第五環(huán)境化學物的特殊毒性及其評價

1、 第五章第五章 環(huán)境化學物的特殊毒環(huán)境化學物的特殊毒性及其評價性及其評價第一第一節(jié)節(jié) 環(huán)境環(huán)境化學物的致突變性及其評價化學物的致突變性及其評價一、概述一、概述 物種的各個體和各代之間的種種變化稱為變異?？蛇z傳變異即稱為突變（mutation）。有自發(fā)的和誘發(fā)的。 相當多的外來化學物能直接損傷DNA或產生其他遺傳學改變而使基因和染色體發(fā)生改變遺傳毒物或致突變物或誘變劑。二、突變的類型二、突變的類型突變的基礎是遺傳物質的DNA改變，根據(jù)DNA改變牽涉的范圍大小，可以將遺傳損傷分為三類：基因突變、染色體突變和基因組突變。（一）基因突變 指在基因序列中DNA序列的改變，也叫點突變。 1、堿基置換 堿基

2、置換指DNA序列上的某個堿基被其他堿基取代。首先在DNA復制時會使互補鏈的相應位點配上一個錯誤的堿基，即發(fā)生錯誤配對。這一錯誤配上的堿基在下一次DNA復制時卻能按正常規(guī)律配對，于是一對錯誤的堿基置換了原來的堿基對，亦即最終產生堿基對置換或簡稱堿基置換。 轉換（轉換（transition）：嘌呤與嘌呤堿基之間的置換，或嘧）：嘌呤與嘌呤堿基之間的置換，或嘧啶與嘧啶之間的置換。啶與嘧啶之間的置換。顛換（顛換（transversion）：嘌呤與嘧啶堿基之間的置換。）：嘌呤與嘧啶堿基之間的置換。 2、移碼 移碼是從mRNA到蛋白質翻譯過程中遺傳密碼子讀碼順序的突變，通常是基因中增加或減少了一對或幾對不等

3、于3的倍數(shù)的堿基對所造成的突變。3、整碼突變 指在DNA中增加或減少的堿基對為一個或幾個密碼子。4、片斷突變 指基因中某些小片斷核苷酸序列發(fā)生改變。這種損傷有時可跨越兩個或數(shù)個基因。片斷突變包括缺失、重復、重組、重排。（二）染色體突變 也稱染色體畸變，是染色體或染色體單體受損而發(fā)生斷裂，且斷端不發(fā)生重接或雖重接卻不在原處。能使染色體或染色單體發(fā)生斷裂的物質稱為斷裂劑，這種作用的發(fā)生及其過程稱為斷裂作用。斷裂作用的關鍵是誘發(fā)DNA鏈斷裂。（1）裂隙（gap） 在染色體上出現(xiàn)無染色質的區(qū)域，但該區(qū)域兩端的染色體仍保持線狀連接者為裂隙。一般認為裂隙屬于非染色質損傷。裂隙不計入畸變范圍。（2）斷裂（b

4、reak） 指染色體上狹窄的非染色帶,無線狀連接者為斷裂。（3）斷片（fragment）和 缺失（deletion） 一個染色體發(fā)生一次或多次斷裂而不重接，并且這些已斷裂的節(jié)段遠遠分開，常將無著絲粒斷片簡稱為斷片。 有著絲粒的部分稱為缺失，缺失有末端缺失和中間缺失。（4） 微小體（minute body） 中間缺失如斷片很小，小于染色單體寬度，呈圓點狀，稱為微小體。（5）無著絲粒環(huán)（acentric ring） 一條較長的無著絲粒斷片的兩端連接，就形成無著絲粒環(huán)。（6）環(huán)狀染色體（ring chromosome） 染色體兩臂各發(fā)生一次斷裂，其帶有著絲粒的節(jié)段的兩斷端連接形成一個環(huán)時，稱為環(huán)狀染

5、色體。（7）雙著絲粒染色體（dicentric chromosome） 兩條染色體斷裂后，兩個有著絲粒的節(jié)段重接形成。（8）倒位（inversion） 當某一染色體發(fā)生兩次斷裂后，其中間節(jié)段倒轉180再重接，稱為倒位。臂間倒位：顛倒的是具有中間著絲粒的中間節(jié)段 臂內倒位：顛倒的是長臂或短臂內的一段（9）易位（translocation） 兩個非同源染色體斷裂后，從某個染色體斷下的節(jié)段接到另一染色體上稱為易位。 兩條染色體同時斷裂，相互交換斷片并重接相互易位 僅一個染色體節(jié)段連接到另一染色體上單方易位； 三個或三個以上染色體斷裂、重接復雜易位（10）插入（insertion）和重復（duplic

6、ation） 當一個染色體發(fā)生三處斷裂，帶有兩斷端的斷片插入到另一臂的斷裂處或另一染色體的斷裂處重接起來，稱為插入。 如此時有缺失的染色體和有插入的染色體是同源染色體，且分別有一處斷裂發(fā)生于同一位點，則插入將使該染色體連續(xù)出現(xiàn)兩段完全相同的節(jié)段，此時稱為重復。（11）輻射體 染色體間的不平衡易位可形成三條臂構型或四條臂構型，分別稱為三輻射體和四輻射體。在多個染色體間的單體互換可形成復合射體。（三）基因組突變 指基因組中染色體數(shù)目的改變，也稱染色體數(shù)目畸變。1、非整倍體 指細胞丟失或增加一條或多條染色體。缺失一條染色體稱為單體，增加一條染色體稱為三體。2、整倍體 指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為

7、單位的增減，如三倍體、四倍體。三、致突變作用機理三、致突變作用機理 外源化學物引起基因突變和染色體突變的靶部位主要是DNA，而導致染色體數(shù)目異常的靶部位主要是有絲分裂和減數(shù)分裂器，如紡錘絲。（一）（一）DNA損傷和突變損傷和突變1、堿基類似物的取代 有些化學物的結構與堿基非常相似，稱堿基類似物。它們能可與天然堿基競爭，并取代其位置，而摻入到DNA分子中，引起劍姬配對特性的改變，引發(fā)突變。2、與DNA分子共價結合形成加合物 許多親電子性化學物可與DNA作用形成加合物（adduction）。不同誘變劑與DNA作用的堿基位置不同，可引起不同類型的突變。 烷化劑可提供甲基或乙基等烷基，與DNA發(fā)生共價

8、結合。對DNA和蛋白質都有強烈烷化作用。各類烷化劑烷化活性有別，一般情況下甲基化乙基化高碳烷基化。3、改變或破壞堿基的化學結構某些誘變劑可與堿基發(fā)生相互作用，使堿基發(fā)生化學結構變化，引起錯誤配對或引起DNA鏈斷裂。例如，亞硝酸根能使腺嘌呤和胞嘧啶發(fā)生氧化性脫氨，相應變?yōu)榇吸S嘌呤和尿嘧啶。4、大分子嵌入DNA鏈 如吖啶類染料（吖啶橙），是一種平面型三環(huán)分子，結構與一個嘌呤-嘧啶對十分相似，能嵌入兩個相鄰的DNA堿基對之間，造成移碼突變。(二二)非整倍體及整倍體的誘發(fā)非整倍體及整倍體的誘發(fā) 非整倍體畸變的原因：（1） 不分離：同源染色體在第一次減數(shù)分裂中不分離；姐妹染色體在第二次減數(shù)分裂或有絲分裂

9、中不分離。（2）染色體丟失 由于紡錘體形成不完全或著絲粒受損使得染色體在分離過程中沒有進入任一個子細胞核中。 整倍體誘發(fā)的原因1、紡錘體受損，有絲分裂染色體組不分離，形成四倍體；2、減數(shù)分裂異常使配子形成二倍體，若二倍體的配子受精，可形成多倍體受精卵；3、一個卵子被多個精子受精，形成多倍體。（三）（三）DNA損傷的修復和突變損傷的修復和突變1、生物體、生物體DNA損失修復系統(tǒng)損失修復系統(tǒng)（1） 復制前的修復過程精確修復，包括直接修復和切除修復a、直接修復：包括光修復和O6甲基鳥嘌呤修復光修復：針對紫外線引起的嘧啶二聚體修復功能，修復的過程是通過在波長范圍為320370 mm的可見光中，二聚體可

10、直接恢復成原來的樣子。催化光復活反應的酶叫做光裂合酶。O6-甲基鳥嘌呤修復：修復在O6位上含有烷基的鳥嘌呤，靠O6-甲基鳥漂吟-DNA-甲基轉移酶將O6-甲基鳥嘌呤的甲基轉移至該酶的半胱氨酸殘基上，而恢復鳥嘌呤正常的堿基配對特性，該酶在修復過程中被不可逆地失活。 b、切除修復(excixion-repair)由于這過程并不依賴于光的存在故又稱為暗修復（dark repair）。依據(jù)切除對象的不同，分為核苷酸切除修復（大段異常核苷酸）；堿基切除修復（個別異常堿基）；錯配堿基修復 核苷酸切除修復(nucleotide excision repair)是所有生物體內最常見的修復機制。它可修復幾乎所有

11、的DNA損傷類型，包括其他修復機制不能修復的加合物及DNA鏈間交聯(lián)等。 修復時，先靠內切酶把DNA鏈從損傷兩端切斷；在解螺旋酶作用下，除去受損的寡核苷酸；再在修復多聚酶的作用下，以對應的鏈為模板，以正確的堿基填補空隙；最后在DNA連接酶作用下連接，恢復原來的序列。堿基切除修復：abcde圖12-16 DNA堿基切除修復 A：六邊型表示錯誤的堿基：六邊型表示錯誤的堿基 B：DNA糖基化酶切除錯誤的堿基糖基化酶切除錯誤的堿基 C：AP內切核酸酶及內切核酸酶及AP裂解酶切除裂解酶切除磷酸二酯鏈及糖基磷酸二酯鏈及糖基 D：DNA聚合酶填補單一核苷酸。聚合酶填補單一核苷酸。 E：DNA連接酶封閉連接酶封

12、閉 缺口缺口 錯配堿基修復(mismatch base repair)是一種特殊的切除修復形式，通過該機制可去除不正確的堿基配對，如G：T和A：C。（2）復制后修復 這個系統(tǒng)是在DNA復制時模板鏈上含有損傷的堿基導致子鏈產生裂缺，這是在復制時產生的，所此修復系統(tǒng)也屬于復制后修復。 復制時新合成的互補鏈相應部位出現(xiàn)空隙，隨后以重組作用及鏈延長作用填補。通過此機制，使DNA合成得以通過損傷部位，避免了致死性的后果，但存在的DNA損傷并末移除，仍有待通過其他的修復機制而修復。 2. DNA損傷修復與突變損傷修復與突變 突變的產生不僅與DNA受損的情況有關，DNA損傷修復也是決定突變發(fā)生與否的重要因素

13、。DNA損傷修復功能的缺失或修復能力降低都會使突變的發(fā)生明顯增加。 不同生物損傷修復功能的類型及能力有所不同，如人類的修復能力比小鼠大10倍左右。在使用元原核生物及動物進行致突變試驗，并用其結果外推到人時，要考慮到DNA損傷修復系統(tǒng)的差別。 DNA損傷修復過程涉及許多酶的參與。同代謝酶的多態(tài)性一樣，DNA損傷修復酶也有多態(tài)性，即其基因型或表型存在個體差異。DNA損傷修復酶的多態(tài)性在一定程度上影響著個體對遺傳毒性因素的易感性。四、突變的不良后果四、突變的不良后果 突變的靶細胞有體細胞和生殖細胞（一）體細胞突變的后果1、癌變2、畸變：胚胎體細胞突變，造成畸胎3、其他不良后果：動脈粥樣硬化、衰老。（

14、二）生殖細胞突變的后果1、致死性2、可遺傳的改變：顯性遺傳病、隱性遺傳病五、致突變作用的評價五、致突變作用的評價（一）致突變試驗的分類（一）致突變試驗的分類 目前有200多種，重要的和常規(guī)使用的大約20多種。依據(jù)檢測的遺傳學終點的不同，可分為四類：基因突變試驗、染色體損傷試驗、非整倍體試驗和其他反映DNA損傷的試驗。（二）常用的致突變試驗（二）常用的致突變試驗1、細菌回復突變試驗 細菌回復突變試驗是以營養(yǎng)缺陷的突變體菌株為試驗系統(tǒng)，觀察受試物引起其回復突變的作用。 常用的菌株： 色氨酸營養(yǎng)缺陷型的大腸桿菌大腸桿菌回復試驗 組氨酸營養(yǎng)缺陷型鼠傷寒沙門氏菌Ames實驗原理： Ames試驗，檢測受試

15、物誘發(fā)鼠傷寒沙門氏菌組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株(his-)回復突變成野生型(his+)的能力。試驗菌株都有組氨酸突變(his-)，不能自行合成組氨酸，在不含組氨酸的最低營養(yǎng)平皿上不能生長，回復突變成野生型后能自行合成組氨酸，可在最低營養(yǎng)平皿上生長成可見菌落。計數(shù)最低營養(yǎng)平皿上的回變菌落數(shù)來判定受試物是否有致突變性。 2. 哺乳動物細胞基因突變試驗 哺乳動物細胞基因突變試驗是利用嚙齒類和人體外培養(yǎng)細胞的基因正向突變試驗。 常用細胞株常用細胞株 選用的基因選用的基因 小鼠淋巴瘤細胞小鼠淋巴瘤細胞L5178Y TK、HPRT 中國倉鼠卵巢組織細胞中國倉鼠卵巢組織細胞CHO HPRT 中國倉鼠肺組織細胞中

16、國倉鼠肺組織細胞V79 HPRT 人淋巴細胞人淋巴細胞 HPRT（1）tk基因 位于常染色體上，編碼胸苷激酶，催化胸腺嘧啶脫氧核苷ATP 胸苷酸。存在嘧啶類似物5溴脫氧尿苷時，產生異常核苷酸使細胞死亡。受試物存在時若細胞不死亡說明TK發(fā)生突變。（2）hprt基因 位于X染色體上，編碼次黃嘌呤鳥嘌呤轉磷酸核糖基酶：催化次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖焦磷酸 核苷-5-單磷酸（NMP）。如存在堿基類似物，生成相應的NMP，摻入到DNA中可致死。加入受試物后能存活的細胞表示發(fā)生基因突變。3、染色體畸變試驗 制備細胞分裂中期相染色體標本，在光鏡下可直接觀察染色體的數(shù)目和形態(tài)的改變。染色體畸變試驗也常稱為細胞遺傳

17、學試驗(cytogenetic assay)。染色體畸變試驗可為體外試驗，也可為體內試驗，包括對體細胞和生殖細胞的分析。 結構畸變：可觀察到裂隙、斷裂、斷片、微小體、環(huán)狀染色體、雙或多著絲粒染色體和射體。 數(shù)目畸變：需在染毒后經過一次有絲分裂才能發(fā)現(xiàn)。但是經過一次有絲分裂后，一些結構畸變可能因遺傳物質的丟失而致細胞死亡，因此不能發(fā)現(xiàn)。所以應安排多次收獲時間，以便分別檢查斷裂劑的作用。體內試驗：多觀察骨髓細胞，其分裂旺盛、易于獲得和制備，優(yōu)勢在于可體現(xiàn)哺乳動物的代謝過程、DNA修復和藥物動力學特征。但應注意受試物或其活性代謝產物有可能不易在骨髓中達到足夠的濃度。體外試驗：常用中國倉鼠肺細胞(CH

18、L)，以及中國倉鼠卵細胞(CHO)和V79等細胞系，但任何細胞系的染色體皆不穩(wěn)定，不能準確地觀察非整倍體，故在體外試驗中，如考慮進行染色體數(shù)目觀察，應當使用原代或早代細胞 4、微核試驗 微核是染色體的斷片或遲滯的染色體在細胞分裂后期，由于不能進入子細胞的核中而在間期的子細胞胞漿內形成的游離團塊物質，它與細胞主核著色一致，圓形或橢圓形。常用嚙齒類動物骨髓嗜多染紅細胞(PCE)或外周血細胞進行微核試驗。PCE是紅細胞成熟的一個階段，此時紅細胞的主核已排出，微核容易辯認，PCE胞質含RNA染色與成熟紅細胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗的首選細胞群。一般采用多次染毒后24h采樣。5. 顯性致死試驗(dom

19、inant lethal assay) 顯性致死(dominant lethal)指發(fā)育中的精子或卵子細胞發(fā)生遺傳學損傷，導致受精卵或發(fā)育中的胚胎死亡。一般認為顯性致死主要是由于染色體損傷的結果。顯性致死試驗以胚胎死亡為觀察終點，用于檢測受試物對動物性細胞的染色體損傷作用。 一般采用性成熟的雄性大鼠或小鼠接觸受試物，然后使之與未染毒的雌性交配，觀察胚胎死亡情況。計算出受孕率、總著床數(shù)、早期和晚期胚胎死亡率予以評價。 6、小鼠精子畸形試驗 精子畸形指精子形態(tài)發(fā)生異常改變。可導致生育能力的改變。用于檢測外源化學物對精子生成和發(fā)育的影響，也可用于評價化學物對生殖細胞的致突變作用。 常用68周的小鼠，

20、連續(xù)5天染毒。在染毒后不同時間（1、4、10周）處死，取樣檢查精子形態(tài)。7 、 程 序 外 D N A 合 成 試 驗(unscheduled DNA synthesis test，UDS) 正常細胞在有絲分裂過程中，僅在S期進行DNA復制合成。 當DNA受損后，DNA的修復合成可發(fā)生在正常復制合成期(S期)以外的其他時期，稱為程序外DNA合成。用同步培養(yǎng)將細胞阻斷于Gl期，并將正常的DNA半保留復制阻斷，然后用受試物處理細胞，并在加有3H-胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)液中進行培養(yǎng)。利用放射自顯影法或液閃計數(shù)法測定摻入DNA的放射活性，檢測DNA修復合成，從而間接反映DNA的損傷程度。 8、轉基因動物致

21、突變試驗 近年來建立的轉基因動物致突變檢測模型為研究哺乳動物體內基因突變提供了有效的手段，可以在動物個體水平研究突變的器官、組織特異性，包括生殖細胞。并可比較容易地從動物基因組中重新回收導入的基因，進行序列分析。 轉基因動物指基因組中整合有用實驗方法導入的DNA(可以是完整的基因，也可是不完整的DNA片段)，并能遺傳給后代的一類動物。 在進行轉基因動物致突變試驗時，在染毒后先抽提不同器官或組織的基因組DNA，然后把純化的基因組DNA與噬菌體體外包裝抽提物混合，而將導入的基因載體包裝進噬菌體中，用這些噬菌體感染大腸菌，可形成噬菌斑，通過噬菌斑顏色變化進行突變的判斷并獲得突變子。 （三）致突變試驗

22、在預測致癌性及遺傳危害性中的價值（三）致突變試驗在預測致癌性及遺傳危害性中的價值 致突變試驗的主要目的是研究外源化學物引起人類生殖細胞的突變并傳遞給后代的可能性；另外基于體細胞突變與腫瘤有關的認識，也可用于外源化學物潛在致癌性的預測。 雖然致突變試驗可用于外源化學物致癌性的篩選，但也存在不足。在致癌性預測時致突變試驗適用于遺傳毒性致癌物和非遺傳毒性非致癌物。對于遺傳毒性非致癌物會出現(xiàn)假陽性，對于非遺傳毒性致癌物則會出現(xiàn)假陰性。預測遺傳學危害也即預測對哺乳動物性細胞的致突變性。哺乳動物性細胞致突變物的標準體內試驗需較大的動物數(shù)量，且費時、費錢，不可能廣泛使用?？衫枚唐谥峦蛔冊囼瀸Σ溉閯游镄约毎?/p>

23、致突變性及遺傳危害性進行預測。 生殖細胞的致突變試驗在預測遺傳危害性中具有重要的意義。但一般認為，體細胞致突變試驗陰性的化學物，在生殖細胞試驗中一般也為陰性。所以，一般都是先進行體細胞的誘變性檢測，發(fā)現(xiàn)部分試驗結果陽性或有生殖細胞接觸證據(jù)時，再進行生殖細胞的誘變性檢測。 哺乳動物性細胞致突變性與對人的遺傳危害性之間還缺乏直接相關的證據(jù)。為評價外源化學物對人類的遺傳危害性，遺傳流行病學研究是最直接、最可靠的方法，但難度很大。 目前，評價遺傳危害主要還是依據(jù)致突變試驗的結果，特別是體內生殖細胞的致突變試驗結果。如果一種化學物在多項致突變試驗中證明有致突變性，一般也假定其對人也可能具有遺傳危害性。第

24、二節(jié)第二節(jié) 環(huán)境環(huán)境化學物化學物的致癌作用及其的致癌作用及其評價評價一、環(huán)境致癌與化學致癌一、環(huán)境致癌與化學致癌 癌癥的發(fā)生8090由環(huán)境因素引起，包括物理因素、生物因素和化學因素。其中主要是化學因素。在環(huán)境因素引起的腫瘤中，80以上由化學因素引起。 化學致癌(chemical carcinogenesis)是指化學物質引起正常細胞發(fā)生惡性轉化并發(fā)展成腫瘤的過程，具有這種作用的化學物質稱為化學致癌物(chemical carcinogen)。在此，“癌”的含義包括上皮的惡性變(癌)，也包括間質的惡性變(肉瘤)及良性腫瘤。癌細胞的生物學特點：1、持續(xù)性增殖，分化不良，體外培養(yǎng)無接觸性抑制接觸性抑

25、制。永生性。2、浸潤性生長：可侵入其他組織，并發(fā)生轉移3、過分旺盛地合成核酸和氨基酸4、強烈的有氧酵解：在供氧充分時，仍能將葡萄糖轉化為乳酸，大量的乳酸使pH下降，影響細胞酶活力，破壞內穩(wěn)態(tài)的維持。5、可將上述特征遺傳給子代細胞二、化學致癌的機制二、化學致癌的機制 尚未徹底闡明，大體可分為遺傳機制學說和非遺傳機制學說。（一）化學致癌的遺傳機制學說 該學說認為，化學致癌物進入細胞后作用于遺傳物質，通過引起細胞基因的改變而發(fā)揮致癌作用。有關學說最主要的是多階段學說和癌基因學說。1、化學致癌的多階段學說 包括引發(fā)、促長和進展三個階段。（1）引發(fā)階段：化學致癌的第一階段，是化學致癌物本身或其活性代謝物

26、作用于DNA，誘發(fā)體細胞突變的過程，可能涉及原癌基因的活化和腫瘤抑制基因的失活。 具有引發(fā)作用的化學物稱為引發(fā)劑。引發(fā)劑本身有致癌性，大多數(shù)是致突變物，沒有可檢測的閾劑量，引發(fā)作用是不可逆的并且是累積性的。但并非所有的引發(fā)細胞都將構成腫瘤，因其中大多數(shù)將經歷程序性細胞死亡(凋亡)。引發(fā)細胞不具有生長自主性，因此不是腫瘤細胞。（2）促長階段：促長階段是引發(fā)細胞增殖成為癌前病變或良性腫瘤的過程。促長劑單獨使用不具致癌性，必須在引發(fā)劑后使用才發(fā)揮促長作用。促長劑通常是非致突變物，影響引發(fā)細胞的增殖，導致局部增殖并引起良性局灶性病理損害如乳頭瘤、結節(jié)或息肉。這些病損很多會消退，僅少數(shù)細胞發(fā)生進一步突變

27、引成惡性腫瘤。 特點： 歷時較長，早期有可逆性，晚期為不可逆的 對生理因素調節(jié)的敏感性，衰老、飲食和激素可影響促長作用。（3）進展階段：進展階段是從引發(fā)細胞群(癌前病變、良性腫瘤)轉變成惡性腫瘤的過程。在進展期腫瘤獲得生長加快、侵襲、轉移和抗藥性等特征。這些特征是由于在進展階段的核型不穩(wěn)定性。腫瘤的染色體發(fā)生斷裂、斷片易位和非整倍體。 使細胞由促長階段進入進展階段的化學物稱為進展劑(progressor)。進展劑可引起染色體畸變，但不一定具有引發(fā)活性。引發(fā)、促長及進展都可自發(fā)發(fā)生。有些化學致癌物可同時具引發(fā)、促長及進展都可自發(fā)發(fā)生。有些化學致癌物可同時具有引發(fā)、促長及進展的作用，稱為有引發(fā)、促

28、長及進展的作用，稱為完全致癌物完全致癌物。 化學致癌是長期的、復雜的多階段過程，至少涉及引發(fā)、促長和進展三個階段。在引發(fā)階段主要是細胞原癌基因和腫瘤抑制基因的突變在促長階段主要是遺傳外機制在進展階段主要是核型不穩(wěn)定性正常細胞經過遺傳學改變的積累才能轉變?yōu)榘┘毎?、化學致癌的癌基因學說 調控細胞增殖和分化的基因發(fā)生異常，可導致細胞持續(xù)增殖，不能及時分化和凋亡，形成腫瘤。與細胞惡性轉化有關的基因主要有癌基因和腫瘤抑制基因。癌基因：能引起細胞惡性轉化及癌變的基因。通常以原癌基因的形式存在正常動物細胞的基因組中。原癌基因：最早在1968年Duesberg發(fā)現(xiàn)Rous肉瘤病毒致癌是由于攜帶能致癌的基因

29、片段，稱為病毒癌基因（Vonc），后來發(fā)現(xiàn)在正常細胞中也存在與病毒癌基因高度相似的DNA序列，稱為原癌基因（C-onc）。正常細胞中的原癌基因表達并不引起惡性病變，其表達受到嚴格控制，通常與機體的生長和發(fā)育有關。原癌基因必須經過激活才能導致細胞的惡性轉化。原癌基因是一種顯性基因，當其兩個等位基因之一發(fā)生突變，即可被激活。 腫瘤抑制基因：即抗癌基因?？拱┗蚩赡苁蔷幋a抑制生殖、促進分化的基因，也可能是某些基因的負控制調節(jié)基因，并是維持基因組織定性的某些基因?？拱┗蚩梢种颇[瘤細胞的腫瘤性狀的表達，只有當自己不能表達或其基因產物去活化才容許腫瘤性狀的表達。染色體缺失而誘發(fā)腫瘤的基因都可能是腫瘤抑制

30、基因。屬隱形基因，必須一對等位基因丟失或突變后失活，才能對細胞的惡性轉化起作用。（二）化學致癌的非遺傳機制學說 一部分致癌物用目前的致突變試驗不能檢出其致突變性。這些非遺傳毒性致癌物促進細胞分裂增殖的機制多種多樣： 具有細胞毒性的致癌劑可引起細胞變性壞死，細胞釋放出的物質具有刺激細胞分裂增殖的作用 激素失調導致腫瘤發(fā)生，與通過細胞內相應的受體刺激細胞分裂有關 免疫抑制劑可降低機體對癌前細胞的監(jiān)視和清除能力三、環(huán)境化學致癌物的分類三、環(huán)境化學致癌物的分類（一）按致癌作用機制分類 可分為遺傳毒性致癌物和非遺傳毒性致癌物兩類。1、遺傳毒性致癌物（1）直接致癌物：不需代謝活化直接與親核分子共價結合形成

31、加合物。這類化合物為親電子劑，大多數(shù)為合成有機物。 （2）間接致癌物： 多數(shù)有機致癌物需代謝活化才具有致癌活性，稱為間接致癌物。間接致癌物的原型稱為前致癌物。前致癌物經代謝活化形成的之間代謝產物近致癌物（半致癌物），有一定致癌作用但必須再一次激活終致癌物（前致癌物經代謝活動形成的具有致癌作用的代謝物和不需代謝活化的致癌物）。（3）無機致癌物 放射性元素和重金屬。有些可能是親電子劑，但有些是通過選擇性改變DNA復制保真性，導致DNA的改變，如金屬鎳、鉻。2. 非遺傳毒性致癌物(non-genotoxic carcinogens) 非遺傳毒性致癌物不與DNA反應，可能間接地影響DNA并改變基因組導

32、致細胞癌變，或者通過促長作用、增強作用導致癌的發(fā)展。 （1）促長劑：本身無致癌性，在給以遺傳毒性致癌物之后再給以促長劑可增強遺傳毒性致癌物的致癌作用，也可促進“自發(fā)性”轉化細胞發(fā)展成癌。 （2）激素調控劑：主要改變內分泌系統(tǒng)平衡及細胞正常分化，常起促長劑作用。 （3）細胞毒劑：可能引起細胞死亡，導致細胞增殖活躍及癌發(fā)展。 （4）過氧化物酶體增殖劑：過氧化物酶體增殖可導致細胞內氧自由基過量生成。 （5） 免疫抑制劑：主要對病毒誘導的惡性轉化起增強作用。 （6） 固態(tài)物質：物理狀態(tài)是關鍵性因素，可能涉及細胞毒性。如塑料、石棉等。 （7）助癌物：本身無致癌性，在致癌物之前或同時應用助癌物可顯著增加癌

33、癥的發(fā)生。 助癌作用的機制可涉及增加致癌物的吸收、增加活化的致癌物的比例、耗盡內源性結合反應底物、抑制DNA修復、促進DNA損傷固定為突變等。四、環(huán)境化學物致癌物的評價四、環(huán)境化學物致癌物的評價(一) 哺乳動物致癌試驗 哺乳動物致癌試驗是鑒定化學致癌物的標準體內試驗。哺乳動物致癌試驗用來確定受試物對試驗動物的致癌性、劑量反應關系及誘發(fā)腫瘤的靶器官。1、實驗動物物種和品系：要求用兩種實驗動物，常規(guī)選用大鼠和小鼠，也可用倉鼠。在選擇品系時應選擇較敏感、自發(fā)腫瘤率低、生活力強及壽命較長的品系。性別：應使用同等數(shù)量的雌雄兩種性別的動物。年齡：使用剛離乳的動物，以保證有足夠長的染毒和發(fā)生癌癥的時間，而且

34、幼年動物解毒酶及免疫系統(tǒng)尚未完善，對致癌作用比較敏感。2、劑量設置 致癌試驗一般設三個試驗組。高劑量組：最大耐受劑量(MTD)是由90天毒性試驗來確定的，此劑量應使動物體重減輕不超過對照組的10，并且不引起死亡及導致縮短壽命的中毒癥狀或病理損傷。低劑量組：一般不低于高劑量的10。應不影響動物的正常生長、發(fā)育和壽命，即不產生任何毒性效應。中劑量組：介于高、低劑量之間，如有可能按受試物的毒物動力學性質來確定。 對照組除不給受試物外，其他條件均與試驗組相同。 同時應設陰性(溶劑或賦形劑)對照組。必要時可設陽性對照組，陽性致癌物最好與受試物的化學結構相近。3、染毒途徑 盡可能模擬人體可能的暴露途徑，主

35、要途徑有經口、經皮和吸入三種，應根據(jù)受試物的理化性質和接觸方式選擇確定。4、試驗期限 一般情況下，試驗期限小鼠和倉鼠應為18個月，大鼠為24個月；然而對于某些生命期較長或自發(fā)腫瘤率低的動物品系，小鼠和倉鼠可持續(xù)24個月，大鼠可持續(xù)30個月。5、觀察指標（1）一般觀察：每天觀察受試動物一次，主要觀察其外表、活動、攝食情況等。在實驗最初三個月每周稱體重一次，以后每兩周稱體重一次。經飼料或飲水給以受試物時，應記錄食物消耗量或飲水量，以計算受試物的攝人量。觀察時要注意有無腫瘤出現(xiàn)、腫瘤出現(xiàn)時間及死亡時間。（2）腫瘤發(fā)生情況：記錄肉眼可見或可觸及腫瘤出現(xiàn)的時間、部位、大小、外形、發(fā)展狀況并記錄動物死亡時

36、間。（3）病理檢查：動物自然死亡或處死后必須及時進行病理檢查，包括肉眼和組織切片檢查。6、結果分析主要分析指標有腫瘤發(fā)生率、腫瘤潛伏期及腫瘤多發(fā)性。腫瘤發(fā)生率()=(實驗結束時患腫瘤動物總數(shù)有效動物總數(shù))100式中，有效動物總數(shù)指最早發(fā)現(xiàn)腫瘤時存活動物總數(shù)。腫瘤潛伏期即從攝入受試物起到發(fā)現(xiàn)腫瘤的時間，因為內臟腫瘤不易覺察，通常將腫瘤引起該動物死亡的時間定為發(fā)生腫瘤的時間。腫瘤多發(fā)性指一個動物出現(xiàn)多個器官的腫瘤或一個器官出現(xiàn)多個腫瘤。 致癌試驗陽性的判定標準為WHO提出的標準。WHO(1969)提出機體可以對致癌物有下列一種或多種反應： (1) 對于對照組也出現(xiàn)的一種或數(shù)種腫瘤，試驗組腫瘤發(fā)生率

37、增加； (2) 試驗組發(fā)生對照組沒有的腫瘤類型； (3) 試驗組腫瘤發(fā)生早于對照組； (4) 與對照組比較，試驗組每個動物的平均腫瘤數(shù)增加。 在進行試驗的兩個物種兩種性別動物中，有一種結果為陽性，即認為該受試物有致癌性。兩個物種兩種性別動物試驗結果均為陰性時，方能認為未觀察到致癌作用。 （二）致突變試驗用于致癌物篩選 預測致癌性的理想致突變試驗應能靈敏地預測出受試物的致癌性，也能特異地預測出受試物的非致癌性，即要有高的靈敏性和特異性。 靈敏性指受試物在致突變試驗中的陽性比例。 特異性指受試物在致突變試驗中的陰性比例。用于致癌物篩選的短期試驗如下：基因突變試驗：鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗(Ame

38、s試驗)，培養(yǎng)哺乳動物細胞TK或HPRT正向突變試驗；染色體畸變試驗：體外細胞系細胞遺傳學分析，小鼠骨髓微核試驗，大鼠骨髓染色體畸變試驗；原發(fā)性DNA損傷：DNA加合物，鏈斷裂，DNA修復誘導(細菌SOS反應，大鼠肝UDS誘導)，SCE試驗；體外細胞轉化：敘利亞地鼠胚胎細胞，Balbc 3T3細胞。（三）細胞惡性轉化試驗 是短期試驗中的一類重要方法。將受試物在體外與動物細胞株接觸，若受試物具有致癌作用，則正常細胞的形態(tài)、功能發(fā)生變化與癌細胞類似，此種現(xiàn)象稱為轉化或惡性轉化。通過增殖，這些表型變異細胞形成與正常細胞不同的集落，即轉化集落。利用這些集落的存在、形成率以及將轉化細胞接種于裸鼠中發(fā)生腫

39、瘤的情況來評價化學物的致癌活性。 該方法操作快速，理論上可靠。試驗證明，細胞惡性轉化與Ames試驗配套使用，可檢出9899的致癌物。而且試驗周期短，簡便經濟，易于觀察，靈敏度高，受試物直接作用于靶細胞，便于劑量控制，免受整體動物體內免疫系統(tǒng)和生物轉化、生物轉運的影響。 但惡性轉化大多數(shù)屬形態(tài)轉化或惡性前期轉化，這種轉化可發(fā)展為真正的惡性病變，也可能到此為止，并一定形成腫瘤。因此陽性結果只提示受試物具有致癌的可能性。 （四）哺乳動物短期致癌試驗 哺乳動物短期致癌試驗又稱為有限體內試驗，指時間有限(數(shù)月)，靶器官有限。較受重視的短期致癌試驗有下列四種：小鼠皮膚腫瘤誘發(fā)試驗、小鼠肺瘤誘發(fā)試驗、大鼠肝

40、轉化灶誘發(fā)試驗、雌性大鼠乳腺癌誘發(fā)試驗。 （五）人群流行病學研究 流行病學調查是獲得環(huán)境化學物對人類致癌性的最可靠證據(jù)的主要手段，經驗證明大多數(shù)化學物質的致癌物是依據(jù)職業(yè)性接觸人群的流行病學調查而肯定的。 調查應該包括前瞻性和回顧性調查。重點調查各種腫瘤發(fā)生率、死亡率、潛伏期、劑量效應關系以及接觸劑量與腫瘤發(fā)病率和死亡率的關系。（六）轉基因動物致癌檢測模型動物致癌試驗耗時長，耗費人力物力大，使用的染毒劑量大。轉基因底物為快速檢測致癌物和促癌物提供了新的重要途徑。轉基因小鼠可用于研究在致癌過程中特定基因的作用，可用于分析化學物-基因的相互作用。2、腫瘤抑制基因敲除小鼠 將一段DNA整合到腫瘤抑制

41、基因中，使該基因不能表達具有正常功能的蛋白質。1.過量表達癌基因的轉基因小鼠 這類轉基因動物是研究化學物致癌作用的敏感體系。攜帶癌基因的轉基因動物可用于致癌試驗，試驗周期僅3個月左右，有希望發(fā)展成代替長期動物致癌試驗的試驗系統(tǒng)。 （七）結構與生物活性關系分析典型的例子是根據(jù)分子軌道法提出的多環(huán)芳烴致癌的K區(qū)理論和灣區(qū)理論的等。如果在定量結構-活性關系研究中發(fā)現(xiàn)化學物具有某些可引起腫瘤的特殊結構，應考慮進一步的相關試驗，或不將其應用于藥品及工業(yè)生產中。第三節(jié)第三節(jié) 環(huán)境環(huán)境化學物化學物的生殖發(fā)育毒性的生殖發(fā)育毒性 及其及其評價評價 生殖發(fā)育過程即繁殖過程，包括：生殖細胞發(fā)生 卵細胞受精 著床 胚

42、胎形成 胚胎發(fā)育 器官發(fā)生 胎仔發(fā)育 分娩和哺乳 生殖毒性：對生殖細胞、卵細胞受精、胚胎形成、妊娠、生殖毒性：對生殖細胞、卵細胞受精、胚胎形成、妊娠、分娩和哺乳的損害作用。分娩和哺乳的損害作用。發(fā)育毒性：對胚胎發(fā)育、胎仔發(fā)育及出生幼子發(fā)育的損害發(fā)育毒性：對胚胎發(fā)育、胎仔發(fā)育及出生幼子發(fā)育的損害作用。作用。一、生殖毒性及評價（一）對雄性生殖系統(tǒng)的毒害作用 包括對睪丸生精細胞的影響、對內分泌功能的影響、對性功能和生殖功能的影響。 精子的生成有賴于下丘腦-垂體-睪丸軸的調節(jié)功能。（二）對雌性生殖系統(tǒng)的損害作用 包括對卵細胞和內分泌功能的影響。下丘腦LH-RH垂體前葉FSHLH卵泡初期成長卵泡成熟排卵

43、黃體形成雌二醇孕 酮 （） （） （） （）（三）生殖毒性及其評定 外來化合物對生殖過程作用的評定主要通過生殖毒性試驗來進行。可全面反映外來化合物對性腺功能、發(fā)育周期、交配行為、受孕、妊娠、分娩、授乳及幼子斷奶后生長發(fā)育可能產生的影響。1、試驗方法原則 材料：性成熟大鼠，或小鼠、家兔 劑量：三組 最高：出現(xiàn)輕度中毒，不死亡或死亡率小于10 等比級數(shù) 中：極輕微中毒 低：無中毒癥狀 染毒方式：口服飼喂法、灌胃法 數(shù)量：雌雄各1620只，或雌1620只，雄810只（2）試驗方案a、三代兩窩試驗 近年來許多國家與機構多規(guī)定采用兩代一窩或一代一窩試驗法，兩代一窩生殖試驗法基本程序與三代兩窩試驗法相同，

44、但只進行到第二代F2，每代只生育一窩。 （3）觀察指標 在上述各種生殖毒性試驗中，根據(jù)哺乳動物全部生育繁殖過程，可觀察下列4個指標：受孕率：反映雌性動物生育能力正常分娩率：反映雌性動物妊娠過程是否受影響幼仔出生存活率：反映雌性動物分娩是否正常幼仔哺育成活率：反映雌性動物授乳哺育幼仔的能力二、發(fā)育毒性及評價 胚胎毒性發(fā)育毒理學范疇，母體毒性生殖毒理學范疇。都是化學物對生殖繁殖過程的影響，是在不同階段和不同靶部位的具體體現(xiàn)。（一）胚胎毒性指外來化學物對母體子宮內胚胎或胎兒產生的毒作用。具體表現(xiàn)：1、胚胎死亡2、生長遲緩：平均體重低于正常值兩個標準差。3、功能發(fā)育不全：包括代謝、免疫、神經系統(tǒng)方面的

45、缺陷。4、畸形：包括外觀、內臟、骨骼畸形，指的是器官形態(tài)結構的異常，與發(fā)育缺陷不同，它指的是出生后個體發(fā)育紊亂引起的結構、功能、代謝、精神、行為和遺傳等異常。 畸形指的是器官形態(tài)結構的異常，與發(fā)育缺陷不同，后者指的是出生后個體發(fā)育紊亂引起的結構、功能、代謝、精神、行為和遺傳等異常。 與變異區(qū)別：兩者有時難以區(qū)分，一般變異不存在生命危險，甚至不影響正常生理功能，而且難以明確變異與接觸某種外源化學物的因果關系。常見的變異有內臟左右易位、手指、足趾數(shù)目不同。 （二）母體毒性 指外來化合物在一定劑量下，對受孕母體產生的損害作用。具體表現(xiàn)包括體重減輕、出現(xiàn)某些臨床癥伏、直至死亡。 常見有以下情況：（1）

46、具有胚胎毒性，但無母體毒性出現(xiàn)。（2）出現(xiàn)胚胎毒性的同時也表現(xiàn)母體毒性。（3）不具有特定致畸作用機理，但可破壞母體正常生理穩(wěn)態(tài)，以致對胚胎具有非特異性的影響，并造成畸形。（4）僅具有母體毒性，但不具有致畸作用。（5）在一定劑量下，既不呈現(xiàn)母體毒性，也未見致畸作用。此種情況并不能確定受試物確實不具致畸作用?？赡苁莿游锝佑|的劑量未達到致畸作用的最小有作用劑量，并非真正不具有致畸作用。（三）發(fā)育毒性及評定1、致畸試驗 檢查受試物能否通過妊娠母體引起胚胎畸形的動物試驗，可確定受試物是否有致畸作用，誘發(fā)何種畸形及出現(xiàn)畸形的主要器官，最大無作用劑量和最小有作用劑量。 （1）動物選擇 食性和對受試物代謝過程

47、與人類接近，體型小，馴服，容易飼養(yǎng)和繁殖及價廉，還應特別注意妊娠過程較短、每窩產仔數(shù)較多和胎盤構造及厚度與人類接近等特點。 可選用二種哺乳動物，一般首先考慮大鼠，此外可采用小鼠或家兔。大鼠受孕率高，易于得到足夠標本數(shù)；胎仔大小適中；大鼠對大多數(shù)外來化合物代謝過程基本與人類近似。（2）劑量分組預試驗：用孕鼠810只，在妊娠1516天內給予受試物，如果出現(xiàn)嚴重的母體中毒、流產或胚胎大量死亡，將劑量減小，直到找出母體輕度中毒的劑量。最少設3個劑量組，成等比級數(shù)關系。另設對照組，陽性對照、陰性對照最高劑量組可以引起母體輕度中毒，即進食量減少、體重減輕、死亡不超過10%中間劑量組母體出現(xiàn)某些極輕微中毒癥

48、狀最低劑量組不應觀察到任何中毒癥狀（3）交配處理 每日將已確定受孕雌鼠隨機分入各劑量組和對照組。 接觸受試物的方式與途徑應與人體實際接觸情況一致，一般多經口給予。也可采用灌胃方式、腹腔注射法。 大鼠和小鼠一般可自受孕后第5天開始給予受試物，每日一次，持續(xù)到第15天。試驗期間每23天稱取母鼠體重。一方面可根據(jù)體重增長，隨時調整給予受試物的劑量，同時也可觀察受孕動物的妊娠情況和胚胎發(fā)育情況。（4）胎仔檢查 自然分娩前12日將受孕動物處死，剖腹取出子宮及活產胎仔，并另行記錄死胎及吸收胎。 活產胎仔取出后，先檢查性別，逐只稱重，并按窩計算平均體重，然后由下列幾方面進行畸形檢查：外觀畸形肉眼檢查，例如露

49、腦；肉眼檢查內臟及軟組織畸形，例如腭裂；骨骼畸形檢查，例如顱頂骨缺損，分叉肋等?；螜z查只限活產胎仔。（5）結果評定主要計算畸胎總數(shù)和畸形總數(shù)。計算時還要對劑量效應（反應）關系加以分析。常用評價指標：活產幼仔平均畸形出現(xiàn)率、畸胎出現(xiàn)率、母體畸胎出現(xiàn)率2、致畸物體內篩檢試驗法（C/K法） 對象：受孕小鼠或大鼠 劑量：至少兩個劑量組對照組。高劑量組：最小有作用劑量，允許產生明顯母體毒性。 妊娠615天內每天接觸受試物，記錄體重，自然分娩，肉眼查看畸胎，計算出現(xiàn)死胎母鼠百分率、出現(xiàn)吸收胎母鼠百分率和出生第三日存活幼子百分率。此外，還應計算幼子平均體重和出生三日增長的體重，判斷是否生長遲緩，若有培養(yǎng)至斷奶，觀察是否可逆