以形态分析为基础的砷及砷生物代谢过程与产物的表征研究
本文以形态分析技术为主要研究手段，围绕与生物砷代谢相关的三个热点问题包括中药材，干海产品中砷的食用安全性、正常肝细胞与肝癌细胞代谢差异性以及砷生物代谢过程中砷蛋白的主要存在形态展开研究，获得了一系列有意义的结果及新认识。主要研究内容及所得成果总结如下：
第一章，对国内外在砷形态分析及砷生物代谢的近期研究及相关研究成果进行了简单的介绍和评述，并在此基础上归纳出与砷生物代谢相关的三个砷的“矛盾”特性；确定了本研究论文的研究重点及主要研究内容。
第二章，建立了三价无机砷(AsⅢ)、五价无机砷(AsⅤ)、二甲基砷酸(DMA)、一甲基砷酸(MMA)、砷甜菜碱(AsB)和砷胆碱(AsC)六种形态砷的分离方法，采用梯度洗脱法使六种不同形态砷在15min内得到较好分离。并用盐酸浸提和超声溶剂提取两种前处理方法对中药材中不同形态砷进行提取，建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术进行中药材中砷形态分析的方法，并用于6种中药材中砷形态的分析。研究发现中药材中砷主要以无机砷AsⅤ和AsⅢ形态存在，此外动物性药材中还存在微量的砷甜菜碱(AsB)。
第三章，根据干海产品中不同形态砷的性质不同，采用不同提取剂，建立了丙酮-甲醇-稀盐酸连续提取的方法，并对该方法所采用的各种试剂进行了优化。
研究显示该提取方法对干海产品中的各种形态砷具有较高的提取效率，三步总提取效率可达87-115％。在此基础上对不同性质的干海产品中的砷代谢产物进行了分析，并采用高效液相色谱-电喷雾飞行时间质谱(HPLC-TOF-MS)对未知砷代谢产物进行了表征。
结果显示，尽管干海产品中含砷量较高，但在动物性干海产品中砷主要以无毒的砷甜菜碱(AsB)形式存在，约占总可提取砷量的62.0-72.7％；而在植物性干海产品中砷主要以毒性较低的砷糖类物质存在，约占总可提取砷量的63.5-92.7％。因此可以推断干海产品的总体毒性较低。
第四章，在对比了多种消解方法的基础上，建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱法(Microwave digestion-ICP-MS)测定细胞中砷总量的分析方法。
此外，本研究还建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术进行正常人体肝细胞(Chang肝细胞)中砷形态的分析方法。研究发现Chang肝细胞中存在两种无法用已有商业化的砷形态标准表征的砷形态。
本工作通过化学合成法制备了这两种砷形态标准，并采用标准加入法确定出该两种未知砷形态分别为一甲基亚砷酸(MMAⅢ)和一甲基一硫代砷酸(MMTA)。通过对正常肝细胞(Chang肝细胞)和肝癌细胞(QGY-7703肝癌细胞)砷代谢产物的对比发现，肝癌细胞对砷的代谢能力较弱。
此外，由于在肝癌细胞中未检测到二甲基砷酸(DMAV)和一甲基一硫代砷酸(MMTA)，因而可推测这两种代谢产物的缺失与肝癌细胞受到抑制有关，并在此研究基础上根据砷甲基化代谢的机理推测了肝癌细胞受到抑制的原因。
第五章，采用组分分析法将染砷小鼠肝脏按其不同的物理化学特性分为多个组分分别加以分析。结果显示小鼠肝脏中砷主要以自由态存在，占总砷含量的42.3-72.8％。其次为砷与不可溶蛋白结合态，占总砷含量的18.4-33.4％。砷与可溶性蛋白结合态含量最少，占总砷含量的8.8-24.3％。此外，研究发现多种砷代谢产物均可与小鼠肝脏中的蛋白结合，其中又以二甲基砷-蛋白结合态的含量最高。
通过对三价砷化物(AsⅢ、MMAⅢ和DMAⅢ)与五价砷化物(AsⅤ、MMAⅤ和DMAⅤ)与小鼠肝脏蛋白的亲和力强弱关系的对比，发现三价砷化物与蛋白的亲和力约为五价砷蛋白结合率的2倍，结合体内实验结果最终确定出小鼠肝脏内的砷蛋白主要以二甲基亚砷酸与蛋白结合物(DMAⅢ-protein)形态存在。
此外，本研究还发现一(二)硫代砷化物(MMTA，DMDTA)是砷代谢过程中较易出现的代谢产物，而且这类物质是以与其对应的一(二)甲基亚砷酸(MMAⅢ，DMAⅢ)为代谢起点。
本文以形态分析技术为主要研究手段，较系统地探讨了干海产品和中药材中砷及其化合物的存在形态及分布特点，填补了该方面研究的空白：同时消除了国内外对我国海产品及中药材中砷毒性的猜测与质疑，具有重要的社会效益和经济效益。
此外，通过对生物砷代谢过程中砷代谢产物的表征和对比研究，探讨了硫代砷化物的来源，砷对肝癌细胞生长有抑制作用这一现象的化学机理以及小鼠体内砷蛋白的主要存在形态，这些研究结果会为人们更好地理解砷生物代谢过程并利用砷的化合物进行癌症治疗提供相关的分析方法学，科学信息及技术支持。
砷生物代谢;物理化学特性;癌症治疗;抑制作用;干海产品
中国海洋大学
博士
海洋化学
王小如
2009
中文
TS254.41
156
2009-10-19（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）