| 题名 | 致癌性卤代醌介导的脂质氢过氧化物13-HPODE分解的分子反应机理研究 |
| 作者 | 覃浩 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-05 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 朱本占 |
| 关键词 | 卤代醌 2 5-二氯-1 4苯醌 13-过氧羟基-9 11-十八碳二烯酸 电子自旋共振-自旋捕获技术 脂质烷烃自由基 4-羟基-2-壬烯醛 醌-烷氧脂质耦合产物 Halogenated quinones 2 5-dichloro-1 4-benzoquinone 13-Hydroperoxy-9 11-octadecadienoic acid ESR spin-trapping Lipid alkyl radicals 4-Hydroxy-2-nonenal Quinone-lipid alkoxyl conjugates |
| 其他题名 | MolecularMechanism of Decomposition of Lipid Hydroperoxide 13-HPODE by Halogenated Quinoid Carcinogens |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 中文摘要 | 脂质过氧化是一个被广泛研究的领域。13-过氧羟基-9,11-十八碳二烯酸（13-HPODE）是研究最为广泛的内源性脂质氢过氧化物。脂质氢过氧化物的分解之所以受到广泛的关注，是因为在生物体内，这一过程中由脂质衍生出的自由基会造成细胞膜、蛋白质以及其它生物分子的损伤。在过渡金属离子，尤其是亚铁离子（Fe(II)）存在的条件下，13-HPODE会首先生成脂质烷氧自由基，进而分解生成具有反应活性的脂质烷烃自由基、脂肪酸产物和具有基因毒性的醛类化合物4-羟基2-壬烯醛（4-HNE）。我们最近发现有机氢过氧化物叔丁基过氧化氢（t-BuOOH）可以与卤代醌如2,5-二氯-1,4-苯醌（DCBQ）反应，以不依赖金属离子的亲核取代均裂分解机制生成烷氧和以碳为中心的醌酮自由基。 由于13-HPODE是一个仲碳氢过氧化物，并且拥有长的脂肪链，而t-BuOOH是一个叔碳氢过氧化物，只拥有小的叔丁基基团，所以我们认为这两种有机氢过氧化物与DCBQ的反应不仅仅有相似之处，应该也会具有各自的不同点。因此，在此研究中，我们计划解决如下的问题：1）DCBQ以及各种卤代醌能否通过不依赖金属离子的机制使得13-HPODE分解，并且生成具有反应活性的自由基中间体和具有基因毒性的醛类化合物；2）如果存在这个过程，它与已知的两个反应：i）t-BuOOH与DCBQ，ii）13-HPODE与Fe(II)之间有什么异同点；3）反应的分子机制是什么？ 为了回答以上问题，我们首先研究了13-HPODE与DCBQ之间的反应，通过综合运用电子自旋共振（ESR）-自旋捕获，高效液相色谱质谱联用（HPLC-MS）,傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTICR）和气相色谱质谱联用（GC-MS）等分析手段鉴定了反应过程中的自由基中间体和终产物。为了进行对比，我们也同时研究了13-HPODE与Fe(II)之间的反应。 DCBQ可以加速13-HPODE的分解并生成脂质烷烃自由基 以α-（4-吡啶基-1-氧)-N-叔丁基硝基酮（POBN）作捕获剂，我们发现只有在DCBQ和13-HPODE共同存在时才会检测到典型的ESR六重峰信号。这说明DCBQ可以使得13-HPODE发生分解且生成碳中心自由基中间体。为了分辨出这些不同的脂质自由基，我们使用HPLC-MS技术，将拥有相同六重峰ESR信号的自旋捕获加合产物进行分离鉴定。由于反应体系中加合产物浓度很低，我们通过预先计算得到的目标加合产物质子化后的质荷比（±0.5 Da），借助HPLC-MS的选择反应检测模式（SRM）以及二级质谱对其进行了分离鉴定。在DCBQ/13-HPODE/POBN系统中，我们鉴定得到了以下三种POBN自由基自旋捕获加合产物：（1）戊碳基自由基加合物（2）7-羧庚基自由基加合物（3）1-(7-羧庚基)-4,5-环氧-2-癸烯基自由基，1-(1,2-环氧庚基)-10-羧基-2-癸烯基自由基以及它们的各种同分异构体加合物。 DCBQ与13-HPODE反应的两种醌-烷氧脂质耦合物的鉴定 使用HPLC-MS， 2-氯-5-羟基-1,4苯醌（CBQ-OH）和醌-烷氧脂质耦合物CBQ(OH)-13-O-L被鉴定为DCBQ与13-HPODE反应的两种主要产物。有意思以及出乎意料的是，我们检测到了另一个分子量为m/z 467的醌-烷氧脂质耦合物。FTICR/MS显示其结构可能为CBQ(OH)-9-O-LO，其检测到的一氯同位素峰簇m/z 467.18388，符合理论值m/z 467.18420。在已知的13-HPODE的分解过程中，可能会生成一个新的脂质氢过氧化物9-OLOOH，它很可能与DCBQ发生反应从而形成这一新的醌-烷氧脂质耦合物。 13-HPODE分解得到长链脂肪酸的鉴定 通过HPLC-MS和FTICR，我们检测并鉴定到了13-HPODE与Fe(II)反应后出现的四种化合物，他们分别是11-甲酰基-11-羟基-9-十一碳烯酸，12,13-环氧基-9-过氧羟基-10-十八碳烯酸，13-氧-9,11-十八碳烯酸和12,13-环氧基-11-羟基-9-十八碳烯酸。当Fe(II)被DCBQ代替时，除此之外，还检测并鉴定到了一个新化合物13-羟基-9,11-十八碳烯酸。 DCBQ促进13-HPODE的分解并使之生成具有基因毒性的HNE 我们通过衍生化的方法用GC-MS对HNE进行了检测。HNE的醛基被衍生化为五氟苄基-肟，这一结构通常会产生m/z 181的碎片离子，而HNE的羟基则被衍生化为三甲基硅烷。我们发现DCBQ确实可促进13-HPODE的分解并使之生成HNE。在使用其它卤代醌如2,6-二氯-1,4-苯醌和四氯苯醌代替DCBQ时也能观察到类似结果。 不依赖金属离子由DCBQ介导的13-HPODE分解的分子机制 对脂质烷烃自由基，以及主要反应产物CBQ-OH和两种醌-烷氧脂质耦合物的鉴定，有力的证明了DCBQ介导的13-HPODE分解机制：DCBQ与13-HPODE（13-LOOH）首先发生亲核取代反应，生成醌-过氧化中间产物（CBQ-OO-L），其随后发生均裂，产生13-LO•和以氧为中心的醌自由基CBQ-O•。CBQ-O•既可歧化生成主要反应产物之一CBQ-OH，也可发生共振互变形成以碳为中心的醌自由基•CBQ=O。•CBQ=O可与13-LO•发生自由基耦合，通过酮醇互变生成另一种主要反应产物CBQ(OH)-O-L。13-LO•发生β断裂可以生成戊烷基自由基，同时还能通过环氧化反应，生成一个碳中心自由基OL•。OL•与氧气反应生成一个新的脂质氢过氧化物12,13-环氧-9-LOOH（9-OLOOH）。9-OLOOH随后可与DCBQ反应生成新的烷氧自由基9-OLO•，它能与•CBQ=O发生自由基耦合，生成另一种新型的醌-烷氧脂质耦合物CBQ(OH)-9-O-LO, 也可发生β断裂可以生成7-羧庚基自由基。而DCBQ促进HNE生成的机制则很可能与Fe(II)类似。 这一反应与已知反应的异同 总的来说，DCBQ与t-BuOOH的反应和DCBQ与13-HPODE的反应类似，都经过了亲核取代以及均裂分解的过程。它们之间最大的区别在于自由基中间体以及产物的不同。因为13-HPODE是一个长链的仲碳氢过氧化物，它的分解会更加复杂，以至于生成更多的自由基中间产物和脂肪酸。 Fe(II)与13-HPODE的反应和DCBQ与13-HPODE的反应最主要的不同在于反应机理：Fe(II)参与的反应是类Fenton反应的氧化还原过程，而DCBQ参与的反应则是经过了亲核取代及均裂分解。虽然它们的反应机理不同，但主要的自由基中间体以及产物却相似，尤其是从脂质烷氧自由基13-LO•生成的各种衍生物。 潜在的生物学意义 我们发现不仅DCBQ，其它多氯代醌也能与13-HPODE以不依赖金属离子的方式发生反应，生成活泼的脂质烷烃自由基和具有基因毒性的HNE。这一发现可能具有一些有趣的生物学意义。例如，这可以部分解释广泛使用的木材保护剂五氯酚和其它多卤代芳香族化合物如2,4,6-和2,4,5-三氯酚，六氯酚，橙剂以及四溴双酚A的潜在致癌性，其中五氯酚被美国环保署列为优先控制污染物和2B组环境致癌物。这些化合物经过体内代谢或化学和生物学的脱卤都会生成相应的醌类化合物。最近，多氯代醌化合物如2,6-DCBQ被鉴定为饮用水氯化消毒副产物，它们可能引起膀胱癌， 在纸浆厂、造纸厂的排弃物中也检测到了它们的存在。因为13-HPODE是一个内源性的脂质氢过氧化物，相对于之前对t-BuOOH和卤代醌反应的研究，该研究具有更强的生理学意义。我们的新发现为更好的理解五氯酚以及其它多卤代芳香族化合物的基因毒性和细胞毒性提供了一个新思路。 |
| 公开日期 | 2014-09-03 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7664]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境化学与生态毒理学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 覃浩. 致癌性卤代醌介导的脂质氢过氧化物13-HPODE分解的分子反应机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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