Benzo(a)pyrene

Benzo[a]pyrene, gọi tắt là BaP là một hydrocarbon thơm đa vòng và là sản phẩm của quá trình đốt cháy không hoàn toàn chất hữu cơ ở nhiệt độ từ  đến . Các hợp chất phổ biến có thể được tìm thấy trong than đá, khói thuốc lá và nhiều loại thực phẩm, đặc biệt là thịt nướng. Chất có công thức  là một loại trong benzopyrene, được hình thành bởi một vòng benzen được kết hợp với pyren. Các chất chuyển hóa diol epoxit (thường được gọi là BPDE) phản ứng và gắn kết với DNA, dẫn đến đột biến và cuối cùng là ung thư. Nó được liệt kê như một chất gây ung thư nhóm IARC.

 Nguồn gốc 
Nguồn chính của BaP trong khí quyển là than củi.Assessment of Benzo-alpha-pyrene Emissions in the Great Lakes Region, pp 23-24 http://www.epa.gov/ttnchie1/conference/ei20/session10/asoehl_pres.pdf Nó cũng được tìm thấy trong than đá, trong khói ô tô (đặc biệt là từ động cơ diesel), trong khói do đốt chất hữu cơ (bao gồm khói thuốc lá) và trong thức ăn nướng. Một nghiên cứu của Viện Ung thư Quốc gia Hoa Kỳ năm 2001 đã phát hiện thấy mức BaP cao hơn đáng kể trong các loại thịt nướng, đặc biệt là thịt bò, thịt heo và bánh hamburger: các sản phẩm thịt đã nấu chín đã cho thấy có thể chứa BaP lên đến 4 ng/g, và lên đến 5,5 ng / g trong thịt gà chiên và 62,6 ng / g trong thịt bò nướng trên than củi.

Tháng 2 năm 2014, NASA công bố một cơ sở dữ liệu được nâng cấp để theo dõi hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), bao gồm BaP, trong vũ trụ. Hơn 20% lượng cacbon trong vũ trụ có thể liên quan đến PAHs, các nguyên liệu ban đầu cho sự hình thành sự sống. PAHs dường như đã hình thành "chỉ hai tỷ năm sau vụ nổ Big Bang", phổ biến rộng khắp trong vũ trụ, và liên quan đến hình thành sao và ngoại hành tinh.

 Lịch sử 
Vào thế kỉ 18, những người thợ lau chùi ống khói bị mắc ung thư biểu mô, một loại bệnh nghề nghiệp, và được liên hệ với các ảnh hưởng của bồ hóng vào năm 1775, trong công trình đầu tiên về dịch tễ học nghề nghiệp và cũng là hợp chất hóa học đầu tiên được liên hệ với ung thư. Các bệnh ung thư da thường xuyên được ghi nhận trong số các công nhân ngành công nghiệp nhiên liệu trong thế kỷ 19. Năm 1933, BaP được xác định là hợp chất chịu trách nhiệm cho các trường hợp này, và sự gây ung thư của nó đã được chứng minh khi các khối u da xuất hiện trên động vật trong phòng thí nghiệm được đánh dấu bằng nhựa than đá.Cook, J. W., Hewett, C. L., & Hieger, I. (1933). The isolation of a cancer producing Hydrocarbon from coal tar. J. Chem. Soc. 395−405 (1933)  BaP đã được xác định là chất gây ung thư chính trong khói thuốc lá.Hecht SS. Tobacco smoke carcinogens and lung cancer. J Natl Cancer Inst 1999; 91: 1194–210. 

 Độc hại 

 Hệ thần kinh 
Thí nghiệm với chuột cho thấy sự phơi nhiễm BaP ảnh hưởng đến việc học hỏi và trí nhớ. Những con chuột mang thai ăn phải BaP có ảnh hưởng tiêu cực đến chức năng não trong cuối cuộc đời của đời con; tại một thời điểm khi các khớp thần kinh được hình thành và điều chỉnh về độ mạnh do hoạt động BaP làm giảm hoạt động của tế bào thần kinh phụ thuộc vào thụ thể NMDA được đo như sự thể hiện mRNA của tiểu đơn vị thụ thể NMDA NR2B..

 Hệ thống miễn dịch 
BaP có ảnh hưởng đến số lượng bạch cầu, ức chế một số trong số chúng từ việc phân biệt thành các đại thực bào, dòng đầu tiên của cơ thể để chống lại nhiễm trùng. Năm 2016, cơ chế phân tử đã được phát hiện như là thiệt hại cho sự toàn vẹn lipid của màng tế bào macrophage bằng cách giảm màng cholesterol ở 25%. Điều này có nghĩa là ít bịnh hưởng miễn dịch hơn CD32 (một thành viên của nhóm Fc của thụ thể miễn dịch) có thể liên kết với IgG và biến bạch cầu thành đại thực bào. Do đó, màng macrophage trở nên dễ bị nhiễm khuẩn.

 Hệ thống sinh sản 
Trong thử nghiệm với chuột cống đực, tiếp xúc bán mãn tính, hít BaP đã được thấy nói chung làm giảm chức năng tinh hoàn và mào tinh hoàn làm giảm khả năng sản xuất steroid / testosterone và tinh trùng.Ramesh A1, Inyang F, Lunstra DD, Niaz MS, Kopsombut P, Jones KM, Hood DB, Hills ER, Archibong AE.Alteration of fertility endpoints in adult male F-344 rats by subchronic exposure to inhaled benzo(a)pyrene.Exp Toxicol Pathol. 2008 Aug;60(4-5):269-80. doi: 10.1016/j.etp.2008.02.010.

 Gây ung thư 
Các chất chuyển hoá của BaP là chất gây ung thư và là chất gây ung thư nhóm IARC. Các đại lý hoá học và các nghề có liên quan, Volume 100F, các chất gây ung thư người, IARC Monographs, Lyon France 2012

Tháng 6 năm 2016, BaP được thêm vào Danh mục REACH danh sách các chất có mối quan tâm rất cao đối với sự cho phép.

Nhiều nghiên cứu từ những năm 1970 đã ghi nhận mối liên hệ giữa BaP và ung thư. Việc liên kết các bệnh ung thư với các nguồn BaP cụ thể, đặc biệt là ở người, rất khó khăn và khó xác định được các rủi ro do các phương pháp tiếp xúc khác nhau (hít hoặc nuốt phải). Mối liên quan giữa thiếu hụt vitamin A và bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính ở người hút thuốc đã được mô tả trong năm 2005 là do BaP, gây ra sự thiếu hụt Vitamin A ở chuột.

Một nghiên cứu năm 1996 cung cấp bằng chứng phân tử liên kết các thành phần trong khói thuốc lá với ung thư phổi. BaP đã được hiển thị gây ra thiệt hại di truyền trong tế bào phổi mà là giống hệt với thiệt hại quan sát thấy trong DNA của hầu hết các khối u phổi ác tính.Denissenko MF, Pao A, Tang M, Pfeifer GP. Preferential formation of benzo[a]pyrene adducts at lung cancer mutational hotspots in P53. Science. 1996 October 18;274(5286):430-2.

Thường xuyên tiêu thụ thịt nấu chín đã được dịch tễ học liên quan đến tăng mức độ ung thư đại trực tràng (mặc dù bản thân nó không là tác nhân gây ung thư). Một nghiên cứu NCI năm 2005 cho thấy tăng nguy cơ u đại trực tràng có liên quan đến lượng BaP, và mạnh hơn với lượng BaP từ tất cả các loại thực phẩm.Sinha R, Kulldorff M, Gunter MJ, Strickland P, Rothman N.Dietary Benzo[a]Pyrene Intake and Risk of Colorectal Adenoma Cancer Epidemiol Biomarkers Prev, August 2005 14; 2030;doi: 10.1158/1055-9965.EPI-04-0854

 Tương tác với DNA 
thumb |right |200px |Một chất gắn kết DNA (ở giữa) benzo[a]pyrene, gây đột biến chính trong khói thuốc lá.Created from PDB 1JDG 

Nói đúng là BaP là một tác nhân gây ung thư, có nghĩa là cơ chế sinh ra các chất sinh ung thư phụ thuộc vào quá trình chuyển hóa enzyme của nó thành BaP diol epoxit. Nó thêm vào trong DNA, liên kết cộng hóa trị với các nucleophilic guanine cơ bản. Các nghiên cứu cấu trúc cộng hưởng từ hạt nhân và tinh thể học tia X đã cho thấy sự liên kết này bóp méo DNA như thế nào.Volk DE, Thiviyanathan V, Rice JS, Luxon BA, Shah JH, Yagi H, Sayer JM, Yeh HJ, Jerina DM, Gorenstein DG. Solution structure of a cis-opened (10R)-N6-deoxyadenosine adduct of (9S,10R)-9,10-epoxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a]pyrene in a DNA duplex. Biochemistry. 2003 February 18;42(6):1410-20. bằng cách xáo trộn cấu trúc DNA xoắn kép. Điều này làm gián đoạn quá trình sao chép DNA bình thường và gây đột biến, điều này giải thích sự xuất hiện của bệnh ung thư sau khi phơi nhiễm. Cơ chế hoạt động này tương tự như aflatoxin gắn với vị trí N7 của guanine.Eaton DL, Gallagher EP. Mechanisms of aflatoxin carcinogenesis. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1994;34:135-72.

Có những dấu hiệu cho thấy benzo(a)pyrene diol epoxit đặc biệt nhắm tới bảo vệ gen p53.Pfeifer GP, Denissenko MF, Olivier M, Tretyakova N, Hecht SS, Hainaut P. Tobacco smoke carcinogens, DNA damage and p53 mutations in smoking-associated cancers. Oncogene. 2002 October 21;21(48):7435-51. Gen này là một nhân tố phiên mã điều chỉnh chu kỳ tế bào và do đó chức năng như là một gen đè nén bướu. Bằng cách tạo ra sự chuyển đổi G (guanine) sang T (thymidine) trong các điểm nóng chuyển đổi trong p53, có một khả năng benzo[a]pyrene diol epoxit khử khả năng ức chế khối u ở một số tế bào, dẫn đến ung thư.

Benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxit là sản phẩm gây ung thư của ba phản ứng enzyme:
Benzo[a]pyrene được oxy hóa đầu tiên bởi cytochrome P450 1A1 để tạo thành một loạt các sản phẩm, bao gồm (+)benzo[a]pyrene-7,8-epoxit.
Sản phẩm này được chuyển hóa bởi epoxit hydrolase, mở vòng epoxit để tạo ra (-)benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol.
Chất gây ung thư cuối cùng được hình thành sau một phản ứng khác với cytochrome P450 1A1 để tạo ra (+) (+)benzo[a]pyrene-7,8-dihydrodiol-9,10-epoxit. Chính epoxit diol này liên kết cộng hóa trị với DNA.

BaP tạo ra cytochrome P4501A1 (CYP1A1) bằng cách liên kết với AHR (thụ thể aryl hydrocarbon) trong cytosol.

 Tham khảo 

Thể loại:Hydrocacbon thơm đa vòng