考研资料

的浓度、与其他底物(可能为内源性底物)的竞争等。当外源化学物的一种代谢途径的饱和及代谢速率的改变可影响代谢产物在组织中的浓度及化学物原型和代谢产物的半衰期，也可引起中间代谢产物的蓄积，并影响其毒性作用。例如，对乙酰氨基酚(acetaminophen，扑热息痛)的过氧化物酶依赖性共氧化反应和经P-450催化脱氢的活化代谢产物的解毒是依赖GST催化的GSH结合反应。当对乙酰氨基酚活化代谢产物的生成量过大时，可引起谷胱甘肽的耗竭，导致明显毒性反

应。对乙酰氨基酚与肝蛋白共价结合与谷胱甘肽

图2-7 谷胱甘肽在对乙酰氨基酚与

的耗竭关系如图2-7。

肝蛋白共价结合的保护作用

四、重要代谢酶的特征：举例

1. P-450 P-450是细胞色素P-450的简称(也简称为CYP)，是位于微粒体膜(滑面内质网)上的一组酶。它的名字来源于与CO结合后在450nm处有吸收峰。P-450在动物界的分布非常广泛，种类非常多。曾将肝微粒体诱导型P-450分为苯巴比妥(PB)型和3-甲基胆蒽(3-MC)型(又称P-448)。现在知道P-450是一个蛋白质超家族，其每一种对底物专一性都有特征性谱，其中某些是P-450结构型的，其它的是诱导型的。很多P-450的cDNA和基因结构已经阐明。从对150多种以上的P-450进行的DNA水平和蛋白质一级结构的比较上分析，从细菌到哺乳动物存在一定的同源性。根据Nelson等(1995)，P-450基因族有27个，并进一步分为亚族。在哺乳动物存在10个族，除了6个族和甾体合成有关外，4个族与外源化学物代谢有关(表2-3)。人肝脏主要含15种以上不同的生物转化外源化学物和／或内源性底物的P-450(CYPlA2，2A6，2B6，2C8，2C9，2C18，2C19，2D6，2E1，3A4，3A5，3A7，4A9，和4A11)。涉及外源化学物生物转化的人肝主要P-450的底物、抑制剂和诱导剂举例见表2-3。

表2-3 人肝主要P-450底物、抑制剂和诱导剂举例

P-450 CYPlA2 CYP2A6 CYP2B6 CYP2C8 CYP2C9 CYP2Cl9 CYP2D6 CYP2E1 CYP3A4

底 物 乙酰苯胺，咖啡因 香豆素，丁二烯 环磷酰胺 酰胺咪嗪 双氯高灭酸，苯妥英 安定，环已烯巴比妥 异喹呱 乙醇，亚硝胺 尼非地平，二氢吡啶

抑制剂 a 荼黄酮 二乙二硫氨甲酯 邻甲基苯海拉明 槲皮素 苯磺唑酮 反苯环丙胺 氨基三唑，二甲亚砜 乙炔雌二醇

诱导剂 焦牛肉，吸烟 苯巴比妥(PB) 未知 未知 利福平 利福平 乙醇，异烟肼 地塞米松，PB，利福平

氟西汀，洛贝林，奎尼丁 未知

注：人肝不表达CYPlAl

P-450是分子量在5000左右，含铁卟啉环的血红素蛋白。P-450和其他血红素蛋白结构之

间的差别是在第5个配位上为酶氨基酸链上的半胱氨酸的硫基(S-)。P-450作为I相反应中的主

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角在完成催化功能时，本身也需要活化。它需要其他辅助因子，NADPH-细胞色素P-450-还原酶和细胞色素b5向其各提供一个电子，合计两个电子。

由于P-450催化反应是向外源化学物上加入一个单氧原子，所以也被称为微粒体单加氧酶(monooxygenase)，也称微粒体混合功能氧化酶(mixed function oxidase)。P-450催化的氧化反应的化学方程简式如下：

RH + NADPH + O2+H+＝R-OH + NAP + H2O

此反应的特点是利用NADH将氧分子还原活化后，使底物(RH)氧化。反应的过程大致如 简图2-8，可分为六步：①静止状态的氧化型P-450中的铁为3价，和底物结合后，铁的自旋状态发生改变，极易还原；②第一个电子加入，由NADPH-细胞色素P-450还原酶转递来自NADPH中的电子，使铁变为2价；③加入分子氧形成氧化型的三重络合物，氧被还原；④第二个电子由细胞色素b5供给；⑤伴随质子的导入，生成一分子水，O-O键的解离产生了极强的活性氧；⑥底物和活性氧结合生成羟化的产物ROH，P-450返回静止状态。在此一连串的 反应中P-450进行了一次循环。但在关键的步骤中如O-O键如何开裂等还没有完全阐明(图2-8)。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)，则可分别产生一电子还原、生成超氧阴离子、生成过氧化氢和过氧化物旁路。

P-450的诱导和抑制现象是影响外源化学物毒性表现的重要因素，也是多种外源化学物相互作用的机制之一。

2. 谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione-S-transferase，GST)

谷胱甘肽(glutathione，GSH)是体内广泛存在的含巯基(-SH)物质，细胞内的浓度为0.5～10mmol/L。由于-SH基具有亲核性，能与外源化学物的亲电子性中心进行反应，称为谷胱甘肽结合(glutathione conjugation)。谷胱甘肽-S-转移酶(glutathione -S-transferase，GST)催化GSH与含有亲电子C、N、S、O的外源化学物反应，生成结合物。此结合物比原化学物分子量大(分子量约增加307)，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(mercapturic acid)衍生物，由尿排泄。

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图2-8 细胞色素P-450代谢循环示意图

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。与含亲电子性C，N，S和O原子外源化学物的结合反应如图2-9。GST与亲电子性C的反应有3种：①取代反应，从饱和碳原子或杂原子取代裂解的基团，如卤素、硫酸酯、磺酸酯、磷酸酪和硝基；②开环反应，如环氧化物和4元内酯；③加合至活化的双键。

图2-9 谷胱甘肽-S-转移酶(GST)催化的反应

GST主要分布在肝脏、肾脏等器官，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，少数种类结合在微粒体和线粒体膜上，GST是可诱导酶。脊椎动物GST种类分为α、μ、π、θ和MIC(微粒体)等五群，有的群中还含有几种酶。GST的主要功能是催化GSH和外源化学物结合反应。GST催化的GSH结合反应是亲电子剂解毒的一般机制，并在自由基解毒中也起重要作用。但也有少数外源化学物经GSH结合而活化，如二氯甲烷、二溴乙烷等。另外，GST也作为致癌物、激素和血红素等的结合性蛋白(ligandin)，起暂时的贮存作用。GST的其他生理功能还有待阐明。

五、影响生物转化的因素

代谢是化学物毒作用的决定因素。很多因素可影响外源化学物生物转化，包括机体的遗传生理因素和环境因素两大类。代谢酶的研究是药物遗传学(Pharmacogenetics)中非常活跃的领域。

遗传生理因素有动物的物种、性别、年龄等，常体现在代谢酶的种类、数量和活性的差异上，代谢酶的多态性也是影响毒性反应个体差异的重要因素。各种环境因素主要通过影响代谢酶和辅酶的合成过程以及催化过程来干扰外源化学物的生物转化，如代谢酶的诱导和抑制。另外，其他影响因素还有营养状态、疾病等。

1. 代谢酶多态性 外源化学物代谢酶的遗传差异是不同个体间和种族间对外源化学物 的毒性和肿瘤易感性差异的原因之一。生物转化的I相酶和Ⅱ相酶均存在多态性，已成为毒 理学研究的热点。

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人类CYPlAl基因位于15号染色体15q22～24，CYPlAl基因含7个外显子，全长6311碱基对，而mRNA长2592碱基对，编码含512个氨基酸的蛋白(分子量58151)，基因结构见图2-10。CYPlAl存在着3种多态性，其等位基因遗传型与3’端限制性内切酶MspI位点的存在或缺失有关。基因型A为占优势的纯合体，其3’端MSPI位点缺失，限制性片段长度多态性(RFLP)特点为2.7、2.3和0.8kb；基因型C是少见的纯合体等位基因，其MSpi位点胸腺嘧啶核苷被胞嘧啶核苷取代，RFLP特点为2.7、1.9和0.8kb；基因型B是基因型A和C的杂合体，RFLP特点为2.7、2.3、1.9和0.8kb。CYPlAl基因组在两处可发生突变：m1，即第7外显子下游1.194kb位置的胸腺嘧啶核苷被胞嘧啶核苷取代；m2，即第7外显子4.889kb位置腺嘌呤核苷被鸟嘌呤核苷取代，由此导致靠近血色素结合区异亮氨酸被缬氨酸取代。

图2-10 人CYPlAl的基因结构

注：黑块为外显子，外显子之间是内含子。调节产物结合部位包括BTE(基本转录单元)和

XREW(外源化学物质反应单元)，ATG和TAG是编码区开始和终止标志，GT和AG是 内含子的边界，儿AANTAA是polyA尾的信号。MspI为正文所述的多态部位。

CYPlAl基因非编码区MsPI限制性内切酶酶切位点多态和第7外显子点突变引起的异亮

氨酸(Ile)-缬氨酸(Val)多态与肺癌易感性有关，有关的报告很多。例如，日本正常人群中CYPlAl基因型A所占的比例为44％、B为45％、C为11％，而肺癌患者基因型C的比例为22％，高于正常对照组2倍；基因型C肺癌易感性的相对危险度比基因型A和B大7.31倍。国内，皮静波等报告，Val／Val型患肺癌的危险度是非Val／Val型的2.2倍。胡毅玲等报告，MspIC型患肺癌的危险度是其他基因型的2.43～2.91倍，MspIC型可能是非吸烟者肺癌易感性的遗传标志。

谷胱甘肽S转移酶(GST)的基因型多态性也与肿瘤易感性差异有关。dErrico等(1996)根据已发表的11篇报道进行统计学分析，发现GSTMI基因完全缺失与肺癌危险度相关的比数比为1.6。而且，CYPlAl和GST基因的协同作用可增加肺癌的危险度。Kihara报告日本人CYPlAl(m2／m2)和GSTM1(+)基因型患肺癌的危险度是3.2，而CYPIAl(m2／m2)和GSTM1(-)患肺癌的危险度高达21.9。目前，与肿瘤的易感性有关的基因多态性研究结果见表2-4。 很早就知道在降压药胍喹啶的4位羟化反应存在着个体差异。从尿中的代谢产物分析发现有些人此羟化反应能力低，称为弱代谢者。后来发现，弱代谢者位于第22条染色体上的P-4502D6基因发生了突变或丢失，使其产生缺乏正常功能的酶。

2. 外源化学物代谢酶的诱导 诱导(induction)指有些外源化学物可使某些代谢过程催化酶系的酶蛋白的合成量增加，伴有活力增强。能引起酶诱导的物质称为诱导剂(inducer)。虽然酶诱导是机体应激反应的一个侧面，但其机制还不十分清楚。

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表2-4 肿瘤的遗传易感性研究结果

基因多态性 底 物 暴露因素 相对危险度 肿瘤类型 (易感表型) OR

CYPlAl(高诱导性) 多环芳烃(PAHs) 吸 烟 7.3 肺 癌 CYPlA2(高诱导性) 芳香胺，PAHs、黄曲霉毒素、 吸 烟 ＞2 直肠癌

亚硝胺

CYP2D6(高活性型) 亚硝胺 吸烟，石棉 2.8～18 肺 癌 N—乙酰转移酶 芳香胺 芳香胺 2 膀胱癌 (慢乙酰化型) 2 直肠癌GST—μ(缺失) PAHs 吸 烟 1.7～3 肺 癌 黄曲霉毒素 1.7～6 膀胱癌

P-450系的诱导剂有5类，即：①巴比妥类，如苯巴比妥(phenobarbitl，PB)诱导2B 1／2、

2C、3A1／2；②多环芳烃类，如3-甲基胆蒽(3-methylcholarene、3MC)、TCDD、(2，3，7，8-四氯二苯二口 恶 烷，二口 恶 英)等，诱导1A 1／2；③醇／酮，如乙醇、异烟肼，诱导2E1；④甾类，如孕烯醇酮16α-腈、地塞米松，诱导3A 1／2；⑤氯贝特(安妥明)类过氧化物酶体诱导剂，诱导4A 1／2。此外，多氯联苯(PCB，如Arochlor 1254)兼有PB和3MC样诱导作用。 有关酶诱导机制目前尚未完全清楚，不同诱导剂的诱导机制不同。PB类化学物诱导的伴有内质网的增生和酶蛋白合成的增加，同时也可能刺激mRNA的合成并降低酶的分解速度。而3MC类则不能使内质网增生、也不能降低酶的分解速度。P-450诱导一般都是增加转录水平活性。如外源化学物(TCDD)和3MC在对P-450 CYPIAl／1A2的诱导过程中，这些化学物首先和存在于脑浆中从受体结合形成复合体，复合体转运到细胞核内作用于P-450lAl基因上游的转录活化因子，增强CYPlAl／1A2基因的转录。PB诱导CYP2B1／2B2也是在转录水平上进行。除P-450系外，其他一些生物转化酶也可被诱导，见表2-5。

表2-5 P-450系以外的其他生物转化酶的诱导剂

生物转化酶

葡糖醛酸基转移酶 NADPH-P-450还原酶 环氧化物水化酶 谷胱甘肽转移酶 细胞色素b5 肉碱乙酰转移酶 过氧化氢酶

诱导剂

PB，3MC，TCDD，PCB PB，PCB，异黄樟素 PB，3MC，PCB，异黄樟素 PB，3MC，TCDD

2—乙酰氨基芴，二丁基羟基甲苯(BHT) 氯贝特

氯贝特，邻苯二甲酸盐

诱导剂对外源化学物代谢和毒作用的影响可有以下几种：

(1) 如果化学物仅经一个途径代谢，诱导可增加其代谢速率。如该化学物经此途径代谢解毒，诱导可降低毒性。例如，用苯巴比妥(PB)诱导肝P-450系，可以促进甲苯的代谢解毒。相反，如该化学物经此途径代谢活化，酶诱导则可以促进和加强该化学物的毒作用。例如，3MC诱导能促进BaP的致癌作用。

(2) 如果化学物经几个途径代谢，而仅有一个途径被诱导，诱导可改变这些代谢途径间

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