Ароматические амины, их свойства, применения, физические особенности, реакции

Ароматические амины

 

     Этот класс  канцерогенов является достаточно  хорошо изученным. Некоторые структуры 

даны на рис. 22.

     Токсичность  ариламинов в основном обусловлена их гидроксилированием. При

естественном уровне ариламинов их гидроксилирование не представляет угрозы для

организма, тогда как люди, получающие дозы ариламина, превышающие критический уровень

(несколько  грамм), ежедневно  составляют группу риска с  возможностью появления рака 

почек через несколько  лет.

     Первое прямое  доказательство, что метаболиты  канцерогена являются   более  

канцерогенными,   чем   исходная молекула,  было продемонстрировано учеными Миллер на

примере 2-флуоренилацетамида. Они показали, что N-гидроксилированный метаболит этого

канцерогена обладал гораздо  более высоким канцерогенным  потенциалом, чем 2-

флуоренилацетамид и гидроксилированные по кольцу метаболиты. К настоящему времени

общепринято считать, что N-гидроксилирование широкого круга канцерогенных N-замещенных

ароматических соединений является путем активации этих соединений. Среди этого класса

соединений достаточно хорошо изучен метаболизм канцерогенного ацетиламинофлуорена (рис.

23). Канцерогенный эффект  этого соединения осуществляется  через образование реактивного 

метаболита N-гидрокси-ацетиламинофлуорена, тогда как окисление по углеродным атомам

кольца представляет путь детоксификации. Исследования канцерогенности других

ароматических аминов, таких  как 4-аминобифенил, 2-нафтиламин и бензидин показали, что

их метаболиты, образующиеся в результате окисления цитохромом Р450 1А, могут

взаимодействовать с ДНК. N-гидроксилирование азобензолов осуществляется цитохромом Р450

CYP1А2, который конститутивно экспрессируется в печени, являющейся органом-мишенью для

этого класса канцерогенов

 

 

Рис. 23. Метаболизм 2-ацетиламинофлуорена

 

    3.5. Афлатоксин В1

 

 

     Афлатоксины – ядовитые вещества, вырабатываемые плесневыми грибами, главным

образом Aspergillus, оказывают токсическое действие на печень некоторых видов

млекопитающих, птиц, рыб. Афлатоксин В1 – продукт жизнедеятельности плесневого гриба

Aspergillus flavus, который размножается на зерне при высокой влажности и теплых

условиях. Это вещество считается одним из факторов гепатоцеллюлярной карциномы

человека - опухоли, появляющейся с большой частотой в некоторых  регионах земного шара

(Китай, Мозамбик, Сенегал,  Мексика). Географические вариации  появления этой болезни 

коррелировали с различиями в экспозиции некоторыми потенциальными этиологическими 

агентами, такими как вирус  гепатита В, химические канцерогены, включая пищевые

микотоксины, а также алкогольный цирроз печени, причем хроническая инфекция вирусом

гепатита В и экспозиция афлатоксином В1 представляют синергический фактор риска.

Недавно была показана мутация  в 249 кодоне гена р53 в клетках гепатоцеллюлярной 

карциномы человека, вызванной  приемом пищи, содержащей афлатоксин В1, причем частота

этой мутации составляла около 50%.

     Эта мутация  была обнаружена и в образцах  печени здоровых людей, проживающих  в

областях с повышенным содержанием этого токсина, из чего был сделан вывод о том, что

данное молекулярное событие  возникает на ранних стадиях развития гепатоцеллюлярной

карциномы. Было также доказано, что развитие цитотоксических и  генотоксических эффектов

афлатоксина В1 происходит лишь после его биоактивации цитохромом Р450. Некоторые

цитохромы Р450 человека, такие как CYP1A2, CYP 2A6, CYP2B6 и CYP3A4 метаболизируют этот

токсин в реакции эпоксидирования двойной связи терминального фуранового кольца, в

результате чего образуется электрофильный метаболит, способный алкилировать нуклеиновые

кислоты. Метаболизм этого  микотоксина представлен на рис. 42.

 

Рис. 24. Метаболизм Афлатоксина В1

 

3.6. Гетероциклические амины

 

 

     Метод Эймса, предложенный в 1970-х, несмотря на свои значительные ограничения,

обеспечил быстрый и недорогой  способ анализа уровня канцерогенности химических веществ

без вовлечения лабораторных животных и позволил увеличить скорость их очистки. Так,

были довольно быстро протестированы компоненты табачного дыма и доказан  их мутагенный

эффект для бактерий. Далее  был исследован дым, образующийся при  приготовлении мяса,

который также оказался сильным  мутагеном. До этого, в 1939, было показано, что 

органические соединения, образующиеся в процессе жаренья  лошадиного мяса, вызывают у 

мышей рак молочной железы, предположительно за счет формирования при этом ПАУ.  В 1970-

х эти исследования были продолжены. Появилось предположение, что источником

канцерогенных агентов являются не ПАУ, а аминокислоты и белки, содержащиеся в мясе. При 

изучении этих компонентов был идентифицирован класс мутагенных гетероциклических

аминов. Например,    сильными    мутагенами    являются     образующиеся изтриптофана

агенты Trp-P-1 и Trp-P-2. Это послужило  поводом для тщательного систематического

изучения всех аминокислот. Гетероциклические амины образуются при пиролизе аминокислот,

содержащихся в белках. Структуры некоторых гетероциклических аминов представлены на

рис. 25.

 

 

 

     Другой важный  класс мутагенов был идентифицирован  при изучении смеси 

аминокислот с креатинином и моносахаридами. Эти ингридиенты содержатся в сыром мясе и

гораздо более эффективны в комбинации, чем поодиночке, в  отношении появления мутагенных

свойств при приготовлении пищи. Для образования мутагенов критичной является

температура приготовления  пищи. Так, например, для формирования Trp-P-1 и Trp-P-2

требуются более высокие  температуры, чем для дериватов  фенилаланина, поэтому последние

более широко распространены в США. Для снижения риска представляется возможным

ограничение хорошо приготовленного  и прожаренного мяса  в пище.

     Очистку гетероциклических  аминов и их мониторинг осуществляли, основываясь на

предположении, что агенты, вызывающие мутации у бактерий, с большой вероятностью

являются канцерогенами  для животных. Мутагенная активность у многих из этих агентов 

очень велика. Несмотря на различия в уровне активности среди различных

гетероциклических аминов, большинство  из них являются более активными, чем даже такие 

мощные канцерогены животных, как афлатоксин В1 и бензо(а)пирен. Гетероциклические амины

проявляют высококанцерогенные свойства по отношению к крысам и мышам. Особенного

внимания заслуживают  производные фенилаланина. Хотя ни один из них не является сильным

бактериальным мутагеном, они  в большом количестве содержатся в приготовленном мясе, и,

например, проявляют высококанцерогенные свойства по отношению к грызунам. А в

экспериментах на культурах  тканей было показано, что эти соединения приводят к

образованию аддуктов с ДНК, причем у людей в гораздо большей степени, чем у грызунов. У

крыс они инициируют развитие опухолей кишечника, простаты и молочной железы. По

предположению ряда исследователей, и у человека за развитие опухолей данной локализации 

гетероциклические амины  ответственны в гораздо большей  степени, чем жиры, содержащиеся

в мясе и ранее рассматривающиеся как основной канцерогенный агент.  В дальнейшем многие

работы были посвящены  оценке степени риска развития онкозаболеваний в зависимости от

концентрации гетероциклических  аминов в пище.

     В неметаболизированном виде гетероциклические амины не активны, не проявляют

мутагенных и канцерогенных  свойств. Их активация происходит при  гидроксилировании

аминогруппы. Гидроксиламин в некоторых случаях нестабилен и теряет воду с образованием

активного иона, способного формировать аддукты с макромолекулами, такими, как ДНК и

белки. Чаще гидроксиламин подвергается конъюгации с сульфатом или ацетатом. Такие

конъюгаты подвергаются выведению из организма. Тканевая специфичность действия

гетероциклических аминов связана, таким образом, с ферментами 1 фазы

(гидроксилирование) и 2 фазы (конъюгация) метаболизма ксенобиотиков и с ферментами

системы репарации ДНК. В  клетке существует несколько ферментных путей, ответственных за

превращение нитрогруппы  в аминогруппу. Например, нитрогруппа  может быть последовательно 

превращена в нитрозо, затем гидроксиламин и, наконец, в амины.

     Гетероциклические амины являются субстратами для цитохрома Р450 (главным образом

для CYP1A2). Они подвергаются N–деалкилированию (в случае содержания  N-алкильных

групп) или N-гидроксилированию экзо-аминогрупп с образованием арилгидроксиаминов.

Последние могут далее  подвергаться действию N,O-ацетил- трансфераз или

сульфотрансфераз. В результате образуются высокоактивные N-ацетокси- и N-сульфо-эфиры ,

которые образуют аддукты с ДНК.  

     Эпидемиологические  исследования показали строгую  корреляцию между факторами 

питания и возникновением рака, причем некоторые сообщения  предполагают взаимосвязь 

между потреблением пережаренного  мяса и определенными типами рака человека. Некоторые 

гетероциклические амины  класса аминоимидазоазарена (АИА) были изолированы из

пережаренного мяса. Многие из них были мутагенами в тесте  Эймса и канцерогенами для

грызунов. Около 75% от всех гетероциклических  аминов этого класса представлено 2-амино-

1-метил-6-фенилимидазо[4,5b]пиридином  (PhIP). Было показано, что это соединение

вызывает рак грудной  железы и кишечника у крыс и  лимфому у мышей. Учитывая его

канцерогенность для грызунов и высокое содержание в пище, можно предположить его

потенциальную опасность  в этиологии рака у человека. Для  проявления генотоксичности

таких соединений необходима метаболическая активация цитохромом Р450, особенно CYP1A2,

в N-гидроксиметаболиты. Образовавшиеся в результате окисления метаболиты далее

подвергаются О-ацетилированию N-ацетилтрансферазами NAT1 и NAT2, либо могут

экскретироваться в виде глюкуронидов с желчью, проходя затем деконъюгацию,

осуществляемую кишечной флорой, и окончательно выводятся  из организма через О-

ацетилирование кишечной формой NAT. Тогда одним из факторов, определяющим риск

заболевания колоректальным раком, который, как предполагают, индуцируется этими

токсинами, может быть активность ферментов детоксикации, т. е. NAT2. Доказано, что PhIP

индуцирует более 32-х видов  мутаций.

     Эпидемиологические  исследования, проведенные в Китае,  показали, что среди женщин,

болеющих раком разной этиологии, 60% приходится на рак легкого, хотя большинство

китайских женщин не курит. В  связи с этим, интерес был сосредоточен на поиске других

факторов, включая пассивное  курение, дым против комаров, сгорание угля в домашних

печах, масло для жарки пищи, которые могли бы влиять на столь высокий процент данной

патологии. Был проведен множественный  логистический регрессионный анализ факторов риска 

заболевания раком легкого  на Тайване, который выявил существенную роль мутагенных-

канцерогенных компонентов, образующихся в результате приготовления  пищи. Были

проанализированы аэрозольные  компоненты пищи, образующиеся после  жарки. Показано, что 

основным компонентом  смеси пирогенных гетероциклических  аминов является 2-амино-3,8-

диметилимидазо[4,5-f]хиноксалин, обладающий высоким мутагенным потенциалом.