بنزوآلفاپیرن

بنزو آلفا پیرن یک هیدروکربن آروماتیک چند حلقه ای و نتیجه احتراق ناقص مواد آلی در دمای بین  و  این ترکیب همه جا را می‌توان در قطران ذغال سنگ، دود تنباکو و بسیاری از غذاها، به ویژه گوشت‌های کبابی یافت. ماده ای با فرمول C 20 H 12 یک نوع از بنزوپیرن است که توسط حلقه بنزن ذوب شده در پیرن تشکیل می‌شود. این ماده از مهمترین مواد سرطانزا است

چپ|بندانگشتی| بنزو [a] پیرن، نشان دادن حلقه پیرن پایه و شماره گذاری و محل‌های همجوشی حلقه با توجه به نامگذاری IUPAC در شیمی آلی .

 توصیف 
بنزو[a]پیرن (BaP) یک هیدروکربن آروماتیک چندحلقه‌ای است که در قطران زغال‌سنگ یافت می‌شود و فرمول آن C20H12 است. این ترکیب یکی از بنزوپیرن‌ها است که از پیوند یک حلقه بنزن با پیرن تشکیل می‌شود و در اثر احتراق ناقص در دماهای بین  تا  به‌وجود می‌آید.

 منابع 
منبع اصلی BaP موجود در جو، سوزاندن چوب در مصارف خانگی است. این ماده همچنین در قطران زغال‌سنگ، آلاینده‌های خودرو (به‌ویژه از موتور دیزلی‌ها)، در همهٔ دودهای ناشی از احتراق مواد آلی (از جمله دود سیگار) و در غذاهای کباب‌شده یافت می‌شود.
پژوهشی از مؤسسه ملی سرطان در سال ۲۰۰۱ نشان داد سطح BaP در غذاهایی که روی باربیکیو و به‌صورت برشته‌شده کامل پخته شده بودند، به‌طور معناداری بالاتر است؛ به‌ویژه استیک، مرغ با پوست و همبرگر. در محصولات گوشتی پخته‌شده تا ۴ نانوگرم در گرم BaP یافت شد، در مرغ سرخ‌شده تا ۵٫۵ نانوگرم در گرم و در گوشت گاو کبابی بیش‌ازحد (روی زغال) تا ۶۲٫۶ نانوگرم در گرم گزارش شد.

BaP همچنین در پساب صنایع گوناگون از جمله کارخانه‌های ذوب ـ به‌ویژه فولادسازیU.S. Environmental Protection Agency (EPA), Washington, D.C. (2002). ... و کارخانجات ذوب آلومینیوم ـ وارد محیط‌زیست می‌شود.EPA (1984). ...

 تاریخچه 
در قرن هجدهم، پاک‌کننده‌های دودکش بریتانیایی جوان که برای پاک‌کردن دودکش‌ها بالا می‌رفتند، به زگیل دوده دچار شدند؛ نوعی سرطان خاص شغل آنان که در سال ۱۷۷۵ به اثرات دوده نسبت داده شد. این نخستین پژوهش در حوزهٔ همه‌گیرشناسی سرطان شغلی و نخستین ارتباط یک مخلوط شیمیایی با بروز سرطان بود. در قرن نوزدهم، بروز مکرر سرطان پوست در میان کارگران صنایع سوخت گزارش شد. در سال ۱۹۳۳، مشخص شد که BaP ترکیب مسئول این موارد است و سرطان‌زایی آن زمانی ثابت شد که در حیوانات آزمایشگاهی که به‌طور مکرر با قطران زغال‌سنگ رنگ‌آمیزی شده بودند، تومور پوستی پدید آمد. از آن زمان، BaP به‌عنوان یکی از عوامل اصلی سرطان‌زای موجود در دود سیگار شناسایی شده‌است.

 سمیت 
بندانگشتی|راست|بنزو[a]پیرن با نشان‌دادن حلقهٔ پایهٔ پیرن و شماره‌گذاری و محل‌های پیوند حلقه‌ها مطابق نام‌گذاری آیوپاک در شیمی آلی.

 دستگاه عصبی 
قرارگیری پیش‌زادی در معرض BaP در موش‌های صحرایی بر یادگیری و حافظه اثر دارد. موش‌های بارداری که BaP مصرف کرده بودند، نشان دادند که عملکرد مغزی فرزندان‌شان در سال‌های بعدی زندگی آسیب می‌بیند. در زمانی که سیناپس‌ها تازه شکل می‌گیرند و قدرت آن‌ها توسط فعالیت تنظیم می‌شود، BaP فعالیت نورونی وابسته به گیرنده NMDA را کاهش داد که این امر با کاهش بیان mRNA زیرواحد NR2B این گیرنده همراه بود.

 دستگاه ایمنی بدن 
BaP بر تعداد گلبول‌های سفید اثر می‌گذارد و مانع تمایز برخی از آن‌ها به ماکروفاژ ـ خط نخست دفاعی بدن در برابر عفونت‌ها ـ می‌شود. در سال ۲۰۱۶، مکانیسم مولکولی این اثر مشخص شد: آسیب به تمامیت «کلَستری لیپیدی» غشای ماکروفاژها از طریق کاهش ۲۵ درصدی کلسترول غشایی. این باعث شد که گیرنده‌های ایمنی CD32 (از خانوادهٔ گیرنده‌های Fc) کمتر بتوانند به IgG متصل شوند و سلول سفید را به ماکروفاژ تبدیل کنند. در نتیجه، غشای ماکروفاژها مستعد عفونت باکتریایی شد.

 دستگاه تولیدمثل 
در آزمایش‌هایی با موش‌های نر، قرارگیری زیرمزمن در معرض BaP استنشاقی باعث کاهش کلی عملکرد بیضه و اپیدیدیم شد و تولید هورمون‌های جنسی (از جمله تستوسترون) و اسپرم کاهش یافت.

 سرطان‌زایی 
متابولیت‌های BaP جهش‌زا و به‌شدت سرطان‌زا هستند و این ماده توسط IARC به‌عنوان یک سرطان‌زای گروه ۱ طبقه‌بندی شده‌است. در کتاب «عوامل شیمیایی و مشاغل مرتبط»، جلد ۱۰، مرور سرطان‌زای‌های انسانی، مونوگراف‌های IARC، لیون فرانسه، ۲۰۰۹ آمده‌است.A review of human carcinogens—part F: chemical agents and related occupations

در ژوئن ۲۰۱۶، BaP با نام بنزو[def]کریسن به فهرست نامزدهای REACH برای مواد بسیار نگران‌کننده اضافه شد.

مطالعات متعدد از دههٔ ۱۹۷۰ به بعد ارتباط میان BaP و سرطان‌ها را مستند کرده‌اند. با این حال، پیوند دادن سرطان‌ها به منابع مشخص BaP، به‌ویژه در انسان، و سنجش میزان خطر ناشی از روش‌های مختلف تماس (تنفسی یا خوراکی) دشوار بوده‌است. در سال ۲۰۰۵، ارتباطی میان کمبود ویتامین آ و آمفیزم در سیگاری‌ها گزارش شد که علت آن BaP بود؛ زیرا این ماده در موش‌ها باعث القای کمبود ویتامین آ می‌شود.

یک مطالعه در سال ۱۹۹۶ شواهد مولکولی ارائه کرد که اجزای دود تنباکو را به سرطان ریه مرتبط می‌کرد. نشان داده شد که BaP آسیب ژنتیکی در سلول‌های ریه ایجاد می‌کند که همانند آسیب مشاهده‌شده در دی‌ان‌ای بیشتر تومورهای بدخیم ریه بود.

مصرف منظم گوشت پخته از نظر اپیدمیولوژیک با افزایش میزان سرطان روده بزرگ همراه دانسته شده‌است، هرچند این موضوع به‌تنهایی اثباتی بر سرطان‌زا بودن نیست. مطالعه‌ای از NCI در سال ۲۰۰۵ نشان داد که خطر آدنوم‌های کولورکتال با مصرف BaP افزایش می‌یابد، به‌ویژه زمانی که این ماده از همهٔ غذاها دریافت شود.

آنزیم‌های سم‌زدایی سیتوکروم P450 CYP1A1 و CYP1B1 هم محافظتی و هم برای سمیت بنزو[a]پیرن ضروری هستند. آزمایش روی سویه‌های موش که ژن‌های CYP1A1 و CYP1B1 در آن‌ها حذف شده بود نشان داد که CYP1A1 عمدتاً از پستانداران در برابر دوزهای پایین BaP محافظت می‌کند، و حذف آن باعث تجمع مقادیر زیادی از BaP می‌شود. اگر CYP1B1 هم حذف نشود، سمیت ناشی از زیست‌فعال‌سازی BaP به بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل-۹٬۱۰-اپوکسید بروز می‌کند؛ ترکیبی که نهایتاً سرطان‌زا است.Data presented by Daniel W. Nebert in research seminars 2007

 برهم‌کنش با دی‌ان‌ای 
بندانگشتی|وسط|540px|سوخت‌وساز بنزو[a]پیرن و تشکیل بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل-۹٬۱۰-اپوکسید سرطان‌زا.
بندانگشتی|چپ|200px|یک محصول افزایشی به دی‌ان‌ای (در مرکز) از بنزو[a]پیرن، مهم‌ترین جهش‌زا در دود تنباکو.Created from PDB 1JDG ...

از دید دقیق‌تر، BaP یک پیش‌سرطان‌زا است، یعنی سازوکار سرطان‌زایی آن وابسته به سوخت‌وساز آنزیمی به BaP دی‌اُل اپوکسید است. این ترکیب در دی‌ان‌ای درج می‌شود و اپوکسید الکترون‌دوست توسط بازهای گوانین نوکلئوفیل مورد حمله قرار می‌گیرد و یک محصول افزایشی حجیم گوانین تشکیل می‌دهد.

بلورنگاری پرتو ایکس و مطالعات ساختاری با رزونانس مغناطیسی هسته‌ای نشان داده‌اند که این پیوند، ساختار دی‌ان‌ای را با برهم‌زدن مارپیچ دوتایی آن تحریف می‌کند. این فرایند، رونویسی طبیعی دی‌ان‌ای را مختل کرده و جهش‌هایی القا می‌کند که بروز سرطان پس از تماس را توضیح می‌دهد. این سازوکار مشابه آفلاتوکسین است که به جایگاه N7 گوانین متصل می‌شود.

شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد دی‌هیدرو‌دی‌اُل اپوکسید بنزو[a]پیرن به‌طور خاص ژن محافظتی p53 را هدف قرار می‌دهد. این ژن یک عامل رونوشت است که چرخه سلولی را تنظیم کرده و در نتیجه به‌عنوان سرکوبگر تومور عمل می‌کند. با القای تبدیل ترانس‌ورژن باز G (گوانین) به T (تیمیدین) در نقاط مستعد جهش در ژن p53، احتمال غیرفعال‌شدن توانایی مهار تومور در برخی سلول‌ها وجود دارد و این امر منجر به سرطان می‌شود.

بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل-۹٬۱۰-اپوکسید محصول سرطان‌زای سه واکنش آنزیمی است:

نخست بنزو[a]پیرن توسط سیتوکروم P450 CYP1A1 اکسید می‌شود و فرآورده‌های گوناگونی از جمله (+)بنزو[a]پیرن-۷٬۸-اپوکسید را تشکیل می‌دهد.

این محصول توسط اپوکسید هیدرولاز متابولیزه می‌شود و با بازشدن حلقه اپوکسید، (−)بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل ایجاد می‌شود.

پس از واکنش دیگر با سیتوکروم P450 اکسیداز 1A1، ترکیب (+)بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل-۹٬۱۰-اپوکسید پدید می‌آید. این دی‌اُل اپوکسید است که به‌طور کووالانسی به دی‌ان‌ای متصل می‌شود.

BaP با اتصال به گیرنده هیدروکربنی آریل (AHR) در سیتوزول، سیتوکروم P450 1A1 (CYP1A1) را القا می‌کند. پس از اتصال، گیرندهٔ تغییر‌یافته به هسته منتقل می‌شود، جایی که با ARNT (انتقال‌دهنده هسته‌ای گیرنده آریل هیدروکربن) دایمر تشکیل می‌دهد و سپس به عناصر پاسخ به زنو‌بیوتیک (XREs) در دی‌ان‌ای در بالادست برخی ژن‌ها متصل می‌شود. این فرایند موجب افزایش رونویسی برخی ژن‌ها ـ به‌ویژه CYP1A1 ـ و در پی آن افزایش تولید پروتئین CYP1A1 می‌شود. این فرایند مشابه القای CYP1A1 توسط برخی بی‌فنیل‌های پلی‌کلره و دی‌اکسین‌ها است. به‌نظر می‌رسد فعالیت CYP1A1 در مخاط روده از ورود مقادیر عمده‌ای از بنزو[a]پیرن خورده‌شده به خون باب و گردش خون عمومی جلوگیری می‌کند. بیان روده‌ای ـ ولی نه کبدی ـ CYP1A1 وابسته به گیرنده TLR2 است، که یک گیرندهٔ یوکاریوتی برای ساختارهای سطحی باکتریایی مانند اسید لیپوتی‌کوئیک است.

افزون بر این، نشان داده شده که BaP یک رتروترانسپوزون به نام LINE1 را در انسان فعال می‌کند.

 ترمیم برشی نوکلئوتیدی 
همان‌گونه که در بالا نشان داده شد، (+)بنزو[a]پیرن-۷٬۸-دی‌هیدرو‌دی‌اُل-۹٬۱۰-اپوکسید (BPDE) محصول افزایشی به دی‌ان‌ای حجیمی با بازهای گوانین تشکیل می‌دهد. بیشتر این محصولات افزایشی می‌توانند با فرایند ترمیم برشی نوکلئوتیدی به‌طور مؤثر از دی‌ان‌ای حذف شوند. محصولاتی که حذف نمی‌شوند می‌توانند در طی رونویسی دی‌ان‌ای خطا ایجاد کنند و به جهش‌های سرطان‌زا منجر شوند.

 منابع 

رده:سرطان‌زاهای گروه ۱ پژوهشگاه بین‌المللی سرطان
رده:مواد پی‌بی‌تی
رده:همه مقاله‌های دارای عبارت‌های بدون منبع
رده:هیدروکربن‌های آروماتیک چندحلقه‌ای