姚 青，楊國寶，王 皓，郭永學，楊 陽，高春生

（1.沈陽藥科大學制藥工程學院，遼寧 本溪 117000；2.軍事科學院軍事醫(yī)學研究院毒物藥物研究所，北京 100850）

重金屬中毒是一種常發(fā)生于工業(yè)、農業(yè)及礦業(yè)活動的職業(yè)病，主要由強毒性重金屬如汞、鉛、鉻、砷及鎘等中毒引起。重金屬密度較大，一般均＞4.5 g·cm-3，其進入機體后可競爭體內特定酶上的巰基，使酶失去催化活性，造成細胞膜表面轉運載體功能障礙，也會使肌球蛋白和肌動蛋白無法完成肌肉收縮，體內細胞無法獲得營養(yǎng)，進而引起細胞結構異常和細胞功能喪失，最終出現中毒癥狀[1]。重金屬中毒救治問題一直備受國內外關注。目前，臨床上常用的解毒劑主要包括二巰丙醇（dimercaptopropanol，BAL）、二巰丁二酸（dimercaptosuccinic acid，DMSA）、二巰丙磺鈉（sodium dimercaptopanesulfonate，DMPS）、青霉胺（penicillamine，DPEN）和硫辛酸（alpha lipoic acid，LA）等巰基螯合劑及依地酸二鈉鈣（disodium-calcium edetate，Na2CaEDTA）和二乙烯三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid，Na3CaDTPA）等非巰基螯合劑[2]，其中巰基螯合劑是重金屬中毒主要的解毒劑[3]。不同的巰基螯合劑對不同種類重金屬中毒的解毒療效有所不同。本文主要綜述重金屬中毒的主要類型、巰基螯合劑的解毒機制及不同解毒劑的臨床應用，并提出聯合用藥的方式治療重金屬中毒可實現快速、安全、高效的解毒效果，提高患者用藥順應性，為重金屬中毒的臨床治療提供參考。

1 重金屬中毒機制、臨床表現和解毒劑

1.1 汞中毒

汞主要以金屬汞、無機汞和有機汞3種形式存在。甲基汞親脂性強，極易穿透血腦屏障，引起腦組織汞中毒。汞進入血液及人體組織中，可與蛋白質及酶系統中的巰基結合，抑制其功能，甚至使其失活；汞與體內蛋白結合后可由半抗原成為抗原，引起變態(tài)反應，出現腎病綜合征；高濃度的汞還可直接引起腎小球免疫損傷[4]。汞中毒患者的臨床癥狀差異較大。急性汞中毒主要表現為發(fā)熱和呼吸困難等癥狀；而慢性汞中毒主要表現為失眠、記憶力衰退及食欲不振等反應[5]。目前，臨床上驅汞治療首選二巰丁二鈉注射液。

1.2 鉛中毒

鉛對人體無任何生理功能且有嚴重危害。鉛暴露對造血系統、神經系統、消化系統、腎及心臟均有影響。一旦被吸收，就會被血液輸送，與血紅蛋白結合并抑制其合成，引起貧血；也可直接作用于胃黏膜，破壞其再生能力，出現炎癥性變化[6]。鉛暴露會影響腎小管上皮細胞線粒體的功能，抑制酶活性，導致尿肌酐排出減少，血肌酐和血尿素氮含量增加，尿糖排泄增加[7]。鉛中毒主要表現為惡心、腹瀉、血壓升高和昏迷，甚至會有癲癇的發(fā)作。Na2CaEDTA對鉛中毒具有較好的治療效果。

1.3 鉻中毒

在自然界中，鉻（Ⅱ）和鉻（Ⅲ）對人體幾乎無毒，但鉻（Ⅵ）為劇毒，易通過吸入或食入的方式侵入人體并蓄積，使機體代謝速度變緩。鉻進入紅細胞后，與血紅蛋白結合，使血紅蛋白變成高鐵血紅蛋白而失去攜氧能力，對細胞造成損害。研究表明，鉻通過抑制Bcl-2蛋白表達和增加促凋亡基因表達而誘導細胞凋亡[8]。鉻中毒主要表現為嘔吐、腹部灼燒和血水樣便，嚴重者出現休克、面色發(fā)紫和呼吸困難等癥狀。對于鉻中毒，目前最有效的治療手段是注射二巰丁二鈉。

1.4 砷中毒

無機砷主要通過空氣、水和食物等媒介、經呼吸系統、消化系統和皮膚吸收，進入血液并隨之進入全身各組織器官[9]。砷主要蓄積在肝，當含量達到一定限度時，就會引起砷中毒。砷會誘導脂質過氧化，產生多種自由基和非自由基，引起細胞功能紊亂，自由基進入細胞核，直接攻擊DNA和RNA，引起DNA突變并致細胞癌變[10]。砷也可抑制大多數酶的活性，影響酶的空間構型與構象，從而使細胞的呼吸代謝受到抑制。食入性砷中毒急性期會有惡心、低血壓、溶血、急性腎衰竭等癥狀；而亞急性期會伴有周邊神經炎等癥狀出現。吸入性砷急性中毒常表現為呼吸困難、肺水腫和急性呼吸衰竭；慢性中毒會引起皮膚角質化、皮膚癌、白血病、四肢壞死和肝功能異常等癥狀。目前，砷中毒主要使用特效解毒劑BAL進行治療。

1.5 鎘中毒

鎘分布廣泛，毒性持久，多以二價形式存在，如氧化鎘和硫化鎘等。礦石開采及含鎘垃圾的燃燒，使大量的鎘顆粒釋放到大氣中。鎘一旦被吸收，會迅速從血液分布到全身各處，引起機體功能紊亂，特別是肝和腎。鎘進入組織，與鈣競爭結合鈣調素，干擾鈣調素及其所調控的生理、生化體系，抑制多種酶的活性[11-12]。鎘在腎蓄積，會引起腎小球屏障功能損害，腎小管細胞損害和功能障礙。鎘中毒主要臨床癥狀有嘔吐、腹瀉、咳嗽、急性腎衰竭和骨骼病變；部分患者出現鼻、牙齒異常，骨質疏松及休克的并發(fā)癥。目前臨床上常用特效解毒劑Na2CaEDTA治療。

2 巰基螯合劑的解毒機制

巰基螯合劑是臨床上應用最多的重金屬中毒解毒劑。不同的巰基螯合劑所含的巰基數目與所處位置不同，便表現出不同的性質，其與重金屬離子的作用機制也有所不同。通過研究不同巰基螯合劑的化學特征及其與重金屬離子的絡合反應，可探究巰基螯合物的解毒機制。

2.1 巰基螯合劑的化學特征

結構決定性質，性質體現用途。質子化常數對藥物的生物學特性如溶解性、細胞穿透性和生物利用度等具有顯著作用，對所形成螯合物的形態(tài)也具有重要意義。BAL、DMSA、DMPS、DPEN、LA和二氫硫辛酸（dihydrolipoic acid，DHLA）等巰基螯合劑的結構、名稱、縮略詞、分子式、相對分子質量和質子化常數等特征見表1，其隨pH的形態(tài)變化如圖1。

表1 巰基螯合劑的化學特征

圖1 巰基螯合劑在不同pH下的形態(tài)百分比.DDMSA：二甲二巰丁二酸.

由表1可看出，各巰基螯合劑巰基數目和相對位置不同，所含羧基、羥基的數目和相對位置也有所不同，使得各分子間所產生的范德華力不同。再者，對于結構相似的有機分子，相對分子質量越大，范德華力越大。綜合來說，各巰基螯合劑的范德華力有很大差異，導致其質子化常數差異顯著。由圖1可知，巰基螯合劑在不同pH條件下的形態(tài)占比不同，表明在不同pH條件下，其會先后失去不同類別和數量的質子，表現不同的性質。

2.2 巰基螯合劑與重金屬離子的絡合反應

各重金屬離子與同一類型螯合劑的絡合反應相似，但不同類型的螯合劑因其所產生的范德華力不同其絡合反應的相互結合能力也會不同。對于汞配合物，據Lenz等[13]研究，除Hg-TMA配合物的pM值為8.24外，其他Hg配合物不論分子中巰基數量多少，其pM值均非常高。然而，對于其他重金屬配合物，含有2個巰基配體配合物的pM值均高于只含1個巰基配體的配合物。

在DMSA與Hg2+絡合的電位平衡研究中，2個巰基參與了反應。Morales等[14]提出DMSA與Hg2+存在1∶1復合體。6年后，Avdeef等[15]在此基礎上提出兩者以1∶1比例配合形成的穩(wěn)定配合物結構（圖2）。

圖2 DMSA-Hg配合物（1∶1）的結構式.

2004年，George等[16]利用X射線吸收光譜和密度泛函理論研究了Hg2+與DMSA或DMPS的絡合。二者主要形成1∶1的配合物，也存在部分比例為1∶4形式。與Avdeef等[15]的報道相反，George等[16]指出，由于DMSA或DMPS分子中2個硫原子之間的距離不允許S-Hg-S鍵的線性調節(jié)，1個螯合劑分子上的2個巰基不能結合在共同的Hg上，并提出DMSA或DMPS與Hg2+絡合的近線性結構（圖3）。

Chekmeneva等[17]采用微分脈沖伏安法（dif-fertial pulse voltammetry，DPV）和電噴霧電離質譜（electrospray inoization mass spectrometry，ESIMS）技術研究了DMSA，DMPS和DPEN與Hg2+的結合。首先通過伏安滴定法獲得絡合方案的結果，形成的主要配合物為Hg（DPEN）2，Hg2（DMSA）2和Hg（DMPS）2。之后，通過DPV及ESI-MS技術證實了這些絡合物的存在。

Chekmeneva 等[18]還報道了 Hg2+與 DHLA 的線性配位，通過DPV技術研究二者1∶1和1∶2配合物的形成，并通過ESI-MS技術為它們的絡合給出了充分證據。由于2個巰基間距短，只有存在幾個配體基團時才能為每個Hg2+提供具有2個巰基基團的穩(wěn)定線性構象。圖4為由2個DHLA、1個Hg2+和2個苯基汞基團形成的配合物結構圖，呈現出類似的線性結合配位模式[19]。

其他重金屬巰基配合物呈現的特點與Hg2+相似，含有單個巰基配體和2個鄰巰基配體，其pPb值具有顯著差異；可能是由于氨基或羧基存在的結果。Gale等[20]介紹了用循環(huán)伏安法和DPV技術研究DMSA和DMPS絡合鉛的方法，將多元曲線分辨率應用于伏安法生成配合物的化學計量和穩(wěn)定性常數。

3 巰基螯合劑的臨床應用

最早應用的巰基螯合劑是BAL，主要用于治療汞或砷中毒，但由于其不良反應較大，逐漸被DMSA和DMPS取代。特別是DMSA為口服劑型，便于服用，得到了較快的普及。DPEN可與體內的銅形成無毒復合物，也可誘導肝細胞合成金屬硫蛋白，促進排銅。2，3-二巰丁二酸咪唑啉異戊酯（2，3-dimercaptosuccinate imidazoline iso-amylester，MiADMSA）目前正在開發(fā)中，未來可作為潛在的解毒劑。對于不同的重金屬中毒，需要選擇不同種類的巰基螯合劑進行治療，必要時可考慮將螯合劑進行聯合用藥，以快速高效達到解毒效果。

3.1 二巰丙醇

BAL主要用于含砷或汞毒物的解毒。BAL與路易斯氣反應，可生成穩(wěn)定、無毒的砷化合物，常被稱為英國抗路易斯氣劑[21]。此外，BAL也可與其他有毒金屬形成穩(wěn)定的配合物。二戰(zhàn)后的幾十年里，人們一直使用BAL用于無機汞、砷、銻、金和鉍等重金屬的解毒[22]。大劑量BAL可導致嚴重的不良反應，如小動脈收縮、血壓升高、頭痛、視力模糊和手麻等反應。由于高毒性，BAL目前僅在危及生命或急性砷中毒時使用幾天。BAL的安全治療窗小，且會將有毒元素重新分布到大腦，一般情況下會被DMSA或DMPS取代[23]。

3.2 二巰丁二酸

DMSA分子中含有2個巰基，1個可結合在白蛋白的半胱氨酸殘基上，另1個可奪取已與組織中酶系統結合的金屬離子，形成穩(wěn)定的水溶性螯合物由尿排出，使含有巰基的酶恢復活性，解除重金屬引起的中毒。DMSA可特異性地與鉛結合，減少鉛在胃腸道的吸收和滯留，降低血鉛濃度，但短時間用藥后，易使鉛從骨中游離出來重新分布，引起血鉛反跳性升高[24]，故應視情況多療程用藥。DMSA也可與汞、鉻和砷等形成螯合物。DMSA安全有效，是有機汞中毒的首選解毒藥物，可通過改變甲基汞在大腦與血液中分布間接減輕其在大腦的聚積[16]。與其他二硫醇解毒劑相比，DMSA毒性較小，幾乎無人體必要的金屬元素丟失。由于DMSA為口服劑型，在重金屬中毒解毒治療中得到較快普及。

3.3 二巰丙磺鈉

DMPS對汞中毒解毒效力較BAL好，毒性也較低，對砷、鉻、鉍、銅和銻等中毒亦有效，許多研究證明其可有效螯合有毒金屬。DMPS被認為是無機汞中毒的最佳解毒劑。對于鉛和有機汞中毒，其解毒效力低于DMSA，但DMPS比DMSA能更有效地去除腎中的汞。DMPS的使用常伴隨機體中鋅和銅的部分流失，因此建議在治療前后監(jiān)測這些微量元素[25]。DMPS也伴隨一定的不良反應，如惡心、心動過速、頭暈等，但很快可消失。

3.4 青霉胺

DPEN是青霉素的代謝產物，能絡合汞、鉛、砷、銅、鐵等重金屬。DPEN驅鉛作用不及EDTA，驅汞作用不如BAL；但其可口服，不良反應少，可供輕度重金屬中毒或對其他螯合劑有禁忌時選用。本藥口服后約57%經胃腸道吸收，分布至全身各處，但主要分布在血漿和皮膚。DPEN主要在肝代謝，服藥24 h內由尿排出80%的二硫化物，糞便排出20%[26]。DPEN也有一定的不良反應，與給藥劑量有關，發(fā)生率較高且較為嚴重。最初的不良反應多為胃腸道功能紊亂和味覺減退。長期大劑量服用，會導致皮膚膠原和彈性蛋白受損，有時出現穿孔性組織瘤。但大多數不良反應可在停藥后自行緩解和消失。

3.5 硫辛酸和二氫硫辛酸

早期LA被當作重金屬中毒的解毒劑使用，現也被用于治療糖尿病性神經病變。LA進入人體后易被還原成DHLA。DHLA含有1對硫醇基團，其R-對映體是解毒治療的活性形式。LA或DHLA無論在細胞內或細胞外均能發(fā)揮其藥理作用，促進維生素C和E的再生，發(fā)揮抗氧化作用。DHLA對汞有很高的親和力，被認為是一種有效的汞解毒劑[27]。

3.6 2，3-二巰丁二酸咪唑啉異戊酯

與DMSA和DMPS相比，MiADMSA可有效去除機體中的鎘，比DMSA更有效地減輕亞慢性和急性砷中毒的負擔[28]。當與N-乙酰半胱氨酸一起使用時，可顯著減少螯合治療中的氧化應激。

3.7 聯合用藥

巰基螯合劑對重金屬中毒的解毒療效非常顯著，是目前臨床上的主要解毒劑。但目前常是各解毒劑單獨使用，往往需要患者大量、多次服藥，為患者及醫(yī)護人員帶來極大不便。故本文提出聯合用藥的方式，對不同重金屬中毒，可選擇將≥2個螯合劑一起服用或先后服用，以快速、安全、高效地達到解毒效果，提高患者用藥順應性。研究表明，DMSA與莫能菌素（monensin）聯合使用，比單獨使用DMSA更有效，特別是在去除沉積在大腦中的鉛方面。在與DMSA聯合用藥時，離子載體莫能菌素對鉛離子（Pb2+）在磷脂膜上的轉運具有較高的活性和選擇性，可顯著加速Pb2+與胞外DMSA的螯合，增加鉛在大腦、心臟、肝和腎中的去除量[29]。莫能菌素通過將Pb2+和OH-與外部Na+交換而促進胞內鉛向胞外轉運，加速胞內鉛與DMSA的螯合，從而提高其有效性。在此過程中，莫能菌素作為DMSA的載體存在[30]，二者相輔相成，快速高效地起到解毒效果。此外，MiADMSA和DMSA的聯用比其單用對促進鎘清除更有效。汞蒸氣中毒時，建議DMPS與BAL聯合用藥。根據DMPS與BAL的化學結構可知，二者聯合用藥時，巰基數量增多，易使更多的中毒重金屬離子同時被螯合，并形成穩(wěn)定的線性配合物；DMPS中的磺酸基與BAL中的羥基可形成氫鍵，也會使配合物的結構更穩(wěn)定。根據巰基解毒劑的安全性可知，BAL安全治療窗小，毒性大，但對汞中毒解毒效力更佳；而DMPS毒性較小，且不良反應可自行消失?？傊?，DMPS與BAL聯合用藥比二者單用解毒效果更好。對最新聯合用藥配對以應對不同重金屬中毒總結見表2。

表2 重金屬中毒的聯合用藥

4 結語

針對重金屬中毒的快速高效解毒一直為臨床所關注。目前上市的各種含巰基解毒劑在臨床上均為單用，往往會產生一定的毒性，對患者造成嚴重的不良反應。然而，在充分考慮各巰基螯合劑理化性質和實驗研究基礎上，采用聯合用藥的方式來應對不同的重金屬中毒，可安全、快速、高效達到解毒效果。也就是說，可通過使用相同解毒功效的其他解毒劑作以輔助，以減少主藥用量，從而降低主藥的毒性和不良反應。也可采用其他類型的非巰基螯合劑輔助治療，使各螯合劑間相互作用產生范德華力，并與重金屬離子形成線性穩(wěn)定結構，進而相互促進各自的解毒功效，使解毒更高效、更安全。DMPS與BAL聯合用藥治療無機汞鹽和汞蒸氣中毒及DMSA與MiADMSA聯合用藥治療鎘中毒等新穎的螯合劑聯合用藥方式均具有較好的解毒效果。當然，通過臨床深入應用和研究，應還能發(fā)現更多、更理想的聯合用藥配方和用藥方式用于重金屬中毒的高效救治。