化學(xué)致癌作用課件

第八章化學(xué)致癌作用1第一節(jié)、背景近年來腫瘤發(fā)病率和死亡率不斷增高，發(fā)癌年齡年輕化；查明了遺傳因素和病毒的生物學(xué)因素雖與腫瘤發(fā)生有關(guān)。但并非是導(dǎo)致腫瘤發(fā)病率增高的主要原因；發(fā)現(xiàn)環(huán)境化學(xué)污染和某些物理有害因素（如紫外線）與腫瘤發(fā)病率密切相關(guān)。WHO指出,人類癌癥90%與環(huán)境因素有關(guān)，其中主要是化學(xué)因素。2惡性腫瘤已成為人類死亡的第一位或第二位原因，每年全世界約有700萬人死于癌癥近些年，我國惡性腫瘤在各種死因中排列第一位。345認(rèn)識化學(xué)致癌的歷史1775年珀西瓦爾·波特（percival

pott）→掃煙囪工陰囊癌;1875年德國褐煤干餾工人→肺癌高發(fā);1919年動物實(shí)驗(yàn)證實(shí)煤焦油誘發(fā)兔耳上皮癌。1930年

3-4苯并芘，動物實(shí)驗(yàn)可引起皮膚癌、肉瘤等。生產(chǎn)合成染料——膀胱癌高發(fā)在手表指針上涂抹發(fā)冷光的鐳的婦女，因?yàn)槌３Ｌ蛩⒚?，?jīng)診斷患有舌癌。620世紀(jì)50年代早期吸煙人群的肺癌發(fā)病率日漸上升，比不抽煙的人群高上20至30倍。

7020406080100120140160腫瘤死亡率（1/10萬）19451960197519902005年份36.9115.34123.92135.59114.2346.121950-2005年間我國腫瘤死亡率趨勢85.178.5918.8420.5722.3924.930153045607590105構(gòu)成比（％）195719631975198219912001年份惡性腫瘤其他死因1950-2001年間我國腫瘤死亡人數(shù)占總死亡人數(shù)的構(gòu)成比變化趨勢9第二節(jié)、基本概念致癌作用(carcinogenesis)是指環(huán)境有害因素引起或增進(jìn)正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成為腫瘤的過程?；瘜W(xué)致癌(chemicalcarcinogenesis)是指化學(xué)物質(zhì)引起或增進(jìn)正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成為腫瘤的過程。具有這類作用的化學(xué)物質(zhì)稱為化學(xué)致癌物(chemicalcarcinogen)。10第三節(jié)、化學(xué)致癌物的分類㈠按化學(xué)性質(zhì)1烷化劑直接烷化劑：芥子氣、氯甲甲醚、環(huán)氧乙烷等；間接烷化劑：氯乙烯、苯、丁二烯等；2多環(huán)芳烴：苯并芘、煤焦油、瀝青等3芳香胺類：聯(lián)苯胺、硝基聯(lián)苯、氨基聯(lián)苯等4金屬和類金屬：鎳、鉻、鎘、砷等5霉菌和植物毒素6藥物：環(huán)磷酰胺、己烯雌酚等。11㈡按作用形式1直接致癌物：有些致癌物可以不經(jīng)過代謝活化就具有活性，稱為直接致癌物2間接致癌物：大多數(shù)致癌物必須經(jīng)過代謝活化才具有致癌活性，這些致癌物稱為間接致癌物。前致癌物、近致癌物、終致癌物。12苯并芘聯(lián)苯胺2-乙酰氨基芴13前致癌物近致癌物終致癌物代謝酶代謝酶?前致癌物:化學(xué)物原型無致癌作用，須在體內(nèi)經(jīng)代謝轉(zhuǎn)化才具有致癌作用，尚未代謝活化的形式，即母體化合物。如亞硝胺類，多環(huán)芳烴14前致癌物近致癌物終致癌物代謝酶代謝酶?近致癌物:指前致癌物經(jīng)代謝活化過程形成的中間產(chǎn)物，必須進(jìn)一步代謝活化才具有致癌作用的物質(zhì)。15前致癌物近致癌物終致癌物代謝酶代謝酶?終致癌物:

不需代謝活化的直接致癌物和間接致癌物經(jīng)過代謝轉(zhuǎn)化最后產(chǎn)生的活性代謝產(chǎn)物的統(tǒng)稱。16黃曲霉毒素B1（aflatoxinAFB1）代謝：脫甲基、羥化、環(huán)氧化反應(yīng)羥化代謝產(chǎn)物：與谷胱甘肽、葡萄糖醛酸、硫酸結(jié)合由尿和膽汁排出環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)物：黃曲霉毒素B1，2，3-環(huán)氧化物可與DNA脫氧鳥嘌呤第7位N結(jié)合形成加合物17多環(huán)芳烴（polycyclicaromatichydrocarbons，PAH）苯并（a）芘[benzo(a)pyrene，BaP]

代謝：羥化、環(huán)氧化反應(yīng)羥化代謝：產(chǎn)物與谷胱甘肽結(jié)合排出環(huán)氧化反應(yīng)：主要終致癌物7，8-二醇9，10-環(huán)氧苯并（a）芘可與DNA結(jié)合18N-亞硝胺（nitrosamines）二甲基亞硝胺（dimethynitrosamine

DMA）

代謝：脫甲基、脫亞硝基反應(yīng)脫亞硝基代謝：P450催化下生成醛和胺脫甲基代謝：終致癌物甲基碳鎓離子可使核酸和蛋白質(zhì)的親核部位甲基化193遺傳毒性致癌物：化學(xué)物進(jìn)入細(xì)胞后與DNA共價(jià)結(jié)合，引起基因突變或染色體畸變，從而導(dǎo)致腫瘤形成，稱遺傳毒性致癌物。4非遺傳毒性致癌物：以非遺傳物質(zhì)為靶的致癌物，稱非遺傳毒性致癌物。㈢按作用機(jī)制20㈣按作用結(jié)果WHO下屬的國際癌癥研究所（InternationalAgencyforResearchonCancer,IARC）按動物實(shí)驗(yàn)、臨床觀察和人群流行病學(xué)資料，將致癌物分為四類Ⅰ人類致癌物。對人類致癌證據(jù)充分，三方面證據(jù)充分。107種。Ⅱa對人類很可能是致癌物。人類致癌證據(jù)有限（臨床觀察到但無流行病學(xué)資料或無直接因果關(guān)系證據(jù)）、動物致癌證據(jù)充分。58種。Ⅱb對人類可能是致癌物。人類致癌證據(jù)有限、動物也不充分。249種。Ⅲ對人類致癌性未定。現(xiàn)有資料不能進(jìn)行分類。512種。Ⅳ人類非致癌物。1種（己內(nèi)酰胺）。

21第四節(jié)、化學(xué)致癌機(jī)制是多因素、多基因參與的多階段過程致癌過程與多個(gè)腫瘤基因有關(guān)；不同器官來源、不同組織類型、臨床階段乃至同一腫瘤在不同地區(qū)所見的遺傳變化是不同的；多種環(huán)境致癌物、致癌因子或條件可協(xié)同作用；個(gè)體的不同遺傳背景對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有重要影響。22㈠遺傳損傷致癌

DNA加合物形成癌基因激活與抑癌基因失活修復(fù)功能受損㈡非遺傳損傷致癌

細(xì)胞信號傳導(dǎo)障礙免疫抑制內(nèi)分泌失衡紡錘絲功能受損

231.DNA加合物親電性化合物DNA,RNA,蛋白質(zhì)親核基團(tuán)加合物基因突變結(jié)構(gòu)改變腫瘤細(xì)胞，血液，尿等共價(jià)結(jié)合2425262.癌基因與抑癌基因

2728293.DNA損傷的修復(fù)能力正常細(xì)胞使受損傷的DNA分子迅速恢復(fù)正常，使細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性和正常功能得以保持而不致發(fā)生惡變；化學(xué)致癌物可使機(jī)體對損傷DNA的修復(fù)能力減弱；DNA損傷修復(fù)缺陷在化學(xué)致癌機(jī)制中也起重要作用。30前致癌物終致癌物細(xì)胞含錯(cuò)配堿基細(xì)胞死亡不分化的癌分化的腫瘤致癌物-DNA加合物引發(fā)的細(xì)胞正常細(xì)胞活化轉(zhuǎn)移DNA結(jié)合修復(fù)DNA復(fù)制錯(cuò)配修復(fù)失敗DNA修復(fù)促長進(jìn)展3132第五節(jié)、化學(xué)致癌過程引發(fā)階段(Initiation)主要涉及三種細(xì)胞功能：致癌物代謝——活化致癌物DNA修復(fù)——修復(fù)錯(cuò)誤細(xì)胞增殖——“固定”錯(cuò)誤，產(chǎn)生引發(fā)細(xì)胞，因?yàn)橐l(fā)細(xì)胞不具有自主生長性，因此不是腫瘤細(xì)胞。33促長階段(Promotion)引發(fā)細(xì)胞增殖成為癌前病變或良性腫瘤的過程。促長劑：影響引發(fā)細(xì)胞增殖，引起良性局灶性病理損害。如結(jié)節(jié)、息肉、乳頭瘤。促長劑本身為非致突變物，單獨(dú)使用不具有致癌性。34主要促癌劑佛波酯(TPA)—促進(jìn)細(xì)胞增殖、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)滅蟻靈—皮膚、肝癌苯巴比妥—肝癌膽酸—結(jié)腸癌35促長階段特點(diǎn)：引發(fā)劑作用之后，在促癌劑慢性作用下引起腫瘤；引發(fā)劑單獨(dú)作用不會引起腫瘤；促癌劑單獨(dú)作用也不會引起腫瘤；必須先引發(fā)劑作用，再促癌劑作用；引發(fā)作用是不可逆的，早期促長作用可逆。36進(jìn)展階段(progression)

引發(fā)細(xì)胞群轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤的過程，是不可逆的。3738第六節(jié)、致癌作用的影響因素聯(lián)合作用(—)致癌性的增強(qiáng)1．增強(qiáng)致癌物的吸收；2．增強(qiáng)遺傳毒性致癌物的代謝活化或使其解毒減弱；3．抑制DNA修復(fù)；4．選擇性增強(qiáng)DNA受損細(xì)胞的增殖。(二)致癌性的抑制1．在靶器官中發(fā)生競爭性的取代；2．活化作用酶系統(tǒng)活力發(fā)生改變；39營養(yǎng)因素

1蛋白質(zhì)

2脂肪動物試驗(yàn)中高脂肪飼料可使致癌作用增強(qiáng)。

3碳水化合物人類結(jié)腸癌的發(fā)生與低渣易消化食物有關(guān)。動物試驗(yàn)證實(shí)麥麩、米糠和果膠能降低某些大腸致癌物的致癌性。高溶解度的碳水化合物可增加飼料中致癌物的吸收。

4礦物質(zhì)與維生素40宿主因素

1．物種、品系和器官特異性如豚鼠對芳香胺、2-AAF有抗性，其原因是該致癌物僅能小量轉(zhuǎn)化為近致癌物N-羥化衍生物，而大量轉(zhuǎn)化為不致癌的7-羥化衍生物。再如2-萘胺可誘導(dǎo)人、犬、猴和倉鼠膀胱癌，但對小鼠僅誘發(fā)肝癌和肺癌，在大鼠和兔幾乎對各器官均不能誘發(fā)腫瘤。

412．年齡如多環(huán)芳烴類在新生大鼠或小鼠能很快誘發(fā)肝臟腫瘤，但在初成年者則不易誘發(fā)。同樣，黃曲霉毒素B1可對新生小鼠誘發(fā)肝臟腫瘤，對斷奶小鼠則不能誘發(fā)。

423．性別和內(nèi)分泌平衡如2-AAF主要在雄性大鼠誘發(fā)肝癌；鄰氨基偶氮甲苯對雌性小鼠比雄性更易誘發(fā)肝癌。如孕婦用大量的二乙基已烯雌酚可使其女兒青春期前的陰道癌危險(xiǎn)性增高。43第七節(jié)、致癌作用評價(jià)方法一、構(gòu)效關(guān)系分析從一種同系物著手，找出該系物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)中與致癌性關(guān)系最密切的結(jié)構(gòu)成份，以及其它結(jié)構(gòu)成份改變時(shí)所產(chǎn)生的影響。構(gòu)效關(guān)系分析結(jié)果可靠性的關(guān)鍵在于樣本含量。

44二、篩檢試驗(yàn)(致突變試驗(yàn))

主要用于遺傳毒性致癌物檢測靈敏度、特異度、預(yù)報(bào)價(jià)值、總符合率目前常用的致突變試驗(yàn)還不能可靠地檢測出：①非整倍性或重組所導(dǎo)致的隱性癌基因的純合子或半合子；②可使癌基因截短的重組；③能活化原癌基因的基因擴(kuò)增；④線粒體DNA突變。

45三、細(xì)胞轉(zhuǎn)化試驗(yàn):

可檢出遺傳毒性致癌物和非遺傳毒性致癌物。1原代細(xì)胞：SHE細(xì)胞、人成纖維細(xì)胞2細(xì)胞系：BALB/C-3T3、BHK-213病毒感染細(xì)胞：RLV/RE、SA7/SHE46四、哺乳動物短期誘癌試驗(yàn)

1．小鼠皮膚腫瘤誘發(fā)試驗(yàn)：于小鼠皮膚局部連續(xù)涂抹受試物，以觀察皮膚乳頭瘤和癌的發(fā)生，一般20周可結(jié)束實(shí)驗(yàn)，較敏感的小鼠為SENCAR小鼠。此試驗(yàn)也可設(shè)計(jì)為檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為致癌性多環(huán)芳烴；促長劑為佛波醇酯(TPA)。472．小鼠肺瘤誘發(fā)試驗(yàn)染毒途徑常用腹腔注射，也可灌胃或吸入，一般30周可結(jié)束實(shí)驗(yàn)，觀察肺腫瘤的發(fā)生。較敏感的小鼠為A系小鼠。此試驗(yàn)也可設(shè)計(jì)為檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為烏拉坦；促長劑為二丁基羥基甲苯(BHT)。483．大鼠肝轉(zhuǎn)化灶誘發(fā)試驗(yàn)對大鼠進(jìn)行肝大部切除術(shù)后，給予受試物，一般可在8～14周結(jié)束實(shí)驗(yàn)，觀察肝轉(zhuǎn)化灶生成。肝轉(zhuǎn)化灶是癌前病變，有γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性升高，G6P酶和ATP酶活性降低，以及鐵攝取能力降低。轉(zhuǎn)化灶可用組織化學(xué)或免疫化學(xué)方法鑒定。此試驗(yàn)也可設(shè)計(jì)為檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為二乙基亞硝胺(DEN)，促長劑為苯巴比妥(PB)。494．雌性大鼠乳腺癌誘發(fā)試驗(yàn)：一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，實(shí)驗(yàn)周期為6個(gè)月。以上四個(gè)試驗(yàn)不是成組試驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)受試物的特點(diǎn)選擇使用。此四個(gè)試驗(yàn)任一試驗(yàn)得到陽性結(jié)果的意義與長期動物致癌試驗(yàn)相似，但陰性結(jié)果并不能排除受試物的致癌性。50五、哺乳動物長期致癌試驗(yàn)化學(xué)物長期致癌試驗(yàn)優(yōu)先原則①人體可能長期暴露于該化學(xué)物；②該化學(xué)物或其代謝物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與已知致癌物相似；③重復(fù)染毒毒性試驗(yàn)提示該化學(xué)物可能產(chǎn)生癌前病變。51藥物進(jìn)行長期致癌試驗(yàn)的優(yōu)先原則①臨床上連續(xù)應(yīng)用6個(gè)月以上的藥品；②已知屬于對人具有潛在致癌性的同類化合物；③具有遺傳毒性的物質(zhì)往往具有致癌性，如擬長期使用，應(yīng)進(jìn)行慢性毒性試驗(yàn)(1年)，檢測早期致癌反應(yīng)④擬用于病人預(yù)期壽命少于3年的藥品不必進(jìn)行致癌試驗(yàn)，如腫瘤治療藥等。⑤局部使用吸收很差的藥物不必進(jìn)行經(jīng)口致癌試驗(yàn)⑥下列生物制品可考慮進(jìn)行致癌試驗(yàn)：生物學(xué)作用明顯不同于天然相應(yīng)物質(zhì)的制品；結(jié)構(gòu)明顯不同于天然相應(yīng)物質(zhì)的制品；在人體引起局部或全身濃度明顯增加的制品。521動物選擇

物種和品系：要求用兩種實(shí)驗(yàn)動物，常規(guī)選用大鼠和小鼠，在選擇品系時(shí)應(yīng)選擇較敏感、自發(fā)腫瘤率低、生活力強(qiáng)及壽命較長的品系。性別：雌雄兩種性別的動物。年齡：使用剛斷乳的動物，以保證有足夠長的染毒和發(fā)生癌癥的時(shí)間，而且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。532劑量選擇

致癌試驗(yàn)一般設(shè)三個(gè)試驗(yàn)組。即無作用劑量、閾劑量和發(fā)生腫瘤劑量。美國癌癥研究所（NCI）推薦以最大耐受劑量(MTD)為高劑量。543動物數(shù)

每組至少有雌雄各50只動物，在出現(xiàn)第一例腫瘤時(shí)，每組還有不少于25只存活動物。55564染毒途徑經(jīng)口染毒：一般把受試物摻人飼料或飲水中連續(xù)給予動物(5～7天/周)。摻入濃度要定期監(jiān)測，觀察其均勻性和穩(wěn)定性，摻入的濃度一般不超過5％。經(jīng)皮染毒，涂敷受試物的面積一般不少于動物體表總面積的10％。必須保證受試物與皮膚良好接觸，并防止動物舔食。每天涂抹一次，每周3～7次。吸入染毒，每天染毒4小時(shí)，每周5～7天。染毒柜內(nèi)受試物濃度應(yīng)定期或連續(xù)監(jiān)測，其分布應(yīng)均勻、恒定。其他注射途徑可根據(jù)需要采用。575試驗(yàn)期限

ICH(1997)建議參考下面幾條準(zhǔn)則：一般情況下，試驗(yàn)期限小鼠和倉鼠應(yīng)為18個(gè)月，大鼠為24個(gè)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(gè)月，大鼠可持續(xù)30個(gè)月。當(dāng)最低劑量組或?qū)φ战M存活的動物只有25％時(shí)，也可以結(jié)束試驗(yàn)，對于有明顯性別差異的試驗(yàn)，則試驗(yàn)結(jié)束的時(shí)間對不同的性別應(yīng)有所不同，在某種情況下因明顯的毒性作用，只造成高劑