丁二烯代谢产物1-氯-3-丁烯-2-醇和1-氯-3-丁烯-2-酮与DNA碱基反应的研究

丁二烯是一种大量生产的石油化工产品，也是一种致癌性的空气污染物，汽车尾气排放是其在环境中的主要来源。因此，丁二烯不仅对职业人群，也对非职业人群的健康造成了潜在的威胁。然而其致癌机理尚不清楚。丁二烯的致癌效应源于其代谢产物。它有两条主要代谢途径，其中对于人体毒性特别重要的途径是在过氧化氢和较高浓度氯离子存在的情况下，被髓过氧化物酶转化为1-氯-3-丁烯-2-醇，以及进一步的氧化生成1-氯-3-丁烯-2-酮。本课题拟研究这两种代谢产物与脱氧核苷在体外生理条件下的反应，观察其反应进程，确定反应产物的结构和在体外生理条件下的稳定性，并进一步确定这些反应产物的分解产物和酸水解产物的结构，然后检查在这两种代谢产物与DNA的反应混合物中有哪些反应产物形成。本课题的研究有助于理解丁二烯致癌效应在分子水平上的机理，并可筛选出可能用于检验人体丁二烯暴露水平的生物标志物。

1,3-丁二烯是一种致癌性空气污染物，主要的环境来源包括汽车尾气和香烟烟雾。其致癌效应传统上被认为源于三种具有环氧乙烷结构的代谢产物。1-氯-3-丁烯-2-醇（1-chloro-2-hydroxy-3-butene，CHB）是一种非传统代谢产物，并可被进一步代谢为1-氯-3-丁烯-2-酮（1-chloro-3-buten-2-one，CBO）。已经发现CHB具有致突变性；CHB和CBO均有细胞毒性和遗传毒性，CBO的毒性比CHB强约100倍。但目前CHB和CBO的形成还只是在体外实验中获得了证实。为确定CHB和CBO遗传毒性的分子基础，并筛选出可能用于证明CHB和CBO在活体内形成的生物标志物，本项目研究了CHB和CBO与四种2’-脱氧核苷在体外生理条件（pH 7.4，37 °C）下形成的反应产物，并进一步研究了这些产物在体外生理条件下的分解和在酸作用下的水解。我们发现CHB反应性很弱，故未进一步研究；而CBO反应性较强，因而研究了它与每一种脱氧核苷的反应，鉴定了反应产物的结构，并确定了这些反应产物在体外生理条件下的稳定性和分解产物，以及在酸水解条件下形成的产物。结果表明，CBO与脱氧鸟嘌呤核苷形成三种产物，分别是N2-(4-氯-3-氧丁基)-2’-脱氧鸟嘌呤核苷和1,N2-(1-羟基-1-氯甲基-1,3-丙二基)-2’-脱氧鸟嘌呤核苷，以及可能的7-(4-氯-3-氧丁基)-2’-脱氧鸟嘌呤核苷。CBO与脱氧腺嘌呤核苷反应产生1,N6-(1-羟基-1-氯甲基-1,3-丙二基)-2’-脱氧腺嘌呤核苷，与脱氧胞嘧啶核苷形成3,N4-(1-羟基-1-氯甲基-1,3-丙二基)-2’-脱氧胞嘧啶核苷和3,N4-(3-羟基-3-氯甲基-1,3-丙二基)-2’-脱氧胞嘧啶核苷，与脱氧胸腺嘧啶核苷形成3-(4-氯-3-氧丁基)-2’-脱氧胸腺嘧啶核苷。这些产物在体外生理条件下都不稳定，半衰期从<1 h到61.6 h，转化为其它化合物。在酸作用下，这些产物均失去脱氧核糖部分而形成相应的碱基加成产物。CBO与DNA在体外生理条件下反应优势地产生与腺嘌呤反应的产物，表明CBO与腺嘌呤反应的产物有可能被用作CBO在活体内形成的生物标志物。这些研究结果建立了CBO遗传毒性的分子基础，显示了在丁二烯毒理中非传统代谢物CHB和CBO可能是重要的。