第八章-外源化学物致癌作用

1第八章外源化学物致癌作用刘云儒公共卫生学院2肿瘤是一类严重危害人类生命健康的疾病➢恶性肿瘤已成为人类死亡的第一位或第二位原因，每年全世界约有700万人死于癌症➢我国恶性肿瘤在各种死因中排列第二位，城市已排列首位3肿瘤（tumor,neoplasm）：有分裂潜能的细胞受致癌因素作用后发生异常增殖和克隆性增生所形成的新生物,分为良性和恶性两大类。4恶性肿瘤：癌（carcinoma）: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（sarcoma）:由间质细胞来源的恶性肿瘤称为肉瘤；如平滑肌肉瘤、脂肪肉瘤、血管肉瘤等。癌包括良性和恶性肿瘤的总称。56不死性迁移性失去接触抑制7生理特征细胞周期失控具有迁移性接触抑制丧失定着依赖性丧失去分化现象对生长因子需要量降低，代谢旺盛蛋白质合成及分解代谢都增强线粒体功能障碍8➢肿瘤的发生过程是机体与环境之间发生复杂的、动态的交互作用的过程机体因素----遗传易感性、健康状况、心理因素环境因素----食物、环境污染、职业和生活方式（如饮食习惯、吸烟等）、社会因素一般估计，80%-90%的人类肿瘤与环境有关，其中主要是化学因素910化学致癌物（chemicalcarcinogen）能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。例如，黄曲霉毒素，苯并（a）芘及苯等。11化学致癌作用（chemicalcarcinogenesis）指化学物质引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。12第一节化学致癌过程13一、细胞癌变的多阶段学说➢肿瘤的发生是一个长期的、多阶段、多基因改变的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性引发阶段（initiation)促长阶段(promotion)进展阶段(progression)14引发阶段（initiation）化学致癌物对靶细胞DNA产生作用，产生少量突变细胞启动作用是不可逆的，它对DNA的损伤是细微的，很可能仅仅是转换、颠换、小缺失等基因突变。15不可逆经引发的“干细胞”在形态学上无法识别对外源性化学物质和其他化学因素敏感存在自发的引发作用(内源性）剂量-反应关系良好，但很难确定阈值需经细胞分裂“固定突变”引发作用必须发生在促长作用之前，“纯”引发作用在无促长时不导致肿瘤，引发剂的强度以促长阶段后发生的癌前病变来定量引发阶段的主要特征16促长阶段（promotion）是指致癌物促进引发形成的肿瘤细胞分裂生长的过程。促长作用比较复杂，是可逆的，它有物种特异性、并有一定的阈值，低于阈值剂量，即不起促进作用。促长作用选择性地使启动细胞增殖增加或细胞凋亡相对减少，从而实现克隆扩展。17促长阶段的主要特征可逆促长剂通常是非致突变物，需要持续和反复暴露才能维持促长细胞群促长剂的有效性仅出现在引发作用之后，以能否有效地扩大引发细胞群来确定促长剂的相对强度内源性促长剂可起“自发”促长作用剂量-反应显示有可测定的阈值对饮食和激素等因素敏感进展阶段（progression）突变细胞在形态、功能、代谢和行为方面表现出肿瘤的特征，如生长加速、侵袭性、转移能力及生化、免疫性能改变。19进展阶段的主要特征不可逆核型不稳定性导致细胞基因组结构的形态学改变进展的早期阶段对环境因素敏感观察到良性或恶性肿瘤进展剂使已促长细胞进入该阶段202123二、遗传易感性与化学致癌SNP：singlenucleotidepolymorphism,单核苷酸多态性代谢酶基因多态性DNA修复酶基因多态性单体型（单倍型）：相邻的多态性位点共同遗传。25第二节化学致癌机制26化学致癌机制分为：体细胞突变致癌学说：即造成DNA损伤而引发肿瘤的遗传毒性机制非突变致癌学说：即对DNA以外靶分子作用的非遗传毒性机制27体细胞突变学说理论的证据：1.致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因发生突变；2.大多数致癌物在致突变实验中呈阳性；3.DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生；4.在许多肿瘤组织中发生染色体畸变或基因组不稳定5.肿瘤细胞来源于单细胞克隆；6.癌基因的突变及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，而且突变的基因型可传递给子代细胞。一、体细胞突变学说28（一）DNA加合物（DNAadduct)致癌物多数具有遗传毒性，具有遗传毒性的致癌物尽管化学结构和性质不尽相同，但有一共同的特点，即一般都是亲电子剂亲电剂+DNA亲核物→加合物→DNA损伤→部分细胞恶性转化→肿瘤DNA加合物接触标志物？效应标志物？DNA加合物在化学致癌作用过程中起到关键作用，是引起肿瘤的直接原因之一29（二）原癌基因、癌基因及抑癌基因1.原癌基因（pro-oncogene）：指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。正常情况下呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能（调控细胞生长分化，促进细胞分裂、增殖等）。302.癌基因（oncogene）：是指细胞内或病毒内存在的，能诱导正常细胞发生转化，使正常细胞获得一个或多个新生物特性的基因。癌基因实质上是一类被激活的基因，所指导合成的蛋白质能够促成细胞恶性表型的形成。31己知的细胞癌基因分为下列四类:1蛋白激酶类2信息传递蛋白类3生长因子及其受体类4核内蛋白类32一些原癌基因－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－原癌基因功能相关肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－sis生长因子Erwing网瘤erb-B受体酪氨酸激酶，EGF受体星形细胞瘤、卵巢癌、肺癌、胃癌、唾腺癌rasG-蛋白肺癌、结肠癌、膀胱癌等src非受体酪氨酸激酶罗氏肉瘤Abl-1非受体酪氨酸激酶慢性髓性白血病rafMAPKKK，丝氨酸/苏氨酸激酶腮腺肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－333.抑癌基因（anti-oncogene）：是正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性。或称为肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）.这类基因对细胞的生长、增殖和分化起负调节作用，即抑癌作用。34一些抑癌基因的功能－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－抑癌基因功能相关肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－Rb转录调节因子RB、成骨肉瘤、胃癌、SCLC、乳癌、结肠癌P53转录调节因子星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、乳癌、成骨肉瘤、SCLCWT负调控转录因子WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳癌、肝母细胞瘤NF-1GAP，神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、rasGTP酶激活因子雪旺氏细胞瘤、神经纤维瘤DCC细胞粘附分子直肠癌p21CDK抑制因子前列腺癌－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－35抑癌基因主要有以下功能:(1)诱导终末分化.(2)维持基因稳定.(3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡.(4)调节细胞生长.(5)抑制蛋白酶活性(6)改变DNA甲基化酶活性(7)调节组织蛋白酶活性(8)调节血管形成(9)促进细胞间联系36化学物通过代谢产物或直接作用于遗传物质，使其发生突变，并使原癌基因活化成癌基因或抑癌基因失活，细胞成为具有发展为肿瘤潜能的引发（或启动）细胞。37（三）DNA修复与化学致癌正确修复：受损的DNA完全回复原有的结构与功能，不发生突变错误修复：经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上存在缺陷，细胞虽能生存，但出现突变DNA损伤---修复---突变---肿瘤38二、非突变致癌机制➢表观遗传调控失常致癌➢细胞异常增生致癌➢内分泌激素失调致癌➢免疫抑制致癌➢过氧化酶体增殖剂激活受体39第三节化学致癌相关的分子事件40一、基因突变癌基因抑癌基因DNA修复酶基因细胞凋亡调控基因维持基因组稳定的基因这些基因的突变与肿瘤的发生密切相关41二、端粒调控与细胞永生化端粒（telomere)：端粒酶(telomerase)：端粒酶的活化维持了端粒缩短和延伸的动态平衡。如端粒丢失，削弱染色体的稳定性及其功能，进而影响细胞活力。42原代培养的人上皮细胞在体外分裂40-60次后就停止生长，进入老化阶段M1期，如此时细胞内的抑癌基因p53和Rb失活，细胞就能暂时逃脱老化的威胁而继续分裂，但端粒是随着细胞分裂次数的增加而逐渐缩短，这些细胞最终进入以死亡为特征的M2期，如此时端粒酶被激活，细胞就获得了不断增生分裂的能力而成为永生化细胞。端粒假说：抑癌基因p53和Rb的失活以及端粒酶的激活是细胞获得永生化的必要条件43意义寻找端粒酶抑制剂，为肿瘤治疗提供新药物寻找端粒酶激活剂，为维持细胞活力和阻止细胞衰老开拓新途径44三、细胞周期调控紊乱细胞周期分为G1SG2M细胞周期调控的核心成员：细胞周期素、细胞周期素依赖性蛋白激酶（CDK)和CDK的抑制性蛋白（CDKI)细胞周期调控机制：细胞周期驱动机制细胞周期监控机制45细胞周期监控包括：DNA损伤感应、细胞生长阻滞、DNA修复和细胞凋亡启动如果细胞周期调控的某些重要因子功能障碍，增强细胞周期的驱动力，并使正常的监控能力下降，就造成细胞周期调控失常，细胞进入失控性生长阶段。注意：某些癌基因或抑癌基因也是细胞周期调控过程的重要成分，如p53、Rb、p21、p16等46四、细胞凋亡与肿瘤细胞凋亡是细胞在一定的生理或病理条件下，受内在遗传因素的控制自动结束生命的过程，是一种自然的生理过程。它是机体为了清除多余的、有害的、已经完成使命的细胞，维持机体的稳态所启动的系统。细胞凋亡的调控机制：促进凋亡:如p53,Rb,p16,Bax抑制凋亡:如c-Myc,Ras,Src,Bcl-247某些化学物质改变了调控基因的表达和功能，干扰细胞的正常凋亡过程，使本该清除的细胞保留下来，受损细胞中携带的突变得以固定和传递。如果某些药物可诱导细胞凋亡也为肿瘤治疗提供了一个方向。如砒霜48第四节化学致癌物的分类49一、根据对人和动物的致癌性分类国际癌症研究中心（IARC）根据对人类研究资料、动物资料和遗传毒理学资料，将致癌因素分为四类：50➢对人类是致癌物（I类）95种➢对人类很可能是致癌物（IIA类）66种➢对人类可能是致癌物（IIB类）241种➢现有证据不能对人类致癌性进行分类（III类）497种➢对人类可能是非致癌物（IV类）1种51二、按化学致癌作用模式分类根据化学致癌物引起癌变的机制，分为：遗传毒性致癌物和表观遗传毒性致癌物1.遗传毒性致癌物：包括直接致癌物、间接致癌物1）直接致癌物：如各种烷化剂，大多为亲电子反应物。2）间接致癌物：经代谢活化52前致癌物近致癌物终致癌物前致癌物（precarcinogens):本身并不直接致癌，必须在体内经代谢转化才具有致癌作用，尚未代谢活化的形式，即母体化合物53➢近致癌物(proximatecarcinogens):指前致癌物经代谢活化过程形成的中间产物，必须进一步代谢活化才具有致癌作用的物质➢终致癌物(ultimatecarcinogens):不需代谢活化的直接致癌物和间接致癌物经过代谢转化最后产生的活性代谢产物的统称542.表观遗传毒性致癌物（epigenotoxiccarcinogen)55助癌剂（co-carcinogen):本身无引发作用，也不具有促长作用，但能促进引发作用和增强促长作用。如乙醇，二氧化硫。完全致癌物：既有引发作用又有促长作用的致癌物，如多环芳烃、芳香胺、亚硝胺、致癌病毒等。不完全致癌物：56第五节化学致癌物筛查的基本方法57化学物的致癌效应是一种严重的毒性后果，对致癌性评价是一项重要、慎重，而又复杂费时的工作人群流行病学调查和动物试验结果是评价化学物致癌危险性的两类主要证据通常先进行构效关系分析、致突变组合试验、细胞恶性转化试验，如果阳性进一步进行下一阶段试验。58一、定量构效关系分析定量构效关系（QSAR)59二、遗传毒性实验致突变试验优点：根据化学致癌物的致突变性与致癌性之间关联，检出具有遗传毒性的致癌物，