干貨分享丨生命元素系列之鹵族和惰性氣體元素
前文“干貨分享丨生命元素系列之硼族、碳族、氮族和硫族元素”我們已經介紹了那些相對來說比較活潑的元素，最后這一篇我們以活潑的鹵素和極其穩定的惰性氣體元素來為這整個系列進行收尾。
第四部分：鹵族和惰性氣體元素篇
第17組：鹵素
人體內有大量的氟（F, Z = 9，約3克），以氟化物的形式存在,可能是必不可少的。但令人驚訝的是，人們似乎對具體的攝取和運輸機制知之甚少。可能存在特定的HF轉運蛋白（在酸性條件下，真空下）和F-/H+共轉運蛋白或F-/OH-反轉運蛋白。
氟離子是鹵化物離子中最小、堿性最強的。加入氟化物的水對牙齒和骨骼有好處。氟化物對諸如Ca2+這樣的硬金屬離子具有很高的親和力。它取代羥基磷灰石中的羥基離子（Ca5(PO4)3OH），它是牙齒和骨骼的主要成分，使其變成更堅固、更堅硬的氟磷灰石（Ca5(PO4)3F）。建議26-35 µM的少量氟化物即可加強搪瓷。全身接觸氟化物會改變骨骼穩態和牙齒牙釉質發育。氟斑牙的發生與氟的劑量和暴露時間有關。在世界上許多地方，地下水中的氟化物含量超過了建議的水平會導致氟中毒，然后發展為氟骨癥。
氟化物似乎通過絲裂原激活蛋白激酶AMPK調節其信號通路活性，可導致基因表達改變，細胞應激和細胞死亡。我們體內的氟代謝依賴于滲透系數的pH值，脂質雙分子膜對氟化氫的影響是氟離子的一百萬倍。這就意味著氟化物能夠在反應中以HF的形式輕易地穿過細胞膜到體液間的pH值梯度，這就是為什么攝入后，由于胃吸收快，血漿中的氟化物含量迅速上升。氟化鋁和氟化鈹被用作許多酶的抑制劑。他們作為磷酸鹽的模擬物，可激活異三聚體GTP結合蛋白。還有很多含氟藥物，如麻醉藥、抗生素、抗腫瘤藥以及消炎藥。氟-18標記的脫氧葡萄糖（電子俘獲，半衰期110分鐘）是在病理生理過程中的葡萄糖代謝中PET成像檢測變化最廣泛使用的示蹤劑之一。18F-fluorodeoxyglucose-positron發射斷層掃描（18F-FDG-PET）也用于篩查、定位和隨訪包括惡性腫瘤、感染和自身免疫過程在內的高代謝過程。
氯（Cl, Z = 17）普遍存在于人體內（約96克）。Cl-在體液中的濃度很高（血液中約100 mM），并在細胞區室中受到調節（例如，在細胞質中為25 mM，細胞核中4mM）。氯與氟不同，但與溴和碘相同，能以氧化形式存在于體內。
Cl-的膜轉運蛋白已被鑒定。Cl-(SCN-) 在包括腸、肺、汗腺和腎臟在內的許多器官中是由囊性纖維化跨膜電導調節因子（CFTR）介導的，CFTR是一個由1480個氨基酸組成的cAMP激活ATP門控陰離子通道糖蛋白。編碼CFTR的基因突變可能降低其對氯化物的運輸能力或細胞表面表達，從而導致條件囊性纖維化和一種由于先天性輸精管缺乏癥而導致的男性不育。
氯的高氧化態也在體內發揮作用。白細胞（中性粒細胞）產生的次氯酸是一種強氧化劑（漂白劑），可以根除所有類型細菌。盡管它被我們的免疫系統所利用，但它對我們自己的細胞也可能是致命的，這要取決于劑量。在中性粒細胞中，血紅素酶髓過氧化物酶使用過氧化氫將氯轉化為HOCl。
人體中（約0.2克）和血液中（3.2-5.6 µg/mL）有大量的溴（Br, Z = 35），每日膳食攝入2-8 mg溴化物（魚、谷物和堅果），越來越多的證據表明，這是必不可少的。嗜酸性粒細胞過氧化物酶是一種由EPX基因編碼并產生HOBr和HOCl鹵過氧化物酶。即使在生理濃度下，氯化物含量要高得多，它優先選擇溴化物而不是氯化物來生產溴化物劑。
最近一篇論文得出結論，溴是所有動物必需的微量元素，因為Br−（在轉化為HOBr時）是過氧化物素催化生成硫亞胺交聯的必需輔因子，在體內組織發育基底膜IV型膠原支架翻譯后修飾中至關重要。需要更多的研究來證實溴的營養價值。
雖然人體內只有大約16毫克碘，但碘（I, Z = 53）以甲狀腺激素的形式對甲狀腺是必不可少的，特別是三碘甲狀腺原氨酸（T3）和甲狀腺素（四碘甲狀腺原氨酸，T4），由甲狀腺過氧化物酶從甲狀腺球蛋白中的碘素（碘）和酪氨酸合成。這些激素在調節成長與發展中起著重要作用。碘缺乏會導致甲狀腺腫（德比郡頸），碘酸鹽的補充，如食鹽中的碘酸鹽可以避免此病發生。C-I鍵的重要性可以與體內較輕的鹵素進行對比。
Na+/I−轉運體（NIS）在碘代謝和甲狀腺功能中起重要作用。NIS是一種整合的質膜糖蛋白，甲狀腺I−從血液中轉移運可能通過選擇性地將NIS靶向到基底外側膜。它還調節I−在其他組織中的運輸，包括唾液腺，胃粘膜和哺乳期的乳腺，其中I−被轉移到乳汁中用于哺乳期新生兒的甲狀腺激素生物合成。NIS是一個理想的使用放射性碘化物診斷和治療甲狀腺癌及其轉移的基礎。將NIS轉導到各種癌細胞中，使其易于被破壞已有報道。值得注意的是，超過80%的人類乳腺癌樣本表達內源性NIS，使放射性碘化物的診斷和治療有可能有潛在用途。
砹-211（At, Z = 85）是一種半衰期為7.2小時的α發射體，是理想的消除主要位于中樞神經系統正常組織中的腫瘤細胞的放射性藥物。例如，它們可以用于靶向治療，而沒有鄰近正常組織毒性的風險，而這種風險有時會發生在β發射器上。這個特性適用于中樞神經系統等敏感部位。一項試點臨床研究評估了其可行性，以211At標記的抗腱霉素嵌合單抗81 C6治療復發性惡性腦腫瘤的安全性和有效性。放射治療劑211At-MX35 F(ab(2))2也有在卵巢癌復發完全臨床緩解的婦女中完成I期藥代動力學研究。
第18組：惰性氣體
氦（He, Z = 2）在醫學上的探索是有限的，雖然考慮輔助治療呼吸道疾病，如哮喘，臀部和細支氣管炎。它也顯示出保護心肌缺血的功效，盡管保護機制尚不清楚。使用氦氣在手術室代替CO2來給正在進行腹腔鏡腹部手術的病人的腹部充氣正在進行評估。氦是一個更好的選擇，因為它可以防止呼吸酸中毒患者的共同疾病導致CO2潴留。氦離子顯微鏡提供器官非常精細的成像和超極化氦（HP 3He）肺MRI可用于正常和病變肺的成像。
我們呼吸的空氣中約1%是氬氣（Ar, Z = 18），主要來自于地殼中40K放射性衰變。氬已被應用于電外科；氣體放電可對組織誘發非接觸方式的淺表熱效應（氬等離子體凝固）。20世紀70年代，它首次用于開放手術，后來又用于內窺鏡檢查。其使用的例子包括修復手術中可能發生的出血或潰瘍，血管損傷，靜脈曲張和腫瘤，以及失活和收縮腫瘤和阻塞組織。
氪（Kr, Z = 36）氣體，為四極同位素83Kr（核自旋I = 9/2，自然豐度11.5%）可用于氣道成像（MRI），特別是區分疏水和親水表面。
氙（Xe, Z = 54）用作全身麻醉。它對甘氨酸位點有很高的親和力n -甲基- d -天冬氨酸（NMDA）受體，不同于大多數其他臨床NMDA受體拮抗劑，它沒有神經毒性。特別值得注意的是使用氙作為一種添加在新生嬰兒的通風混合物中，以防止腦損傷。氙-133（半衰期5.2天，β−衰變）用于SPECT對肺部的放射成像，并測量血流量。超極化129Xe（核自旋I = 1/2，豐度26%）是一種MRI造影劑用于肺內氣體流動的成像。
氡（Rn, Z = 86）是一種有毒的放射性（致密）氣體，由長壽命氣體分解而產生（數十億年）放射性鈾（和釷）通過226Ra在土壤、巖石和水中。衰變氡產生放射性固體（氡子），它們是輻射源，附著在灰塵上微粒，然后被吸入。這種吸入物與肺癌有關。氡接觸也可能導致產生有毒的活性氧。溶解的氡孕婦的血液循環可能會有不利的后果，包括發育遲緩大腦發育甚至死亡。氡在家中積聚是一個潛在的問題。常見的同位素是222Rn（來自238U），半衰期為3.8天的α-發射體和220Rn（α-發射體，半衰期56 s）由224Ra的α-衰變得到。
系列小結
我們已經非常簡單地回顧了元素周期表中的元素在人類生活中的作用。特別是，我們試圖確定哪些要素是人所必需的，并指出其他要素用于或可用于診斷和治療的要素。藥用無機物質很多化學仍有待探索。與藥用有機化學相比，該領域尚處于起步階段。更詳細地介紹了生物化學的背景，包括元素的影響環境對自然元素的選擇可以在最近的動物中找到Williams等人的出版物。要編制一份決定性元素的必需品清單并不容易�，F在添加到礦物質補充劑中的元素主要是受多年前的營養實驗結果的影響。這樣在規定的營養條件下的實驗研究，動物的生長是昂貴的和相互依賴的元素的生物化學和各種有機輔助因子會使解釋復雜化。此外，我們不僅想知道哪些因素是正常生長所必需的，而且還想知道它們的生化功能是什么，哪些特定種類（元素的化學形式）是至關重要的。
