芥子氣致肝脾損傷的研究現(xiàn)狀

唐金元，褚海波

芥子氣（sulfur mustard，SM）是一種戰(zhàn)爭中最常用的糜爛性毒劑，稱之“毒氣之王”。SM在全球?qū)儆谝环N高儲存毒劑，致傷和致殘率高，易讓人產(chǎn)生恐懼心理，威懾力大，且伴隨著長期的慢性損傷［1］。暖季SM蒸發(fā)損傷眼部和肺部，寒季SM接觸損傷皮膚［2］。液氣態(tài)SM對器官損傷部位有明顯的不同。據(jù)資料統(tǒng)計，兩伊戰(zhàn)爭中SM損傷最常見的部位是呼吸道、眼部、皮膚［3］。 SM 損傷的 3．4 萬士兵中，13～20年后其并發(fā)癥肺部占 42．5%、皮膚39．3%、眼部24．5%［4］。角膜炎和梗阻性細(xì)支氣管炎是最為難治的并發(fā)癥［5］。因此，SM呼吸道、皮膚、眼部損傷毒理機(jī)制的相關(guān)研究報道頗多。鑒于肝脾是人體重要的解毒代謝器官和免疫防御器官，SM損傷肝脾器官也備受人們的關(guān)注。本文結(jié)合SM的毒理特征，對肝脾損傷的特點作一綜述。

1 SM理化性質(zhì)和毒理特點

SM，化學(xué)名：二氯二乙硫醚，又名硫芥。分子式：Cl－CH2－CH2－S－CH2－CH2－Cl。呈微黃色或無色的油狀液體，有微弱大蒜氣味。SM屬于親脂化合物，對皮膚有較強(qiáng)的滲透性，但水溶性差。SM結(jié)構(gòu)上有兩個親電碳原子，具有較強(qiáng)的烷化作用。SM被吸收體內(nèi)后可導(dǎo)致DNA損傷，蛋白質(zhì)代謝障礙，由此影響細(xì)胞增殖和細(xì)胞死亡［6］。SM的毒理機(jī)制共識的有四種假說：①DNA直接損傷：SM可直接羥化DNA鳥嘌呤N7，引起DNA突變、斷裂等；DNA的烷化損傷是其細(xì)胞毒性和基因損傷突變的物質(zhì)和理論基礎(chǔ)，也 是 機(jī) 體 廣 泛 損 傷 的 根 源［7］； ② 谷 胱 甘 肽（glutathione，GSH）耗竭／氧化應(yīng)激：SM可以直接烷化GSH，使其含量減少，繼而引發(fā)脂質(zhì)過氧化和氧化應(yīng)激反應(yīng)增強(qiáng)，氧自由基清除能力減弱，導(dǎo)致組織細(xì)胞損傷［8］；③細(xì)胞凋亡：SM的DNA烷化作用，可引起DNA斷裂、交聯(lián)、突變，從而影響諸多酶活性，阻滯DNA復(fù)制，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯、細(xì)胞核濃縮、碎裂，最終引發(fā)細(xì)胞凋亡；這一作用對其增殖旺盛的組織細(xì)胞尤為敏感［9］；④炎癥反應(yīng)：SM的急性和慢性效應(yīng)均與炎性因子和炎性細(xì)胞存在著密切的相關(guān)性，包括腫瘤壞死因子、白細(xì)胞介素－8、6、1（interleukin，IL－8、6、1）、 粒細(xì)胞巨噬集落刺激因子（granulocyte－macrophage colony stimulating factor，GM－CSF）、炎癥趨化因子 CX3 等［10］。 可見，SM 所致的機(jī)體損傷不是一種單因素作用結(jié)果，而是一種復(fù)雜的病理生理及生物轉(zhuǎn)化過程所致的復(fù)合性損傷，這種機(jī)體損傷給防治帶來難以逾越的障礙。

2 SM與肝損傷

肝臟是人體新陳代謝和解毒功能的重要器官，具有生物轉(zhuǎn)化作用。SM屬脂溶性毒劑，對細(xì)胞膜具有高穿透性，其滅活依賴于肝臟生物轉(zhuǎn)化作用。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠SM染毒吸收后肝臟重量減輕，組織形態(tài)學(xué)改變?yōu)楦闻K充血、出血，肝小葉中間帶肝細(xì)胞空泡變性，中央帶脂肪變性，胞質(zhì)顆粒空泡樣變，染色質(zhì)濃縮聚集，伴有炎細(xì)胞的浸潤，染毒劑量增大或染毒時間延長，可出現(xiàn)肝小葉中心型壞死。損傷高峰發(fā)生在第7天。隨著時間延長，肝細(xì)胞開始緩慢修復(fù)［11］。大鼠肝細(xì)胞周期增殖S2期較停滯期P2期核濃縮、核聚集損傷明顯［12］。損傷后血 AST、ALT、ALP、凝血功能等生化指標(biāo)明顯升高［13］。實驗研究顯示，SM對細(xì)胞核成分最為敏感，且細(xì)胞增殖周期越快影響越大，如免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)、肝臟新陳代謝系統(tǒng)等［14］。GSH是肝細(xì)胞內(nèi)的重要物質(zhì)，參與氧化應(yīng)激，可直接影響基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和細(xì)胞凋亡，是SM 肝 損 傷 的 重 要 機(jī) 制［15］。Vijayaraghavan 等［16］和Sharma等［17］發(fā)現(xiàn)，鼠SM染毒后肝細(xì)胞GSH含量明顯減少，證實氧化應(yīng)激反應(yīng)是SM致肝損傷重要環(huán)節(jié)。研究表明，鼠不同途徑（吸入、經(jīng)皮、皮下、口服、腹腔）SM染毒，均可造成不同程度的肝損傷［18］。若染毒前口服苯乙硫醚衍生物（249mg／kg）［S－2（2－aminoethylamino） ethyl phenyl sulfide，DRDE－07］，則可減輕 SM 肝損傷的程度［19，20］。 由此看來，氧化應(yīng)激是一個共識的SM誘導(dǎo)肝細(xì)胞毒性機(jī)制，與GSH水平的下降和丙二醛（malondialdehyde，MDA）的增加有關(guān)。其本質(zhì)是SM的親電子性和高親和力，大量消耗體內(nèi)的GSH。

3 SM與脾損傷

脾臟是人體最大的淋巴器官，機(jī)體細(xì)胞免疫和體液免疫的中心，是SM極易損傷的體內(nèi)靶器官。Zuhair等［10］SM損傷的動物模型發(fā)現(xiàn)，脾損傷的主要組織學(xué)特征為，白髓中央?yún)^(qū)結(jié)構(gòu)喪失，大量淋巴濾泡灶性壞死、增生，T細(xì)胞聚集，巨噬細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞浸潤。 Manoj等［11］對鼠經(jīng)皮給予 SM 1．0LD50（8．1mg／kg），脾臟嚴(yán)重充血，脾內(nèi)造血前體細(xì)胞增加，白髓內(nèi)細(xì)胞減少、變形壞死。暴露至7 d，脾損傷的程度明顯增加，證實SM損傷具有時間依賴性。研究顯示，染毒后第4天脾臟重量明顯下降，至第8天穩(wěn)定。外周血白細(xì)胞計數(shù)在第4天和第8天仍顯著下降［18］。 賽燕等［21］則發(fā)現(xiàn)，SM 染毒后脾臟出現(xiàn)萎縮，顏色淺紅或暗黃。組織結(jié)構(gòu)不完整，淋巴組織疏松，白髓和邊緣區(qū)內(nèi)出現(xiàn)較多呈散在或灶狀分布的凋亡細(xì)胞，凋亡淋巴細(xì)胞的形態(tài)以胞核濃集或聚集于四周多見。淋巴細(xì)胞的數(shù)量減少，并隨時間延長減少更明顯。Venkateswaran等［22］對鼠采用經(jīng)皮途徑SM 染毒 （15．5mg／kg、7．75mg／kg、3．88mg／kg），7 d后脾臟質(zhì)量減少，脾內(nèi)出現(xiàn)組織退行變和細(xì)胞結(jié)構(gòu)紊亂。Yamano 等［23］鼠皮下途徑 SM 染毒（1．2mg／kg，3次／周，共4周），發(fā)現(xiàn)脾內(nèi)纖維組織增生，并隨劑量增加脾損傷加劇。鼠實驗研究表明，經(jīng)吸入和皮膚滲透SM染毒，脾臟最易發(fā)生損傷［24］。大鼠SM染毒后1 d，脾臟可出現(xiàn)caspase－3的mRNA和前體蛋白表達(dá)及caspase－3酶的活化，即發(fā)生脾淋巴細(xì)胞凋亡［21］。鼠體外脾淋巴細(xì)胞SM染毒研究發(fā)現(xiàn)，淋巴細(xì)胞線粒體跨膜電位顯著下降。說明SM作用過程中產(chǎn)生的信號分子會導(dǎo)致線粒體結(jié)構(gòu)和功能的損傷，引發(fā)細(xì)胞氧化功能障礙［25］。 曾惠等［26］通過小劑量（0．6 LD50 1．92mg／kg）皮下途徑 SM 染毒發(fā)現(xiàn)，氧化型谷胱甘肽（oxidized glutathione，GSSG）6 h 后增加，MDA水平2 h達(dá)到高峰，超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）2 h 后急劇升高， 這些參數(shù)均提示SM誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)參與脾細(xì)胞線粒體損傷。近期實驗研究表明，SM對脾臟的損傷依賴于溶于SM的不同溶劑，給予DRDE－07可降低SM 脾損傷［27］。

總之，SM對機(jī)體器官的損傷是一種復(fù)合型損傷，肝脾是SM損傷最易累及的靶器官。SM肝脾損傷機(jī)制尚未完全明確，研究仍處于動物實驗階段。DNA損傷、GSH耗竭／氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)是研究SM肝脾損傷的思路與軸線。SM染毒后體內(nèi)生物標(biāo)志物檢測的靈敏性、特異性、實用性仍面臨著挑戰(zhàn)［28］。如何發(fā)現(xiàn)防治SM損傷的特效藥物和解毒功效評價的特異性指標(biāo)，應(yīng)是SM肝脾損傷研究的主攻方向與目標(biāo)。

［1］ Rowell M，Kehe K，Balszuweit F，et al．The chronic effects of sulfur mustard exposure［J］．Toxicology，2009，263（1）：9－11．

［2］ Emadi SN，Moeineddin F，Sorush MR．Urinary and cutaneous complications of sulphur mustard poisoning preceding pulmonary and ocular involvement： an unusual sequence of symptoms［J］．Clin Exp Dermatol，2009，34（5）：e7－10．

［3］ Firooz A，Sadr B，Davoudi SM，et al．Long－term skin damage due to chemical weapon exposure［J］．Cutan Ocul Toxicol，2011，30（1）：64－68．

［4］ Khateri S，Ghanei M，Keshavarz S，et al．Incidence of lung，eye，and skin lesions as late complications in 34，000 Iranians with wartime exposure to mustard agent［J］．J Occup Environ Med，2003，45（11）：1136－1143．

［5］ Tang FR，Loke WK．Sulfur mustard and respiratory diseases［J］．Crit Rev Toxicol，2012，42（8）：688－702．

［6］ Shakarjian MP，Heck DE，Gray JP，et al．Mechnisms mediating the vesicant actions of sulfur mustard after cutaneous exposure［J］．Toxicol Sci，2010，114（1）：5－19．

［7］ Kehe K，Balszuweit F，Steinritz D，et al．Molecular toxicology of sulfur mustard－induced cutaneous inflammation and blistering［J］．Toxicology，2009，263（1）：12－19．

［8］ Joshua PG，Vladimir M，Diane EH，et al．Inhibition of NADPH cytochrome P450 reductase by the model sulfurmustard vesicant 2－chloroethyl ethyl sulfide is associated with increased production of reactive oxygen species［J］．Toxicology and Applied Pharmacology，2010，247（2）：76－82．

［9］ Radharaman R，Brian K，Betty B，et al．Sulfur mustard induces apoptosis in cultured normal human airway epithelial cells：evidence of a dominant caspase－8－mediated pathway and differential cellular responses［J］．Drug and Chemical Toxicology，2008，31（1）：137－148．

［10］ Zuhair MH，Massoumeh E．Modeling for immunosupression by sulfur mustard［J］．International Immunopharmacology，2001，1（3）：605－610．

［11］ Manoj SSC，Pant JCP．Nitrogen and sulphur mustard induced histopathological observations in mouse visceral organs［J］．Journal of Environmental Biology，2010，31（6）：891－905．

［12］ Mahvash J，Nateghi M，Rabbani A．Interaction of sulfur mustard with rat liver salt fractionated chromatin［J］．International Journal of Biological Macromolecules，2010，46（1）：104－108．

［13］ Manoj S，Vijayaraghavan R，Om PA．Comparative toxic effect of nitrogen mustards （HN－1，HN－2，and HN－3） and sulfur mustard on hematological and biochemical variables and their protection by DRDE－07 and its analogues［J］．International Journal of Toxicology ，2010，29（4）：391－401．

［14］ Kai K，Ladislaus S．Medical aspects of sulphur mustard poisoning［J］．Toxicology，2005，214（3）：198－209．

［15］ Brim field AA，Sonia SD，Trimmer，KA，et al．Metabolic activation of sulfur mustard leads to oxygen free radical formation［J］．Free Radical Biology and Medicine，2012，52（4）：811–817．

［16］ Vijayaraghavan R，Kulkarni A，Pant SC，et al．Differential toxicity of sulfur mustard administered through percutaneous，subcutaneous，and oral routes［J］．Toxicol Appl Pharmacol，2005，202（2）：180－188．

［17］ Sharma M，Vijayaraghavan R，Ganesan K．Comparison of toxicity of selected mustard agents by percutaneous and subcutaneous routes［J］．Indian J Exp Biol，2008，46（12）：822－830．

［18］ Jafari M．Dose－ and time－ dependent effects of sulfur mustard on antioxidant system in liver and brain of rat［J］．Toxicology，2007，231（1）：30－39．

［19］ Gautam A，Gupta A，Lomash V，et al．Prophylactic efficacy of combination of DRDE－07 and its analogues with amifostine against sulphur mustard induced systemic toxicity［J］．Indian J Exp Biol．2010，48（7）：752－761．

［20］ Anand T，Vijayaraghavan R，Rao PV，et al．Attenuation of sulfurmustard toxicity by S－2（2－aminoethylamino）ethyl phenyl sulfide（DRDE－07） in mouse liver［J］．Toxicol Mech Methods，2011，21（8）：596－605．

［21］賽 燕，劉 勇，董兆君．硫芥誘導(dǎo)大鼠脾臟淋巴細(xì)胞凋亡的研究［J］．解放軍醫(yī)學(xué)雜志，2008，33（ 8）：1039－1041．

［22］ Venkateswaran KS，Neeraja V，Sugendran K，et al．Dose dependent effects on lymphoid organs following a single dermal application of sulphur mustard in mice［J］．Hum Exp Toxicol，1994，13（4）：247－251．

［23］ Yamano T，Shimizu M，Noda T．Comparative effects of repeated administration of cadmium on kidney，spleen，thymus，and bone marrow in 2－，4－，and 8－month－old male Wistar rats［J］．Toxicol Sci，1998，46（2）：393－402．

［24］ Lakshmana Rao PV，Vijayaraghavan R，Bhaskar AS．Sulphur mustard induced DNA damage in mice after dermal and inhalation exposure［J］．Toxicology，1999，139（1－2）：39－51．

［25］曾 惠，劉 勇，朱明學(xué)，等．硫芥對大鼠脾臟淋巴細(xì)胞線粒體的損傷作用［J］．第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，2005，27（18）：1820－1822．

［26］曾 惠，劉 勇，朱明學(xué)，等．低劑量硫芥誘導(dǎo)大鼠脾臟氧化應(yīng)激狀態(tài)的改變［J］．第三軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報，2005，27（14）：1421－1423．

［27］ Lomash V，Deb U，Rai R，et al．Designing of mouse model：a new approach for studying sulphur mustard－induced skin lesions［J］．Burns，2011，37（5）：851－864．

［28］聶志勇，劉 勤，陳 佳，等．芥子氣體內(nèi)生物標(biāo)志物的檢測及其代謝與分布研究進(jìn)展［J］．國際藥學(xué)研究雜志，2011，38（6）：419－427．