前几天和群友聊到甲醛相关的东东，有点好奇甲醛进入人体之后的一系列反应，于逝，~~我去吸了两口~~ ，先来看看一些无聊的总结：

吸入甲醛后，人体之所以会产生眼部灼痛、喉咙刺痒、呼吸困难等一系列强烈的不适感，是因为甲醛作为一种高活性、强刺激性的化学物质，对我们的身体构成了从宏观到微观的多层次、多途径的直接攻击。其影响方式主要可以归结为两大方面：直接的刺激与腐蚀作用和深层的细胞毒性与遗传毒性。

当甲醛气体通过呼吸进入人体，首当其冲的是我们的眼睛和呼吸道黏膜。这些部位的细胞直接暴露在甲醛的攻击下，引发一系列即时且强烈的不适症状：

对黏膜的强烈刺激： 甲醛具有极强的亲水性和反应活性，能迅速与眼睛结膜、鼻腔、咽喉和气管等部位黏膜表面的蛋白质和水分发生反应。这种反应会直接损伤黏膜组织，导致神经末梢受到强烈刺激。
- 眼部症状： 眼睛会感到灼烧、刺痛、发痒和不自主流泪。
- 呼吸道症状： 喉咙会感到干燥、刺痛、咳嗽，高浓度下更会引发胸闷、气喘，甚至喉头水肿和肺水肿，导致呼吸极度困难。
引发急性炎症： 甲醛的刺激作用会激活人体的免疫系统，将甲醛识别为有害入侵物。这会引发局部的急性炎症反应，表现为相关组织充血、水肿和分泌物增多（如流鼻涕）。这也是为什么在甲醛超标的环境里，人们会感觉“乌烟瘴气”，并出现类似重感冒的症状。

除了表层的直接刺激，甲醛还能穿透细胞膜，对身体造成更深层次的损害。这解释了为何长期低剂量接触甲醛同样会带来严重的健康问题：

蛋白质变性： 甲醛能够与构成生命基础的蛋白质中的氨基（-NH2）发生反应，形成“亚甲基桥”，破坏蛋白质原有的三维结构，使其失去正常的生理功能。细胞的功能依赖于各种蛋白质（酶、结构蛋白等）的正常工作，蛋白质变性意味着细胞代谢紊乱、功能障碍，甚至死亡。这在本质上是一种“腐蚀”作用，也是福尔马林（甲醛水溶液）能用作防腐剂的根本原因。
诱导细胞凋亡与氧化应激： 研究表明，甲醛会损伤细胞内的能量工厂——线粒体，诱导细胞产生大量的活性氧（ROS）。过量的活性氧会破坏细胞膜、蛋白质和DNA，引发“氧化应激”反应，并最终启动细胞的程序性死亡（凋亡）机制。
遗传毒性与致癌性： 甲醛最具危害性的影响在于其遗传毒性。它可以穿过细胞核，与遗传物质DNA和组蛋白（包裹DNA的蛋白质）形成“加合物”，这会干扰DNA的正常复制和修复过程，导致基因突变。
- 致癌风险： 当这种基因损伤发生在关键的癌基因或抑癌基因上，并且人体的修复机制无法有效清除时，就可能导致细胞的异常增殖，最终引发癌症。世界卫生组织（WHO）下属的国际癌症研究机构（IARC）已将甲醛列为一类致癌物，有充分证据表明其与鼻咽癌、白血病等恶性肿瘤的发生密切相关。
神经与免疫毒性： 甲醛还能对中枢神经系统产生毒性作用，导致头晕、头痛、记忆力减退、失眠等症状。同时，它也可能干扰免疫系统的正常功能，使人更容易过敏（如引发过敏性皮炎、哮喘）或抵抗力下降。

甲醛与粘膜表面的蛋白质和水分发生反应？

当甲醛（HCHO）这个小而活泼的分子，遇到我们湿润的眼睛、鼻腔和喉咙黏膜时，它首先会迅速溶于黏膜表面的水分，形成甲二醇 (CH₂(OH)₂) 。这个形态的甲醛会将目标转向 蛋白质。

这个反应并非简单的接触，而是一种被称为“交联反应”（Cross-linking）的化学过程。具体来说：甲醛分子会精准地找到蛋白质分子链上的氨基（-NH₂），这是许多氨基酸的共同特征。接着与蛋白质的氨基发生反应，形成一个不稳定的中间体。这个中间体可以进一步与邻近的另一个蛋白质的氨基反应，从而在两个原本独立的蛋白质（或同一个蛋白质的不同部分）之间，强行架起一座“亚甲基桥”（-CH₂-）。

蛋白质就像一团经过精确折叠、有着特定三维结构的精密机器，它的功能完全依赖于这个构型。而甲醛的“交联”反应，就像是往这台精密机器的各个活动关节之间，甚至和旁边的机器之间倒 502，给它们粘死了。

为什么甲醛分子能精准地找到蛋白质分子链上的氨基？

“精准”这两个字，听起来像是一个有思想、有目标的动作，但实际上是一场由分子结构和电荷分布主导的化学反应。

甲醛分子（HCHO）的核心是一个羰基（C=O）。在这个结构中，氧原子（O）是一个电负性非常强的元素，它对电子有着极强的吸引力。它会大力地将碳氧双键中的共用电子云拉向自己。这种电子云的偏移，导致了与它相连的碳原子（C）周围的电子变得非常稀薄，从而带上了部分正电荷（δ+）。

在化学上，这样一个“缺少电子”、对电子充满渴望的原子或基团，被称为“亲电体”（Electrophile）。

氨基（-NH₂）在蛋白质中广泛存在，尤其是在赖氨酸、精氨酸等氨基酸的侧链上。氨基的核心是氮原子（N）。根据它的电子排布，氮原子的最外层有一对没有参与形成化学键的电子，这叫做 “孤对电子”（Lone Pair Electrons）。这对孤对电子，使得氮原子成了一个电子云密度很高的区域，带上了部分负电荷（δ-）。

这样一个拥有“富余”电子、并愿意用它去攻击其他正电中心的原子或基团，在化学上被称为 “亲核体”（Nucleophile）。

当甲醛分子靠近蛋白质时，甲醛分子上带部分正电荷的碳原子（亲电体），与蛋白质氨基上带部分负电荷的氮原子（亲核体），会因基本的静电引力而相互靠近。一旦距离足够近，氨基上慷慨的“孤对电子”会毫不犹豫地“攻击”甲醛上那个渴望电子的碳原子，并与它形成一个新的化学键。

这个过程，就是化学中的“亲核加成反应”。

这个反应为何会损伤黏膜组织？

蛋白质被甲醛“交联” 这个过程在化学上称为 “蛋白质变性”，它直接导致了组织损伤。

首先黏膜细胞需要各种酶（本身也是蛋白质）来维持新陈代谢。被交联后，这些酶的结构被破坏，失去了活性，细胞的正常生理活动瞬间停滞。而细胞的骨架、细胞膜上的离子通道等结构蛋白，同样会被交联破坏。这导致细胞失去原有的形态，细胞膜的通透性被改变，甚至直接破裂。当大量的细胞功能瘫痪、结构崩解后，它们会迅速走向死亡。成片的细胞死亡，就意味着我们宏观可见的组织损伤。这本质上是一种微观的化学性灼伤。

这也是为什么福尔马林（甲醛水溶液）能用来制作标本——它通过“交联”反应，将生物组织的所有蛋白质“固化”，使其永不腐败，但这对于活体组织而言，就是彻头彻尾的毁灭。

为何神经末梢会受到强烈刺激？

我们的黏膜组织下，密布着丰富的神经末梢。

完好的黏膜上皮细胞是神经末梢的保护层。当这层保护被甲醛破坏，下方的神经末梢就直接暴露了出来。此时，高活性的甲醛分子可以直接攻击这些裸露的神经末梢，就像用化学品直接触碰神经一样，瞬间产生剧烈的刺激信号。

被损伤和死亡的细胞，在“弥留之际”会释放出大量的化学信号物质，如前列腺素、缓激肽、组胺等。这些物质被称为“炎症介质”。而这些炎症介质本身，就是神经末梢上痛觉感受器的强效激活剂。它们会放大并持续地刺激神经，导致灼痛、瘙痒和刺痛感。

什么是活性氧？

活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS） 是一类含氧的、化学性质极其活泼的分子或自由基的总称。常见的活性氧有超氧阴离子（O₂⁻•）、羟自由基（•OH）、过氧化氢（H₂O₂）等。它们的特点之一是其都带有“未配对的电子”，这使得它们在化学上极不稳定，迫切地想要从其他分子那里“抢夺”电子来让自己稳定下来。

在正常情况下，我们身体会产生少量活性氧。它们是重要的信号分子，参与调节细胞生长、分化，并且是免疫细胞（如巨噬细胞）用来消灭入侵病原体（细菌、病毒）的“化学武器”。

一旦活性氧的产生远远超过了细胞自身的清除能力（细胞内有超氧化物歧化酶SOD等“警察”来控制它们），就会形成“氧化应激”（Oxidative Stress）状态。这些失控的“小流氓”就会在细胞内肆意破坏，攻击一切它们遇到的分子。

甲醛如何诱导线粒体产生大量活性氧？

线粒体是通过一个叫做“电子传递链”的复杂过程来产生能量（ATP）的。就像一条生产线，电子（e⁻）在这条生产线上被一步步传递，最终与我们吸入的氧气（O₂）结合生成水（H₂O），同时释放出大量能量。

而甲醛及其代谢产物（如甲酸）会直接损伤电子传递链上的复合体蛋白（特别是复合体I和III）。这就像是破坏了生产线上的关键机器。

当生产线上的机器受损或堵塞时，本该被有序传递的电子就会从传递链上“泄漏”出来。

这些泄漏出来的高能电子，会直接传递给旁边无辜的氧气分子（O₂）。正常的氧气分子得到一个额外的电子后，就成为了极不稳定的超氧阴离子（O₂⁻•） （活性氧）。

为什么活性氧能破坏细胞膜、蛋白质和DNA？

失控的活性氧会疯狂地从周围的生物大分子上抢夺电子，这个过程会导致这些大分子的化学结构被破坏，失去原有功能。

细胞膜主要由磷脂双分子层构成，其中含有大量的不饱和脂肪酸。活性氧（特别是羟自由基•OH）会攻击不饱和脂肪酸中的双键，抢走一个电子，引发一个叫做“脂质过氧化”的链式反应。脂质过氧化会破坏细胞膜的流动性和完整性，使其变得僵硬、脆裂，最终导致细胞膜破裂，细胞内容物泄漏。

而活性氧会攻击蛋白质侧链上的氨基酸（特别是半胱氨酸、甲硫氨酸等），使其氧化、交联（和甲醛的作用类似但原理不同），导致蛋白质变性，失去作为酶、结构蛋白或信号分子的功能。

活性氧还会攻击DNA碱基（特别是鸟嘌呤G）和脱氧核糖骨架，导致碱基修饰、DNA单链或双链断裂。这会直接导致基因突变，干扰DNA的复制和转录，是诱发癌症的重要原因。

什么是细胞的程序性死亡？

细胞程序性死亡（Programmed Cell Death），最主要的形式是细胞凋亡（Apoptosis）。这并非细胞因损伤而发生的被动解体（那是“坏死”），而是细胞在接收到特定信号后，主动启动的一套基因编码的“自杀程序”。目的是清除体内不再需要、衰老或受到严重损伤（如无法修复的DNA损伤）的细胞，从而维持组织器官的稳定和健康。这是一个对机体有利的主动行为。

在这个过程中每，细胞会主动收缩、染色质固缩、细胞核碎裂，最终形成多个被完整细胞膜包裹的“凋亡小体”，等待被免疫细胞吞噬清理。整个过程非常“干净”，不会引发周围的炎症。

在甲醛诱导的氧化应激中，由活性氧造成的大量、无法修复的DNA损伤和蛋白质损伤，本身就是最强烈的“死亡信号”。这个信号会激活细胞内一类叫做Bax和Bak的“促凋亡蛋白”。被激活的Bax/Bak蛋白会聚集到线粒体外膜上，像一个“打孔器”一样，在线粒体外膜上形成孔道。线粒体外膜被打孔后，原本储存在线粒体内部的一种关键蛋白——细胞色素C（Cytochrome C），就会被释放到细胞质中。释放到细胞质中的细胞色素C，会激活一系列被称为 Caspase 的蛋白酶。它们一旦被激活，就会形成一个级联反应，像多米诺骨牌一样，一个激活下一个。被激活的Caspase会系统性地降解细胞内的关键蛋白质和DNA，最终导致细胞有序地解体，完成凋亡。

“激活”在这里指的是一个剧烈的“构象变化”（Conformational Change），即蛋白质从一种三维折叠形态，转变为另一种形态。

什么是Bax/Bak蛋白？

Bax和Bak是细胞内一个庞大家族——Bcl-2蛋白家族中的两个关键成员。Bax和Bak是在这里具有代表性的促凋亡派（Pro-apoptotic），Bcl-2、Bcl-xL 是 抗凋亡派（Anti-apoptotic）：

在正常健康的细胞中，它们处于一种无害的、折叠起来的休眠状态。Bax大部分时间游荡在细胞质中。Bak 则停靠在线粒体的外膜上，但同样处于被抑制的休眠状态。

当细胞遭受了大量、无法修复的DNA或蛋白质损伤时，这个信号会被细胞内的 p53蛋白 感知到。被激活的p53蛋白，会生产大量的一类被称为 “仅含BH3结构域蛋白”（BH3-only proteins）的小蛋白，例如 PUMA 和 Noxa。

Bax/Bak 蛋白如何打孔？

当Bax被激活后，它会暴露内部的疏水结构域。这个结构域极度“讨厌”水（细胞质的主要成分是水），而非常“喜欢”油性的环境。线粒体外膜正是一个由磷脂双分子层构成的“油性”环境。因此，被激活的Bax会像一滴油会自动融入另一滴油一样，自发地从细胞质中转移并插入到线粒体外膜上。而已在膜上的Bak，被激活后则会更深、更稳定地嵌入膜中。

这是一个寡聚化（Oligomerization）过程。多个被激活的Bax/Bak分子在膜上相遇，会像乐高积木一样，通过彼此暴露出来的结构域互相识别并拼接在一起，形成大小不一的聚合体（Oligomer），有的像线形，有的像弧形，有的像不完整的环。这些Bax/Bak聚合体并不是贯穿膜形成一个隧道。相反，它们像楔子一样，大量地、浅浅地插入到线粒体外膜的外层。当越来越多的蛋白质“楔子”挤进这一层薄薄的膜时，会产生巨大的物理张力和弯曲应力。

最终，线粒体外膜因为无法承受这种内部应力，就像一个被过度拉伸的气球一样被撕裂，形成的“孔道”或“裂口”，其边缘是由蛋白质和脂质分子共同构成的，被称为 “蛋白-脂质孔道”（Proteolipidic Pore）。

为什么“严重损伤”会激活p53蛋白？

在正常、安逸的细胞中，p53蛋白一被生产出来，就会被一个叫做 MDM2 的蛋白“盯上”。MDM2会给p53贴上一个叫做 “泛素”（Ubiquitin）的标签，被贴上标签的p53会被送到细胞的“垃圾处理厂”——蛋白酶体中迅速降解。因此，正常细胞里的p53蛋白水平极低。

当 “严重损伤”，尤其是DNA双链断裂（这被视为细胞最危急的损伤之一）发生时，DNA断裂处会立刻吸引并激活一批蛋白，其中最关键的是一类激酶（Kinase），比如ATM和ATR。激酶是一种能给其他蛋白质“安装”上磷酸基团（-PO₃²⁻）的工具酶。

被激活的ATM/ATR激酶，会立刻找到 MDM2，并给它装上好几个磷酸基团。被磷酸化后的MDM2结构发生改变，无法再识别和结合p53。与此同时，ATM/ATR 等激酶也会给 p53 蛋白本身装上磷酸基团。这个过程不仅让p53无法被MDM2识别，更重要的是，它改变了p53的构象。

对于p53来说，最基础的激活，就是摆脱 MDM2 的控制，不再被降解。这使得 p53 蛋白可以在细胞核内大量、稳定地积累起来，被磷酸化等一系列化学修饰后，p53蛋白的三维结构会发生精妙的变化。这种变化会暴露p53内部一个关键的功能区——“DNA结合域”。同时，它会促使四个p53蛋白分子结合在一起，形成一个四聚体（Tetramer）。

为什么 MDM2 会盯上 p53？

在MDM2蛋白的N端（头部），有一个精心构造的、深邃的疏水性口袋（hydrophobic pocket），就像手套一样。而在p53蛋白的N端（反式激活域），有一段α-螺旋区域。这段螺旋上有三个关键的氨基酸残基——苯丙氨酸（Phe19）、色氨酸（Trp23）和亮氨酸（Leu26）。这三个氨基酸像三根关键的“手指”，完美地伸入并契合MDM2的那个手套中。

p53被激活后如何“下令”生产PUMA等蛋白？

PUMA这个蛋白，它的“设计图纸”编码在一段叫做 _PUMA_（也称 _BBC3_）的基因里。在这段基因的上游，有一段特殊的DNA序列，叫做 “启动子”（Promoter）。而PUMA基因的启动子上，有 p53 蛋白能够识别并结合的特定“停泊位点”，称为 “p53响应元件”（p53 Response Element）。

被激活的p53四聚体，凭借其暴露出来的DNA结合域，会精准地找到并牢牢地结合在PUMA基因的这个“停泊位点”上。一旦结合，p53 自身就会像一块磁铁，吸引来细胞核内负责“抄写”基因的庞大机器——RNA聚合酶II以及其他大量的辅助蛋白。这个庞大的蛋白质复合体，就是负责执行命令的“抄写员”。

“抄写员”以DNA为模板，“抄写”出一段信使RNA（mRNA）。这段mRNA会离开细胞核进入细胞质，并被核糖体（蛋白质的“生产工厂”）读取，最终翻译、生产出我们需要的PUMA蛋白。

这就是基因转录。

为什么 DNA 的断裂会吸引激酶？

在正常细胞中，ATM是以无活性的二聚体（两个ATM蛋白抱在一起）形式存在的。这个“拥抱”的姿态，恰好就掩盖了彼此的“催化核心区”。激活，就是让这俩分开。

当DNA发生双链断裂时，会暴露出两个DNA断端。这在正常的、连续的DNA双螺旋结构中是绝对不会出现的。这个裸露的、不连续的断端，就是一个强烈的物理异常信号。

细胞内有一组蛋白质，叫做MRN复合体（由Mre11、Rad50、Nbs1三个蛋白组成）。

Mre11和Rad50 能特异性地识别并抓住DNA的断端，像桥梁一样将两个断端物理性地拉近，防止它们飘远。MRN复合体一旦抓住了DNA断端，它自身的构象就会发生改变。这种改变使得它能够吸引在细胞核内游走的、处于休眠二聚体状态的ATM。MRN复合体（特别是其中的Nbs1蛋白）上会暴露出一个能与ATM二聚体结合的“接口”。这种分子间的特异性亲和力，使得ATM被“吸引”并物理性地富集到DNA断裂的地方。

当大量的ATM二聚体被招募到MRN复合体标记的DNA断端附近时，DNA断端的物理存在，加上MRN复合体的“撬动”作用，会诱导ATM二聚体的构象发生变化，促使这俩解离，变成两个独立的单体。

解离后的ATM单体，其被隐藏的“催化核心区”立刻暴露了出来。一个ATM单体会立刻给另一个（或自己）的特定位点（如丝氨酸1981位点）“安装”上一个磷酸基团。这是个 “自我磷酸化” 的过程，会使其构象进一步稳定在完全激活的状态。