PCP毒物学突破性探究范文

作者：许文青樊柏林陈明常薇单位：武汉科技大学医学院湖北省疾病预防控制中心

20世纪30年代以来，五氯苯酚(pentachlorophenol，PCP)和五氯苯酚钠(sodiumpentachlorophenol，NaPCP)被用作杀菌剂、除草剂、杀虫剂和木材防腐剂在全球范围内广泛使用。在我国，PCP和NaPCP主要用于血防灭螺的药物，并对蚂蟥、蟛蜞、果树害虫、真菌和细菌等亦有杀灭功能，用途甚广。1936年开始，PCP全世界年生产量约9万吨，其中约80%用于木材防腐。美国环保署(U．S．EnvironmentalPro-tectionAgency，USEPA)在1980年估算排放到水环境中的PCP每年约34吨，进入大气中的PCP约有1200吨，进入土壤中约有1780吨。USEPA将PCP和NaPCP列为本国114种主要环境污染物之一。Muir等［3］对欧盟各国地表水中PCP含量测定发现，德国、荷兰、比利时和瑞典等地区PCP含量过高。在我国长江中下游11个省、市、自治区，约1．48×104km2面积的稻田和池塘使用持续了几十年。虽然自20世纪80年代起它们在世界各国被禁止生产使用，但由此引起的各种生态问题仍然存在。由于PCP和NaPCP是目前灭螺效果最佳、最廉价的药剂，在发展中国家仍然有着很大的实际效益，所以对水体和土壤的影响比较大。使用PCP和NaPCP的地区，环境介质(水、土壤、底泥、动植物)、食品以及人群PCP和NaPCP的日摄取量及尿中PCP浓度均高于未使用地区。PCP有蓄积作用，它在生物体中的富集浓度远远超过它在水中的浓度。在高有机质含量的酸性土壤或沉积物上具有很高的吸附性，同时被植物吸收。PCP挥发性很低，难以通过空气迁移。根据生产工艺的差异性，不同地区的纯度不同，对环境介质的毒性程度也不同。

1五氯苯酚和五氯苯酚钠的物理化学特征

PCP，分子式为C6Cl5OH，薄片或结晶状，相对分子质量266．35，水溶解度为14mg•L－1(20℃)，难溶于水，加入水时生成有腐蚀性的盐酸气，溶于大多数有机溶剂，不被氧化，加热时有刺激性酚臭味;20℃蒸气压为0．015Pa;常温下不易挥发;在光照下迅速分解，脱出氯化氢，颜色变深。在碱性介质和高温条件下生成八氯二苯并对二噁英。NaPCP，分子式为C6Cl5ONa，是PCP的钠盐，纯品为白色针状结晶，原药为淡红色鳞状结晶，相对分子质量288．34，易挥发，有明显的刺鼻气味。水溶解度为330000mg•L－1(25℃)，易溶于水，其水溶液有强烈的酚臭味，溶于醇和丙酮，不溶于石油和苯:遇酸析出五氯苯酚结晶;常温下不易挥发;光照下迅速分解，脱出氯化氢，颜色变深。

2五氯苯酚和五氯苯酚钠的生物转化:吸收、分布、代谢和排泄

PCP和NaPCP可经皮肤、呼吸道、消化道吸收。PCP在肝、肾中含量明显增加，经过肝，主要以游离物和共轭物形式存在于胆囊和肾脏。共轭物主要是葡萄糖苷酸和硫酸酯的共轭物。大鼠ip给予高浓度PCP，发现在胆囊、肝脏、胃壁和胃肠道均有分布，表明胆汁的分泌促进了PCP的分布。在肾、心脏和大脑发现少量放射性标记物［8］。兔po给予相当于PCP94mg的NaPCP，24h在各组织中的分布情形如下:尿液和粪便70．6%，胃和小肠6．67%，肌肉6．24%，皮肤2．22%，血液1．90%，肝和胆囊0．743%，肾0．267%，心脏、肺和睾丸0．171%，中枢神经系统0．096%。PCP主要经肝代谢，主要代谢途径如图1所示，主要代谢产物是四氯对氢醌(tetrachloro-p-hydroquinone，TCHQ)和四氯邻苯二酚，主要途径是结合葡萄糖醛酸，被肝脏微酶体的细胞色素P450氧化脱氯形成TCHQ，TCHQ经四氯半醌自由基(tetrachlorosemiquinoneradical，TCSQ•)被进一步氧化成四氯-1，4-苯醌(tetrachloro-1，4-benzoquinone，TCBQ)，TCHQ经还原脱氯形成三氯对氢醌(trichloro-p-hydroquinone，TriCHQ)，最后以尿液形式排出。代谢产物TCHQ毒性增强。消除与排泄:进入生物体内的NaPCP从尿中排出，尿中清除率占总摄入量的60%～83%，故尿液中PCP浓度可用作生物体暴露的一项指标;另有约占4%以结合或未结合的形式从粪便排出体外，约20%可蓄积于体内。

3五氯苯酚和五氯苯酚钠的毒性

3．1系统毒性

PCP中毒潜伏期为2～40h，发病早期症状表现为头晕，头痛，烦渴，污染皮肤局部有轻微疼痛感，部分出现红色斑疹。主要症状为突发性乏力、发热和大汗。接触毒物后2～40h突感全身软弱，双下肢尤为沉重，病情进展时乏力加重，伴大汗，以手足为主，夜间大汗尤为明显，发病后体温增高至38．0～38．5℃。溅入眼内，引起刺痛，流泪及结膜炎。中毒严重者会出现意识模糊，烦躁，瞳孔扩大，双侧大小不等，对光反应迟钝等症状，上腹部钝痛伴恶心、胸闷、心悸、咳嗽和咯痰等症状。急性NaPCP中毒引起机体基础代谢明显增高，使得机体处于高代谢、高动力状态，加上水电解质平衡失调等，使内脏环境严重紊乱，诱发全身炎症反应综合征。

根据急性NaPCP中毒症状，应采取积极的抢救治疗，早期使用氯丙嗪降温，同时应用物理降温治疗，针对可能发生全身炎症反应综合征，及早应用糖皮质激素，补充水分维持电解质，酸碱平衡。根据NaPCP在体内代谢过程的特点，可应用血液净化疗法对其进行清除。在PCP的工业生产和使用过程中，PCP的副产物二噁英类化合物被大量输入到环境中，其中最主要的异构体是八氯代二苯并二噁英(octachlorodibenzo-p-dioxin，OCDD)。OCDD与环境浓度下PCP复合暴露后，对斑马鱼胚胎发育未产生明显毒性效应，通过分析斑马鱼胚胎内CYP1A基因的表达并检测鱼体内SOD与CAT酶活力的变化，从分子水平上进一步验证了环境浓度下PCP和OCDD对斑马鱼的胚胎发育无明显的复合毒性效应。PCP中还含有其他多种具有较高毒性的低氯代二噁英类化合物，这些二噁英类化合物与PCP是否会产生复合毒性效应还需做更多的研究。

3．2五氯苯酚和五氯苯酚钠的生殖发育毒性

3．2．1生殖毒性

NaPCP进入体内后分解为PCP，PCP的弱雌激素作用对处于发育中的生殖器官和其他具有相同激素受体的器官造成不可逆的永久性改变，由于雄性动物更容易受到外界环境雌激素的损伤，故可引起各种类型的雄性生殖系统发育障碍，使生殖细胞的数量和质量受到影响，影响后代的繁殖和发育。PCP和NaPCP可通过血-睾屏障，直接损害睾丸和附睾组织，导致生殖器官的萎缩、生精功能下降、干扰精子的正常生长发育和成熟，对雄性小鼠具有明显的生殖毒性。较高剂量的NaPCP使精子的形态发生畸变，以精子头部畸形为主，表现形态为无定形，无钩形、香蕉形和尾折叠，还可见双头、胖头和双尾等形态，对精子的数量和生殖腺也有一定影响［12］。以含PCP的饲料喂养公羊，待母羊怀胎至第28周时对公羊进行尸解，结果显示公羊阴囊周缘增大，萎缩输精管数量增多，附睾精子密度降低［13］。以ig给予PCP60mg•kg－1诱导2代SD大鼠，导致性成熟延迟，精子数目降低，前列腺和睾丸缩小，胚胎植入能力降低，产仔量减少。以含PCP的饲料喂养母牛，结果显示母牛黄体功能不全和卵母细胞发育异常［4］。

3．2．2致畸胎作用

生物富集作用导致PCP和NaPCP对人体损伤增大，PCP是脂溶性物质，能够进入酶分子内部，位于晚期胎盘细胞膜上的糖蛋白人胎盘碱性磷酸酶(placentalalkalinephospha-tase，PLAP，E．C．3．1．3．1)，是一种新进化的基因产物，具有催化功能，促进某些与胎儿发育有关的物质进入体内。由于PCP是胎盘细胞膜上的一个组分，其构象的变化使酶的功能发生改变，也可导致胎盘细胞膜的结构和功能发生改变，这些改变对胎儿的正常发育产生不良影响。选取健康的斑马鱼受精卵细胞，分别观察受精卵在不同时间段的发育情况，实验结果表明，25℃时NaPCP对斑马鱼胚胎发育有明显的致畸作用，异常率随暴露时间的延长和暴露剂量的增加有增大趋势。低浓度PCP短期暴露即可显著提高斑马鱼肝细胞中p53基因的点突变率，这也可能是PCP抑制斑马鱼胚胎发育，并造成胚胎发育畸形和死亡的原因之一［9］。流行病学资料表明，长期在使用PCP和NaPCP稻田工作的人群的孩子，孩子先天性畸形，胎儿流产，死亡率较高，新生儿易夭折。这是由于PCP和NaPCP的脂溶性能通过胎盘对胎儿产生毒性作用，造成新生儿先天性白内障，无脑畸形、脊柱和生殖器异常等症状。

3．3遗传毒性

PCP和NaPCP存在遗传毒性，为较全面地评价其致突变性，故在生物体的细胞水平和胚胎水平研究其遗传效应。PCP是一种典型的水体污染物，不仅能影响生物代谢，诱导生物细胞毒性，而且还可能诱导生物的遗传损伤。马永鹏等研究了PCP对稀有鮈鲫血细胞和肝细胞DNA的影响，可导致DNA明显的断裂和迁移，对血细胞和肝细胞DNA造成损伤。在低浓度PCP处理动物时，增加动物对氧的消耗，这是由于在线粒体内氧化磷酸化的解偶联作用是线粒体缺少对呼吸的控制所导致［18］。NaPCP对受试动物的黏膜，皮肤和眼睛均有刺激作用，10%NaPCP即对皮肤产生畸形刺激性和腐蚀性。魏雪涛等［20］研究了NaPCP对小鼠不同免疫细胞的影响，结果发现，可致小鼠体内不同免疫细胞出现DNA链断裂损伤，对不同类型的细胞具有一定的选择性。体内染毒和体外染毒，NaPCP均可致鲤鱼肾细胞DNA明显的断裂和迁移，对肾细胞DNA造成了损伤。单细胞凝胶电泳显示，NaPCP80和160mg•L－1对CHO细胞DNA直接造成断裂损伤，使彗星样细胞百分率及损伤程度都明显高于对照组，具有显著性差异。NaPCP能诱发CHO细胞染色体畸变，是非基因致突变物或弱基因致突变物［22］。NaPCP引起DNA链断裂在其遗传毒性及致癌性中起重要作用。NaPCP100mg•kg－1可诱发小鼠体内脾细胞和巨噬细胞的DNA链断裂损伤;NaPCP50mg•kg－1可诱导脾细胞DNA链断裂损伤，对胸腺细胞DNA损伤作用不明显;NaPCP25～100mg•kg－1未诱导骨髓嗜多染红细胞微核增加。NaPCP25，50和100mg•kg－1重复染毒后观察到的小鼠骨髓细胞微核，与对照组相比有显著性差异，表明多次给药促进NaPCP诱导小鼠骨髓微核细胞的产生，具有一定的致突变性。虽然PCP本身对DNA不显示任何反应活性，其主要代谢物TCHQ在离体DNA、多种细胞系以及鼠的肝中均可造成DNA链的断裂，TCHQ还在V79细胞的HPRT中心造成微核形成及变异V79细胞和小鼠中能导致8-羟基-2-脱氧鸟苷(8-OH-dG)的形成。最近发现，肿瘤细胞中，TCHQ可诱导形成加合物和缺嘌呤/缺嘧啶位点(AP位点)。施用急性和亚急性剂量PCP和TCHQ的B6C3F1小鼠其DNA氧化损伤生物标志物8-OH-dG，相对于对照组小鼠肝中检测到的浓度水平明显增加，PCP醌类代谢物的氧化还原过程所产生的活性氧在PCP基因毒性中起到关键作用。TCHQ的TCSQ•和TCHQ的氧化产物TCBQ因而可导致DNA烷基化和DNA加合物的形成。

3．4内分泌干扰效应

PCP和NaPCP作为环境内分泌干扰物(environmentalen-docrinedisruptors，EEDs)，对人类和动物具有很大的负面影响，通过影响动植物组织中的生长因子及其受体水平，影响组织细胞正常的分裂分化，使机体发生生殖异常，是细胞、组织和机体间的生物调节紊乱，同时，对生物的神经系统产生毒害，影响大脑皮质、下丘脑、脑垂体等对激素分泌具有调节作用的组织，导致生物体正常激素合成，释放异常，可使机体内多种合成酶和降解酶失活，消弱机体的解毒代谢，损害人和动物的肝与免疫系统功能，有致癌、致畸和致突变等特殊毒性。目前已有较多动物实验表明，PCP和NaPCP可干扰机体的正常的内分泌效应，对生物体内分泌影响可通过几个途径:①与受体结合，模仿天然激素与胞浆中的激素受体结合，产生类似天然激素的作用;②与天然激素竞争血浆激素结合蛋白，可通过与血清激素结合蛋白的结合来减少血清激素结合蛋白对天然激素的吸附，从而增强天然激素的作用;③可抑制水蚤类固醇激素的生物转化和释放，影响天然激素合成过程中关键酶的产生，以至增强或拮抗天然激素的作用;④通过作用于细胞信号传导通路影响;⑤与环境化合物协同作用。NaPCP可干扰机体甲状腺素的正常功能。Beard等用ig给予北美水貂(Mustellavison)PCP1mg•kg－1，从出生到断乳，研究表明，水貂血清甲状腺素下降。Rawlings等po给予母羊PCP2mg•kg－1，每周2次，连续43d，在母羊未出现明显毒性作用情况下，血清甲状腺素明显下降。Danzo等［27］研究表明，PCP可抑制类固醇激素，蛋白与［3H］生理性配体的结合，干扰内分泌功能。受体结合实验表明，NaPCP能抑制酵母人孕酮受体活性，抑制性激素和性激素受体的结合。流行病学资料显示，NaPCP可干扰妇女正常的内分泌功能，影响子女的生长发育。对于PCP和NaPCP干扰(模拟)雌激素和睾酮的作用的研究不少见，但阳性结果的报道少见。

3．5致癌性作用

国际癌症研究机构(InternationalAgencyforResearchonCancer，IARC)将PCP和NaPCP列为第2B组致癌物。IARC对B6C3F1小鼠进行研究，每日ig给予雄性小鼠PCP(99%纯)100和200ppm，患腺瘤、肝癌、血管瘤和嗜铬细胞瘤概率增大。给予F44大鼠喂食PCP(99%纯)200，400和600ppm，连续2年，实验组患恶性间皮瘤概率增加，雄性大鼠中患鼻腔鳞状细胞癌数量增加。长期喂食MRC-W大鼠含PCP500mg•kg－1饲料促使肝腺瘤发生。

3．6免疫毒性

NaPCP25～100mg•kg－1一次染毒在对小鼠体液免疫和细胞免疫功能产生抑制作用，NaPCP100mg•kg－1对巨噬细胞功能产生抑制作用。连续30d染毒NaPCP研究中发现，小鼠的体液免疫功能受到一定影响。在NaPCP6．25mg•kg－1染毒剂量时，只有空斑形成细胞表现出抑制效应;增加至NaPCP25mg•kg－1时，B淋巴细胞增殖表现出抑制效应［29］。PCP在体内被细胞色素P450酶代谢为亲电的活性产物后，会很快与邻近的蛋白或非蛋白巯基共价结合，从而干扰蛋白质的合成。PCP可引起鲫鱼肝脂质过氧化，反映了PCP对鲫鱼肝的氧化损伤，且PCP浓度越高，造成的损伤越严重。

4五氯苯酚和五氯苯酚钠的毒性作用机制

氯苯酚类物质具有毒性是因为它能与细胞原浆中蛋白质发生化学反应形成不溶性蛋白质，使细胞失去活性。同时氯苯酚类物质具有强渗透性，可由皮肤接触，呼吸道吸入或经口、消化道等多种途径进入机体，并在机体组织中积累，从而使人或动物中毒。有实验研究表明，PCP和NaPCP可以作为氧化磷酸化的解偶联剂，作用于线粒体膜，引起精子线粒体膜电位改变，使膜的完整性受到破坏，因而影响精子的正常生理功能］。任何影响支持细胞发育，损伤功能的因素都将会对精子生成产生严重影响。支持细胞是有毒物质作用的靶器官［32］。PCP对原代培养支持细胞具有毒性作用，使支持细胞活性下降，并呈剂量-时间依赖效应，同时伴随一系列形态学改变，如细胞质变稀薄，细胞膜破裂，胞核皱缩，细胞崩解等。

PCP所致支持细胞活性降低和细胞坏死将会直接影响到生精细胞的的数量和质量并最终影响精子生。Wang等发现PCP及其主要代谢产物TCHQ25～50μmol•L－1作用于常氏肝癌细胞24和48h，均未发现DNA条带，而对于人膀胱癌细胞T-24细胞相同处理条件下，TCHQ能够诱导DNA条带出现，而五氯苯酚为出现此效应。在另一项研究中，Wang等［34］发现TCHQ20μmol•L－1作用48h能够诱导HepG2细胞出现DNA条带，但是PCP0．1～1mmol•L－1未观察到脾细胞细胞凋亡增加，然而在连续30d染毒中，发现脾细胞的细胞凋亡明显增加，说明PCP重复染毒时，发挥毒效应的可能不是NaPCP的原型本身，而是其代谢产物。在大鼠和人体细胞以及其他啮齿动物的实验中，PCP的主要代谢产物是TCHQ，25～50μg作用于T-24细胞时，诱导HepG2细胞出现DNA条带，PCP在重复染毒时，发挥毒效应的是其代谢产物。NaPCP进入体内后可分解为PCP，PCP具有强大的解偶联作用，体外实验表明，PCP1～1000μmol会造成未耦合的氧化磷酸化反应，不活化呼吸酶，导致线粒体受损，干扰正常线粒体的解毒功能，抑制肝磺基转移酶Ⅱ相代谢，引起氧化-磷酸化过程失调，影响机体的正常的能量代谢和三羧酸循环，造成毒性反应，增加了其他化学物质的毒性和致癌作用。

PCP在人畜体内对磷酸化有强烈的抑制作用，使ADP不能通过磷酸化形成ATP。由于ADP浓度增加，致呼吸链氧化作用增强，而氧化产生的大量能量不能通过磷酸化作用进行贮存，只能以热的形式散发，于是引起人畜大汗淋漓、脸红发热、血管扩张和呼吸加快等急性中毒症状。严重者可引起淤血和出血，甚至心脏衰竭死亡［38］。5展望PCP和NaPCP可以通过水生和陆生生物的生物富集作用危害人类健康，其产生的急慢性毒性效应，对组织器官的整体水平，以及细胞分子水平都具有危害。由PCP和NaPCP引起的遗传毒性，内分泌干扰和生殖毒性，对人类的生存和发展有着深远的影响，目前对于PCP和NaPCP的毒性作用机制尚没有定论，需要进一步研究。