喹乙醇毒性分子機制研究進展

李道穩(wěn) , 鄔良賢 ，郭 琳 , 李 斌 , 肖希龍 , 湯樹生

(1.中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院 ， 北京海淀100193 ； 2.龍巖市農(nóng)產(chǎn)品質量安全檢驗檢測中心，福建龍巖364000)

喹乙醇毒性分子機制研究進展

李道穩(wěn)1, 鄔良賢2，郭 琳1, 李 斌1, 肖希龍1, 湯樹生1

(1.中國農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院 ， 北京海淀100193 ； 2.龍巖市農(nóng)產(chǎn)品質量安全檢驗檢測中心，福建龍巖364000)

喹乙醇是1965年由德國拜耳公司以鄰硝基苯胺為原料合成的一種喹噁啉類藥物，其化學名稱為：2-[N-(2-羥基-乙基)-氨基甲酰]-3-甲基-喹噁啉-1,4-二氧化物，又稱喹酰胺醇。我國于 1981 年由北京營養(yǎng)源研究所成功研制喹乙醇。喹乙醇外觀為淡黃色粉末、味苦、無臭；微溶于冷水，易溶于熱水，難溶或不溶于普通有機溶劑。對光較敏感，光照易分解為棕色或深棕色。喹乙醇熔點為 202 ℃～207 ℃，對熱不敏感，在 70 ℃～90 ℃經(jīng)30 min無變化[1]。

本文從喹乙醇誘導細胞凋亡、細胞自噬、細胞周期阻滯等信號轉導通路來闡述其可能的分子機制，喹乙醇毒理機制的深入研究對于該類藥物的合理、安全使用和新藥研發(fā)均具有重要的指導意義。

1 喹乙醇誘導細胞凋亡分子機制

1.1 喹乙醇誘導細胞凋亡的線粒體途徑 細胞凋亡是生物體細胞為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，在正常生理或病理狀態(tài)下自主發(fā)生的受基因嚴格調控的死亡形式。喹乙醇能誘導HepG2細胞凋亡的發(fā)生，且線粒體介導的細胞凋亡可能是喹乙醇致HepG2細胞損傷的一個主要途徑：喹乙醇使細胞內(nèi)ROS增加，ROS會損傷線粒體DNA，進而ROS激活p53。激活后的p53進一步使 Bax /Bcl-2增加，Bax移位聚集在線粒體上，開放線粒體膜通透性轉換孔。開放的線粒體膜通透性轉換孔和增加的Ca2+濃度促使線粒體膜通透性增加，釋放Cyt C等凋亡因子，引起caspase酶原級聯(lián)激活，活化后的caspase-3促使PARP原酶的剪切，使其失去修復的能力，導致細胞凋亡的發(fā)生[2]。喹乙醇導致HepG2凋亡的可能機制見圖1。

1.2 c-myc基因在喹乙醇誘導細胞凋亡中的作用 研究表明，c-myc基因在喹乙醇誘導HepG2細胞凋亡過程中，起到了促進凋亡的作用，其可能作用原理是c-myc激活了Bax的表達，同時抑制Bcl-2 的表達，產(chǎn)生早期凋亡信號，經(jīng)線粒體途徑引起ROS介導的Cyt C的釋放，從而使細胞走向凋亡[3]。

1.3 MAPK參與喹乙醇誘導的細胞凋亡 p38

圖1 喹乙醇誘導HepG2細胞凋亡的機制圖[2]

MAPK和JNK信號通路參與喹乙醇誘導的細胞凋亡。喹乙醇作為外源刺激進入細胞，經(jīng)過一系列細胞內(nèi)反應，促使細胞內(nèi)ROS產(chǎn)生，激活JNK和p38 MAPK信號通路，這兩條MAPK通路可通過抑制促凋亡蛋白 Bax、增強抗凋亡蛋白Bcl-2的表達，緩解線粒體膜損傷，減少Cyt C等凋亡因子由線粒體釋放至胞漿，抑制caspase酶原級聯(lián)激活從而參與抑制細胞凋亡

[4]

。MAPK參與調節(jié)喹乙醇誘導HepG2細胞凋亡的可能作用機制見圖2。

圖2 MAPK信號通路調節(jié)喹乙醇誘導HepG2細胞凋亡的作用機制[4]

1.4 GADD45a在喹乙醇誘導的細胞凋亡中的作用 GADD45a在喹乙醇誘導的細胞凋亡中扮演重要角色。干擾GADD45a后，顯著降低了喹乙醇誘導的細胞活性，增加ROS的產(chǎn)生，降低線粒體膜電位，從而促使Bax/Bcl-2增加，隨后導致 Cyt C釋放，Cyt C激活了線粒體凋亡的標志物caspase-9，caspase-9的激活導致了凋亡蛋白caspase-3和PARP的剪切，最終導致了凋亡的發(fā)生[5]，其可能的機制如圖3。

圖3 GADD45a在喹乙醇誘導的細胞凋亡中的作用機制[5]

2 喹乙醇誘導細胞自噬分子機制

2.1 JNK信號通路參與喹乙醇誘導的細胞自噬 喹乙醇通過LC3-II和Beclin 1 表達的上調，誘導HepG2細胞發(fā)生自噬。喹乙醇誘導HepG2細胞發(fā)生自噬的具體機制可能與mTOR或 Beclin1相關途徑有關，與DAPK無關。JNK信號通路可能參與了喹乙醇誘導 HepG2 細胞自噬的負調控。該信號通路的抑制會導致喹乙醇誘導的自噬水平增強，這可能只是因為 JNK 對自噬的抑制作用的減輕；也可能因為自噬和凋亡都屬于促進細胞死亡的一種方式，細胞保護性的JNK通路被抑制后，自噬和凋亡水平均升高；或者因為自噬本身也是促進細胞生存的機制，JNK通路的抑制導致自噬增強以代償細胞保護功能。其可能的機制如下圖4。

2.2 TSC2在喹乙醇誘導細胞自噬中的作用 喹乙醇作為外源性刺激能誘導HEK293T細胞發(fā)生自噬，并具有時間與劑量依賴性。TSC2在喹乙醇誘導HEK293T細胞自噬中抑制自噬的發(fā)生；TSC2可能介導了喹乙醇誘導HEK293T細胞發(fā)生氧化應激；并且TSC2可能誘導了喹乙醇導致的HEK239T細胞凋亡，干擾TSC2后染毒喹乙醇，凋亡顯著降低，過表達 TSC2 后染毒喹乙醇，凋亡顯著升高[7]。

3 喹乙醇誘導細胞周期阻滯

喹乙醇呈時間和劑量依賴性誘導HepG2細胞阻滯于S期，延緩 S期向G2/M 期轉換，進而抑制細胞的增殖。其可能的調控機制是：喹乙醇造成的DNA雙鏈斷裂，可能通過以下兩種途徑來調控周期進程：(1)細胞啟動：ATM-CHK2/CHK1-CDC25A-CDK2通路，直接作用于S期，造成S期阻滯；(2)c-myc的高表達拮抗p53、p21對G1期的阻滯作用：通過激活cyclinD1、cyclinE、cdk4和cdk6抑制p27的阻滯作用，同時下調G2/M期相關的cyclinA和cyclinB1的表達，推進細胞周期進程，使細胞通過G1期DNA損傷檢查點，將細胞阻滯于S期，其具體機制見圖5。

4 總結與展望

對喹乙醇毒性的認識是一個漸進的過程，以上綜述的研究表明，喹乙醇可以誘導細胞凋亡、細胞自噬、周期阻滯等毒性反應，但具體其靶器官、靶細胞毒性機制的研究尚不深入。近年來研究表明，自由基和線粒體損傷可能是引起該類藥物遺傳毒性的重要原因。已有試驗證明，喹乙醇能夠引起內(nèi)質網(wǎng)和溶酶體損傷，內(nèi)質網(wǎng)應激和溶酶體介導的自噬途徑均為外源性化合物重要的毒性作用途徑，該現(xiàn)象提示我們內(nèi)質網(wǎng)可能也是喹乙醇攻擊的靶點之一。喹乙醇可通過激活多種生物信號而產(chǎn)生毒性，而各個指標之間既相互關聯(lián)又相互制約。但喹乙醇的毒性機制及分子作用機理仍有待完善，喹乙醇的細胞毒性不容忽視，其作為飼料添加劑的安全性還有待更多實驗研究進行驗證評價，應當深入研究其毒性機制為開發(fā)設計新型高效毒性作用小的抗菌促生長劑奠定堅實的基礎。

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2016-09-14

國家自然科學基金(31372486)

李道穩(wěn)(1990- )，男，博士生，從事獸醫(yī)藥理及毒理學研究，E-mail：lidaowen123.fff@163.com

湯樹生，E-mail：tssfj@163.com

S816.7

A

0529-6005(2017)02-0065-03