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                                    含苯環結構的化合物都致癌?

                                    時間 : 2022-02-09 15:23:28 閱讀 : 35

                                    假如分子有意識,那苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸、多巴胺、某些維生素、甲狀腺素等等一定會感到自己的處境很尷尬。還有無數救死扶傷的藥物,比如常見的阿司匹林、撲熱息痛、布洛芬、苯佐卡因、阿莫西林等等,它們大概會拒絕提供服務吧。


                                    物質是中立的。苯環結構是自然界能量最低法則的產物,六個平面碳豎起各自的p軌道,互相交織,六個電子在連綿一片的大π鍵中自由打轉,實現了原子層面的共產主義。


                                    孤枝易折,綁在一起的弓箭則不容易斷,面對外界硬要拆散化學鍵的家伙,苯環就比單獨的雙鍵穩健地多。也正因為如此,苯環結構在天然物中廣泛存在。比如木質素,曾經一度因為化學性質穩定差點滅了地球的碳循環,直到有個聰明的真菌想出辦法降解了木質素,才演變成我們熟悉的世界。


                                    所以苯環是如何被污名化的呢?


                                    因為苯它確實致癌呀!


                                    只不過兇手另有其人,這就要說到細胞色素P450。


                                    生命體拆化學鍵的本領是一定要有的,不然也沒法利用外來物質進行新陳代謝。而作為高等生物,自然也演化出徒手拆自然界中穩定結構的本事,其中就有聲名顯赫的細胞色素P450家族,把進入人體的認識的、和不認識的脂溶性物質能掰斷的化學鍵先掰斷,再硬塞進一個氧原子。


                                    所以苯進入人體后,一經加工成了環氧苯。穩定的芳香結構被打破,環氧苯非常不安分,來回和氧雜環庚三烯變換。


                                    為了消滅這些高活性的不安定因素,接著又發生了三種途徑的代謝,變成了苯巰基尿酸、苯酚類、苯醌類、已二烯二酸、葡萄糖苷酸或硫酸鹽結合物等物質。


                                    而苯的這些代謝產物,其中有一些可以與DNA發生共價結合,形成DNA加合物,還有一些可能轉化成自由基的形式引起DNA斷裂。凡此種種,都會影響細胞功能導致腫瘤的發生。


                                    既然苯是起因(間接致癌物),苯的代謝產物是兇手,細胞色素是幫兇,那為了掐滅癌癥的可能性,必須想點對策才行。細胞色素當然是選擇原諒它啊,不然還能怎樣?╮(╯▽╰)╭人家平日幫你解毒,只不過這次老司機翻車造了一回毒。


                                    那如果在苯上引入一些基團,比如甲苯或苯胺,毒性會小些嗎?


                                    與苯在人體中氧化反應不同,甲苯的氧化反應大多發生在甲基上,能被迅速氧化成苯甲酸,然后與肝臟中的甘氨酸縮合,以馬尿酸的形式排出體外。同理,曾幾度造成社會恐慌的PX(對二甲苯)也是低毒性的,在人體內最終代謝成甲基馬尿酸排出。


                                    僅僅添加了一個甲基,甲苯與苯這兩種結構十分類似的化合物,在生理活性上表現出了巨大的差異。甲苯的氧化直接避免了生成致癌的中間體,因此在現代化學實驗室,幾乎都用甲苯代替苯作為溶劑,以減少對研究人員的傷害。


                                    苯胺和甲苯一樣,氧化發生在氨基上,生成苯基羥胺。苯基羥胺雖然不像環氧苯那么不老實,但也是個禍害:它能導致中毒性高鐵血紅蛋白血癥,使血紅蛋白無法攜氧,機體缺氧溶血,引起中樞神經系統、心血管系統的損傷。此外,苯基羥胺也能通過硝基苯在體內的還原反應生成。


                                    在苯環結構被污名化的過程中,多環芳香烴也是一個重要推手。


                                    多環(稠環)芳香物指的是分子中含有兩個或兩個以上并環苯環結構的烴類化合物,并且不包含任何雜原子和取代基,是最早被認識的化學致癌物。早在1775年英國外科醫生Pott就提出打掃煙囪的童工,成年后多發陰囊癌,其原因就是燃煤煙塵顆粒穿過衣服擦入陰囊皮膚所致,實際上就是煤炱中的多環芳香烴所致。多環芳香烴存在于煤和焦油沉積物中,也能通過有機物質的不完全燃燒產生(例如在發動機和焚化爐中,當森林火災中的生物質燃燒時等)。例如,由含碳燃料例如木柴、木碳、油脂和煙草的不完全燃燒所產生,也存在于烤焦的肉類中。

                                    然而或許讓你出乎意料的是相當一部分多環芳烴并不致癌,比如最簡單的萘、蒽和菲。與苯和甲苯的例子不同的是,它們的衍生物反而通常具有高致癌性。


                                    以菲為例,它的反應位點主要在9和10位上,其雙鍵也相對活潑。當菲環上引入供電子基團時(比如甲基),那些自由打轉的電子被擠去9和10位上,致使這兩個碳周圍的電子云密度升高,這也意味著9、10位雙鍵更加被激活,使得菲的衍生物在體內極易被氧化成致癌的環氧化物。



                                    在對不帶取代基的多環芳烴的毒理學研究中,其中最富盛名的當屬苯并[a]芘。它從18世紀以來,便發現與許多癌癥有關。苯并[a]芘進入人體后,一部分會隨著排泄物排除體外,而另一部分會經肝、肺細胞內的酶轉化為數十種代謝產物,其中二羥環氧苯并芘能與DNA共價結合,是產生高致癌性的罪魁禍首。



                                    據說煙草燃燒的煙霧中含有7000多種已知的化學物質,一包煙大約含有0.32μg 的苯并芘,除此之外,一氧化碳、重金屬、有機農藥也是危害健康的殺手。

                                    隨著合成化學的發展和越來越多的生理機制被闡明,科學家和研發人員總結出了一大套構效關系。比如從代謝的角度看,給目標分子引入一個甲基的行為,除了上述提到的被代替氧化和提升反應活性以外,還有可能會發生脫落遷移變成烷化劑,或者保護一些過于活潑官能團增加其代謝穩定性。


                                    這些行為和分子本身一樣,都是中立的,好壞取決于修飾底物的目的。比如烷化劑會導致健康細胞的DNA突變引發癌癥,而對癌細胞而言,烷化劑又能起到抑制作用。曾在二戰用作化學武器的氮芥類物質就經過結構修飾成了化療藥物。


                                    藥物化學/毒理學是高度復雜精細的學科,然而即使總結出了各種規律,分子仍是作為一個不可分割整體在研究,無法抽離出單獨的一部分評價。失之毫厘,差之千里,苯致癌的鍋,含苯環的物質不背。


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                                    標題:含苯環結構的化合物都致癌?
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