Vaciry，Work to kill breast cancer!
很棒的问题，之前读到过很多文献是讨论重水在肿瘤治疗方面的应用的，但是能找到的文献都是局限在细胞和动物实验上，目前并没有比较有说服力的临床试验数据。但是不可否认，它一定是有细胞毒性的。如果把问题归结到人体的系统上，我会对过量服用重水做出以下两点的毒理学的机制推测。
1. DNA 毒性（慢性毒理）：目前很多文献报道了重水对有丝分裂的抑制的机制。最主要的原因有重水可以稳定微管蛋白复合体，抑制其解聚，从而抑制了 spindle birefringence 这一过程。这也是重水抑制受精卵分裂从而导致不育的重要机制。第二个原因是在重水的环境下，DNA 的合成自由能变高，核酸以及蛋白合成速率减慢，从而使其在细胞周期发生阻滞（这也是前面几个回答者提到的酶促反应的一方面）。所以，目前在重水的动物实验中，大鼠都会出现与化疗后相似的症状。所以可想而知，一旦人体循环系统摄入过量重水，那么会使正常系统都暴露在高强度的 DNA 毒性下，长此以往会导致细胞分裂停止，代谢减慢，人体失去稳态而导致多器官功能衰竭。
2.肠道毒性（急性毒理）：这一毒性要归结于重水和 H2O 的物理性质差异上。虽然两者很多参数十分接近，但是依然在精密的人体内会产生天壤之别。下表来自 wikipedia 很好地总结了这些不同：
我们可以看到有以下几点比较显著而重要的差异，一是粘滞度增加了约 20%，二是其常温 pH 值上升，意味着重水的电离能力降低，三是其挥发热升高。这里就不对这些物理性质改变做出一一的解释了，但是其对生理的影响显而易见。众所周知，肠道是对水吸收至关重要的部位，水和可溶性电解质进入肠道的机制在于小肠上皮细胞对于渗透压的调节。一旦大量饮入重水，其低电离的特性可能导致血浆与肠腔渗透压差变大，其高粘滞度的特性会导致水分子在穿越小肠上皮细胞间隙时的速率减慢，最终导致血浆中的 H2O 进入肠腔以维持渗透压，从而导致高渗性脱水和急性腹泻。如果持续饮用重水，则会在短期内造成肠道屏障的破坏和循环系统失水（不排除人体能在短期内形成新的重水渗透压适应性平衡）。这一症状，也是目前重水处理的大鼠试验上所体现出的表型。长此以往，肠道屏障的破坏能利于细菌的感染，从而引起二次的病理机制。
以上只是个人根据已有文献的推测，权当抛砖引玉，如有不妥之处也请及时矫正。不过重水的摄入也并非一无是处。安全量的重水也是医学上研究人体水代谢的一种试验方法。目前也有专利报道了重水用于高血压的治疗。回到我的研究领域内，重水在肿瘤治疗方面也是有不错的应用前景，目前好几个体外的研究都说明了重水能对恶性消化系统的癌细胞（包括胃癌，肝癌，胰腺癌和直肠癌）造成细胞毒性杀伤从而引起癌细胞凋亡，不过对正常细胞的选择性还有待评估。此外，还有研究表明重水的联合服用能够提高化疗药物 Gemcitabine 的对胰腺癌对杀伤。
最后受上面各位的启发，再扯一下成本问题，如果想要靠喝重水喝成那样，假设要体内 25% 的 H2O 被重水替换，对一个 72kg 的成年人来说约需要 10L 的重水（不计入代谢过程中的损失），根据 Sigma-Aldrich 的报价共计为$11,650, 折合人民币约¥81000。的确是相当高昂而痛苦的死亡方式。而如果将重水换成超重水（氚），那么需要考虑的除了以上这些问题，还有考虑放射性的基因毒性以及更为昂贵的价格。
下面附一些参考文献：
1. Mosin, O. V., and I. Ignatov. "Studying of isotopic effects of heavy water in biological systems on example of prokaryotic and eukaryotic cells." Biomedicine, Moscow 1.1-3 (2012): 31-50.
2. Bild, W., V. Năstasă, and I. Haulică. "In vivo and in vitro research on the biological effects of deuterium-depleted water: 1. Influence of deuterium-depleted water on cultured cell growth." Romanian journal of physiology: physiological sciences/[Academia de Stiinte Medicale] 41.1-2 (2003): 53-67.
3. Burgess, J., and D. H. Northcote. "Action of colchicine and heavy water on the polymerization of microtubules in wheat root meristem." Journal of cell science 5.2 (1969): 433-451.
4. Fanara, Patrizia, et al. "In Vivo Measurement of Microtubule Dynamics Using Stable Isotope Labeling with Heavy Water EFFECT OF TAXANES." Journal of Biological Chemistry 279.48 (2004): 49940-49947.
5. Altermatt, Hans J., Jan‐Olaf Gebbers, and Jean A. Laissue. "Heavy water delays growth of human carcinoma in nude mice." Cancer 62.3 (1988): 462-466.
6. Takeda, Hiroshi, et al. "Mechanisms of cytotoxic effects of heavy water (deuterium oxide: D20) on cancer cells." Anti-cancer drugs 9.8 (1998): 715-725.
7. Gross, Paul R., and William Spindel. "Mitotic arrest by deuterium oxide." Science 131.3392 (1960): 37-39.
8. GILLESPIE, ELIZABETH, ROBERT J. LEVINE, and STEPHEN E. MALAWISTA. "Histamine release from rat peritoneal mast cells: inhibition by colchicine and potentiation by deuterium oxide." Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 164.1 (1968): 158-165.
9. Zhang, Wen, et al. "Synergistic effect of chemo-photothermal therapy using PEGylated graphene oxide." Biomaterials 32.33 (2011): 8555-8561.
10. Albergo, Diane DePrisco, et al. "Thermodynamics of (dG-dC) 3 double-helix formation in water and deuterium oxide." Biochemistry 20.6 (1981): 1409-1413.