毒理學專題1課件

1、毒理學專題主講：肖希龍碩士研究生學位課：教材與參考書教材： 分子毒理學基礎(chǔ) 湖北科技出版社 2001年參考書： 衛(wèi)生毒理學基礎(chǔ) 人民衛(wèi)生出版社 2001年 毒理學 北京醫(yī)大、協(xié)科醫(yī)大聯(lián)合出版社 1997年 Toxicology GARY D. OSWEILER 1996年主講內(nèi)容：概 論第一章 化學物的毒作用機制第二章 化學物的致突變作用第三章 化學致癌作用第四章 免疫毒理學第五章 神經(jīng)系統(tǒng)毒理學概 論一、毒理學發(fā)展慨況二、毒理學的主要任務(wù)與研究內(nèi)容三、毒理學的分支學科 毒理學： 研究外源性化學物質(zhì)通過各種途徑進入機體后與生物體相互作用的一門科學 1、毒物對機體的損害作用 2、機體對毒物的解毒

2、與排泄作用Toxicology “Toxikon” 與 “Logols”發(fā)展慨況動物毒理學 20世紀80年代在我國產(chǎn)生20世紀50年代特殊毒性 20世紀70-80年代預(yù)防的道路產(chǎn)業(yè)革命以來一般毒性二、毒理學的主要任務(wù)與研究內(nèi)容研究內(nèi)容：外源性化學物質(zhì) 一定條件 生物學效應(yīng)譜化學結(jié)構(gòu)構(gòu)-效關(guān)系理化性質(zhì)死亡中毒亞臨床變化過量負荷致突變作用致畸作用致癌作用繁殖毒性其他接毒劑量、時間、濃度動物品種、年齡、性別接毒途徑、聯(lián)合作用等氣象條件、遷移、轉(zhuǎn)化防制措施三、毒理學的分支學科 1、按研究學科的領(lǐng)域分：衛(wèi)生毒理學 Hygienic Toxicology動物毒理學 Animal Toxicology植物毒

3、理學 Plant Toxicology昆蟲毒理學 Insect Toxicology食品毒理學 Food Toxicology環(huán)境毒理學 Environmental Toxicology生態(tài)毒理學 Ecological Toxicology工業(yè)毒理學 Industrial Toxicology軍事毒理學 Military Toxicology法醫(yī)毒理學 Forensic Toxicology管理毒理學 Regulatory Toxicology分析毒理學 Analycal Toxicology血液毒理學 Blood Toxicology肺臟毒理學 Lung Toxicology肝臟毒理學 Li

4、ver Toxicology腎臟毒理學 Kidney Toxicology眼毒理學 Eye Toxicology皮膚毒理學 Dermal Toxicology3、按外源化合物的類型分：藥物毒理學 Drug Toxicology金屬毒理學 Metal Toxicology農(nóng)藥毒理學 Pesticide Toxicology放射毒理學 Radio Toxicology第一節(jié) 概述一、毒作用機制研究內(nèi)容1、毒物如何進入機體2、怎樣與靶分子相互作用3、怎樣表現(xiàn)其毒作用4、機體對損害作用的反應(yīng)第一節(jié) 概述二、毒作用機制研究的意義1、可闡明描述性毒性資料2、估計化學物所致有害作用的可能性3、建立預(yù)防和解毒

5、措施4、設(shè)計危害較小的藥物和工業(yè)化學品5、開發(fā)對靶生物具有強列選擇毒性的化學物質(zhì) 第二節(jié) 對生物膜的損害機制膜毒理學： 主要研究化學毒物對生物膜的組成成分、生物物理功能、膜上的酶或受體、信息物質(zhì)的轉(zhuǎn)運與代謝和信息轉(zhuǎn)遞過程的影響和損傷第二節(jié) 對生物膜的損害機制一、對膜組成成分的影響1、對膜蛋白質(zhì)的影響 膜蛋白的位置： 大部分在膜外側(cè)：受體位點/細胞的標志 大部分在胞內(nèi)：細胞色素b5、跨膜大分子 第二節(jié) 對生物膜的損害機制一、對膜組成成分的影響1、對膜蛋白質(zhì)的影響 對膜結(jié)合酶的作用 ： 農(nóng)藥DDT Na、K、ATPase 有機磷乙酰膽堿酯酶（ACHE） 對膜結(jié)構(gòu)破壞、使膜結(jié)合酶改變第二節(jié) 對生物膜

6、的損害機制一、對膜組成成分的影響2、對膜脂質(zhì)的影響 膜脂質(zhì)： 膜磷脂：磷脂酰膽堿、磷酯酰乙醇胺、磷脂 酰絲氨酸、磷脂酰肌醇及 鞘磷脂 膽固醇：與磷脂結(jié)合、調(diào)節(jié)磷脂分子流動性 其他脂類第二節(jié) 對生物膜的損害機制一、對膜組成成分的影響3、對膜糖的影響 膜糖參與細胞識別、受精、細胞分化、器官發(fā)生及宿主與寄生物之間的相互作用等許多生理和病理過程第二節(jié) 對生物膜的損害機制二、對膜生物物理性質(zhì)的影響 生物膜的生物物理性質(zhì) 通透性、 流動性、 膜電荷和膜 電位 第二節(jié) 對生物膜的損害機制2、對膜流動性的影響流動性： 脂質(zhì)分子的旋轉(zhuǎn)，沿長軸的伸縮和振蕩 側(cè)向擴散運動及翻轉(zhuǎn)運動 蛋白質(zhì)分子側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)運動 二

7、、對膜生物物理性質(zhì)的影響 第二節(jié) 對生物膜的損害機制膜流動性研究方法： 熒光偏振、核磁共振、激光拉曼光譜、 激光漂白熒光恢復(fù)法和電鏡冷凍蝕刻技術(shù) 溴氰菊酯與極性頭部或極性基因相互作用二、對膜生物物理性質(zhì)的影響 2、對膜流動性的影響第二節(jié) 對生物膜的損害機制3、對膜表面電荷的影響： SiO2硅醇基與磷脂結(jié)合正電荷減少降低水化度二、對膜生物物理性質(zhì)的影響 第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響一、細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 1、細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)的概念 細胞內(nèi)游離 Ca2+ 10-7mol/L 細胞外液 Ca2+ 10-3mol/LCa2+: 10-7mol/L細胞處于興奮狀態(tài)第一信使 完成信息轉(zhuǎn)遞10-5mol/L第三節(jié) 對細

8、胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響一、細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 2、細胞內(nèi)鈣激動途徑 激動劑刺激 細胞Ca2+動員： 肌肉收縮、神經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細胞分泌、 細胞分化和增殖第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響一、細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài) 鈣激動途徑： Ca2+與鈣結(jié)合蛋白 如CaM Ca2+與cAMP Ca2+與蛋白激酶C（PKC）、磷脂酶C(PLC) Ca2+與離子通道第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響二、細胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂與細胞毒性 1、重金屬離子： Pb、Cd等 與Ca2+和CaM結(jié)合，激活Ca-CaM依賴酶 高濃度時與細胞內(nèi)巰基激活，可抑制Ca-CaM依賴酶系 后果： 免疫系統(tǒng)、雄性生殖系統(tǒng)和心肌的改變第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響二、細胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂與細胞毒性

9、2、農(nóng)藥： 如擬除蟲菊酯 抑制Ca2+ 、Mg2+-ATPase、CaM和磷酸二酯酶 使細胞內(nèi)游離鈣濃度增高 產(chǎn)生神經(jīng)毒性 第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響二、細胞鈣穩(wěn)態(tài)紊亂與細胞毒性 3、四氯化碳： CCl4 肝細胞氧化產(chǎn)生自由基 攻擊Ca2+ -ATPase上的巰基 抑制肝細胞微粒體Ca2+ -ATPase的活性和鈣的蓄積 第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響三、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)機制 、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)學說細胞受損：可導(dǎo)致Ca2+內(nèi)流增加、或Ca2+從細胞內(nèi)貯存部位釋放增加、或抑制細胞膜向外逐出Ca2+細胞內(nèi)Ca2+濃度不可控制的持續(xù)增加使細胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)完全破壞由各種刺激而產(chǎn)生的短暫Ca2+ 瞬變危及細胞器的功能和

10、細胞骨架結(jié)構(gòu)最終激活細胞成分的分解代謝過程第三節(jié) 對細胞鈣穩(wěn)態(tài)的影響三、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)機制 、鈣的濃度變化，造成細胞損傷的途徑： 正常的激素和生長因子刺激的Ca2+信號受損 鈣依賴性降解酶的活化 損傷細胞骨架 損害線粒體 與細胞凋亡有關(guān)第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷一、自由基的來源與類型1、自由基的概念與類型 概念：是指含有一個或一個以上未配對電子的任何分子或離子 自由基的特點：順磁性、化學反應(yīng)性極高，作用半徑短，半衰期極短第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷一、自由基的來源與類型1、自由基的概念與類型 自由基的類型 主要的是以氧為中心的自由基 活性氧族（reactive oxygen species，RO

11、S ） 還包括：某些含氧的非自由基衍生物，如H2O2、單線態(tài)氧、次氯酸、過氧化物、氫過氧化物和內(nèi)源性脂質(zhì)及外來化合物的環(huán)氧代謝產(chǎn)物第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷一、自由基的來源與類型2、自由基的來源 產(chǎn)生自由基的途徑： 酶反應(yīng) 內(nèi)源性物質(zhì)的氧化反應(yīng) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜或線粒體第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷一、自由基的來源與類型2、自由基的來源 產(chǎn)生自由基的化學物質(zhì)： 醌類：絲裂霉素、阿霉素、博萊霉素 硝基化合物 雙吡啶化合物 甲基汞、氰化物等第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷二、機體內(nèi)自由基的清除系統(tǒng)第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷二、機體內(nèi)自由基的清除系統(tǒng)1、酶性抗氧化系統(tǒng) SOD（super-oxide dimu

12、tase）：CuZn-SOD，F(xiàn)e-SOD，Mn-SOD 過氧化氫酶 GSH-Px（glutathione peroxidase） 谷胱甘肽還原酶( glutathione reductase)第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷二、機體內(nèi)自由基的清除系統(tǒng)2、非酶性抗氧化系統(tǒng) GSH 維生素C、維生素E 尿酸、?；撬岷痛闻；撬岬谒墓?jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 1、脂質(zhì)過氧化損害 脂質(zhì)過氧化（lipid peroxidation）是指多不飽和脂肪酸的氧化破壞 脂質(zhì)過氧化過程：第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 1、脂質(zhì)過氧化損害 脂質(zhì)過氧化的后果：

13、細胞膜結(jié)構(gòu)的改變和功能障礙 脂質(zhì)過氧化物的分解產(chǎn)物具有細胞毒性 對DNA影響 對LDL的作用 第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 2、蛋白質(zhì)的氧化損害 機制： 對脂肪族氨基酸氧化損傷： -位去HC中心自由基加氧生成過氧基衍生物分解成NH3及酮酸，或生成NH3、CO2與醛類或羧酸第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 2、蛋白質(zhì)的氧化損害 芳香氨基酸羥基衍生物苯環(huán)打開或交聯(lián) 有過液金屬介導(dǎo)出現(xiàn)氧化損傷 脂質(zhì)過氧化的自由基中間產(chǎn)物作用后果：凝集與交聯(lián)、蛋白質(zhì)降解或斷裂第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 3、核酸的氧化損傷 堿

14、基損傷：靶位點：嘌呤C8、嘧啶C5與C6雙鍵 氧自由基直接作用于雙鍵 使脫氧核苷脫嘌呤 使胸嘧啶的甲基中除去H原子 第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 3、核酸的氧化損傷 DNA鏈斷裂： 對DNA分子中的核糖攻擊 對胸腺嘧啶堿基損傷 氧化應(yīng)激可啟動代謝過程，激活核酸酶第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 3、核酸的氧化損傷 引起突變： 部分堿基缺失 修復(fù)過程的DNA堿基的錯誤摻入和錯誤編碼 癌基因的活化或抑癌基因的失活第四節(jié) 生物大分子的氧化損傷三、自由基對生物大分子的損害作用 4、活性氧與神經(jīng)毒性 5、活性氧與細胞凋亡 6、自由基對細胞損害的

15、機制第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合共價結(jié)合： 化學毒物或其活性代謝產(chǎn)物與機體的一些重要大分子共價結(jié)合，從而改變核酸、蛋白質(zhì)、酶、膜脂質(zhì)等生物大分子的化學結(jié)構(gòu)與生物學功能。如：前致癌物生成有活性的代謝產(chǎn)物 DNA發(fā)生共價結(jié)合 DNA烷基化或芳基化 DNA錯誤復(fù)制 超過機體的修復(fù)能力點突變 引起癌變第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合一、與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合 1、可與蛋白質(zhì)結(jié)合的化學毒物第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合一、與蛋白質(zhì)的共價結(jié)合 2、機制與后果 組織細胞毒性與壞死 免疫反應(yīng)：細胞毒性反應(yīng)、過敏反應(yīng)或免疫復(fù)合物形成 致癌作用：非突變致癌物的作用機制或致癌物轉(zhuǎn)運所必需或促癌作用的原因 與酶蛋白和血紅蛋白共價結(jié)合 第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合二、與核酸分子的共價結(jié)合加合物（adducts）： 指活性化學物與細胞大分子之間通過共價鍵形成穩(wěn)定復(fù)合物，為主要的生物標志物之一。DNA加合物： 烷化DNA加合物、多環(huán)芳徑的DNA加合物、 環(huán)化DNA加合物、DNA鏈間和鏈內(nèi)交聯(lián)、DNA與蛋白質(zhì)的交聯(lián) 第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合二、與核酸分子的共價結(jié)合 1、DNA加合物的形成及其結(jié)構(gòu)： 第五節(jié) 生物大分子的共價結(jié)合二、與核酸分子的共價結(jié)合 2、DNA加合物的來源及分類： 內(nèi)源性或叫自發(fā)性的DNA加合物 外源性DNA加合物 DNA加合物的分類：7-甲基G、 O6-甲基G、 7-乙