化學毒物致突變作用

化學毒物致突變作用第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五遺傳毒理學第一節(jié)基本概念第二節(jié)化學毒物致突變的類型第三節(jié)致突變作用機制和后果第四節(jié)機體對致突變作用的影響第五節(jié)觀察化學毒物致突變作用的基本方法2第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念遺傳毒理學(GeneticToxicology)是毒理學的一個分支，研究外源化學物及其他環(huán)境因素對生物體遺傳機構的損害作用及其規(guī)律。其主要目的是檢測那些能引起DNA損傷的環(huán)境因素，研究其遺傳毒作用的特點及對人類的潛在危害。3第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念突變(mutation)遺傳結構本身的變化及其引起的變異稱為突變，突變實際上是遺傳物質的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)

由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的自制、轉錄、修復時的堿基配對錯誤所產(chǎn)生的突變。誘發(fā)突變(inducedmutation)誘變劑誘發(fā)的突變。4第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五致突變作用或誘變作用(mutagenesis)

廣義概念是外來因素，特別是化學因子引起細胞核中的遺傳物質發(fā)生改變的能力，而且此種改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。簡單地說，突變的發(fā)生及其過程即為致突變作用。化學誘變劑(chemicalmutagen)基因突變(genemutation)

一個或幾個DNA堿基對的改變

染色體畸變(chromosomeaberration)

染色體的結構及數(shù)目改變

基本概念5第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五DNA與基因:

基因(gene)

基因組(genosome)

染色質(chromatin)與染色體(chromosome)

體細胞(somaticcell)和生殖細胞(germcell)

基因型(genotype)與表型(pheotype)細胞周期(cellcycle)、有絲分裂(mitosis)與減數(shù)分裂(meiosis)

基本概念6第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念7第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念8第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念9第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念10第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基因突變（genemutation）染色體畸變（chromosomeaberration）非整倍體和多倍體(aneuploidyandpolyloid)化學毒物致突變的類型11第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五化學毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)

1．堿基置換(base—pairsubstitution)指某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變。

轉換(transition)顛換(transvertion)2．移碼突變(frameshiftmutation)指發(fā)生一對或幾對（三對除外）的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉譯成為不正常的氨基酸。

12第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、基因突變(genemutation)化學毒物致突變的類型13第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五化學毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)14第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、染色體畸變(chromosomeaberration)

指染色體的結構改變染色單體型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosomeaberration)染色體畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)

無著絲點環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(duplication)輻射體

化學毒物致突變的類型15第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

染色體缺失及環(huán)狀染色體的形成圖

染色體插入和重復示意圖

16第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

染色體的臂間倒位

染色體相互易位示意圖

17第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、染色體畸變(chromosomeaberration)化學毒物致突變的類型18第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、基因組突變

1．非整倍體非整倍體(aneuploid)指細胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時稱為單體(monosome)，增加一條染色體時稱為三體(trisome)。染色體數(shù)目的改變會導致基因平衡的失調，可能影響細胞的生存或造成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導致先天愚型(Down氏綜合征)。2．整倍體整倍體(euploid)指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體(triploid)、四倍體(tetroploid)等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細胞及人類自然流產(chǎn)的胎兒細胞中可有三倍體細胞的存在。發(fā)生于生殖細胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。化學毒物致突變的類型19第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五致突變作用的機制一、DNA損傷與突變(一)堿基損傷1.堿基錯配2.嵌入DNA鏈3.堿基類似物的取代4.堿基的化學結構改變或破壞

20第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、DNA損傷與突變（二）DNA鏈受損

1.二聚體的形成2.DNA加合物（DNAadducts）形成3.DNA-蛋白質交聯(lián)物(DNA-Proteincrosslinks，DPC)形成二、引起突變的細胞分裂過程的改變（對紡鍾體的毒作用）三、其他的改變

對DNA合成和修復有關的酶系統(tǒng)作用可間接導致

DNA損傷，誘發(fā)基因突變或染色體畸變。

致突變作用的機制21第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五突變的不良后果突變的不良后果

體細胞突變生殖細胞突變癌變致畸衰老配子死亡死胎自發(fā)流產(chǎn)先天畸形22第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、機體修復DNA損傷的機制可分為兩大類：1.損傷耐受機制：指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復制的DNA損傷。

2.修復機制：DNA修復直接修復切除修復O6甲基鳥嘌呤修復光修復錯配堿基修復堿基切除修復核苷酸切除修復機體對致突變作用的影響復制后修復呼救性修復23第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五機體對致突變作用的影響二、遺傳因素對致突變作用的影響：

(一)代謝酶遺傳多態(tài)性

(二)修復功能的個體差異

24第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學毒物致突變作用的基本方法一、觀察項目的選擇

1．觀察的效應終點類型基因突變和染色體畸變的檢測可直接反映化學毒物的致突變性，是評價化學毒物致突變性唯一可靠的方法。還有許多試驗所觀察到的現(xiàn)象并不反映基因突變、染色體畸變和染色體分離異常，而僅反映致突變過程中發(fā)生的其他事件。因此，將試驗觀察到的現(xiàn)象所反映的各種事件統(tǒng)稱為遺傳學終點(geneticendpoint)。25第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學毒物致突變作用的基本方法一、觀察項目的選擇遺傳學終點分為5類：①DNA完整性的改變(形成加合物，斷裂，交聯(lián))；②DNA重排或交換；③DNA堿基序列改變；④染色體完整性改變；⑤染色體分離改變。其中③實際上指基因突變，④指染色體畸變。26第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學毒物致突變作用的基本方法2．成套的觀察項目遺傳毒理學評價程序通常為一組體內、外遺傳毒理學試驗。因為：①化學毒物的種類和結構多種多樣，其致突變的機制不盡相同，作用的靶細胞也不一樣，有的是體細胞，或生殖細胞，或兩者兼而有之，故在成套觀察項目中既要用體細胞檢測又要用生殖細胞；除了從分子水平還要從細胞水平來檢測化學毒物的遺傳毒性。②致突變物中僅少數(shù)具有直接致突變作用，大多數(shù)為間接致突變作用，即需要在體內代謝活化后，才具有致突變作用。體內試驗具有完整的活化系統(tǒng)，而體外試驗則通過加入模擬代謝系統(tǒng)，如S9來彌補缺乏活化系統(tǒng)的不足。這是體內與體外試驗的主要差別。③化學毒物的致突變性有強，也有弱；有的在某一檢測系統(tǒng)中是強致突變物，而在另一系統(tǒng)中可能是弱的致突變物。對于弱致突變物在某些系統(tǒng)中比較容易漏檢，即出現(xiàn)假陰性。27第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2．成套的觀察項目關于遺傳毒理學成套觀察項目中那些試驗可入選的原則有：①選擇的遺傳毒性試驗應包括5種類型的遺傳學終點。②通常的實驗材料有病毒、細菌、真菌、培養(yǎng)的哺乳細胞、植物、昆蟲及哺乳動物等。③體內試驗與體外試驗配合。④應包括生殖細胞和體細胞。通常，對于一種受試物應當先用原核細胞或體細胞的體外試驗按遺傳學終點合理配套進行試驗，并對有陽性結果的遺傳學終點驗證其在體內的真實性，再行選用生殖細胞致突變試驗進行遺傳危害的評價。觀察化學毒物致突變作用的基本方法28第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變試驗

(一)細菌回復突變試驗(Ames試驗)

鼠傷寒沙門氏菌原養(yǎng)型(his+)組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株。(his-)正向突變回復突變代謝活化系統(tǒng)受試物觀察化學毒物致突變作用的基本方法29第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變試驗(二)微核試驗

微核(Micronucleus)的產(chǎn)生與染色體損傷有關，是染色體或染色單體的無著絲點斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個染色體，在細胞分裂后期遺留在細胞質中，末期之后，單獨形成一個或幾個規(guī)則的次核，包含在子細胞的胞質內，因比主核小，故稱微核。在細胞質中微核來源有二：斷片或無著絲粒染色體在細胞分裂后期不能定向移動，而遺留在細胞質中；有絲分裂毒物的作用使個別染色體或帶苔絲粒的染色體環(huán)和斷片在細胞分裂后期被留在細胞質中。微核試驗(Micronucleustest，MNT)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗。其主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。

觀察化學毒物致突變作用的基本方法30第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學毒物致突變作用的基本方法(二)微核試驗31第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五MNNCE觀察化學毒物致突變作用的基本方法32第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變試驗(三)染色體畸變分析

(四)姐妹染色單體交換試驗（SCE）

觀察化學毒物致突變作用的基本方法33第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變試驗(五)果蠅伴性隱性致死試驗(六)顯性致死試驗(七)程序外DNA合成試驗

(八)轉基因動物致突變試驗(九)哺乳動物細胞基因突變試驗(十)SCCE試驗(十一)熒光原位雜交技術觀察化學毒物致突變作用的基本方法34第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變試驗中的一些問題

(一)陰性和陽性對照的設立

1．陰性對照它是空白對照，即不加任何處理?；蛘呤侨軇φ?。陰性對照除了無處理因素外，與實驗組完全相同。其目的是獲得實驗的基礎數(shù)據(jù)。例如，Ames試驗的陰性對照可了解所用的細菌的自發(fā)回復突變率；證實除處理因素外無任何使回復突變率增加或減少的因素。2．陽性對照是用某種已知能產(chǎn)生陽性反應的物質作為對照。其目的是通過對陽性物質的試驗證明實驗方法的可靠；驗證實驗者在本實驗條件下，完成技術和鑒定致突變物的能力；證實經(jīng)一段時間后，本實驗的重復性。例如，Ames試驗中陽性對照未出現(xiàn)陽性結果，應考慮突變菌株可能發(fā)生問題，另一種可能是代謝活化能力不足。所以，當陽性對照結果未呈陽性，其實驗組的實驗數(shù)據(jù)可靠性亦大大降低。觀察化學毒物致突變作用的基本方法35第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變試驗中的一些問題(二)體外試驗的活化系統(tǒng)

1．哺乳動物細胞介導使用完整的細胞，特別是大鼠肝原代細胞，與測試細菌或細胞一起培養(yǎng)。這也是一種活化系統(tǒng)。它有完整的細胞結構和各種酶及內源性輔助因子，代謝能力優(yōu)于無細胞系統(tǒng)如S9，但不如體內活化系統(tǒng)。2．S9S9指經(jīng)酶誘導劑處理后制備的肝勻漿，再經(jīng)9000g離心分離所得上清液，加上適當?shù)木彌_液和輔助因子。它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是國內常規(guī)應用于體外致突變試驗的代謝活化系統(tǒng)，其缺點是S9隨實驗動物種屬或器官不同而有差異；S9含有的大量親核物質有可能影響試驗的敏感性。3．純化酶和基因工程應用純化細胞色素P-450、谷胱苷肽轉移酶及過氧化物水解酶，可嚴格控制代謝產(chǎn)物誘發(fā)突變的條件，但技術難度大。利用基因工程，將人的細胞色素P-450基因，插入組合細胞內，用上述細胞進行致突變試驗，使細胞具有代謝活化系統(tǒng)。觀察化學毒物致突變作用的基本方法36第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變試驗中的一些問題(三)致突變試驗與致癌試驗的關系

①已知大多數(shù)化學致癌物具有致突變作用，遺傳學改變在原癌基因激活和抑癌基因失活上起主要作用，致癌物誘致關鍵靶基因遺傳改變的直接作用等在哺乳動物實驗中證實。②發(fā)現(xiàn)人類接觸致癌