砷与脂质过氧化的研究进展
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2004年8月20日
李富君 孙贵范 2004-8-2 16:27:13 中国地方病学杂志1999年第18卷第3期
砷中毒对人体的危害已受到广泛的关注，但其中毒作用机理仍不十分清楚。近年来，脂质过氧化(LP)学说在阐述砷毒作用机理上成为热点，这里将近年的一些研究进展综述如下。
1 砷对·O2-的影响
超氧阴离子自由基(·O2-)是多种自由基的派生源。当·O2-生成过多或清除不足时，·O2-及其衍生物就可以直接损伤细胞膜而导致LP。因此，研究砷对·O2-的影响，可间接反应砷与LP之间的关系。
体外实验中，GrinblatL等发现，亚砷酸钠可明显促进猪心脏硫辛酰胺脱氢酶产生·O2-。GeertzR等[2]则发现三氧化二砷可明显抑制兔肺泡巨噬细胞(PAM)释放·O2-。LanzRC等分别以亚砷酸钠、砷酸钠、雌黄、砷酸钙为受试物，观察了其对大鼠PAM的影响，结果发现，可溶性砷可明显抑制PAM释放·O2-，三价砷作用强于五价砷[3]；微溶性砷也可明显抑制PAM释放·O2-，但作用远低于可溶性砷，三价砷、五价砷的抑制作用基本相同[4]。同样在以人中性粒细胞为对象的研究中，LecabecV等也发现氧化苯胂可通过抑制中性粒细胞的NADPH氧化酶活性而抑制其翻译·O2-[5]。体内实验中，LanzRC等给大鼠气管灌注砷化物，发现五价砷使PAM的·O2-产生显著增加，而三价砷作用则不明显[3，4]。由此可见，砷对·O2-的影响因体外、体内染毒，三价砷、五价砷及溶解度的不同而得出了不尽一致的结论。
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2 砷对某些抗氧化剂及脂质过氧化的影响
Vc是机体主要抗氧化剂及自由基捕获剂。张玉林等用离体兔心砷损害模型进行研究发现，心脏缺血后，灌注液中加三氧化二砷组的丙二醛(MDA)含量显著升高，加入Vc后MDA水平显著降低，认为这种保护作用与Vc的抗氧化及捕获自由基功能有关[6]。
过氧化氢酶(CAT)为机体清除过氧化氢(H2O2)的主要抗氧化酶类。有人发现，大鼠染亚砷酸钠后，早期可见CAT活性增强，染毒后第4周则活性下降。电镜下可见膜性结构残体，认为脂质过氧化可能参与砷的损害机制[7]。而在利用中华仓鼠卵巢细胞株(XRS-5)进行体外培养时，WangTS等发现，XRS-5细胞株之所以比其父系CHO-K1细胞株对砷更敏感，最主要原因是其CAT活性明显低下，并发现CAT能有效地降低砷所致的微核发生率[8]。可见砷可影响CAT活性，加入CAT可拮抗砷的致突变性。
超氧化物歧化酶(SOD)为机体重要的含金属酶，它能有效地清除·O2-。急性实验中，李新立等[9]发现三氧化二砷可明显降低家兔心肌SOD活性，加入具有抗氧化性的中药后SOD活性显著增高。李富君等[10]以小鼠为研究对象，发现加入亚砷酸钠24小时后，全血及心脏中SOD活力随染毒剂量增加而降低，但肝、肾中SOD活力则较低剂量显著升高，较高剂量显著降低。慢性实验中，刘开泰等[11]发现，家兔红细胞中SOD活性随三氧化二砷剂量增加而明显降低，血清MDA随染毒剂量增加而升高。同样李富君等[10]也发现亚砷酸钠可明显降低小鼠全血及心肝肾中的SOD活力，较高剂量下MDA水平显著增加。新分离的淋巴细胞为在细胞水平研究毒性反应的LP作用提供了一个合适的系统。NordensonI[12]发现三价砷可使淋巴细胞的SOD活性显著下降，加入SOD后细胞中SOD活性升高的同时，砷所致的DNA损伤明显减轻，提示SOD可拮抗砷的致突变作用。近年来，有关接触砷人群体内SOD活性的变化也见报道。李富君等[13]研究发现，地方性砷中毒病区病人组全血中SOD活力显著低于对照组，而血清及尿中MDA水平则显著增高，且尿中MDA水平与尿砷含量呈正相关。作者认为其活力的降低一方面可能与砷破坏了SOD的—S—S—导致其分子构象发生改变有关，另一方面也可能与砷干扰了SOD的主要辅基Cu2+;Zn2+的代谢，造成机体元素失衡所致。由此可见砷对SOD活力的影响，主要表现为抑制作用，仅在短时间、低剂量下方可见显著增加。
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谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)主要以GSH为基质，催化过氧化物还原成无毒物质，从而起到抗氧化作用。对家兔[11]、大鼠[11]及小鼠[10]的实验中均显示砷可明显抑制GSH-Px活力，且在小鼠实验中显示明显的剂量—效应关系，作者认为GSH-Px是砷作用于机体后的较为敏感指标。在心肌细胞培养中，孙贵范等[14]研究发现，随染砷剂量的增加，细胞中的GSH-Px活性逐渐降低，而MDA水平则显著升高。同样，李建学等[15]在人群调查中也发现随着砷中毒病情的加重，血中GSH-Px活性明显下降，重病组显著高于对照组。作者认为机体长期接触高砷后，砷在体内可代谢为有机砷自由基，从而直接与含巯基的GSH-Px结合，使后者的活性降低[15]。由此可见，砷对GSH-Px活性的影响主要表现为抑制作用。
谷胱甘肽(GSH)既是机体内重要的抗氧化物质，又可提供还原巯基，使细胞内含巯基酶和蛋白质巯基免受损害。急性实验中，SinghP、[16]、RamosO等[17]等先后用雌黄、亚砷酸钠给大鼠染毒发现其肝脏GSH含量显著降低，同时MDA水平明显增加。而李富君等以小鼠为对象，发现加入亚砷酸钠24小时后，小鼠血中GSH含量随染毒剂量增加而逐渐增加，且呈明显的剂量—效应关系；亚慢性染毒5周后，可见高剂量组显著增加，超剂量组则显著降低，提示，血中GSH含量的高低与染毒剂量的大小及时间的长短有关[18]。而在大鼠实验中，则未见GSH含量的显著增加。原因可能是与人和小鼠相比，大鼠红细胞对砷有很强的亲和力，因此砷进入大鼠体内后可长时间蓄积在血中而不能迅速进入GSH的合成器官，从而使GSH含量不会出现代偿性增加[19]。砷与GSH、LP的人群方面的资料，近年也见报道。李富君等发现地方性砷中毒病人血中GSH含量显著增高[13]，但职业性砷接触工人体内GSH含量则显著降低，作者认为“巯基耗竭”可能是其血中MDA水平升高的主要原因[20]。上述结果显示，砷对GSH含量的影响可因染毒剂量、时间、动物种属及受试物的不同有关。至于在什么剂量和多长染毒时间出现体内巯基代偿增加；什么剂量和多长染毒时间出现失代偿和巯基含量下降，则有待进一步研究。
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综上所述，砷与LP的关系可归于两种认识：(1)砷可直接参与·O2-的生成，一方面砷可能促进·O2-的生成，另一方面砷也可能抑制·O2-的生成。(2)砷可通过抑制或代偿性提高某些抗氧化剂水平，从而导致机体抗氧化防御系统平衡的失调，进而间接引起LP。这些认识为研究砷的发病机理提供了新的内容，为用抗氧化剂治疗砷中毒指明了应用前景。尽管如此，LP与砷中毒的发病还有许多机制尚不清楚，如砷如何引起自由基增高(是砷本身在体内形成自由基？直接刺激产生自由基？经抑制SOD等抗氧化酶使自由基蓄积？)砷如何诱发LP？LP是细胞损伤的原因还是结果等，都是很有意义、值得进一步阐明的问题。
作者简介：李富君，男，1968年生，讲师，硕士
作者单位：中国医科大学公共卫生学院劳动卫生教研室，沈阳市110001
参考文献
[1] Grinblat L,Sreider CM,Stoppani AO.Superoxide anion production by lipoamide dehydrogenase redox-cycling:effect of enzyme modifiers[J].Bioche mistry International,1991,23(1):83
, 百拇医药
[2] Greertz R,Gulyas H,Gercken G.Cytoxicity of dust constituents t owards alveolar macrophages:interactions of heavy metal compounds[J].Toxicolog y,1994,86(1～2):13
[3] Lantz RC,Parliman G,Chen GJ.Effect of arsenic exposure on alve olar macrophage function.I.Effet of soluble As(Ⅲ) and As(Ⅴ)[J].Environmental Research,1994,67(2):183
[4] Lantz RC,Parliman G,Chen GJ.Effect of arsenic exposure on alve olar macrophage function.Ⅱ.Effect of slightly soluble forms of As(Ⅲ) and As(Ⅴ )[J].Environmental Research,1995,68(1):59
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[5] Le Cabec V,Maridonneau-parini I.Complete and reversible inhib ition of NADPH oxidase in human neutrophils by phenylarsine oxide at a step dist al to membrane translocation of the enzyme subunits[J].Journal of Biological C hemistry,1995,270(5):2067
[6] 张玉林，王丽荣，周玉英，等.氧自由基清除剂对离体兔心砷损害的保护作用的实验观察[J].中华胸心管外科杂志，1988,4(3):168
[7] 詹道友，卢迪生，韩英士，等.黄磷、砷肝损害的电镜和微体酶细胞化学比较研究[J].湖南医科大学学报，1993,18(3):243
[8] Wang TS,Huang H.Active oxygen species are involved in the indu ction of micronuclei by arsenite in XRS-5 cells[J].Mutagenesis,1994,9(3):253
, 百拇医药
[9] 李新立，张玉林，温志高.保心Ⅱ号对砷所致兔急性心肌损害的保护及其抗氧化作用的实验研究[J].中华胸心血管外科杂志，1990,6(4):237
[10] 李富君，孙贵范，丁桂英.砷对机体脂质过氧化及抗氧化系统影响的研究[A].第六次全国劳动卫生与职业病学术会议论文集[C].1998,241
[11] 刘开泰.氟砷联合中毒的毒理学研究进展[J].地方病通报，1996,11(1):107
[12] Nordenson-Ⅰ,Beekman-L.Is the genotoxic effect of arsenic mediated by oxygen free radicals[J].Hum-Hered,1991,41(1):71
[13] 李富君，孙贵范，戴国钧，等.地方性砷中毒患者生物膜损伤机制的探讨[J].中国地方病学杂志，1998,17(1):9
, 百拇医药
[14] 孙贵范，李富君，皮静波，等.砷对心肌细胞生物膜损伤机制的探讨[J].中华劳动卫生职业病杂志，1997,15(6):335
[15] 李建学，张研，曹静祥，等.地方性砷中毒患者血中氧自由基代谢的变化[A].第三届全国地方病学术会议论文集[C]，1996,205
[16] Singh P,Sharma R.Effect of orpiment(AS2S3) on cytochrome P-450,glutathione and lipid peroxide levels of rat liver[J].Journal of Envir onmental Pathology,Toxicology & Oncdogy,1994,13(3):199
[17] Ramos O,Carrizales L,Yanez L.Arsenic increased lipid peroxid ation in rat tissues by a mechanism independent of glutathione levels[J].Envir onmental Health Perspectives,1995,103(Suppl) 1:85
[18] 李富君，孙贵范，吕秀强，等.砷对小鼠血液及组织中GSH含量影响的实验研究[J].中国公共卫生学报，1997，16(6)：370
[19] 李富君，孙贵范，徐兆发，等.砷防治研究动物种属选择的探讨[J].中国地方病防治杂志，1997,12(6):352
[20] 李富君，孙贵范，吕秀强，等.铜冶炼作业工人的脂质过氧化水平[J].中华劳动卫生职业病杂志，1997,15(4):233, 百拇医药
砷中毒对人体的危害已受到广泛的关注，但其中毒作用机理仍不十分清楚。近年来，脂质过氧化(LP)学说在阐述砷毒作用机理上成为热点，这里将近年的一些研究进展综述如下。
1 砷对·O2-的影响
超氧阴离子自由基(·O2-)是多种自由基的派生源。当·O2-生成过多或清除不足时，·O2-及其衍生物就可以直接损伤细胞膜而导致LP。因此，研究砷对·O2-的影响，可间接反应砷与LP之间的关系。
体外实验中，GrinblatL等发现，亚砷酸钠可明显促进猪心脏硫辛酰胺脱氢酶产生·O2-。GeertzR等[2]则发现三氧化二砷可明显抑制兔肺泡巨噬细胞(PAM)释放·O2-。LanzRC等分别以亚砷酸钠、砷酸钠、雌黄、砷酸钙为受试物，观察了其对大鼠PAM的影响，结果发现，可溶性砷可明显抑制PAM释放·O2-，三价砷作用强于五价砷[3]；微溶性砷也可明显抑制PAM释放·O2-，但作用远低于可溶性砷，三价砷、五价砷的抑制作用基本相同[4]。同样在以人中性粒细胞为对象的研究中，LecabecV等也发现氧化苯胂可通过抑制中性粒细胞的NADPH氧化酶活性而抑制其翻译·O2-[5]。体内实验中，LanzRC等给大鼠气管灌注砷化物，发现五价砷使PAM的·O2-产生显著增加，而三价砷作用则不明显[3，4]。由此可见，砷对·O2-的影响因体外、体内染毒，三价砷、五价砷及溶解度的不同而得出了不尽一致的结论。
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2 砷对某些抗氧化剂及脂质过氧化的影响
Vc是机体主要抗氧化剂及自由基捕获剂。张玉林等用离体兔心砷损害模型进行研究发现，心脏缺血后，灌注液中加三氧化二砷组的丙二醛(MDA)含量显著升高，加入Vc后MDA水平显著降低，认为这种保护作用与Vc的抗氧化及捕获自由基功能有关[6]。
过氧化氢酶(CAT)为机体清除过氧化氢(H2O2)的主要抗氧化酶类。有人发现，大鼠染亚砷酸钠后，早期可见CAT活性增强，染毒后第4周则活性下降。电镜下可见膜性结构残体，认为脂质过氧化可能参与砷的损害机制[7]。而在利用中华仓鼠卵巢细胞株(XRS-5)进行体外培养时，WangTS等发现，XRS-5细胞株之所以比其父系CHO-K1细胞株对砷更敏感，最主要原因是其CAT活性明显低下，并发现CAT能有效地降低砷所致的微核发生率[8]。可见砷可影响CAT活性，加入CAT可拮抗砷的致突变性。
超氧化物歧化酶(SOD)为机体重要的含金属酶，它能有效地清除·O2-。急性实验中，李新立等[9]发现三氧化二砷可明显降低家兔心肌SOD活性，加入具有抗氧化性的中药后SOD活性显著增高。李富君等[10]以小鼠为研究对象，发现加入亚砷酸钠24小时后，全血及心脏中SOD活力随染毒剂量增加而降低，但肝、肾中SOD活力则较低剂量显著升高，较高剂量显著降低。慢性实验中，刘开泰等[11]发现，家兔红细胞中SOD活性随三氧化二砷剂量增加而明显降低，血清MDA随染毒剂量增加而升高。同样李富君等[10]也发现亚砷酸钠可明显降低小鼠全血及心肝肾中的SOD活力，较高剂量下MDA水平显著增加。新分离的淋巴细胞为在细胞水平研究毒性反应的LP作用提供了一个合适的系统。NordensonI[12]发现三价砷可使淋巴细胞的SOD活性显著下降，加入SOD后细胞中SOD活性升高的同时，砷所致的DNA损伤明显减轻，提示SOD可拮抗砷的致突变作用。近年来，有关接触砷人群体内SOD活性的变化也见报道。李富君等[13]研究发现，地方性砷中毒病区病人组全血中SOD活力显著低于对照组，而血清及尿中MDA水平则显著增高，且尿中MDA水平与尿砷含量呈正相关。作者认为其活力的降低一方面可能与砷破坏了SOD的—S—S—导致其分子构象发生改变有关，另一方面也可能与砷干扰了SOD的主要辅基Cu2+;Zn2+的代谢，造成机体元素失衡所致。由此可见砷对SOD活力的影响，主要表现为抑制作用，仅在短时间、低剂量下方可见显著增加。
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谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)主要以GSH为基质，催化过氧化物还原成无毒物质，从而起到抗氧化作用。对家兔[11]、大鼠[11]及小鼠[10]的实验中均显示砷可明显抑制GSH-Px活力，且在小鼠实验中显示明显的剂量—效应关系，作者认为GSH-Px是砷作用于机体后的较为敏感指标。在心肌细胞培养中，孙贵范等[14]研究发现，随染砷剂量的增加，细胞中的GSH-Px活性逐渐降低，而MDA水平则显著升高。同样，李建学等[15]在人群调查中也发现随着砷中毒病情的加重，血中GSH-Px活性明显下降，重病组显著高于对照组。作者认为机体长期接触高砷后，砷在体内可代谢为有机砷自由基，从而直接与含巯基的GSH-Px结合，使后者的活性降低[15]。由此可见，砷对GSH-Px活性的影响主要表现为抑制作用。
谷胱甘肽(GSH)既是机体内重要的抗氧化物质，又可提供还原巯基，使细胞内含巯基酶和蛋白质巯基免受损害。急性实验中，SinghP、[16]、RamosO等[17]等先后用雌黄、亚砷酸钠给大鼠染毒发现其肝脏GSH含量显著降低，同时MDA水平明显增加。而李富君等以小鼠为对象，发现加入亚砷酸钠24小时后，小鼠血中GSH含量随染毒剂量增加而逐渐增加，且呈明显的剂量—效应关系；亚慢性染毒5周后，可见高剂量组显著增加，超剂量组则显著降低，提示，血中GSH含量的高低与染毒剂量的大小及时间的长短有关[18]。而在大鼠实验中，则未见GSH含量的显著增加。原因可能是与人和小鼠相比，大鼠红细胞对砷有很强的亲和力，因此砷进入大鼠体内后可长时间蓄积在血中而不能迅速进入GSH的合成器官，从而使GSH含量不会出现代偿性增加[19]。砷与GSH、LP的人群方面的资料，近年也见报道。李富君等发现地方性砷中毒病人血中GSH含量显著增高[13]，但职业性砷接触工人体内GSH含量则显著降低，作者认为“巯基耗竭”可能是其血中MDA水平升高的主要原因[20]。上述结果显示，砷对GSH含量的影响可因染毒剂量、时间、动物种属及受试物的不同有关。至于在什么剂量和多长染毒时间出现体内巯基代偿增加；什么剂量和多长染毒时间出现失代偿和巯基含量下降，则有待进一步研究。
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综上所述，砷与LP的关系可归于两种认识：(1)砷可直接参与·O2-的生成，一方面砷可能促进·O2-的生成，另一方面砷也可能抑制·O2-的生成。(2)砷可通过抑制或代偿性提高某些抗氧化剂水平，从而导致机体抗氧化防御系统平衡的失调，进而间接引起LP。这些认识为研究砷的发病机理提供了新的内容，为用抗氧化剂治疗砷中毒指明了应用前景。尽管如此，LP与砷中毒的发病还有许多机制尚不清楚，如砷如何引起自由基增高(是砷本身在体内形成自由基？直接刺激产生自由基？经抑制SOD等抗氧化酶使自由基蓄积？)砷如何诱发LP？LP是细胞损伤的原因还是结果等，都是很有意义、值得进一步阐明的问题。
作者简介：李富君，男，1968年生，讲师，硕士
作者单位：中国医科大学公共卫生学院劳动卫生教研室，沈阳市110001
参考文献
[1] Grinblat L,Sreider CM,Stoppani AO.Superoxide anion production by lipoamide dehydrogenase redox-cycling:effect of enzyme modifiers[J].Bioche mistry International,1991,23(1):83
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[5] Le Cabec V,Maridonneau-parini I.Complete and reversible inhib ition of NADPH oxidase in human neutrophils by phenylarsine oxide at a step dist al to membrane translocation of the enzyme subunits[J].Journal of Biological C hemistry,1995,270(5):2067
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[15] 李建学，张研，曹静祥，等.地方性砷中毒患者血中氧自由基代谢的变化[A].第三届全国地方病学术会议论文集[C]，1996,205
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[18] 李富君，孙贵范，吕秀强，等.砷对小鼠血液及组织中GSH含量影响的实验研究[J].中国公共卫生学报，1997，16(6)：370
[19] 李富君，孙贵范，徐兆发，等.砷防治研究动物种属选择的探讨[J].中国地方病防治杂志，1997,12(6):352
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