賽 燕，程 晉，肖靜淞，葉 楓，但國蓉，趙遠鵬，唐 禾，鄒仲敏

（陸軍軍醫(yī)大學軍事預防醫(yī)學系毒理學研究所，重慶 400038）

2018年，《化學與工程新聞》的一篇報道介紹了一個由3種諾維喬克類（Novichoks）化合物組成的神經性毒劑家族成員（圖1），其中包括一種命名為A-234的化合物，該家族中其他結構相關的類似物被分別命名為A-230和A-232。至此，Novichoks化合物進入大眾的視野。它們也被稱為A類化合物（包括A-230，A-232和A-234等），是20世紀70年代至90年代研制的有爭議的一類化學毒劑，大多數(shù)學者將之稱為第三代神經性毒劑，前兩代神經性毒劑分別為G類和V類化合物［1-3］，也有部分學者稱之為第四代神經性毒劑（第三代神經性毒劑為二元化學武器）［3］。

圖1 Novichoks化合物可能的框架結構：磷氮原子直接相連［2，4］.

1 Novichoks化合物的結構

由于前蘇聯(lián)FOLIANT計劃的高度保密性，目前對Novichoks化合物的真實結構知之甚少，已有的文獻中報道了許多推測性結構。據(jù)Mirzayanov［4］報道，前蘇聯(lián)國家有機化學和技術科學研究所（GOSNIIOKhT）合成的這類化合物是從G類和V類毒劑衍生出來的新一代神經性毒劑，其化學結構見圖2。通過結構比對，其結構框架與《化學與工程新聞》中報道的基本一致。Harvey等［2］也報道了類似的Novichoks化合物的結構。上述報道的這類化合物在結構上與G類和V類神經性毒劑具有一定相似性，分子中都含有磷氧（P=O）雙鍵，并且磷原子與氮原子直接相連（圖1）。該系列合成并測試的第一個化合物代號為A-230（GOSNIIOKhT的內部報告中稱之為84號物質），其本質上是一種沙林衍生物，其中的鄰異丙基被乙?；旎〈?］。A-230的毒性是RVX（俄羅斯VX，簡稱33號物質）的5～8倍。然而人們發(fā)現(xiàn)，A-230在-10℃時易形成結晶狀態(tài)，在其液態(tài)時中加入N，N-二甲基甲酰胺可解決該問題。在化合物A-230之后，又陸續(xù)合成并測試了其衍生物 A-232，A-234，A-242和 A-262，其中A-232和A-234分別為A-230甲氧基和乙氧基的類似物，具有類似于RVX的毒性，且A-232和A-234具有易揮發(fā)和不易水解的特性。A-242和A-262分別是A-230和A-232的胍基類似物，可能是目前第一類合成的固態(tài)神經性毒劑。

與 Mirzayanov研究結果［4］不同，Hoenig［5］推測化合物A-230，A-232和A-234是氟膦酸鹽（圖2），除含有P=O雙鍵外，其中氮原子不直接與磷原子結合，而是通過氧原子進而與磷原子相連接，并且它們在結構中含有若干鹵素。目前也有學者基于FOLIANT計劃部分數(shù)據(jù)推測，認為Novichoks化合物是含有二鹵甲醛肟結構單元的有機磷酸鹽，在結構上以具有P=O，P=S或P=Se鍵的有機磷為核心，以氟為離開基團，并含有其他有機基團，如光氣肟基團等，以增強其毒性［1，6］。Ellison［7］和 Patocka［8］也報道了Novichoks化合物的類似結構，與Hoenig報道的這類化合物的框架結構基本一致。Chai等［9］報道，Novichoks化合物中的A-230和A-232的框架結構為磷原子與氮原子直接相連，與Mirzayanov報道基本框架結構一致；但A-234的結構框架為磷原子與氮原子之間通過氧原子相連，與Hoenig報道的框架結構基本一致。

圖2 Novichoks化合物可能存在的框架結構：磷氮原子通過氧原子相連［1，5-6，8］.虛線圈表示G類、V類和A類毒劑的結構通式.

雖已合成數(shù)以百計的Novichoks化合物，但可能只有33號物質、A-230、A-232、A-234、Novichok-5和Novichok-7已武器化［4，10］。目前認為最可能武器化的Novichoks化合物被認為是二元的，如A-234，據(jù)報道其二元毒物分別為氰甲烷和低效有機磷［7］。

2 Novichoks化合物的理化性質

關于這類化合物的理化性質，目前公開報道的信息不多。但G類和V類毒劑的一個顯著缺點是其持久性和揮發(fā)度之間的不平衡性。首先，G類毒劑具有高揮發(fā)性和低持久性的特點。其次，V類毒劑揮發(fā)性雖和G類毒劑相比有所降低，但通過蒸氣的直接作用降低了活性消除的效率［11-12］。因此，軍事化學家的目標是研究在空氣和水介質中揮發(fā)性、密度和穩(wěn)定性等理化性質相對均衡的新一代化合物。Nepovimova等［1］和Kloske等［13］認為，這類化合物已基本消除了G類和V類化合物的幾個顯著的缺點。另外，A-230，A-232和A-234和其他神經性毒劑一樣是液體，而A-242和A-262是目前已知的在室溫條件下為固態(tài)的一類神經性毒劑［4］。表1總結了G類、V類和Novichoks化合物的部分結構和理化性質參數(shù)，并列出了使用chemicalize服務器計算的對數(shù)P值［14-15］。G類、V類和Novichoks化合物蒸氣壓值都比較低，表明它們在環(huán)境中適度持久，而對數(shù)P的估計值表明，這類化合物具有相當高的親脂性，A-230，A-232和A-234的對數(shù)P值分別為2.14，2.55和2.97，提示其被身體吸收的能力較強。目前關于A-230，A-232和A-234理化性質存在爭議比較大的是其沸點，多數(shù)學者認為其沸點高于G類和V類毒劑，但也有少數(shù)學者認為其沸點低于G類和V類毒劑。

表1 Novichoks化合物及G類和V類化合物的理化性質［1-2，4，14-15］

神經性毒劑水解酶又被稱為有機磷酸脫水酶（organophophorus acid anhydrolase，OPAA），已被證明可催化G類毒劑的水解，在較小程度上催化V類毒劑的水解［16-17］。OPAA對這類化合物的催化活性大約比其對G類毒劑的活性低2～3個數(shù)量級，比其對V類毒劑的活性高2個數(shù)量級［16-18］。Harvey等［2］報道，OPAA對這類化合物的催化效率在1×104～1×105mol-1·min-1之間，其Kcat/Km值 A-230＞A-232＞A-234。表2顯示了以Novichoks化合物為底物的OPAA酶動力學常數(shù)［2］。另外，Harvey等［2］用氟電極測定了G類化合物及這類化合物中的A-230，A-232和A-234在50 mmol·L-1雙（2-羥乙基）氨基（三羥甲基）丙烷緩沖液、pH值為7.2、溫度為25℃下的水解速率（結果見表2）。該類化合物水解速率較低，尤其是A-234可使水源長期染毒。Novichoks化合物在25℃下的水解速率比G類毒劑低2～3個數(shù)量級，比V類毒劑低0～2個數(shù)量級。A-230是最不穩(wěn)定的Novichoks化合物，其次是A-232，然后是 A-234［19］。而根據(jù) Ellison［7］的報道，這類化合物可水解產生HF、HCl、HCN和劇毒肟類化合物［7］。

表2 以3種Novichoks化合物為底物的OPAA動力學常數(shù)和水解速率［2］

Jeong等［18］通過量子力學計算了這類化合物和已知部分神經性毒劑自然布局分析電荷，結果顯示Novichoks化合物中的磷原子的正電荷均大于已知的G類和V類神經性毒劑，因此在化學性質上可能更活潑，更易在體內對一些酶活性中心的絲氨酸羥基進行親核性攻擊，發(fā)生酰化反應。Novichoks不同化合物之間的自然電荷布局分析（natural charge population analysis，NPA）電荷差別不是很明顯，目前通過不同的分析方法顯示，A-230的自然布局分析電荷最大，具有較高的反應活性。同時，A-230也是所有這類化合物中P=O鍵距離最短的一個化合物，進一步提示，A-230具有較高反應活性的結構基礎。

3 Novichoks化合物的毒性

目前關于這類化合物的毒性尚無可靠數(shù)據(jù)，但一致認為其毒性遠遠大于V類毒劑，可能是V類毒劑毒性的幾倍，而且既可用于一元化學武器也可用于二元化學武器。它們?yōu)橹滤佬远緞佑|這類化合物是致命的，除非進行有效的防治。根據(jù)Mirzayanov［4］和其他一些文獻［6-7］報道（表3），A-230毒性是RVX的5～8倍，RVX的毒性與VX相似，而A-232的毒性比梭曼高10倍，而且A-242和A-262是A-230和A-232的“超高”毒性衍生物，但目前尚無相關的進一步解釋。根據(jù)相關信息，Kuca等［20］估算了這些化合物的人吸入半數(shù)致死濃時積（LCt50）和皮下注射半數(shù)致死劑量（LD50）值（表3），Novichoks類化合物的毒性要遠遠高于已知的G類和V類神經性毒劑。Mirzayanov［4］雖然未報告A-234的毒性，但考慮到A-234的結構與A-232具有一定的相似性，推測A-234和A-232應具有類似的毒性，而且他認為A-242和A-262具有“超高毒性”，比A-230和A-232毒性更大，可能是這類化合物當中毒性最強的神經性毒劑。然而，由于A-242和A-262是固態(tài)，這一物理性質使得它們很難武器化，大大削弱了其軍事意義。但A-242和A-262作為胍類似物的衍生物，很可能在水中具有良好的溶解性，非常適合污染水源，造成水源的長期染毒［2］。

表3 Novichoks、G類和V類化合物對人吸入半數(shù)致死濃時積（LCt50）和皮下注射半數(shù)致死劑量（LD50）［5-7，20］

4 Novichoks化合物的中毒機制

在生理條件下，乙酰膽堿酯酶（acetylcholines?terase，AChE）的活性部位絲氨酸-組氨酸-谷氨酸三聯(lián)體水解神經遞質乙酰膽堿（acetylcholine，ACh），從而降低ACh在神經元突觸間隙和神經肌肉連接處的濃度［21］。G類和V類神經性毒劑是通過與ACh相同的方式共價結合AChE，G類和V類神經性毒劑中的帶有正電荷的磷原子攻擊AChE的酯解部位帶負電荷的絲氨酸羥基，絲氨酸殘基發(fā)生膦?；饔?，膦酰化酶失去水解ACh的功能，大量的ACh在突觸間隙蓄積，導致中毒。

Novichoks化合物的作用方式與G類和V類神經性毒劑的作用方式相似，也是對AChE的不可逆性抑制。首先，其分子結構中含有磷原子，在體內能對AChE活性中心的絲氨酸羥基進行親核性攻擊，導致AChE分子上導入?；?，發(fā)生?；饔眯纬伸Ⅴ；?，同時伴有離開基團的脫落，膽堿酯酶（cholinesterase，ChE）被膦酰化后，失去水解ACh的能力［1］。但由于這類化合物自身的構效關系的影響，磷原子與AChE絲氨酸之間形成的共價鍵較為穩(wěn)定，膦酰化酶的自發(fā)水解速度極為緩慢，從數(shù)小時到數(shù)天不等［22］。

Jeong等［18］認為，由于Novichoks化合物中磷原子的正電荷數(shù)超過其他已知神經性毒劑的磷原子，這意味著這類化合物更容易對位于AChE催化位點的絲氨酸殘基進行親核性攻擊而發(fā)生?；磻M而導致它們的毒性較G類和V類毒劑更強。盡管這類化合物之間的電荷數(shù)差別不大，但不同的計算方法都顯示A-230的電荷數(shù)是最多的，且其P=O鍵的距離［18］在這類化合物之中最短，因此A-230的動力學反應性最高。

神經性毒劑抑制ChE的重活化劑是肟類化合物。ChE活性被重活化后，會形成磷酸化肟（POX）進而重新抑制ChE，其抑制作用可能比神經性毒劑更強，只是磷酸化肟相對不穩(wěn)定［23］。有學者認為，磷酸化肟與Hoenig［5］報道的Novichoks化合物在結構上存在相似性（圖3），因此，Novichoks化合物-AChE加合物內的=N-O-鍵的快速水解可能導致所謂的酶的老化形式，其中磷氧陰離子與質子化組氨酸形成鹽橋，從而形成穩(wěn)定的共軛物，加速中毒酶的老化，而且一旦老化發(fā)生，乙?；妇陀谰檬Щ?，無任何藥物可再次恢復其活性［20，24-25］。實驗研究也顯示，Novichoks化合物抑制ChE后迅速出現(xiàn)老化現(xiàn)象，A-230的老化半衰期與梭曼接近，為2～4 min［26］，該實驗結果進一步證明了上述理論假設。

圖3 A-230，A-232和A-234與磷酸化肟（POX）結構比較.虛線圖環(huán)繞區(qū)域所示POX和Novichoks化合物結構上的相似部分：均含有磷氧雙鍵，磷原子與氮原子通過氧原子相連.

另外，Novichoks化合物結構上含有的特異性肟基中的碳帶有正電荷，這種帶有高正電荷的碳原子使Novichoks化合物更易受到AChE空間周圍的一系列親核性物質〔水和（或）氨基酸殘基〕的攻擊，從而加速酶的老化和變性［26］。因此，使用肟類化合物（如解磷定）作為解毒劑對抗這類化合物中毒可能不會有效，反而導致其毒性增加［18］。Jeong等［18］根據(jù)水、羧酸鹽或胺（賴氨酸殘基）是否會發(fā)生親核性作用，提出Novichoks化合物幾種可能的老化或酶變性機制。具體來說，它們與水分子的反應產生氨基磷酸鹽和二氧化碳，而在與絲氨酸、蘇氨酸或酪氨酸的反應中，其活性部位連接氨基酸進而抑制酶的活性。而有水存在的情況下，這類化合物與天冬氨酸和谷氨酸的反應產生氨基酸磷酸鹽和CO2，而與賴氨酸的反應導致交聯(lián)和氨基磷酸鹽的形成。由于這類化合物與AChE結構中的絲氨酸結合后形成的類光氣肟結構的高反應活性，因此，所有上述這些反應代表的新型老化機制被認為是非常迅速的［18］。

雖然，Novichoks化合物主要的中毒機制是抑制AChE，導致該酶失活，引起膽堿能神經功能紊亂的臨床表現(xiàn)，與G類和V類毒劑具有一致性。但Jeong等［18］通過計算出的NPA電荷和靜電勢進一步揭示了其高毒性的最可能原因，即這類化合物與AChE絲氨酸殘基結合后，在其第二親電部分可再次發(fā)生親核反應（即其與AChE存在著二次反應），這一反應被稱為Novichoks化合物新型老化機制，區(qū)別于G類和V類神經性毒劑。

5 Novichoks化合物中毒的臨床表現(xiàn)

Novichoks化合物抑制AChE，導致蓄積的ACh持續(xù)作用于ACh受體并產生膽堿能癥狀。癥狀的嚴重程度主要取決于進入體內的毒物的量和類別。一般可分為毒蕈堿樣癥狀、煙堿樣癥狀和中樞神經系統(tǒng)癥狀。毒蕈堿樣癥狀主要表現(xiàn)為瞳孔收縮、腺體大量分泌、排尿、排便、發(fā)汗和嘔吐等。煙堿樣癥狀包括骨骼肌肌束震顫、肌力減退、肌痙攣、松弛型肌麻痹（包括呼吸肌麻痹）等。中樞神經系統(tǒng)癥狀主要表現(xiàn)為易怒、頭暈、疲勞、嗜睡、癲癇、昏迷，嚴重的出現(xiàn)呼吸抑制［22，27］。不過，Novichoks 化合物的中毒癥狀與G類和V類毒劑中毒也有一些不同之處。除了直接的膽堿能作用外，Novichoks化合物還可作用于周圍感覺神經元，長時間或高劑量地接觸會導致周圍神經中毒癥狀。這類化合物對外周神經的毒性作用是其與常見的有機磷酸酯類化合物臨床表現(xiàn)的主要差異［9-10］。在一份報告［28］中認為，Novichoks化合物中毒的癥狀實際上是無法治愈的，接觸這種毒劑的人基本上最終可能會致殘。報告描述了Novichoks化合物中毒后出現(xiàn)的所謂的遲發(fā)性神經毒性，其特征是神經系統(tǒng)嚴重破壞，表現(xiàn)為中毒后1～3周內出現(xiàn)癱瘓［28］，甚至在中毒若干年后，出現(xiàn)肝硬化、三叉神經炎和癲癇。

6 Novichoks化合物中毒的救治

Novichoks化合物中毒的一般治療方案包括藥理學方法和非藥理學方法。非藥理學方法包括供氧、復蘇和洗消。目前尚無關于這類化合物特異性的防護和洗消策略的報道，而已有的防護服可直接用于防護這類化合物。除個人防護外，與任何接觸神經性毒劑的情況一樣，對中毒人員以及應急人員直接快速洗消對于防止繼續(xù)中毒非常重要［7］。為達到洗消的目的，不同的國家在國家標準的基礎上采用了不同的洗消劑和不同的洗消方法。其中，最為重要的應是個人和現(xiàn)場洗消。染毒后立即進行皮膚洗消可提高傷員的生存率，防止與中毒相關的有害影響的繼續(xù)發(fā)展，而現(xiàn)場洗消可防止醫(yī)務人員等急救人員中毒。盡管大多數(shù)神經性毒劑在水中水解緩慢，但提高洗消溶液的pH值可能會加快水解速度。有學者認為，Novichoks化合物水解可產生氫氟酸、鹽酸、氰化氫和下游肟類化合物，這些肟類化合物還可繼續(xù)對暴露的個體產生膽堿能效應，導致中毒［7］，因此也需要慎重。常用的活性皮膚去污乳液含有Dekon139和少量2，3-丁二酮單肟［14］，可能會具有一定的效果。關于去污洗消，根據(jù)其與其他神經性毒劑的結構相似性，Novichoks化合物可被堿液（按NaOH或NaCO3質量計＞10%）破壞。

目前尚無關于這類化合物專一性解毒劑的報道。部分學者認為，由于其中毒機制與G類和V類神經性毒劑存在相同之處，都可通過抑制AChE引發(fā)膽堿能綜合征［1，22，27］。因此，可采用多種藥物聯(lián)用的方法進行優(yōu)先防治，包括：①應用抗膽堿能藥物（主要是阿托品）拮抗ACh受體，阻止突觸間隙內ACh對ACh受體的持續(xù)激動作用，減輕中毒癥狀。因此，與其他神經性毒劑一樣，接觸Novichoks化合物后臨床醫(yī)生應立即靜脈注射阿托品，直到心動過緩、支氣管漏和支氣管痙攣（如毒蕈堿癥狀）等癥狀消失。②應用抗驚厥藥（通常是地西泮或其前體藥物），對抗膽堿能綜合征的影響；地西泮可同時預防和治療神經性毒劑中毒引起的癲癇發(fā)作。③使用以肟類化合物為代表的重活化劑活化ChE［26］，這一方案雖存在爭議，但仍有部分學者認為如1-甲基-2-吡啶甲醛肟鹽（2-PAM）和HI-6能在一定程度上對抗Novichoks化合物中毒［29］。靜脈注射2-PAM或雙氧嘧啶的抗毒藥物治療可恢復AChE的活性，但肟類化合物解毒劑（如2-PAM或其他肟）必須在中毒酶老化過程發(fā)生前使用［28］。

上述3種治療方案用于Novichoks化合物的治療目前也存在一定的爭議。雖然其中毒癥狀類似于G類和V類神經性毒劑［13］，但其中毒機制除了抑制AChE之外，可能會引起不可逆性的神經病變。因此，用于對抗麻痹和神經遞質的抗毒劑治療Novichoks化合物中毒的效果可能較差或無效［1］。而且有學者認為，其毒性似乎主要并不依賴于AChE的抑制作用。因此，一些學者認為反應性肟如2，3-丁二酮單肟酸鉀（僅在歐洲可用）目前可能是Novichoks化合物抗毒治療的首選藥物［29］。然而，部分研究者認為，肟類藥物可能對Novichoks化合物中毒救治無效，因為重活化劑難以對其和ACh活性位點相互作用形成的中間產物發(fā)動親核性攻擊，發(fā)生重活化作用［30］。此外，由于其與AChE形成的中毒酶更易發(fā)生老化作用，以及磷原子上部分正電荷的衰變作用。因此，目前可用的重活化劑（如解磷定、雙復磷和HI-6）為代表的親核性試劑幾乎不會攻擊這些磷原子。從治療的角度來看，重活化Novichoks化合物與AChE作用后形成中毒酶的抗毒策略可能無效［13］。部分研究者認為，針對這類化合物中毒，目前唯一有效的治療方法可能是對癥治療或服用所謂的生物清除劑，如丁酰膽堿酯酶。丁酰膽堿酯酶作為一種外源性的分子或酶，可非選擇性地結合進入患者血液中的游離Novichoks化合物，使后者無法達到組織與其靶點AChE作用產生中毒的臨床癥狀［31］。一般來說，生物清除劑屬于預防策略之一，預防效果好于治療用藥。但如果在病因治療無效的情況下，Novichoks化合物中毒后可考慮使用生物清除劑。此外，因為判定中毒毒劑的種類并選擇適當?shù)闹委煼椒ㄐ枰欢ǖ臅r間［31］，且丁酰膽堿酯酶作為一種能對所有類型的神經性毒劑進行解毒的候選藥物。因此，丁酰膽堿酯酶可作為一種廣譜的抗毒治療藥物用于Novichoks化合物中毒［1］。

7 結語

Novichoks化合物作為第三代神經性毒劑，不應被視為一個獨立的化學戰(zhàn)劑類別。在討論神經性毒劑化學武器公約時，Novichoks化合物應以與G類和V類等其他神經性毒劑相同的方式對待。將其一并列入《化學武器公約》的毒性物質清單，這一點可能尤為重要。由于其毒性較大，也有必要研究其抗毒藥物和快速的檢測方法。