Akrylamid w ogranizmie

Okres półtrwania akrylamidu w organizmie człowieka wynosi 2–7 godzin, niewielka ilość jest wydalana z moczem, a jego większa część (około 90%) jest metabolizowana w wątrobie. Szlak metabolizmu wątrobowego zachodzi przy udziale cytochromu P450 (głównie izoenzymu CYP2E1), a akrylamid jest tam przekształcany do swojej głównej pochodnej epoksydowej–glicydamidu. Cytochromy P450 (CYP) są nadrodziną hemoprotein, odgrywają kluczową rolę w bioaktywacji i detoksykacji substancji szkodliwych. Uznaje się, że CYP1A i CYP2E biorą udział w metabolizowaniu substancji rakotwórczych, a CYP3A, CYP2D i CYP2C leków.

Glicydamid może ulegać enzymatycznej hydrolizie do dihydroksypropanoamidu (pod wpływem hydrolazy epoksydowej), ale najczęściej ulega sprzęganiu z glutationem (katalizowanemu przez enzymy z rodziny  S -transferaz glutationowych, glutathione S-transferase, GST) w wyniku czego powstają koniugaty glutationu. Powstałe koniugaty są następnie N-acetylowane przy udziale enzymu N-acetylotranserazy CoA (N-acetyltransferases CoA, NATCoA) czego ostatecznymi produktami są pochodne N-acetylocysteiny- kwasy merkapturowe: N-ace- tyloS-(2-karbamoilo-2-hydroksyetylo) cysteina oraz  N-acetylo-S-(3-amino-2-hydroksy-3-oksopropylo)cysteina. U ludzi prawdopodobnie ze względu na wyższą aktywność izoenzymu CYP2E1, przekształcenie akrylamidu w glicydamid jest efektywniejsze niż u szczurów.

Badania określające wpływ akrylamidu na poziom ekspresji cytochromu  P450 i  S-transferazy glutationowej w komórkach raka wątroby HepG2 u człowieka wykazały, że akrylamid zwiększa ekspresję genów dla CYP2E1 i GST.

Glicydamid ze względu na swoją wysoką reaktywność może tworzyć addukty z DNA, co jest kluczowym elementem w procesie kancerogenezy. Glicydamid jest silnym czynnikiem mutagennym, powodując mutacje punktowe, co może przyczynić się do powstawania nowotworów. Badania nad wpływem akrylamidu na komórki chomika chińskiego wykazały, że poprzez hamowanie aktywności topoizomerazy  II, akrylamid upośledza rozplatanie podwójnej helisy DNA. To z kolei może prowadzić do zmian w ekspresji genów.

Genotoksyczne działanie akrylamidu potwierdzone zostało na ludzkich komórkach wątroby HepG2. Związek spowodował oksydacyjne uszkodzenia DNA oraz doprowadził do wyczerpania się glutationu. Badania na limfocytach wykazały, że akrylamid powoduje pęknięcia nici DNA, upośledza naprawę DNA uszkodzonego przez nadtlenek wodoru i zwiększa aktywność kaspazy-3, ostatecznie powoduje apoptozę limfocytów. Skutki te są ograniczone, jeśli limfocyty są wstępnie zainkubowane z N-tert-butylo-alfa-fenylonitronem, a także witaminami C i E. A więc w uszkadzaniu DNA oprócz akrylamidu biorą udział też wolne rodniki. Nie wiadomo jednak, czy negatywny wpływ na DNA to wynik działania akrylamidu, czy jego metabolitu – glicydamidu.

W badaniach na zwierzętach doświadczalnych potwierdzono toksyczne działanie akrylamidu na tkankę nerwową. Wiadomo też, że wpływa negatywnie na układ nerwowy ludzi. Długotrwałe przyjmowanie tego związku może być przyczyną uszkodzenia zakończeń nerwowych w ośrodkowym i obwodowym układzie nerwowym. Prowadzi to do zaburzeń neurologicznych i motorycznych jak osłabienie, mrowienie i drętwienie kończyn, drgawki, ataksja, zaburzenia koordynacji ruchów, pamięci oraz mowy, zawroty głowy, brak koncentracji, senność. Działa drażniąco i uczulająco na skórę powodując dermatozy, alergie i złuszczające zapalenie skóry i podrażniając oczy. Akrylamid może reagować z resztami cysteiny w presynaptycznym białku błonowym, zmniejszając uwalnianie neuroprzekaźników i prowadząc do degeneracji neuronów, hamowanie przekazywania impulsów między neuronami. Akrylamid hamuje aktywność kinazy kreatynowej, co powoduje niedobór adenozyno-5’-trifosforanu (adenosine-5’-triphos- phate, ATP) w komórce, to z kolei może prowadzić do jej śmierci.

Kancerogenność akrylamidu

Akrylamid jest rakotwórczy dla gryzoni, wywołuje nowotwory wielu narządów i skóry (u samców szczurów-tarczycy, płuc i jąder, u samic-sutka). W teście przesiewowym zbadano 40 samic i 40 samców myszy, które otrzymywały one doustnie dawki akrylamidu rozpuszczonego w wodzie destylowanej- 6,25; 12,5 oraz 25 mg/kg masy ciała. Związek podawany był 3 razy w tygodniu przez 8 tygodni. Po tym czasie odnotowano znaczący wzrost zachorowań na gruczolaka płuc, zależny od dawki podawanego związku.

W podobnym badaniu analizowano grupę kilkunastu myszy, które otrzymywały 3 razy w tygodniu przez 8 tygodni, dootrzewnowe zastrzyki z akrylamidu rozpuszczonego w wodzie destylowanej) w dawkach: 1; 3; 10; 30 i 60 mg/kg masy ciała. W grupie kontrolnej nie wykonywano iniekcji. Najwyższa dawka akrylamidu (60 mg/kg masy ciała) powodowała objawy neuropatii obwodowej i śmierć myszy, dlatego jej podawanie zostało przerwane. Przy pozostałych dawkach zwierzęta przeżyły do 6 miesięcy, po tym czasie zostały uśmiercone. Częstość występowania gruczolaków płuc wzrastała wraz z zastosowaną dawką akrylamidu. Znaczący wzrost odnotowano dla dawki 10 mg/kg masy ciała- częstość występowania gruczolaków płuc wynosiła 9/17 u samic i 6/16 u samców. Dla dawki 30 mg/kg masy ciała- 11/14 u samic i 10/17 u samców. Niskie dawki (1 i 3 mg/kg masy ciała) nie powodowały znaczącego wzrostu częstości występowania nowotworu.

Inne badanie przeprowadzono na grupie 40 samic myszy. Podawano im drogą doustną akrylamid rozpuszczony w wodzie w następujących dawkach: 0, 75, 150 i 300 mg/kg masy ciała. Dawki były podzielone na 6 równych części i podawane przez 2 tygodnie. Po dwóch tygodniach od ostatniej dawki zwierzętom zaaplikowano skórnie tkankowy aktywator plazminogenu (tissue plasminogen activator, TPA). Dawkowano go w stężeniu 2,5 μg/mysz, rozpuszczony w 0,2 ml acetonu, 3 razy w tygodniu przez 20 tygodni. Do zakończenia eksperymentu przeżyło 36 myszy. Po 52 tygodniach pozostałe zwierzęta uśmiercono i przeanalizowano ich skórę i płuca. Zaobserwowano zwiększenie częstości występowania nowotworów skóry i guzów płuc u samic myszy we wszystkich dawkach. Badania przeprowadzone na zwierzętach potwierdzają rakotwórcze działanie akrylamidu, a więc może stanowić zagrożenie rozwojem raka u ludzi.