第5章化学物质的特殊毒性作用.

1FOODTOXIOLOGY食品毒理学FoodToxicology食品科技学院食品质量与安全系王绍琛2014-20152第五章化学物质的特殊毒性作用FOODTOXIOLOGY第一节致突变作用第二节化学致癌作用第三节生殖发育毒性作用生物体在自然界的生存，都能依靠遗传物质DNA的特殊结构及其精确的复制和修复功能，长期保持相对稳定的生命形式和物种，并继续不断地繁衍后代。突变（mutation)指起源于基因和染色体的可遗传的变异。FOODTOXICOLOGY突变诱发突变自发突变物种进化育种、改良人类健康危害肿瘤，先天缺陷发生过程长，频率低发生过程短，频率高；可为人类利用FOODTOXICOLOGY致突变作用（mutagenesis）:突变的发生及其过程突变是致突变作用的后果致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变物•直接诱变物：具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体突变的物质•间接诱变物：本身不能引起突变，必须在体内经过代谢活化才具有致突变性的物质遗传毒理学（genetictoxicology）•主要研究寻找敏感检测系统发现和探究致突变物致突变作用机理提出评价致突变物健康危害的方法研究化学性和放射性物质的致突变作用及其对生物遗传物质的影响。FOODTOXICOLOGY一、致突变的类型FOODTOXICOLOGY基因突变染色体畸变染色体数目异常基因突变（genemutation）：基因中DNA序列发生的改变（点突变）碱基置换移码突变整码突变片段改变FOODTOXICOLOGY（一）基因突变碱基置换：DNA序列上的某一碱基被其他碱基所取代•都只涉及1对碱基•结果是造成一个三联密码子的改变碱基置换颠换转换嘌呤与嘌呤&嘧啶与嘧啶嘌呤与嘧啶G:C→A:TA:T→G:CG:C→T:AG:C→C:GA:T→C:GA:T→T:A碱基置换1AGCT亚硝胺诱发的点突变•化学诱变剂导致碱基对的转换例如，亚硝酸类能使胞嘧啶（C）氧化脱氨变成尿嘧啶（U），在下一次复制中，U不与G配对，而与A配对；复制结果C-G变为T-A同义突变（synonymousmutation）:由于生物的遗传密码子的兼并性，在某一碱基改变后，编码氨基酸序列没有发生改变。错义突变（missensemutation）:指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变，使多肽链丧失原有功能。无义突变（nonsensemutation）:指某个碱基的改变使代表某个氨基酸的密码子变为终止密码子，导致多肽链合成提前终止，使基因产物不完全或无功能。（UAG,UAA,UGA）在基因中插入或缺失一个或两个碱基（非3的倍数），或者扁平的分子嵌入到DNA分子中，导致从受损点开始形成错误碱基编码，并转译成错误的氨基酸序列。•移码突变后所编码的蛋白质活性改变较大•如果移码突变发生在必需基因上，易形成致死突变移码突变2•在DNA链中增加或减少的碱基对为一个或几个密码子，故又称密码子的插入和缺失。•整码突变发生部位后的氨基酸序列不会发生改变。•指基因中某些小片段核苷酸序列发生改变。有时可跨越两个或数个基因，涉及数以千计的核苷酸。•主要包括核苷酸片段的缺失、复制、重组和重排。整码突变3片段改变4染色体畸变（chromosomeaberration）指染色体或染色单体受损发生断裂后导致的结构改变，一般可借助光学显微镜在细胞有丝分裂中期观察到。•染色体型突变：两条染色单体均受损伤。损伤发生在复制前•染色单体型畸变：染色体的两条染色单体中的一条发生结构改变。损伤发生在复制后（二）染色体畸变缺失：染色体上丢失了一个片段(猫叫综合征)重复：一套染色体中，一个染色体片段出现不止一次倒位：一条染色体或单体发生两处断裂后，中间节段旋转180后在重接易位：两条染色体同时发生断裂，相互交换片段后重接染色体分离异常（numericalaberration）指在细胞分裂过程中，染色体分离障碍，导致基因组中染色体数目的改变。（三）染色体数目异常整倍体（euploid）：染色体数目成倍增加。超过二倍体的整倍性改变统称为多倍体。非整倍体（aneuploid）：丢失或增加一条或多条染色体。缺失一条称单体，增加一条称三体。人的先天愚型（Down综合症）21号染色体为三体二、化学致突变作用的机理FOODTOXICOLOGYDNA损伤突变细胞分裂过程改变其他非整倍体及整倍体的诱发损伤DNA合成和修复有关的酶碱基损伤DNA链损伤碱基损伤DNA链损伤二聚体形成DNA加合物形成DNA-蛋白质交联物形成氧化作用，改变化学组成碱基错配平面大分子嵌入DNA链碱基化学结构的改变和破坏碱基类似取代物结构相似，碱基置换插入碱基对中，移码突变烷化剂，共价结合DNA损伤DNA损伤1非整倍体:不分离、染色体行动滞后、联会复合体障碍、减数分裂着丝粒早熟分离整倍体:核内复制、细胞质分裂障碍细胞分裂过程改变2间期前期中期后期末期三、突变的不良后果FOODTOXICOLOGY突变的后果主要取决于诱变剂所作用的靶细胞是是生殖细胞还是体细胞。突变后果示意图四、致突变试验FOODTOXICOLOGY致突变试验（mutagenicityassay）又称遗传毒理学试验，旨在检测化学物质对生殖细胞和体细胞的致突变性，对遗传危害性做出初步评价，并预测其致癌的可能性。1.致突变试验方法的选择原则FOODTOXICOLOGY遗传学终点（geneticendpoint）有许多致突变试验所观察到的现象并不能反映基因突变和染色体畸变或染色体不分离，而仅仅反映致突变过程中发生的其它事件。将试验观察到的现象所反映的事件称为遗传学终点.1.致突变试验方法的选择原则FOODTOXICOLOGY1983年国际环境致突变物致癌物防护委(ICPEMC）将致突变试验所反映的遗传学终点分为5类:（1）DNA完整性的改变；（2）DNA重排或交换；（3）DNA碱基序列改变；（基因突变）（4）染色体完整性改变；（染色体畸变）（5）染色体分离改变。（染色体组畸变）原发性DNA损伤2.致突变试验方法的选择原则FOODTOXICOLOGY配套试验的原则由于一种致突变试验方法只能反映一个或两个遗传学终点，没有一种致突变试验方法能涵盖所有的遗传学终点，实际工作中，为了避免出现假阴性，故需要用一组试验进行配套检测。2.致突变试验方法的选择原则配套试验的原则：1.包括每一类型的遗传学终点；2.生物材料既有原核生物，又有真核生物；3.体内、体外试验相结合；4.既有体细胞为靶的试验，又有以生殖细胞为靶的试验通常，对于一种受试物应当先用原核细胞或体细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进行试验，并对有阳性结果的遗传学终点验证其在体内的真实性，再行选用生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价。3.常用致突变试验方法基因突变试验：•鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）•哺乳动物细胞基因突变试验染色体畸变试验：•染色体分析•微核试验DNA损伤试验：•姐妹染色单体交换(SCE)试验•程序外DNA合成试验FOODTOXICOLOGY鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型(his+)的能力。鼠伤寒沙门氏菌原养型(his+)组氨酸营养缺陷型突变株(his-)正向突变回复突变代谢活化系统受试物FOODTOXICOLOGY试验菌株鼠伤寒沙门氏菌突变型标准菌株：TA97、TA98：移码突变；TA100：碱基置换；TA102：移码突变+碱基置换RatIsolateandCentrifugeRatliverenzymesGrindliverExperiment1Experiment2Experiment3hisbase-pairhisframeshiftsubstitutionmutantmutantRatliverPotentialRatliverPotentialRatliverhismutantEnzymemutagenEnzymemutagenEnzymestrainMixsolutionsMixsolutionsMixsolutionsandplateandplateandplatehis+revertanthis+revertantSpontaneouscoloniescoloniesrevertantFig.21-Amestestforpotentialmutagens.用Ames法检测诱变剂FOODTOXICOLOGY微核试验（micronucleustest)经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或因纺锤体受损伤而丢失的整个染色单体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，呈圆形或椭圆形，较正常核小，染色与细胞核一致，故称为微核。微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。用于染色体断裂剂和非整倍体诱变剂的初步检测。FOODTOXICOLOGY方法：啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验。多染红细胞是指晚幼红细胞最后一次分裂时，排出主核而未成熟为正染红细胞（NCE）前的细胞。MNNCE第二节化学致癌作用第三节生殖发育毒性作用第一节致突变作用癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症癌症正在成为人类第一杀手！目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者为120万人；其次是乳腺癌，每年新增大约100万名患者；随后依次是肠癌(94万人)、胃癌(87万人)、肝癌(56万人)、宫颈癌(47万人)、食道癌(41万人)等。其中杀伤力最强的是肺癌、胃癌和肝癌，分别占癌症死亡人数的17.8％、10.4％和8.8％。•人类癌症有80%～90%由环境因素引起。•化学因素是人类肿瘤的主要病因，在环境因素引起的肿瘤中，其中80%以上为化学因素所致。1775年——英国Pott阴囊癌（煤焦油）1895年——德国Rehn膀胱癌（染料厂）1915年——日本山极和市川试验性皮肤癌（煤焦油）1922年——英国Kennway动物皮肤癌（多环芳烃）1954年——英国Case职业性膀胱癌（β-萘胺和联苯胺）FOODTOXICOLOGY研究致癌物的历史一、相关概念FOODTOXICOLOGY肿瘤（Tumor）是机体在各种致癌因素作用下，局部组织的某一个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致其克隆性异常增生而形成的新生物。分为良性和恶性两大类。FOODTOXICOLOGY恶性肿瘤：癌:上皮细胞来源的恶性肿瘤称为癌；如胃癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等。肉瘤:间质细胞来源的恶性肿瘤称为肉瘤；如平滑肌肉瘤、构成骨、脂肪肉瘤、血管肉瘤、神经纤维细胞瘤等。恶性肿瘤的细胞能侵犯、破坏邻近的组织和器官。而且，癌细胞可从肿瘤中穿出，进入血液或淋巴系统，这就是癌症如何从原发的部位到其它器官形成新的肿瘤，这个过程就叫癌症转移，FOODTOXICOLOGY毒理学中的“癌”是一种广义的概念，包括：癌、肉瘤及良性肿瘤。实际上毒理学中所指的化学致癌作用，是指化学致肿瘤作用。化学致癌作用(chemicalcarcinogenesis)：是指