百草枯中毒致肾损伤中5-羟基-1-甲基海因形成及药理作用研究

Because of nephrotoxicity induced by paraquat, the level of creatinine become high, that can be used to identify suicide and homcide. Paraquat poisoning mechanism is not clear and no specific antidote, the current study of paraquat toxicity focused on the lung, the related renal damage is still in its infancy, but actively protecting renal function and relieving kidney damage, speeding up the PQ excretion is effective in improving the prognosis of patients. The treatment for paraquat poisoning pays attention to the external drug treatment, ignoring the use of endogenous drugs. In previous work we found that 5-hydroxy-1-methylhydantoin, creatinine metabolites, can protect the PQ-induced nephrotoxicity. Anti-oxidation and scavenging of •OH underlies the mechanism. Carry out the research of metabolic pathway of the creatinine metabolism for 5-hydroxy-1-methylhydantoin and the protective mechanism of 5-hydroxy-1-methylhydantoin from nephrotoxcity. There is great scientific significance: first, the higher level of creatinine induced by PQ poisoning can used to identify the suicide and homicide; second, biological low-cost synthetic HMH will have new breakthrough; third, HMH can become the endogenous drug that protect the kidney from the PQ toxicity.

百草枯中毒可致肾损伤，肌酐水平升高，这可作为鉴别自杀和伪装自杀的指标之一。且百草枯中毒机制不清及在临床上无特效解毒剂，目前对百草枯的研究集中在肺部，对相关肾损伤尚处于起步阶段，但积极保护肾功能、减轻肾损伤，加快百草枯从机体排出可有效的改善患者预后，促进疾病转归。目前国内外对于百草枯的中毒治疗注重外部药物，忽视机体内源性药物的使用。前期工作我们发现肾损伤之后蓄积的肌酐代谢产物5-羟基-1-甲基海因对百草枯所致的急性肾损伤有防护机制，可能与其消除羟基自由基和抗氧化作用有关。拟开展肌酐代谢为5-羟基-1-甲基海因代谢途径的解明和5-羟基-1-甲基海因防护肾损伤机制的研究。对此深入研究将有重大的科学意义：第一，研究PQ致肌酐水平升高可作为鉴别自杀和伪装自杀的指标之一；第二，用生物转化法低成本合成HMH会有新突破；第三，HMH可以成为防护PQ急性中毒所致肾功能损伤的内源性药物。

百草枯（PQ）应用广泛，但对人畜具有强毒性。百草枯以原型经肾脏排泄，使肾脏功能受损，导致百草枯在血中浓度进一步升高，从而损害其他器官。肾脏受损会导致血中肌酐增加，肌酐可在肌酐脱氨酶作用下产生1-甲基海因（MH），而MH会在酶作用下继续产生5-羟基-1-甲基海因（HMH）。PQ中毒的作用机制尚不清楚，MH和HMH是肌酐代谢产物，MH作为哈蟆油中的活性成分，具有很好的抗炎、镇咳、抗疲劳效用，而HMH是内在的抗氧化剂，可消除羟基自由基。本课题的主要内容：一、研究PQ中毒的代谢标志物；二、研究MH防护PQ中毒的药理机制；三、研究HMH防护PQ中毒的药理机制。经过研究发现PQ中毒机制主要是氧化损害机制，体现在干扰脂质代谢，PQ中毒干扰三羧酸循环，干扰磷酸戊糖途径，导致线粒体功能障碍，PQ中毒导致肾脏受损，肌酐大量蓄积，参与肌酐代谢途径的甘氨酸、色氨酸和脯氨酸增加。因为肾脏受损，体内肌酐大量蓄积，肌酐会代谢产生1-甲基海因和5-羟基-1-甲基海因。所以研究1-甲基海因和5-羟基-1-甲基海因对百草枯损伤的防护机制，可望实现内源性物质治疗百草枯中毒。与百草枯组相比，1-甲基海因干预组和5-羟基-1-甲基海因干预组的病理切片显示该1-甲基海因和5-羟基-1-甲基海因组的肾组织的炎症情况改善，代谢组学结果显示1-甲基海因组血清中的硬脂酸、软脂酸、丝氨酸、酪氨酸、蛋氨酸、2-羟基丁酸，草酸，3-羟基丙酸、牛磺酸、6-磷酸葡糖酸、阿拉伯糖醇、甘油酸含量增加（P＜0.05）。 1-甲基海因具有抗氧化性和减轻百草枯致肾损伤的作用，通过对PQ+MH组的代谢组学分析，发现MH的代谢图谱相比PQ组有明显的差异，主要体现在氨基酸代谢、糖代谢、脂肪酸代谢方面。5-羟基-1-甲基海因通过纠正三羧酸循环、脂质过氧化、能力代谢紊乱，从而防护百草枯中毒致肾损伤，其机制与通过Nrf2通路调控HO-1蛋白有关。总之，通过研究发现百草枯中毒会干扰体内三羧酸循环和磷酸戊糖通路；海因和5-羟基-1-甲基海因可通过抗氧化作用防护百草枯中毒致肾、肺损伤。