喹乙醇毒性分子机制研究进展

李道稳 , 邬良贤 ，郭 琳 , 李 斌 , 肖希龙 , 汤树生

(1.中国农业大学动物医学院 ， 北京海淀100193 ； 2.龙岩市农产品质量安全检验检测中心，福建龙岩364000)

喹乙醇毒性分子机制研究进展

李道稳1, 邬良贤2，郭 琳1, 李 斌1, 肖希龙1, 汤树生1

(1.中国农业大学动物医学院 ， 北京海淀100193 ； 2.龙岩市农产品质量安全检验检测中心，福建龙岩364000)

喹乙醇是1965年由德国拜耳公司以邻硝基苯胺为原料合成的一种喹噁啉类药物，其化学名称为：2-[N-(2-羟基-乙基)-氨基甲酰]-3-甲基-喹噁啉-1,4-二氧化物，又称喹酰胺醇。我国于 1981 年由北京营养源研究所成功研制喹乙醇。喹乙醇外观为淡黄色粉末、味苦、无臭；微溶于冷水，易溶于热水，难溶或不溶于普通有机溶剂。对光较敏感，光照易分解为棕色或深棕色。喹乙醇熔点为 202 ℃～207 ℃，对热不敏感，在 70 ℃～90 ℃经30 min无变化[1]。

本文从喹乙醇诱导细胞凋亡、细胞自噬、细胞周期阻滞等信号转导通路来阐述其可能的分子机制，喹乙醇毒理机制的深入研究对于该类药物的合理、安全使用和新药研发均具有重要的指导意义。

1 喹乙醇诱导细胞凋亡分子机制

1.1 喹乙醇诱导细胞凋亡的线粒体途径 细胞凋亡是生物体细胞为维持内环境稳定，在正常生理或病理状态下自主发生的受基因严格调控的死亡形式。喹乙醇能诱导HepG2细胞凋亡的发生，且线粒体介导的细胞凋亡可能是喹乙醇致HepG2细胞损伤的一个主要途径：喹乙醇使细胞内ROS增加，ROS会损伤线粒体DNA，进而ROS激活p53。激活后的p53进一步使 Bax /Bcl-2增加，Bax移位聚集在线粒体上，开放线粒体膜通透性转换孔。开放的线粒体膜通透性转换孔和增加的Ca2+浓度促使线粒体膜通透性增加，释放Cyt C等凋亡因子，引起caspase酶原级联激活，活化后的caspase-3促使PARP原酶的剪切，使其失去修复的能力，导致细胞凋亡的发生[2]。喹乙醇导致HepG2凋亡的可能机制见图1。

1.2 c-myc基因在喹乙醇诱导细胞凋亡中的作用 研究表明，c-myc基因在喹乙醇诱导HepG2细胞凋亡过程中，起到了促进凋亡的作用，其可能作用原理是c-myc激活了Bax的表达，同时抑制Bcl-2 的表达，产生早期凋亡信号，经线粒体途径引起ROS介导的Cyt C的释放，从而使细胞走向凋亡[3]。

1.3 MAPK参与喹乙醇诱导的细胞凋亡 p38

图1 喹乙醇诱导HepG2细胞凋亡的机制图[2]

MAPK和JNK信号通路参与喹乙醇诱导的细胞凋亡。喹乙醇作为外源刺激进入细胞，经过一系列细胞内反应，促使细胞内ROS产生，激活JNK和p38 MAPK信号通路，这两条MAPK通路可通过抑制促凋亡蛋白 Bax、增强抗凋亡蛋白Bcl-2的表达，缓解线粒体膜损伤，减少Cyt C等凋亡因子由线粒体释放至胞浆，抑制caspase酶原级联激活从而参与抑制细胞凋亡

[4]

。MAPK参与调节喹乙醇诱导HepG2细胞凋亡的可能作用机制见图2。

图2 MAPK信号通路调节喹乙醇诱导HepG2细胞凋亡的作用机制[4]

1.4 GADD45a在喹乙醇诱导的细胞凋亡中的作用 GADD45a在喹乙醇诱导的细胞凋亡中扮演重要角色。干扰GADD45a后，显著降低了喹乙醇诱导的细胞活性，增加ROS的产生，降低线粒体膜电位，从而促使Bax/Bcl-2增加，随后导致 Cyt C释放，Cyt C激活了线粒体凋亡的标志物caspase-9，caspase-9的激活导致了凋亡蛋白caspase-3和PARP的剪切，最终导致了凋亡的发生[5]，其可能的机制如图3。

图3 GADD45a在喹乙醇诱导的细胞凋亡中的作用机制[5]

2 喹乙醇诱导细胞自噬分子机制

2.1 JNK信号通路参与喹乙醇诱导的细胞自噬 喹乙醇通过LC3-II和Beclin 1 表达的上调，诱导HepG2细胞发生自噬。喹乙醇诱导HepG2细胞发生自噬的具体机制可能与mTOR或 Beclin1相关途径有关，与DAPK无关。JNK信号通路可能参与了喹乙醇诱导 HepG2 细胞自噬的负调控。该信号通路的抑制会导致喹乙醇诱导的自噬水平增强，这可能只是因为 JNK 对自噬的抑制作用的减轻；也可能因为自噬和凋亡都属于促进细胞死亡的一种方式，细胞保护性的JNK通路被抑制后，自噬和凋亡水平均升高；或者因为自噬本身也是促进细胞生存的机制，JNK通路的抑制导致自噬增强以代偿细胞保护功能。其可能的机制如下图4。

2.2 TSC2在喹乙醇诱导细胞自噬中的作用 喹乙醇作为外源性刺激能诱导HEK293T细胞发生自噬，并具有时间与剂量依赖性。TSC2在喹乙醇诱导HEK293T细胞自噬中抑制自噬的发生；TSC2可能介导了喹乙醇诱导HEK293T细胞发生氧化应激；并且TSC2可能诱导了喹乙醇导致的HEK239T细胞凋亡，干扰TSC2后染毒喹乙醇，凋亡显著降低，过表达 TSC2 后染毒喹乙醇，凋亡显著升高[7]。

3 喹乙醇诱导细胞周期阻滞

喹乙醇呈时间和剂量依赖性诱导HepG2细胞阻滞于S期，延缓 S期向G2/M 期转换，进而抑制细胞的增殖。其可能的调控机制是：喹乙醇造成的DNA双链断裂，可能通过以下两种途径来调控周期进程：(1)细胞启动：ATM-CHK2/CHK1-CDC25A-CDK2通路，直接作用于S期，造成S期阻滞；(2)c-myc的高表达拮抗p53、p21对G1期的阻滞作用：通过激活cyclinD1、cyclinE、cdk4和cdk6抑制p27的阻滞作用，同时下调G2/M期相关的cyclinA和cyclinB1的表达，推进细胞周期进程，使细胞通过G1期DNA损伤检查点，将细胞阻滞于S期，其具体机制见图5。

4 总结与展望

对喹乙醇毒性的认识是一个渐进的过程，以上综述的研究表明，喹乙醇可以诱导细胞凋亡、细胞自噬、周期阻滞等毒性反应，但具体其靶器官、靶细胞毒性机制的研究尚不深入。近年来研究表明，自由基和线粒体损伤可能是引起该类药物遗传毒性的重要原因。已有试验证明，喹乙醇能够引起内质网和溶酶体损伤，内质网应激和溶酶体介导的自噬途径均为外源性化合物重要的毒性作用途径，该现象提示我们内质网可能也是喹乙醇攻击的靶点之一。喹乙醇可通过激活多种生物信号而产生毒性，而各个指标之间既相互关联又相互制约。但喹乙醇的毒性机制及分子作用机理仍有待完善，喹乙醇的细胞毒性不容忽视，其作为饲料添加剂的安全性还有待更多实验研究进行验证评价，应当深入研究其毒性机制为开发设计新型高效毒性作用小的抗菌促生长剂奠定坚实的基础。

[1] 沈建忠，谢联金．兽医药理学 [M]．北京：中国农业大学出版社， 2000： 167-169.

[2] 0Zou J, Chen Q, Jin X,etal. Olaquindox induces apoptosis through the mitochondrial pathway in HepG2 cells [J]. Toxicology, 2011, 285(3): 104-113.

[3] 张婷， 陈倩， 汤树生， 等. 喹乙醇对 HepG2 细胞抗氧化系统的影响 [J]. 癌变· 畸变· 突变, 2010, 22(5): 361-365.

[4] Zhao W, Tang S, Jin X,etal. Olaquindox-induced apoptosis is suppressed through p38 MAPK and ROS-mediated JNK pathways in HepG2 cells [J]. Cell Biol Toxicol，2013，29:229-238.

[5] Li D, Dai C, Zhou Y,etal. Effect of GADD45a on olaquindox-induced apoptosis in human hepatoma G2 cells: Involvement of mitochondrial dysfunction [J]. Environ Toxicol Pharmacol，2016 Jul 19; 46: 140-146.

[6] Zhao D, Wang C, Tang S,etal.Reactive oxygen species-dependent JNK downregulated olaquindox-induced autophagy in HepG2 cells [J]. J Appl Toxicol，2015 Jul; 35(7):709-716.

[7] 赵科娜. TSC2在喹乙醇诱导的HEK293T细胞毒性及自噬中的作用 [D]．北京：中国农业大学，2016.

[8] Jin X, Tang S, Chen Q,etal. Furazolidone induced oxidative DNA damage via up-regulating ROS that caused cell cycle arrest in human hepatoma G2 cells [J]. Toxicol Lett，2011，Mar 25; 201(3):205-212.

[9] Chen Q, Tang S, Jin X,etal. Investigation of the genotoxicity of quinocetone, carbadox and olaquindox in vitro using Vero cells. Food Chem Toxicol [J]. 2009 Feb; 47(2):328-334.

2016-09-14

国家自然科学基金(31372486)

李道稳(1990- )，男，博士生，从事兽医药理及毒理学研究，E-mail：lidaowen123.fff@163.com

汤树生，E-mail：tssfj@163.com

S816.7

A

0529-6005(2017)02-0065-03