二氯乙酸的毒性

物理性质^【1】

二氯乙酸为无色透明液体，熔点13．5℃，沸点194"12(101．3kPa)，125℃(9．3kPa)，102。C(2．7kPa)，密度d201．5649／era3，dj01．5639／em3。折射率n挈1．456 8，n2。21．465 9。燃烧热为4．81kJ／g。能溶于水、乙醇及乙醚。二氯乙酸比一氯乙酸的酸性强，触及皮肤和眼睛能引起烈性烧伤，其蒸气对呼吸系统有强烈的刺激性。二氯乙酸与一些烷烃形成共沸物。二氯乙酸在不同压力下的沸点见表2—4，二元共沸混合物的沸点、压力及组成见表2—5，二氯乙酸与乙酸二元混合物的凝固点见图2—4。

二氯乙酸 ( DCA)是饮用水氯化消毒代谢副产物卤乙酸类的一种 ,同时也是许多氯化物的代谢产物 ,毒理学试验表明其能诱导大鼠、小鼠肝肿瘤发生率增加。 而在临床上DCA作为一种药物对心血管及代谢性疾病具有治疗作用。

药代动力学与代谢研究^【2】

健康成人口服 DCA吸收快速、完全 ,在给药后 15～ 30min即达到血浆峰浓度 , 20%的 DCA与血浆蛋白结合 ,一次口服或静脉注射剂量 10mg /kg在 60min以内即可产生降低丙酮酸的效果。 DCA血浆清除和分布情况由于动物品系、年龄、反复染毒或给药次数的不同而不同。

DCA表现为限制自身代谢 ,其 C max 在两次给药后比仅给一次药大 ,但是第二次给药后使 C max 增加的幅度明显小于次给药。反复给药能延长其 T 1/2,目前尚无足够的资料表明口服与静脉注射对DCA的动力学有何不同影响。对大多数健康受试者来说 , DCA的动力学符合一室模型 ,而对于各种急性、慢性病人 ,则更符合二室或三室模型。动物试验染毒后 15～ 30min即明显激活组织中丙酮酸脱氢酶复合体。

大鼠肝细胞染毒发现 , DCA易与浆膜上单羧化物载体结合转运至胞内,其在胞内的主要蓄集位点是线粒体 ,这也与它的主要作用底物是丙酮酸脱氢酶一致。体外试验大鼠肝细胞代谢 DCA为甘氨酸、草酸盐和二氧化碳。大鼠经口染毒后血浆中或尿中排除的代谢产物为一氯乙酸、乙醛酸、乙二酸、草酸盐 ,经呼出气排除二氧化碳。在人类 ,给药 8h后尿中排除的未经代谢的DCA可忽略不计。

目前认为 DCA可能的代谢机制有: 1. 细胞色素 P450的氧化; 2. 经自由基中间产物代谢; 3. 通过谷氨酰胺结合的途径; 4. 通过酶介导的水解作用 ,可能通过形成一种 α-内酯。

毒理学作用^【2】

 1. 一般毒性

急性经口染毒试验大鼠、小鼠 DCA的LD 50 分别是 4480mg /kg、 5520mg /kg。雌雄 SD大鼠饮水染毒 14d,剂量范围从0～ 1875mg /L,体重、丙酮酸水平、血中葡萄糖 水 平等 指 标 无 异常。 无 作 用 剂 量 为150mg /( kg· d)。灌胃染毒雌雄 SD大鼠 3个月 ,剂量范围从 0～ 2000mg /kg,所有剂量组均出现呈剂量 -反应关系的生长抑制 ,肝、肾、肾上腺重量增加 ,大脑、小脑白质空泡化 ,最低有作用剂量为 125mg /( kg· d)。猎犬喂饲二氯乙酸盐胶囊 13周 ,最低有作用剂量为50mg /( kg· d)。雄性 B6C3F1小鼠饮水染毒 60周 ,浓度范围从 0～ 486mg /( kg· d)。

最高剂量组486mg /( kg· d)的饮水消耗量比对照组减少40% , 410mg /( kg· d)、 486mg( kg· d)剂量组体 重减少 , 肝 重增加。 无 作用 剂量 为7. 6mg /( kg· d)。而 F344大鼠 100周染毒无作用剂量为 3. 6mg /( kg· d)。DCA长期染毒后发现 ,它的潜在靶器官主要是肝脏、肾脏、神经系统、睾丸、眼。DCA能诱导大鼠、小鼠肝细胞的损伤、肝肿大、肝细胞增生、肝腺瘤、肝细胞癌;使血尿素氮水平增加、导致肾占位性病变、促进氯仿的肾毒性 ,这可能与 DCA的代谢物之一草酸盐是一种潜在的肾毒物有关。

慢性染毒在大鼠、狗中能产生后腿无力的症状 ,据认为这与周围神经系统传导速度降低和胫神经直径减小有关 ,这些症状在停药后自行消失。在脑组织中出现白质空泡化。 由于 DCA外周神经症状与维生素 B 1 缺乏的症状相似 ,而且同时给予维生素 B 1 能减轻 DCA的外周神经症状 ,所以这些症状被认为与由于 DCA刺激了丙酮酸脱氢酶复合体引起维生素 B 1 的缺乏有关。

DCA能导致睾丸萎缩 ,光镜下可见睾丸上皮变性以及多核巨细胞的形成 ,最高剂量组出现精子生成缺乏 ,而这些效果在停药后一个月也不能恢复。 狗染毒 3个月出现不可逆转的晶状体浑浊 ,而视神经组织学检查却未发现异常。

致癌性及其机制^【2】

B6C3F1小鼠饮水慢性染毒 60周 ,两个高剂量组 410mg /( kg· d)、486mg( kg· d)肝增生结节的发生率分别为 58%和 83% ,而肝腺瘤的发生率高达 100% 和 80% ,肝细胞癌的发生率则为 67% 和 83% , F344大鼠饮水慢性染毒 100周 , 3. 6～ 139mg /( kg· d)和40. 2～ 139mg /( kg· d)剂量组肝腺瘤的发生率分别为 17. 2%和 10. 7% ,肝细胞癌的发生率为 10. 3% 和 21. 4% 。

F344大鼠 DCA半数致癌剂量为 16mg /( kg· d) , B6C3F1小鼠的半数致癌剂量为 112mg /( kg· d) ,其敏感度相差 7倍。 可能与相同剂量下不同种系动物代谢、清除率不同有关 , DCA在大鼠中的代谢和清除率均较高。目前 DCA致癌的机制仍未完全澄清 ,牵涉到的相关解释有多种 ,基本上可分为遗传毒性、非遗传毒性两大学说。

遗传毒性^【2】

遗传毒性致癌物通过与 DNA发生相互化学作用引起 DNA损伤 ,造成遗传物质不可逆转的改变而致癌。 DCA诱变试验结果并不一致 , 1992年以前进行的体内、体外诱变试验中 , DCA表现为无或弱诱变性 ,而 1992～ 1995年所进行的几个试验则表明 DCA具有明确的诱变性。 DeMarini等的 DCA原噬菌体诱导试验 ( prophage-induction assay)和 Ames试验表明其变异谱为 TA100菌株碱基置换型。

DCA能增加小鼠淋巴细胞胸苷激酶位点的变异频率。 Fusco等使用小鼠外周末梢血微核试验以及单细胞凝胶电泳试验清楚表明经饮水染毒 DCA能诱导染色体损伤。其它表现还包括诱导 DNA单链断裂、DNA修复合成增加。 然而这些反应均较弱 ,而且试验所用的 DCA浓度数量级均远高于正常饮用水中的含量。

Fox等使用纯度高达 99. 5%的 DCA进行的一套体内、体外诱变试验表明 ,并没有任何诱变性反应 ,因此以前试验所出现的诱变试验阳性结果有可能是由于使用纯度较低的 DCA所致。

有研究表明 DCA染毒后的 B6C3F1雄性小鼠 H-ras基因第二外显子 61密码子变异谱与小鼠自发性肿瘤的变异谱不同 , CAA→ AAA的突变减少而 CAA→ CGA、 CAA→ CTA的突变增加,但是使用同样处理方法所进行的研究表明 , DCA处理过的雌性小鼠 ras基因变异谱没有发生变化 ,而且 ras基因的变异谱在雌雄之间无差异。

非遗传毒性^【2】

非遗传毒性致癌物通常没有 DNA损伤的证据 ,而常通过增加 DNA合成、有丝分裂和细胞复制而致癌。 关于 DCA通过非遗传毒性途径致癌的证据很多 ,学说也很多 ,主要有以下几种:

过 氧 化 物 酶 体 增 生 剂 ( peroxisomeprolif erators, PPs): 由于 DCA慢性染毒后的动物在高剂量出现肝脂质过氧化的表现 ,因此 DCA被认为是一种 PPs。 PPs是一大类物质 ,包括一些降血脂的药物、增塑剂以及一些环境污染物。

研究发现这些物质大部分是非遗传毒性致癌物。 PPs通过激活膜上的PPs 活 化 受 体 ( peroxisome proliferator-activated receptor, PPAR)影响细胞信号传递途径 ,改变与细胞生长关系密切的基因 c-myc、 c-jun、 c-fos等的表达量 ,干扰细胞的生长、分化过程 ,最终致癌。 但是 DCA诱导脂质过氧化反应的剂量高于致癌所需的剂量。影响细胞凋亡: 体内、体外试验研究发现DCA能抑制正常肝细胞的分裂生长 ,同时选择性促进经启动剂作用后的不依赖贴壁型肝细 胞 ( anchorage-independent hepatocytes)的克隆增殖 ,这些肝细胞为 c-jun+。

而另有研究表明 DCA能抑制肝细胞凋亡因此推测DCA能通过抑制表型为 c-jun+的启动细胞正常凋亡过程 ,并同时抑制正常细胞的长而导致肝肿瘤的发生。影响糖代谢: 正常肝细胞对 DCA反应剧烈 ,表现为细胞内糖原积累、巨细胞化。 而DCA诱导的肝肿瘤细胞内糖原储存极少。研究发现 DCA抑制正常肝细胞生长表现为先短暂刺激肝细胞生长然后再抑制的过程 ,而经 DCA处理后的小鼠血胰岛素含量也同时经历了短暂分泌增加然后减少的过程 ,胰岛素具有促细胞生长的作用。

DCA可能在早期通过自身具有的模拟胰岛素作用 ,或者通过减少外周组织葡萄糖的利用率增加血浆中葡萄糖浓度 ,反应性刺激胰岛素分泌增加 ,促进细胞的生长。 后期随着胰岛素分泌的下降和/ 或肝细胞胞液内的糖皮质激素受体的减少 ,正常细胞生长受抑制。 而由于启动细胞仍然保持对 DCA的促细胞生长作用的敏感性 ,得以继续生长发展为肿瘤。 这些肿瘤细胞不表 达 肝 糖 原 合 成 酶 , 因 此 糖 原 储 存 极少。

其它机制: DCA通过致肝实质细胞的坏死 ,继而引起细胞代偿性增生而致癌。 影响细胞间隙通讯、信号传导而致癌。 DCA诱导 DNA低甲基化影响相关基因表达而致癌。DCA代谢产生自由基导致细胞膜及线粒体的损伤。

参考文献

[1]周学永编著,氯乙酸基础研究与应用,中国科学技术出版社,2006年5月,第13页

[2]方城.饮水中二氯乙酸毒理学研究进展[J].国外医学(卫生学分册),2000(02):101-103+109-114.