毒理学重点

Chapter1导论Introduction研究内容细胞结构和功能的改变是机体受到外源性有害物质作用所致损伤的基础。研究外源性有害因子对机体的细胞毒性作用。研究外源性有害因子的特异细胞毒作用，包括药物或毒物对靶细胞的特异细胞毒效应，如细胞突变、癌变等。研究细胞毒物代谢。研究毒物的细胞毒效应作用机制。研究外源性有害因子的致癌作用。进行药物筛选。病毒的基本知识病毒是非细胞形态的生命体，是已发现的最小最简单的有机体。病毒（virus）——核酸分子（DNA或RNA）与蛋白质构成的核酸-蛋白质复合体。根据病毒的核酸类型可以将其分为两大类：DNA病毒与RNA病毒。类病毒（viroid）——仅由感染性的RNA构成；朊病毒（prion）——仅由感染性的蛋白质亚基构成。信息由蛋白直接到蛋白。毒性作用机制的4个阶段1、毒物转运到一个靶部位或者多个靶部位；2、进入靶部位的毒物与内源靶分子交互作用；3、毒物引起细胞功能和/或结构的紊乱；4、机体启动分子、细胞及组织水平的修复机制应对毒物对机体产生的作用。当毒物引起的紊乱超过机体修复能力或修复功能低下时，毒性就会出现，组织坏死、癌症以及纤维化是最明显的例证，它们的发展遵循上述4个阶段的过程。Chapter2细胞质膜及其相关毒性作用细胞质膜结构模型(Model)双分子片层模型（Danielli-davson模型）单位膜模型（unitmembrancemodel）流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）脂筏模型（sphyingomyelinrafts）载体蛋白不同部位的生物膜往往含有各自功能相关的不同的载体蛋白。载体蛋白具有与底物（溶质）特异性结合的位点，所以每种载体蛋白对底物具有高度的选择性。转运过程具有类似于酶的特征，又被称为通透酶。对转运的溶质分子不作任何共价修饰。通道蛋白通道蛋白包括三种基本类型：离子通道、孔蛋白和水孔蛋白。通道蛋白具有选择性和门控性跨膜通道。通道蛋白只能执行被动运输Ca2+泵细胞质基质中的低浓度Ca2+的维持主要是因为质膜或细胞器膜上的钙泵将钙离子泵到了细胞外或细胞器内。Ca2+泵分布在所有真核细胞质膜和某些细胞器如内质网、叶绿体和液泡膜上。每消耗一个ATP分子,从细胞质基质泵出两个Ca2+。细胞质膜上的Ca2+泵其羧基端是钙调蛋白的结合位点,当细胞内Ca2+浓度升高时,Ca2+与钙调蛋白结合形成激活复合物并与Ca2+泵结合,进而调节Ca2+泵活性,内质网型的Ca2+泵没有钙调蛋白的结合。ABC转运蛋白1.ABC转运蛋白也是由ATP驱动的，对底物或底物的基团有特异性。2.正常生理条件下，ABC转运蛋白是细菌质膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的转运蛋白，是哺乳类细胞质膜上磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其他小分子的转运蛋白。3.ABC蛋白在肝、小肠和肾等器官分布丰富，它们能将天然毒物和代谢废物排出体外。4.ABC转运蛋白功能异常：囊性纤维化5.ABC转运蛋白与抗药性：MDR（多药抗性转运蛋白）Chapter3线粒体及其相关毒性作用线粒体外膜外膜上分布有孔蛋白（porin）构成的桶装通道，直径2-3nm，当孔蛋白通道完全打开时，可以通过相对分子质量高达5000的分子。ATP、NAD、辅酶A等相对分子质量小于1000的物质均可自由通过外膜。因此，外膜的通透性很高，膜间空间中的离子环境几乎与胞质相同线粒体内膜内膜具有很高的蛋白质/脂质比，缺乏胆固醇，富含心磷脂。内膜具有极高的不透性，因此限制了所有分子和离子的自由通过，是质子电化学梯度的建立以及ATP合成所必须的。线粒体内膜上的蛋白主要执行三种功能：1）电子传递链；2）ATP合成；3）转运蛋白。线粒体膜间隙膜间隙的宽度通常为6-8nm，在呼吸活跃时，膜间隙可显著扩大。含有可溶性酶类、底物以及辅助因子。其含有的腺苷酸激酶可以催化ATP分子末端磷酸基团转移到AMP，生成ADP。线粒体的功能(Function)线粒体中的氧化代谢电子传递链与电子传递质子转移与质子动力势形成ATP合成与氧化磷酸化线粒体的损伤线粒体渗透转变细胞内Ca2+异常ATP合成酶异常自由基的产生和积累原发性代谢紊乱的相互作用线粒体DNA异常自由基的产生自由基：自由基是指能够独立存在的具有一个或者多个不配对电子的任何核素（原子、原子团、分子，species），具有很高的化学活性。在生物体中最重要的自由基是活性氧（ROS,reactivexoxygenspecies），尤其是超氧阴离子（O2-）和羟自由基（OH.）以及分子氧，自由基极易给出电子或者俘获电子。分类：①可以分为氧自由基和脂自由基。②从活性氧角度可以分成氧自由基、过氧化物（过氧化氢、氢过氧化物）、激发态氧。自由基的正常功能代谢储能：体内约17%的自由基是在氧代谢的过程中产生的。如ATP合成。转化排泄：体内代谢产物、外源性的药物及毒物从体内清除是，均需在加单氧酶系作用下经过羟化反应，经尿或者胆汁排出。防御杀菌和抗肿瘤：吞噬细胞在吞噬活动中被激活，耗氧量增加显著，即所谓呼吸爆发。所摄取的氧大部分产生过氧化氢、超氧阴离子以杀灭微生物、寄生虫并且可以破坏癌细胞，进一步氧化，可以消化被吞噬的异物。阿霉素通过转化形成自由基破坏癌细胞DNA（同时损伤正常细胞）。自由基损害作用对脂类的作用：生物膜中的不饱和脂肪酸受到自由基的作用而转变成过氧化脂质，从而导致膜的流动性改变，膜流动性下降导致细胞脆性增加、膜受体、离子通道异常，变形能力下降，出现动脉粥样硬化等，同样线粒体膜和溶酶体膜的脂质过氧化反应也会出现相同的后果，并且脂质过氧化会诱发新的自由基的产生。对蛋白质的作用：会造成蛋白质的交联、聚合和肽链的断裂，也可以使蛋白质和脂类结合形成聚合物，是蛋白质丧失功能。对核酸的作用：自由基作用于DNA，与碱基发生加成反应，造成对碱基的修饰，从而引起基因突变；也可以引起DNA链的断裂，以及染色体畸变和染色体断裂。对细胞外基质的破坏：氧自由基可以使细胞外基质中胶原纤维的胶原蛋白发生交联，使透明质酸降解，从而引起基质变得疏松，弹性下降，出现皱纹。心肌缺血再灌注：狗冠状动脉结扎-突然松开恢复灌流-室颤死亡。缺血为自由基的形成提供了有利条件，再灌流则像是加入了催化剂使自由基瞬时大量生成。应预先给予自由基清除剂。线粒体的损伤在医学上，由线粒体功能障碍引起的疾病称为线粒体病。线粒体疾病都为母系遗传。外界环境因素对线粒体功能的影响：克山病。细胞中线粒体的数量随年龄增长而减少，而体积却随年龄增长而增大。人类线粒体疾病其原发机制都是mtDNA异常（突变、缺失、重排）引起的遗传性疾病，表现为电子传递酶系和氧化磷酸化酶系的异常。诱导因素之一为氧自由基，机体衰老即退行性疾病时，Mn-SOD活性降低，氧自由基就积累在线粒体中，从而导致多种疾病的发生。氧自由基造成mtDNA氧化损伤的积累量可比核DNA高16倍，同时mtDNA不具有核基因的修复装置，因此mtDNA发生突变的频率比细胞核高10倍以上。线粒体膜势能的检测线粒体在细胞凋亡的过程中起着枢纽作用，多种细胞凋亡刺激因子均可诱导不同的细胞发生凋亡，而线粒体跨膜电位的下降，被认为是细胞凋亡级联反应过程中最早发生的事件，它发生在细胞核凋亡特征(染色质浓缩、DNA断裂)出现之前，一旦线粒体崩溃，则细胞凋亡不可逆转。线粒体跨膜电位的存在，使一些亲脂性阳离子荧光染料可结合到线粒体基质，其荧光的增强或减弱说明线粒体内膜电负性的增高或降低。JC-1是一种广泛用于检测线粒体膜电位的理想荧光探。可以检测细胞、组织或纯化的线粒体膜电位。在线粒体膜电位较高时，JC-1聚集在线粒体的基质中，形成聚合物，可以产生红色荧光；在线粒体膜电位较低时，JC-1不能聚集在线粒体的基质中，此时JC-1为单体，可以产生绿色荧光。这样就可以非常方便地通过荧光颜色的转变来检测线粒体膜电位的变化。常用红绿荧光的相对比例来衡量线粒体去极化的比例。JC-1单体的最大激发波长为514nm，最大发射波长为529nm；JC-1聚合物的最大激发波长为585nm，最大发射波长为590nm。实际观察时，使用常规的观察红色荧光和绿色荧光的设置即可。通常可以CCCP作为诱导线粒体膜电位下降的阳性对照。线粒体膜电位的下降是细胞凋亡早期的一个标志性事件。通过JC-1从红色荧光到绿色荧光的转变可以很容易地检测到细胞膜电位的下降，同时也可以用JC-1从红色荧光到绿色荧光的转变作为细胞凋亡早期的一个检测指标。Chapter4细胞骨架及其相关毒性作用细胞骨架基本类型及分布(Typeandlocation)微丝（Microfilament）MF是由G-actin单体形成的多聚体，肌动蛋白单体具有极性,装配时呈头尾相接,故微丝具有极性，既正极与负极之别。装配可分为核心组织和延伸两个阶段。微管（Microtubule）微管是由微管蛋白亚基组装而成。纤毛和鞭毛的运动机制（movement）细胞内的物质运输（transport）纺锤体和染色体运动（movement）中间丝/中间纤维（Intermediatefilament）IF装配的单体是纤维状蛋白(MF,MT的单体呈球形)微丝的特异性药物微丝的特异性药物IF装F,MT微丝的特异性药物的细胞松弛素B(cytochalasinB)：是真菌的代谢产物，与微丝结合后可以将微丝切断，并结合在微丝末端阻断肌动蛋白在该部位的聚合，但对微丝的解聚没有明显影响。另外不抑制肌肉收缩，因为肌纤维中肌动蛋白丝是稳定结构，不发生组装及去组装的动态平衡。鬼笔环肽(philloidin)：与微丝表面有强亲和力，但不与肌动蛋白单体结合，能阻止微丝的解聚，使其保持稳定状态。微丝的功能依赖于肌动蛋白的组装与去组装的动态平衡体呈球形)微管的特异性药物秋水仙素(colchicine)可以与微管蛋白亚基结合，当结合有秋水仙素的微管蛋白亚基组装到微管末端后，其他的微管蛋白亚基就很难再在该处进行组装，但对微管的去组装并没有影响，从而导致细胞内微管系统的解体。紫杉醇(taxol)与微管结合后可以阻止微管的去组装，增加微管的稳定性，但不影响微管末端的组装。结果是微管不停地组装，而不会解聚。微管组装和去组装的动态行为还与温度有关。Chapter5细胞内膜系统及其毒性机制细胞器损伤(damage)内质网损伤：内质网损伤时会出现：肿胀、破裂和解体以及包含物的形成等，在细胞受到低氧刺激时引起内质网肿胀、扩张以及脱颗粒。病毒性肝炎：内质网脱颗粒，同时内质网腔出现大量水分，蛋白质合成中断。高尔基体损伤：正常情况下高尔基体参与分泌物的贮存、浓缩和聚集以及运输，同时也进行糖蛋白、糖脂和多糖的合成及蛋白质氨基酸的硫化，在间质肿瘤细胞中，高尔基体很不发达，分化较好的恶性肿瘤细胞中，高尔基体比较发达，如肝细胞肿瘤。溶酶体异常II型糖原累积病：肝细胞常染色体隐性基因缺陷，先天缺陷溶酶体水解酶类α-葡萄糖苷酶，使糖原不能降解为葡萄糖而积蓄在肝脏和肌肉细胞中，造成代谢障碍，多发于婴儿，表现为肌无力，心脏增大，进行性心力衰竭。类风湿性关节炎：巨噬细胞或者中性粒细胞吞噬了类风湿因子，使细胞内溶酶体全部释放，其中胶原酶侵蚀软骨，导致各关节损伤，软骨被消化以后的代谢产物，如硫酸软骨素又能导致激肽的产生，最终导致关节炎性病变。Chapter6免疫细胞相关毒性机制免疫细胞-单核细胞中性粒细胞嗜酸性粒细胞嗜碱性粒细胞淋巴细胞炎症反应(inflammation)速发型超敏反应(hypersensitivity)速发型超敏反应过程分为三个阶段：致敏、激发和炎症。致敏：过敏原诱导IgE产生，IgE与肥大细胞的FcεR相结合。激发：过敏原再次或反复进入体内，诱导肥大细胞脱颗粒的过程。炎症：肥大细胞脱颗粒后引起的临床表现以炎症为主。速发型超敏反应是IgE介导的，以黏膜下肥大细胞的迅速激发为主要特征。