PCP毒物學(xué)突破性探究范文

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作者：許文青樊柏林陳明常薇單位：武漢科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院湖北省疾病預(yù)防控制中心

20世紀(jì)30年代以來，五氯苯酚(pentachlorophenol，pcp)和五氯苯酚鈉(sodiumpentachlorophenol，NaPCP)被用作殺菌劑、除草劑、殺蟲劑和木材防腐劑在全球范圍內(nèi)廣泛使用。在我國，PCP和NaPCP主要用于血防滅螺的藥物，并對螞蟥、蟛蜞、果樹害蟲、真菌和細菌等亦有殺滅功能，用途甚廣。1936年開始，PCP全世界年生產(chǎn)量約9萬噸，其中約80%用于木材防腐。美國環(huán)保署(U．S．EnvironmentalPro-tectionAgency，USEPA)在1980年估算排放到水環(huán)境中的PCP每年約34噸，進入大氣中的PCP約有1200噸，進入土壤中約有1780噸。USEPA將PCP和NaPCP列為本國114種主要環(huán)境污染物之一。Muir等［3］對歐盟各國地表水中PCP含量測定發(fā)現(xiàn)，德國、荷蘭、比利時和瑞典等地區(qū)PCP含量過高。在我國長江中下游11個省、市、自治區(qū)，約1．48×104km2面積的稻田和池塘使用持續(xù)了幾十年。雖然自20世紀(jì)80年代起它們在世界各國被禁止生產(chǎn)使用，但由此引起的各種生態(tài)問題仍然存在。由于PCP和NaPCP是目前滅螺效果最佳、最廉價的藥劑，在發(fā)展中國家仍然有著很大的實際效益，所以對水體和土壤的影響比較大。使用PCP和NaPCP的地區(qū)，環(huán)境介質(zhì)(水、土壤、底泥、動植物)、食品以及人群PCP和NaPCP的日攝取量及尿中PCP濃度均高于未使用地區(qū)。PCP有蓄積作用，它在生物體中的富集濃度遠遠超過它在水中的濃度。在高有機質(zhì)含量的酸性土壤或沉積物上具有很高的吸附性，同時被植物吸收。PCP揮發(fā)性很低，難以通過空氣遷移。根據(jù)生產(chǎn)工藝的差異性，不同地區(qū)的純度不同，對環(huán)境介質(zhì)的毒性程度也不同。

1五氯苯酚和五氯苯酚鈉的物理化學(xué)特征

PCP，分子式為C6Cl5OH，薄片或結(jié)晶狀，相對分子質(zhì)量266．35，水溶解度為14mg•L－1(20℃)，難溶于水，加入水時生成有腐蝕性的鹽酸氣，溶于大多數(shù)有機溶劑，不被氧化，加熱時有刺激性酚臭味;20℃蒸氣壓為0．015Pa;常溫下不易揮發(fā);在光照下迅速分解，脫出氯化氫，顏色變深。在堿性介質(zhì)和高溫條件下生成八氯二苯并對二噁英。NaPCP，分子式為C6Cl5ONa，是PCP的鈉鹽，純品為白色針狀結(jié)晶，原藥為淡紅色鱗狀結(jié)晶，相對分子質(zhì)量288．34，易揮發(fā)，有明顯的刺鼻氣味。水溶解度為330000mg•L－1(25℃)，易溶于水，其水溶液有強烈的酚臭味，溶于醇和丙酮，不溶于石油和苯:遇酸析出五氯苯酚結(jié)晶;常溫下不易揮發(fā);光照下迅速分解，脫出氯化氫，顏色變深。

2五氯苯酚和五氯苯酚鈉的生物轉(zhuǎn)化:吸收、分布、代謝和排泄

PCP和NaPCP可經(jīng)皮膚、呼吸道、消化道吸收。PCP在肝、腎中含量明顯增加，經(jīng)過肝，主要以游離物和共軛物形式存在于膽囊和腎臟。共軛物主要是葡萄糖苷酸和硫酸酯的共軛物。大鼠ip給予高濃度PCP，發(fā)現(xiàn)在膽囊、肝臟、胃壁和胃腸道均有分布，表明膽汁的分泌促進了PCP的分布。在腎、心臟和大腦發(fā)現(xiàn)少量放射性標(biāo)記物［8］。兔po給予相當(dāng)于PCP94mg的NaPCP，24h在各組織中的分布情形如下:尿液和糞便70．6%，胃和小腸6．67%，肌肉6．24%，皮膚2．22%，血液1．90%，肝和膽囊0．743%，腎0．267%，心臟、肺和睪丸0．171%，中樞神經(jīng)系統(tǒng)0．096%。PCP主要經(jīng)肝代謝，主要代謝途徑如圖1所示，主要代謝產(chǎn)物是四氯對氫醌(tetrachloro-p-hydroquinone，TCHQ)和四氯鄰苯二酚，主要途徑是結(jié)合葡萄糖醛酸，被肝臟微酶體的細胞色素P450氧化脫氯形成TCHQ，TCHQ經(jīng)四氯半醌自由基(tetrachlorosemiquinoneradical，TCSQ•)被進一步氧化成四氯-1，4-苯醌(tetrachloro-1，4-benzoquinone，TCBQ)，TCHQ經(jīng)還原脫氯形成三氯對氫醌(trichloro-p-hydroquinone，TriCHQ)，最后以尿液形式排出。代謝產(chǎn)物TCHQ毒性增強。消除與排泄:進入生物體內(nèi)的NaPCP從尿中排出，尿中清除率占總攝入量的60%～83%，故尿液中PCP濃度可用作生物體暴露的一項指標(biāo);另有約占4%以結(jié)合或未結(jié)合的形式從糞便排出體外，約20%可蓄積于體內(nèi)。

3五氯苯酚和五氯苯酚鈉的毒性

3．1系統(tǒng)毒性

PCP中毒潛伏期為2～40h，發(fā)病早期癥狀表現(xiàn)為頭暈，頭痛，煩渴，污染皮膚局部有輕微疼痛感，部分出現(xiàn)紅色斑疹。主要癥狀為突發(fā)性乏力、發(fā)熱和大汗。接觸毒物后2～40h突感全身軟弱，雙下肢尤為沉重，病情進展時乏力加重，伴大汗，以手足為主，夜間大汗尤為明顯，發(fā)病后體溫增高至38．0～38．5℃。濺入眼內(nèi)，引起刺痛，流淚及結(jié)膜炎。中毒嚴(yán)重者會出現(xiàn)意識模糊，煩躁，瞳孔擴大，雙側(cè)大小不等，對光反應(yīng)遲鈍等癥狀，上腹部鈍痛伴惡心、胸悶、心悸、咳嗽和咯痰等癥狀。急性NaPCP中毒引起機體基礎(chǔ)代謝明顯增高，使得機體處于高代謝、高動力狀態(tài)，加上水電解質(zhì)平衡失調(diào)等，使內(nèi)臟環(huán)境嚴(yán)重紊亂，誘發(fā)全身炎癥反應(yīng)綜合征。

根據(jù)急性NaPCP中毒癥狀，應(yīng)采取積極的搶救治療，早期使用氯丙嗪降溫，同時應(yīng)用物理降溫治療，針對可能發(fā)生全身炎癥反應(yīng)綜合征，及早應(yīng)用糖皮質(zhì)激素，補充水分維持電解質(zhì)，酸堿平衡。根據(jù)NaPCP在體內(nèi)代謝過程的特點，可應(yīng)用血液凈化療法對其進行清除。在PCP的工業(yè)生產(chǎn)和使用過程中，PCP的副產(chǎn)物二噁英類化合物被大量輸入到環(huán)境中，其中最主要的異構(gòu)體是八氯代二苯并二噁英(octachlorodibenzo-p-dioxin，OCDD)。OCDD與環(huán)境濃度下PCP復(fù)合暴露后，對斑馬魚胚胎發(fā)育未產(chǎn)生明顯毒性效應(yīng)，通過分析斑馬魚胚胎內(nèi)CYP1A基因的表達并檢測魚體內(nèi)SOD與CAT酶活力的變化，從分子水平上進一步驗證了環(huán)境濃度下PCP和OCDD對斑馬魚的胚胎發(fā)育無明顯的復(fù)合毒性效應(yīng)。PCP中還含有其他多種具有較高毒性的低氯代二噁英類化合物，這些二噁英類化合物與PCP是否會產(chǎn)生復(fù)合毒性效應(yīng)還需做更多的研究。

3．2五氯苯酚和五氯苯酚鈉的生殖發(fā)育毒性

3．2．1生殖毒性

NaPCP進入體內(nèi)后分解為PCP，PCP的弱雌激素作用對處于發(fā)育中的生殖器官和其他具有相同激素受體的器官造成不可逆的永久性改變，由于雄性動物更容易受到外界環(huán)境雌激素的損傷，故可引起各種類型的雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育障礙，使生殖細胞的數(shù)量和質(zhì)量受到影響，影響后代的繁殖和發(fā)育。PCP和NaPCP可通過血-睪屏障，直接損害睪丸和附睪組織，導(dǎo)致生殖器官的萎縮、生精功能下降、干擾精子的正常生長發(fā)育和成熟，對雄性小鼠具有明顯的生殖毒性。較高劑量的NaPCP使精子的形態(tài)發(fā)生畸變，以精子頭部畸形為主，表現(xiàn)形態(tài)為無定形，無鉤形、香蕉形和尾折疊，還可見雙頭、胖頭和雙尾等形態(tài)，對精子的數(shù)量和生殖腺也有一定影響［12］。以含PCP的飼料喂養(yǎng)公羊，待母羊懷胎至第28周時對公羊進行尸解，結(jié)果顯示公羊陰囊周緣增大，萎縮輸精管數(shù)量增多，附睪精子密度降低［13］。以ig給予PCP60mg•kg－1誘導(dǎo)2代SD大鼠，導(dǎo)致性成熟延遲，精子數(shù)目降低，前列腺和睪丸縮小，胚胎植入能力降低，產(chǎn)仔量減少。以含PCP的飼料喂養(yǎng)母牛，結(jié)果顯示母牛黃體功能不全和卵母細胞發(fā)育異常［4］。

3．2．2致畸胎作用

生物富集作用導(dǎo)致PCP和NaPCP對人體損傷增大，PCP是脂溶性物質(zhì)，能夠進入酶分子內(nèi)部，位于晚期胎盤細胞膜上的糖蛋白人胎盤堿性磷酸酶(placentalalkalinephospha-tase，PLAP，E．C．3．1．3．1)，是一種新進化的基因產(chǎn)物，具有催化功能，促進某些與胎兒發(fā)育有關(guān)的物質(zhì)進入體內(nèi)。由于PCP是胎盤細胞膜上的一個組分，其構(gòu)象的變化使酶的功能發(fā)生改變，也可導(dǎo)致胎盤細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，這些改變對胎兒的正常發(fā)育產(chǎn)生不良影響。選取健康的斑馬魚受精卵細胞，分別觀察受精卵在不同時間段的發(fā)育情況，實驗結(jié)果表明，25℃時NaPCP對斑馬魚胚胎發(fā)育有明顯的致畸作用，異常率隨暴露時間的延長和暴露劑量的增加有增大趨勢。低濃度PCP短期暴露即可顯著提高斑馬魚肝細胞中p53基因的點突變率，這也可能是PCP抑制斑馬魚胚胎發(fā)育，并造成胚胎發(fā)育畸形和死亡的原因之一［9］。流行病學(xué)資料表明，長期在使用PCP和NaPCP稻田工作的人群的孩子，孩子先天性畸形，胎兒流產(chǎn)，死亡率較高，新生兒易夭折。這是由于PCP和NaPCP的脂溶性能通過胎盤對胎兒產(chǎn)生毒性作用，造成新生兒先天性白內(nèi)障，無腦畸形、脊柱和生殖器異常等癥狀。

3．3遺傳毒性

PCP和NaPCP存在遺傳毒性，為較全面地評價其致突變性，故在生物體的細胞水平和胚胎水平研究其遺傳效應(yīng)。PCP是一種典型的水體污染物，不僅能影響生物代謝，誘導(dǎo)生物細胞毒性，而且還可能誘導(dǎo)生物的遺傳損傷。馬永鵬等研究了PCP對稀有鮈鯽血細胞和肝細胞DNA的影響，可導(dǎo)致DNA明顯的斷裂和遷移，對血細胞和肝細胞DNA造成損傷。在低濃度PCP處理動物時，增加動物對氧的消耗，這是由于在線粒體內(nèi)氧化磷酸化的解偶聯(lián)作用是線粒體缺少對呼吸的控制所導(dǎo)致［18］。NaPCP對受試動物的黏膜，皮膚和眼睛均有刺激作用，10%NaPCP即對皮膚產(chǎn)生畸形刺激性和腐蝕性。魏雪濤等［20］研究了NaPCP對小鼠不同免疫細胞的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，可致小鼠體內(nèi)不同免疫細胞出現(xiàn)DNA鏈斷裂損傷，對不同類型的細胞具有一定的選擇性。體內(nèi)染毒和體外染毒，NaPCP均可致鯉魚腎細胞DNA明顯的斷裂和遷移，對腎細胞DNA造成了損傷。單細胞凝膠電泳顯示，NaPCP80和160mg•L－1對CHO細胞DNA直接造成斷裂損傷，使彗星樣細胞百分率及損傷程度都明顯高于對照組，具有顯著性差異。NaPCP能誘發(fā)CHO細胞染色體畸變，是非基因致突變物或弱基因致突變物［22］。NaPCP引起DNA鏈斷裂在其遺傳毒性及致癌性中起重要作用。NaPCP100mg•kg－1可誘發(fā)小鼠體內(nèi)脾細胞和巨噬細胞的DNA鏈斷裂損傷;NaPCP50mg•kg－1可誘導(dǎo)脾細胞DNA鏈斷裂損傷，對胸腺細胞DNA損傷作用不明顯;NaPCP25～100mg•kg－1未誘導(dǎo)骨髓嗜多染紅細胞微核增加。NaPCP25，50和100mg•kg－1重復(fù)染毒后觀察到的小鼠骨髓細胞微核，與對照組相比有顯著性差異，表明多次給藥促進NaPCP誘導(dǎo)小鼠骨髓微核細胞的產(chǎn)生，具有一定的致突變性。雖然PCP本身對DNA不顯示任何反應(yīng)活性，其主要代謝物TCHQ在離體DNA、多種細胞系以及鼠的肝中均可造成DNA鏈的斷裂，TCHQ還在V79細胞的HPRT中心造成微核形成及變異V79細胞和小鼠中能導(dǎo)致8-羥基-2-脫氧鳥苷(8-OH-dG)的形成。最近發(fā)現(xiàn)，腫瘤細胞中，TCHQ可誘導(dǎo)形成加合物和缺嘌呤/缺嘧啶位點(AP位點)。施用急性和亞急性劑量PCP和TCHQ的B6C3F1小鼠其DNA氧化損傷生物標(biāo)志物8-OH-dG，相對于對照組小鼠肝中檢測到的濃度水平明顯增加，PCP醌類代謝物的氧化還原過程所產(chǎn)生的活性氧在PCP基因毒性中起到關(guān)鍵作用。TCHQ的TCSQ•和TCHQ的氧化產(chǎn)物TCBQ因而可導(dǎo)致DNA烷基化和DNA加合物的形成。

3．4內(nèi)分泌干擾效應(yīng)

PCP和NaPCP作為環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(environmentalen-docrinedisruptors，EEDs)，對人類和動物具有很大的負面影響，通過影響動植物組織中的生長因子及其受體水平，影響組織細胞正常的分裂分化，使機體發(fā)生生殖異常，是細胞、組織和機體間的生物調(diào)節(jié)紊亂，同時，對生物的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒害，影響大腦皮質(zhì)、下丘腦、腦垂體等對激素分泌具有調(diào)節(jié)作用的組織，導(dǎo)致生物體正常激素合成，釋放異常，可使機體內(nèi)多種合成酶和降解酶失活，消弱機體的解毒代謝，損害人和動物的肝與免疫系統(tǒng)功能，有致癌、致畸和致突變等特殊毒性。目前已有較多動物實驗表明，PCP和NaPCP可干擾機體的正常的內(nèi)分泌效應(yīng)，對生物體內(nèi)分泌影響可通過幾個途徑:①與受體結(jié)合，模仿天然激素與胞漿中的激素受體結(jié)合，產(chǎn)生類似天然激素的作用;②與天然激素競爭血漿激素結(jié)合蛋白，可通過與血清激素結(jié)合蛋白的結(jié)合來減少血清激素結(jié)合蛋白對天然激素的吸附，從而增強天然激素的作用;③可抑制水蚤類固醇激素的生物轉(zhuǎn)化和釋放，影響天然激素合成過程中關(guān)鍵酶的產(chǎn)生，以至增強或拮抗天然激素的作用;④通過作用于細胞信號傳導(dǎo)通路影響;⑤與環(huán)境化合物協(xié)同作用。NaPCP可干擾機體甲狀腺素的正常功能。Beard等用ig給予北美水貂(Mustellavison)PCP1mg•kg－1，從出生到斷乳，研究表明，水貂血清甲狀腺素下降。Rawlings等po給予母羊PCP2mg•kg－1，每周2次，連續(xù)43d，在母羊未出現(xiàn)明顯毒性作用情況下，血清甲狀腺素明顯下降。Danzo等［27］研究表明，PCP可抑制類固醇激素，蛋白與［3H］生理性配體的結(jié)合，干擾內(nèi)分泌功能。受體結(jié)合實驗表明，NaPCP能抑制酵母人孕酮受體活性，抑制性激素和性激素受體的結(jié)合。流行病學(xué)資料顯示，NaPCP可干擾婦女正常的內(nèi)分泌功能，影響子女的生長發(fā)育。對于PCP和NaPCP干擾(模擬)雌激素和睪酮的作用的研究不少見，但陽性結(jié)果的報道少見。

3．5致癌性作用

國際癌癥研究機構(gòu)(InternationalAgencyforResearchonCancer，IARC)將PCP和NaPCP列為第2B組致癌物。IARC對B6C3F1小鼠進行研究，每日ig給予雄性小鼠PCP(99%純)100和200ppm，患腺瘤、肝癌、血管瘤和嗜鉻細胞瘤概率增大。給予F44大鼠喂食PCP(99%純)200，400和600ppm，連續(xù)2年，實驗組患惡性間皮瘤概率增加，雄性大鼠中患鼻腔鱗狀細胞癌數(shù)量增加。長期喂食MRC-W大鼠含PCP500mg•kg－1飼料促使肝腺瘤發(fā)生。

3．6免疫毒性

NaPCP25～100mg•kg－1一次染毒在對小鼠體液免疫和細胞免疫功能產(chǎn)生抑制作用，NaPCP100mg•kg－1對巨噬細胞功能產(chǎn)生抑制作用。連續(xù)30d染毒NaPCP研究中發(fā)現(xiàn)，小鼠的體液免疫功能受到一定影響。在NaPCP6．25mg•kg－1染毒劑量時，只有空斑形成細胞表現(xiàn)出抑制效應(yīng);增加至NaPCP25mg•kg－1時，B淋巴細胞增殖表現(xiàn)出抑制效應(yīng)［29］。PCP在體內(nèi)被細胞色素P450酶代謝為親電的活性產(chǎn)物后，會很快與鄰近的蛋白或非蛋白巰基共價結(jié)合，從而干擾蛋白質(zhì)的合成。PCP可引起鯽魚肝脂質(zhì)過氧化，反映了PCP對鯽魚肝的氧化損傷，且PCP濃度越高，造成的損傷越嚴(yán)重。

4五氯苯酚和五氯苯酚鈉的毒性作用機制

氯苯酚類物質(zhì)具有毒性是因為它能與細胞原漿中蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成不溶性蛋白質(zhì)，使細胞失去活性。同時氯苯酚類物質(zhì)具有強滲透性，可由皮膚接觸，呼吸道吸入或經(jīng)口、消化道等多種途徑進入機體，并在機體組織中積累，從而使人或動物中毒。有實驗研究表明，PCP和NaPCP可以作為氧化磷酸化的解偶聯(lián)劑，作用于線粒體膜，引起精子線粒體膜電位改變，使膜的完整性受到破壞，因而影響精子的正常生理功能］。任何影響支持細胞發(fā)育，損傷功能的因素都將會對精子生成產(chǎn)生嚴(yán)重影響。支持細胞是有毒物質(zhì)作用的靶器官［32］。PCP對原代培養(yǎng)支持細胞具有毒性作用，使支持細胞活性下降，并呈劑量-時間依賴效應(yīng)，同時伴隨一系列形態(tài)學(xué)改變，如細胞質(zhì)變稀薄，細胞膜破裂，胞核皺縮，細胞崩解等。

PCP所致支持細胞活性降低和細胞壞死將會直接影響到生精細胞的的數(shù)量和質(zhì)量并最終影響精子生。Wang等發(fā)現(xiàn)PCP及其主要代謝產(chǎn)物TCHQ25～50μmol•L－1作用于常氏肝癌細胞24和48h，均未發(fā)現(xiàn)DNA條帶，而對于人膀胱癌細胞T-24細胞相同處理條件下，TCHQ能夠誘導(dǎo)DNA條帶出現(xiàn)，而五氯苯酚為出現(xiàn)此效應(yīng)。在另一項研究中，Wang等［34］發(fā)現(xiàn)TCHQ20μmol•L－1作用48h能夠誘導(dǎo)HepG2細胞出現(xiàn)DNA條帶，但是PCP0．1～1mmol•L－1未觀察到脾細胞細胞凋亡增加，然而在連續(xù)30d染毒中，發(fā)現(xiàn)脾細胞的細胞凋亡明顯增加，說明PCP重復(fù)染毒時，發(fā)揮毒效應(yīng)的可能不是NaPCP的原型本身，而是其代謝產(chǎn)物。在大鼠和人體細胞以及其他嚙齒動物的實驗中，PCP的主要代謝產(chǎn)物是TCHQ，25～50μg作用于T-24細胞時，誘導(dǎo)HepG2細胞出現(xiàn)DNA條帶，PCP在重復(fù)染毒時，發(fā)揮毒效應(yīng)的是其代謝產(chǎn)物。NaPCP進入體內(nèi)后可分解為PCP，PCP具有強大的解偶聯(lián)作用，體外實驗表明，PCP1～1000μmol會造成未耦合的氧化磷酸化反應(yīng)，不活化呼吸酶，導(dǎo)致線粒體受損，干擾正常線粒體的解毒功能，抑制肝磺基轉(zhuǎn)移酶Ⅱ相代謝，引起氧化-磷酸化過程失調(diào)，影響機體的正常的能量代謝和三羧酸循環(huán)，造成毒性反應(yīng)，增加了其他化學(xué)物質(zhì)的毒性和致癌作用。

PCP在人畜體內(nèi)對磷酸化有強烈的抑制作用，使ADP不能通過磷酸化形成ATP。由于ADP濃度增加，致呼吸鏈氧化作用增強，而氧化產(chǎn)生的大量能量不能通過磷酸化作用進行貯存，只能以熱的形式散發(fā)，于是引起人畜大汗淋漓、臉紅發(fā)熱、血管擴張和呼吸加快等急性中毒癥狀。嚴(yán)重者可引起淤血和出血，甚至心臟衰竭死亡［38］。5展望PCP和NaPCP可以通過水生和陸生生物的生物富集作用危害人類健康，其產(chǎn)生的急慢性毒性效應(yīng)，對組織器官的整體水平，以及細胞分子水平都具有危害。由PCP和NaPCP引起的遺傳毒性，內(nèi)分泌干擾和生殖毒性，對人類的生存和發(fā)展有著深遠的影響，目前對于PCP和NaPCP的毒性作用機制尚沒有定論，需要進一步研究。