喹噁啉-1,4-二氧化物类（quinoxaline1,4-dioxide）兽药是全世界使用量最大的非激素类动物饲料添加剂。我国自主研发、国际首创的国家一类新兽药喹烯酮（quinocetone）属于该类药物。由于同类药物卡巴氧、喹乙醇等已被发现具有遗传毒性和潜在的致癌性，喹烯酮的安全性也备受关注。本研究从化学结构因素、氧化损伤、遗传毒性和基因调控水平的毒性机制等方面解析喹烯酮的体外细胞毒性机制，从而为正确合理评价喹烯酮的安全性提供依据。为解析喹烯酮细胞毒性的化学结构因素，本研究首先合成制备出喹烯酮、脱二氧喹烯酮以及它们的结构类似化合物等27个，并对其进行抗菌活性和细胞生长抑制作用的比较研究，结果发现：喹烯酮结构类似化合物的抗菌活力与喹烯酮相似，支链羟基修饰化合物抗菌活性还略优于喹烯酮，但母核脱氧后的化合物抗菌活性迅速消失殆尽；喹烯酮及其结构类似化合物对HepG2、Chang Liver、Vero等细胞的生长抑制作用都很大，远大于喹乙醇、MQCD等同类化合物，但所有母核脱氧化合物的细胞毒性也显著下降。结果证实喹烯酮母核N→O基团是其生物活性所必须，并且支链上双键、羰基对喹烯酮细胞毒性有重大影响。进一步利用LC/MS/MS技术对部分化合物在HepG2细胞内的代谢途径进行研究，结果发现：在体外细胞能通过母核脱氧、支链上双键和羰基还原等方式对喹烯酮进行代谢与解毒。这佐证了母核N→O基团与其支链上双键、羰基是共同构成喹烯酮细胞毒性大的主要化学因素。通过喹烯酮对HepG2细胞抗氧化系统的影响研究和胞内活性氧水平研究发现：喹烯酮能显著升高细胞内的活性氧水平，破坏细胞抗氧化系统，显著升高细胞丙二醛含量。而且谷胱甘肽的合成抑制剂能增强喹烯酮细胞毒性，但谷胱甘肽合成促进剂能降低喹烯酮细胞毒性。从而证实，氧化损伤是喹烯酮细胞毒性的重要方式。此外，喹烯酮还能够诱导HepG2细胞微核率增加，DNA随机扩增多态性增加以及细胞凋亡和细胞S期阻滞。采用双向消减杂交技术构建起喹烯酮暴露后细胞差异表达cDNA基因文库，结果发现：喹烯酮能致HepG2细胞160余基因差异表达，这些基因的功能主要涉及细胞代谢、药物代谢、氧化应激、蛋白合成、细胞周期调控以及细胞凋亡。应用Real-time PCR技术对部分重要功能基因进行验证和毒信号通路研究，结果发现基因表达趋势与消减杂交结果一致，而ENO1、AKR1C1、DDX5、AIFM、TNFRSF等基因表达量的变化提示喹烯酮可能通过线粒体或myc等途径导致细胞凋亡。综上结论，喹烯酮的细胞毒性机制是通过（1）在化学结构上，支链双键和羰基与母核N→O基团共同构成毒性基团，增大了喹烯酮的细胞毒性；（2）在作用方式上，喹烯酮母核脱氧产生的活性氧自由基，损伤抗氧化系统，损伤蛋白质、DNA等生物大分子，造成微核率增加，DNA扩增多态性增加等毒性；（3）在基因调控水平上，喹烯酮改变ENO1、AIFM、AKR1C1等基因表达量，可能激发线粒体和/或myc等细胞凋亡途径而完成其细胞毒性过程。