的第二个电子，转变成Fe2+OOH复合物；第19页/共78页⑤第二个质子的加入使Fe2+OOH复合物裂解，形成水和(FeO)3+复合物；⑥(FeO)3+复合物将氧原子转移到底物，生成ROH，并提供一个电子，使其中的O2活化，活化氧；⑦释放ROH产物，此时P-450(Fe2+)变为P-450(Fe3+），可再次参与氧化过程。P-450的催化机制还有些附加反应，如果催化循环在不同的步骤中断(解偶联)，则可分别产生单电子还原、生成超氧阴离子、生成过氧化氢和过氧化物旁路。第20页/共78页

细胞色素P-450催化下面几种类型的氧化反应：

(1)脂肪族或芳香族碳的羟基化；

(2)双键的环氧化作用；

(3)杂原子(S-、N-、I-)的氧化和N-羟基化；

(4)杂原子(O-、S-、N-和Si-)脱烷基作用

(5)氧化基团的转运；

(6)酯的裂解；

(7)脱氢作用。第21页/共78页P-450催化的反应类型举例如下。

(1)脂肪族和芳香族的羟化(hydroxylationofallaliphaticoraromaticcarbon)：又可称为碳羟化反应。脂肪族在体内的羟化往往是末端的或倒数第二个碳原子被氧化成羟基。例如：有机磷农药八甲磷(schradane，OMPA)末位甲基羟化生成N-羟基八甲磷，后者在体内毒性增高，抑制胆碱酯酶的能力较八甲磷强10倍。大多数芳香族毒物被羟化为酚类。例如苯胺可氧化为对氨基酚、邻氨基酚或羟基苯胺。第22页/共78页(2)双键的环氧化(epoxidationofadoublebond)：黄曲霉毒素B1(AFBI)和氯乙烯等含双键的芳香族和烯烃类毒物氧化时，常常形成环氧化中间产物，环氧化物不稳定可重排而成酚类。如苯环上有卤素取代，或是多环芳烃进行环氧化时，则能形成较稳定的环氧化物。很多环氧化物是亲电子剂，毒性高于母体毒物。第23页/共78页环氧化的解毒过程包括：①非酶催化的水化；②非酶催化的与GSH反应；③环氧化物水化酶催化的水化反应；④谷胱甘肽s-转移酶催化的结合反应。第24页/共78页终致癌物

第25页/共78页(3)杂原子(S-，N-和I-)氧化和N-羟化(heteroatomoxygenationandN-hydroxylation)：含有硫醚键(-C-S-C-)的有机磷毒物，可在MFO的催化下进行S-氧化反应，转化成亚砜或砜，这些氧化产物毒性可增高5-10倍。例如内吸磷在体内通过此反应而毒性增强。对芳香胺毒物，可在其NH3基上进行N-羟化生成羟氨基毒物，毒性往往较母体毒物高。如苯胺进行N-羟化生成N-羟基苯胺，后者可导致血红蛋白氧化成高铁血红蛋白，引起组织缺氧。第26页/共78页(4)杂原子(O-，S-和N-)脱烷基(heteroatomdealkylation)：氮、氧和硫原子上带有烷基的毒物，可以发生脱烷基反应。这些反应过程是先使烷基氧化为羟烷基毒物，后者又分解产生醛或酮。如：氨基比林的N-脱烷基过程，可以产生甲醛。二甲基亚硝胺通过P-450的催化作用，进行N-脱烷基反应，进一步产生有亲电子剂CH3+(碳宾离子)，可使DNA发生烷化作用，致癌和致突变。第27页/共78页第28页/共78页(5)氧化基团转移(oxidativegrouptransfer)：氧化基团转移是经P-450催化的氧化脱氨、氧化脱硫、氧化脱卤素作用。如苯丙胺经P-450催化氧化脱氨生成苯丙酮，释出氨；氧化脱氨作用也可由单胺氧化酶(MAO)催化，但苯丙胺不是MAO的良好的底物。有机磷农药对硫磷经氧化脱硫后形成对氧磷，对氧磷的大鼠经口LD50值约为对硫磷的1／3，即毒性大3倍。第29页/共78页(6)酯裂解(cleavageofesters)：P-450催化磷酸酯裂解，如对硫磷氧化生成中间产物，此中间产物也可裂解生成对硝基酚和二乙基硫代磷酸。P-450催化羧酸酯裂解可生成羧酸和醛，而酯酶水解生成羧酸和醇。

R1COOCH2R2+[O]-→R1COOH+R2CHO(7)脱氢(dehydrogenation)：P-450也催化很多毒物的脱氢反应，如尼古丁，对乙酰氨基酚(acetaminophen，扑热息痛)。对乙酰氨基酚可脱氢活化成肝毒物N-乙酰苯醌亚胺。第30页/共78页2．微粒体含黄素单加氧酶肝、肾、肺等组织微粒体含一种或几种含黄素单加氧酶(microsomalflavineontainingmonoxygenase，FMO)可氧化多种毒物的亲核性氮、硫和磷杂原子。此酶以黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)为辅酶，需要NADPH和O2。由FMO催化的很多反应也可为P-450催化。第31页/共78页

与P-450酶系的不同之处是此酶不能在碳位上催化氧化反应。FMO可催化亲电子的胺氧化生成N-氧化物，催化伯胺氧化生成羟胺和肟。如苯异丙胺、苄达明、氯丙嗪、氯氮平、胍乙啶、丙咪嗪、甲苯丙胺、奥氮平及三苯氧胺等含氮药物，可经FMO进行N-氧化，但大多数情况经细胞色素P-450进行N-氧化。FMO还可氧化含硫的外源化学物(如硫醇、硫醚、硫酮、硫代氨去甲酸盐、甲氰咪呱和舒林酸硫化物)和磷化氢分别生成S-和P-氧化物。肼类化合物、碘化物、硒化物和含硼化合物也是FMO的底物。第32页/共78页经NADPH将FAD分子还原成FADH2后，氧化性辅助因子NADP仍结合在酶上，FADH2然后结合氧产生过氧化物(即FAD的4a-氢化过氧化黄素)这种过氧化物相对稳定，可能是因为FMO的活性中心由非亲核性，亲脂性氨基酸残基组成。在外源化学物氧化期间，4a-氢过氧化黄素蛋白转变成4a-羟基黄素蛋白，并将黄素蛋白过氧化物的氧转送到底物上，FMO产生的代谢物是在外源化学物与过氧化物或过酸化物之间反应的产物。与P-450不同，FMO在与底物结合前就与分子氧结合并使之活化。催化循环的最后一步涉及4a-羟基黄素蛋白的脱氢作用，并释放NADP+。因为它是限速反应，且在底物氧化后完成。第33页/共78页3．醇、醛、酮氧化-还原系统和胺氧化

(1)醇脱氢酶：醇脱氢酶(ADH)是一种含锌酶，位于胞浆，分布于肝脏(含量最高)、肾脏、肺脏及胃粘膜。人ADH是由两个40kDa亚单位组成二聚体蛋白质，其亚单位有6个不同的基因位点(ADHl-ADH6)编码，它们是a、p、r、π和γ以及第6个亚单位8与或者μ。第34页/共78页ADH依不同的分子分为四类。I型(α-ADH、β-ADH和r-ADH)主要存在于肝脏和肾上腺等，包括ADHl、ADH2和ADH3，它们是同工酶，催化乙醇及其他短链脂肪醇的氧化过程，吡唑可抑制酶活性。Ⅱ型(π-ADH)主要表达在肝脏，而在胃的量较低。在肝脏它主要催化长链脂肪醇和芳香醇的氧化，Ⅱ型ADH对乙醇和甲醇的氧化几乎不起作用，且不受吡唑的抑制。第35页/共78页Ⅲ型ADH-(χ-ADH)的底物是长链醇(戊醇和更长)及芳香醇(如肉桂醇)。Ⅲ型ADH是普遍存在于全身组织，包括脑，它在甲醛的解过程在起着重要作用。Ⅱ型和Ⅲ型ADH均不受吡唑的抑制。Ⅳ型

ADH在成人的肝脏中没有表达，它主要在胃肠道的上部，与慢性乙醇中毒者导致肿瘤有关。其原因是Ⅳ型ADH使乙醇转变成乙醛(乙醛可能导致上胃肠道肿瘤)；乙醇中毒抑制Ⅳ型ADH代谢维生素A的活性，而维生素A在上皮细胞生长和分化中有重要作用。第36页/共78页(2)乙醛脱氢酶：乙醛脱氢酶(ALDH)以NAD+为辅助因子将乙醛氧化成羧酸。几种ALDH酶类涉及醛类化合物的氧化过程，亦具有酯酶的活性。在人体，有12种ALDH基因被鉴定，即ALDHl-10，SSDH和MMSDH。已在人体证实了ALDH的遗传多态性，在日本人、中国人、韩国人和越南人中约有45％-53％的人因为点突变(Glu487Ly8487)而缺乏ALDH2的活性。许多亚洲人在饮酒后易产生红晕综合征，其原因是乙醛的迅速堆积，造成局部血管因释放儿茶酚胺而扩张。第37页/共78页(3)二氢二醇脱氢酶：除几种羟化类固醇脱氢酶和醛糖还原酶外，醛-酮还原酶(AKR)超家族还包括几种二氢二醇脱氢酶。

(4)钼水解酶(molybdozymes)：醛氧化酶和黄素脱氢酶／黄素氧化酶(XD／XO)为有含钼酶，钼酶的最适底物不是细胞色素P-450的底物。醛氧化酶能氧化许多取代基团如吡咯、吡啶、嘧啶、嘌呤、蝶啶及碘离子。由醛氧化酶催化的外源化学物还原反应需要无氧条件或者有还原性底物，如N-甲基尼古丁胺、2-羟基嘧啶或者苯甲醛的存在。第38页/共78页(5)单胺氧化酶、二胺氧化酶：在肝、肾、肠、神经等组织的线粒体中有单胺氧化酶，胞液中有二胺氧化酶，这些酶能使各种胺类氧化脱氨生成醛和氨。单胺氧化酶有两种形式，称为MAO．A和MAO-B。MAO-A主要氧化5-羟色胺，去甲肾上腺素和萘心胺的脱烷基代谢物。Clorgyline可抑制MAO-A的活性。而MAO-B主要氧化β-苯乙胺和苄胺，可受1-司来吉兰的抑制。MAO-B敲除小鼠在给予MPTP后，未发现黑质纹状体多巴胺神经元的选择性损害，证实此观点。MAO-B是可影响帕金森病易感性的遗传因素之一。第39页/共78页4．过氧化物酶依赖性的共氧化反应氧化物酶催化的外源化学物生物转化。它包括氢过氧化物的还原和其他底物氧化生成脂质氢过氧化物，这一过程称为共氧化。几种不同的过氧化物酶可催化外源化学物的生物转化，它们见于各种组织和细胞内。第40页/共78页例如，肾脏髓质、血小板、血管内皮细胞、胃肠道、脑、肺及尿膀胱上皮细胞含有前列腺素H合成酶(PHS)，乳腺上皮细胞的乳过氧化物酶，以及白细胞的髓过氧化物酶。PHS具有两个催化活性：一为环加氧酶，可将花生四烯的转变成环状内氢过氧化物PGG2，该过程涉及2个氧分子加到花生四烯酸的每个分子上；另一是过氧化物酶，将氢过氧化物转变成相应的醇PGH2，它通过外源化学物的氧化来完成。第41页/共78页例如氨基比林的N-脱甲基反应、对乙酰氨基酚的脱氢反应、苯并(a)芘羟化反应和7，8-二氢二醇苯并(a)芘的环氧化、黄曲霉毒素B1的8，9-环氧化反应等都可通过共氧化作用而完成。第42页/共78页肾髓质和膀胱上皮的P-450含量较低，而PHS含量相对较高。在肾髓质PHS活化黄曲霉毒素和乙酰胺基苯可产生肾毒性，尿膀胱上皮的PHS能活化芳香胺，如联苯胺、4-氨基联苯和乙-氨基蒽，形成DNA反应性代谢物，引起某些物种如人和狗的膀胱癌。

第43页/共78页(二)还原作用在哺乳动物组织中还原反应活性较低，但在肠道菌群内还原酶的活性较高。

1．硝基和偶氮还原偶氮还原和硝基还原是经肠道菌群和两种肝脏酶，如细胞色素P-450和NADPH醌氧化还原酶催化。在某些情况下，醛氧化酶也参与偶氮还原反应和硝基还原反应。其反应需要NAD(P)H，可被氧抑制。胃肠道下段的无氧条件很适合偶氮还原和硝基还原反应，所以这些反应主要由肠道菌群催化的。而在低氧分压时，细胞色素P-450也能催化外源化学物的还原反应。第44页/共78页第45页/共78页二硝基甲苯经肝P-450氧化后与葡萄糖醛酸结合成葡糖苷排入胆汁，由肠道菌群进行生物转化，一个或两个硝基被硝基还原酶还原成胺，葡糖苷为β-葡糖苷酶水解。水解后的代谢物被重吸收转运至肝，新生成的氨基由P-450催化N-羟化，并可乙酰化或与硫酸结合。这些结合物可裂解生成高度反应性的氮宾离子，氮宾离子可攻击DNA，引起肝细胞突变和肝癌。第46页/共78页因此，某些化学致癌物的代谢活化涉及几个不同的生物转化酶，并可需要几个器官组织的配合。因而，2，6-二硝苯甲苯与DNA反应并引起突变，在大多数评价化学物遗传毒性的短期试验中是观察不到的。因为这些体外的遗传毒性试验缺乏肠道菌群的生物转化或者Ⅱ相(结合)酶的作用。第47页/共78页2．羰基还原作用某些醛类还原成伯醇和酮类还原成仲醇的过程是经醇脱氢酶和羰基还原酶催化。羰基还原酶是单聚体，依赖NADPH的酶，分布于血液和肝脏、肾脏、大脑及其他神经细胞的胞浆中。经羰基还原酶还原的外源化学物有氟哌啶醇(抗精神病药物)、己酮可可碱、乙酰苯磺环乙脉、柔红霉素、依他尼酸、华法林、甲萘醌以及4-硝基苯乙酮等。前列腺素可能是羰基还原酶的生理性底物。肝脏的羰基还原酶活性主要在胞浆，而在微粒体则有不同的羰基还原酶。胞浆和微粒体羰基还原酶的区别在于它们立体选择由酮还原成仲醇的程度不同。第48页/共78页3．二硫化物、硫氧化物和N-氧化物还原含硫基团还原反应在体内较少。二硫化物还原并裂解成巯基毒物，如戒酒硫由肝、肾细胞胞浆中硫氧化还原依赖性酶催化还原。在肝、肾细胞胞浆中硫氧还蛋白依赖性酶类可还原硫氧化物(如亚砜)，硫氧化物又可通过P-450或FMO而形成的，通过这些相反作用的酶系统的再循环可能延长某些外源化学物的生物半减期。

N-氧化物本身毒性不高，由细胞色素P-450和NADPH细胞色素P-450还原酶催化经单电子还原迅速活化生成氧化性氮氧的自由基，转变成细胞毒性或与DNA结合的毒物。第49页/共78页4．醌还原醌由NAD(P)H-醌氧化还原酶催化还原成氢醌，此酶是黄素蛋白，又称为DT-黄递酶，催化醌双电子还原。醌双电子还原还可由羰基还原酶催化。醌的双电子还原是无毒性的。但醌经NADPH-P-450还原酶催化单电子还原，生成半醌自由基。半醌自由基可经自氧化，伴有氧化应激，生成具有细胞毒性的超氧阴离子、过氢氧自由基、过氧化氢、羟基自由基(图3-13)。氧化应激是某些含醌或可转变为醌的毒物毒作用的重要机制，如多柔比星和柔红霉素的心脏毒性、百草枯和硝基呋喃妥因的肺毒性、6-羟基多巴胺的神经毒性。第50页/共78页第51页/共78页5．脱卤反应有三种机制涉及脱卤素反应，即还原脱卤反应、氧化脱卤反应和脱氢脱卤反应。还原脱卤反应和氧化脱卤反应由P-450催化，脱氢脱卤反应由P-450和GSHS-转移酶催化。这些反应在一些卤代烷烃的生物转化和代谢活化中起重要的作用。如肝脏毒物四氯化碳经还原脱卤反应代谢活化，单电子还原生成三氯甲烷自由基(·CCl3)，后者启动脂质过氧化作用并产生各种其他代谢物。第52页/共78页(三)水解作用外源化学物的水解作用(hydrolysis)主要由酯酶和酰胺酶、肽酶、环氧水化酶催化。

1．酯酶和酰胺酶哺乳动物含有许多种水解酶，包括各种酯酶(esterase)和酰胺酶(amidabe)，可水解含有羧酸酯(普鲁卡因)、酰胺(普鲁卡因酰胺)、硫酯(螺甾内酯)、磷酸酯(对氧磷)及酸酐等功能基团的外源化学物。酯类毒物被酯酶催化水解生成醇和酸，酰胺被酰胺酶催化水解成酸和胺，硫酯被分解为羧酸和硫醇。第53页/共78页

羧酸、酰胺及硫酯的水解主要由位于各种组织和血清中羧酸酯酶和血液中真性乙酰胆碱酯酶及假性胆碱酯酶催化。真性乙酰胆碱酯酶位于红细胞膜上，与神经组织中的为同一酶类。有机磷农药及氨基甲酸酯杀虫剂的中毒机制是通过修饰大脑的乙酰胆碱酯酶活性中心的丝氨酸抑制其活性，该酶水解神经递质乙酰胆碱。假性胆碱酯酶又名丁酰胆碱酯酶，位于血清中，可水解琥珀酰胆碱、肌肉松弛剂米库氯铵、普鲁卡因、丁卡因、可卡因、二醋吗啡及其他药物等。第54页/共78页2．肽酶在血液和组织中有许多肽酶(peptidase)可水解肽类。例如，氨基肽酶和羧基肽酶，分别在N-末端和C-末端水解氨基酸，而内肽酶则在肽内部特定部位裂解肽类，如胰蛋白酶水解肽类C-末端的精氨酸残基或者赖氨酸残基。肽酶可裂解邻近氨基酸之间的酰胺键，因此其功能是酰胺酶。第55页/共78页3．环氧水化酶环氧水化酶(epoxidehydrodase，EH)催化由环氧化物与水的反式加成物，其水合产物是具有反式构型的邻位二醇。在哺乳动物，环氧水化酶有五种形式：微粒体环氧水化酶(mEH)、可溶性环氧水化酶(sHE)、胆固醇环氧水化酶、LTA4水解酶及hepoxilin水解酶，后三种酶似乎仅仅水解内源性氧环化酶。mEH与sEH在氨基酸序列上完全不同，故在免疫化学方面，亦是完全不同的蛋白质。虽然两种酶可以水解广谱化合物，但它们有自己的底物特异性。第56页/共78页EH在苯并(a)芘4，5-氧化物解毒过程中起主要作用，但在苯并(a)芘转变成终致癌物苯并(a)芘-7，8-二氢二醇-9，10-氧化物的过程还是起一定的作用。环氧水化酶是肝脏微粒体中可诱导的酶类之一，几种细胞色素P-450诱导剂均可诱导环氧水化酶的活性。第57页/共78页Ⅱ相反应(phaseⅡbiotransformation)又称为结合作用(conjugation)。Ⅱ相反应中，毒物原有的功能基因或由I相反应引入(暴露)的功能基因与内源性辅因子反应。除了甲基化和乙酰化结合反应外，其他Ⅱ相反应显著增加毒物的水溶性，促进其排泄。葡糖醛酸结合、硫酸结合、乙酰化作用、甲基化作用涉及活结合则是与活化的毒物反应。三、Ⅱ相反应第58页/共78页Ⅱ相反应可引起代谢活化，如致癌物2-乙酰氨基芴(2-acetylaminofluorene，2-AAF)和2-氨基芴，可以在N-乙酰转移酶和脱乙酰酶催化互相转化，并均可经P450和黄素加单氧酶催化形成N-羟基芳酰胺和N-羟基芳胺。这两种毒物是近致癌物，与硫酸结合、乙酰化和葡糖苷酸结合(反应途径见图3-14)，结合物在酸性pH尿可水解或由小肠菌丛的β-葡糖苷酸酶催化水解，生成N-羟基芳香胺，后者可自发性生成芳基氮宾离子(亲电子剂)，攻击DNA，引起膀胱癌和结肠癌。第59页/共78页第60页/共78页(一)葡糖醛酸结合葡糖醛酸结合(glucuronidation)是Ⅱ相反应中最普遍进行的一种，由UDP-葡糖醛酸基转移酶(UDP-glucurony]transferase，UDPGT)催化对毒物的代谢(解毒和活化)具有重要的作用。葡糖醛酸结合反应中葡萄糖醛酸供体是来自胞液的尿苷二磷酸葡萄糖醛酸(ufidinediphos-ophateglucuricacid，UDPGA)。外源性底物包括羟基、羧基、胺基和巯基毒物。UDPGT催化的结合反应中，UDPGA的葡糖醛酸部分C-1碳原子被活化受到底物中O、N、S或C原子的亲核攻击，形成有β构型的糖苷酸结合物,并释出UDP。葡糖苷酸结合物是高度水溶性，易于从尿和胆汁排泄。第61页/共78页(二)硫酸结合硫酸结合(sulfateconjugation)反应的供体是3’-磷酸腺苷-5’-磷酰硫酸(PAPS)在磺基转移酶(sulfotransferase)作用下，生成硫酸酯：此反应从PAPS转移-SO3-(不是-S04-)至毒物。结合反应涉及亲核性氧或氮原子攻击PAPS分子中的亲电性硫原子，磷硫脂链断裂。磺基转移酶不被典型的诱导剂(PB和3MC)所诱导。第62页/共78页由于PAPS的前体自由半胱氨酸浓度有限，细胞PAPS浓度(～75μmol/L)显著低于UDPGA(～350μmol/L)和GSH(～0mmol/L)。硫酸结合与葡糖醛酸结合的底物功能基团相似，对于酚类，硫酸结合亲和力高、代谢容量低，而葡糖醛酸结合亲和力低、代谢容量高。因此同一种毒物与硫酸和葡糖醛酸结合的相对量取决于染毒剂量。在低剂量时主要的代谢产物为硫酸结合物，剂量增加则与葡糖醛酸结合的比例增加。外源外学物的硫酸结合物主要经尿排泄，少部分从胆汁排泄。毒物与硫酸结合后尿中有机硫酸酯与无机硫酸盐比值明显增加，可以用作一些毒物的接触指标。第63页/共78页(三)乙酰化作用乙酰化作用(acetylation)涉及酶催化或非酶催化的从乙酰辅酶A将乙酰基转移到含伯胺、羟基或巯基的毒物。这些酶分布在很多器官，但肝是N-乙酰化作用的主要器官。芳香伯胺和肼的伯胺基乙酰化作用是这些毒物的主要生物转化途径。人类的乙酰化也有多态性，根据对异烟肼乙酰结合反应的速度，将人群分为快乙酰化型和慢乙酰化型。第64页/共78页(四)氨基酸结合与氨基酸结合(aminoacidconjugation)有两类毒物，即羧酸和芳香羟胺。羧酸必须首先经酰基辅酶A合成酶催化，需要ATP和乙酰辅酶A，活化生成酰基辅酶A硫酯，再由N-乙酰转移酶-催化与氨基酸如甘氨酸、谷氨酸、牛磺酸的氨基反应，形成酰胺键。例如苯甲酸与甘氨酸结合生成马尿酸。羧酸的氨基酸结合是解毒反应。芳香羟胺则由氨酰tRNA合成酶催化并需要ATP，与氨基酸的羧基反应，生成N-酯，后者可形成亲电子的氮宾离子和碳宾离子，因此是活化反应。第65页/共78页(五)甲基化作用内源性底物的甲基化如组胺、氨基酸、蛋白、糖和多胺对细胞的正常调节有重要的意义，仅当毒物符合这些酶的底物要求，甲基化作用(methylation)才有重要性，甲基化反应不是毒物结合的主要方式。甲基化反应由S-腺嘌呤蛋氨酸(SAM)供给甲基。甲基化反应可分为N-，O-，S-甲基化。这种结合形成的产物虽然可能比母体毒物水溶性降低，但一般都能使毒物解毒。第66页/共78页(六)谷胱甘呔结合谷胱甘肽S-转移酶(gutathioneS-transferase，GST)催化还原性GSH(亲核剂)与含有亲电子C、N、S、0的毒物反应，生成结合物。GST的底物的共同点为：有一定疏水性，含有亲电子原子，并可与GSH发生非酶反应。GSH结合物具有极性和水溶性，可经胆汁排泄，并可经体循环转运至肾。在肾内GSH结合物经一系列酶催化反应转变为硫醚氨酸(mercapturicacid)衍生物，由尿排泄。GST在细胞内含量很高，可高达细胞总蛋白的10％，主要存在于胞液中，在微粒体内含量较低，GST是可诱导酶。第67页/共78页GST