介紹
3,4-己二酮（3,4-Hexanedione）屬于脂肪族二酮化合物，具有多種異構(gòu)體。早期毒理學(xué)評(píng)價(jià)曾將其歸為非神經(jīng)毒性物質(zhì)。羰基位于碳鏈3、4位，與2,3-己二酮互為位置異構(gòu)體。脂水分配系數(shù) log P 為 0.236，親脂性顯著高于 2,3 - 己二酮（log P=0.004），但低于經(jīng)典神經(jīng)毒物 2,5 - 己二酮（log P=0.718）。主要作為食品香精添加劑用于調(diào)配食品風(fēng)味。在 Ames 試驗(yàn)中表現(xiàn)出輕度致突變性。
圖一 3,4-己二酮
神經(jīng)細(xì)胞的急性毒性強(qiáng)度
以人神經(jīng)母細(xì)胞瘤 SK-N-SH 細(xì)胞為體外模型的 48 小時(shí)暴露實(shí)驗(yàn)，3,4 - 己二酮對(duì) SK-N-SH 細(xì)胞的半數(shù)抑制濃度（IC??）為 3.5±0.1 mM，毒性強(qiáng)度均約為 2,5 - 己二酮（IC??=22.4±0.2 mM）的 7 倍，證明 α- 二酮類異構(gòu)體的急性細(xì)胞毒性遠(yuǎn)強(qiáng)于經(jīng)典的 γ- 二酮神經(jīng)毒物。MTT法僅能反映細(xì)胞代謝功能的整體改變，無(wú)法區(qū)分細(xì)胞死亡的具體模式與細(xì)胞周期的精細(xì)變化。進(jìn)一步采用碘化丙啶（PI）染色結(jié)合流式細(xì)胞術(shù)，對(duì)細(xì)胞凋亡水平與周期分布進(jìn)行分析。可在各自毒性濃度范圍內(nèi)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，當(dāng)濃度達(dá)到 5.7 mM 時(shí)，3,4-己二酮處理組的凋亡細(xì)胞比例已達(dá)到峰值 60.4±0.52%，2.5 mM 濃度下凋亡率為 15.9±0.95%，1.6 mM 時(shí)為 4.61±0.25%。
圖二 SK-N-SH細(xì)胞周期G2/M期
細(xì)胞周期的干擾效應(yīng)
3,4-己二酮可顯著干擾 SK-N-SH 細(xì)胞的周期進(jìn)程，同時(shí)引發(fā) G0/G1 期細(xì)胞比例下降與 G2/M 期細(xì)胞比例上升。在 3.3~5.7 mM 濃度范圍內(nèi)，3,4-己二酮處理組的 G0/G1 期細(xì)胞占比降至 40.2%~27.8%；在 3.3~4.1 mM 濃度區(qū)間，它的 G2/M 期細(xì)胞比例為 21.3%~22.7%。G1 期阻滯對(duì)應(yīng) DNA 復(fù)制階段的功能抑制，G2/M 期阻滯則提示細(xì)胞在染色體分離階段因損傷觸發(fā)了檢查點(diǎn)停滯。3,4-己二酮引發(fā)的雙重周期阻滯，說(shuō)明其可在 DNA 復(fù)制與染色體分離兩個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞周期節(jié)點(diǎn)造成功能障礙，最終推動(dòng)細(xì)胞走向凋亡。
圖三 SK-N-SH細(xì)胞的凋亡期
毒性作用的機(jī)制
3,4 - 己二酮作為 α- 二酮，因空間位阻無(wú)法形成吡咯加合物，其毒性主要通過(guò)線粒體功能干擾等通路介導(dǎo)。α- 二酮類化合物可與蛋白質(zhì)中的精氨酸殘基結(jié)合，特異性抑制線粒體膜上的氧戊二酸載體蛋白，干擾 2 - 氧代戊二酸與蘋果酸的跨膜交換過(guò)程，破壞線粒體能量代謝穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而觸發(fā)細(xì)胞毒性。它的親脂性更高的化合物更易穿透細(xì)胞膜，與胞內(nèi)的凋亡相關(guān)靶點(diǎn)結(jié)合；利多卡因、部分表面活性劑對(duì)培養(yǎng)細(xì)胞的凋亡誘導(dǎo)效應(yīng)，與其自身疏水性程度直接相關(guān)。3,4-己二酮更高的脂溶性可能促進(jìn)了其在細(xì)胞內(nèi)的富集，以及對(duì)凋亡通路相關(guān)蛋白的結(jié)合與激活。
人體暴露風(fēng)險(xiǎn)
根據(jù) JECFA 的評(píng)估數(shù)據(jù)，人體每日通過(guò)膳食攝入的 α- 二酮類物質(zhì)，暴露水平比本研究中的毒性濃度低至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)，從急性暴露的角度來(lái)看，直接健康風(fēng)險(xiǎn)較低。3,4-己二酮具有明確的細(xì)胞周期干擾與 DNA 損傷相關(guān)毒性，長(zhǎng)期低劑量暴露下的體內(nèi)蓄積效應(yīng)、與其他膳食中 DNA 反應(yīng)性成分的疊加或協(xié)同效應(yīng)[1]。
參考文獻(xiàn)
[1]Zilz R T ,Griffiths R H ,Coleman D M .Apoptotic and necrotic effects of hexanedione derivatives on the human neuroblastoma line SK-N-SH[J].Toxicology,2006,231(2):210-214.DOI:10.1016/j.tox.2006.12.002.