第5章环境化学第二节

本章内容第五章环境化学物的特殊毒性及其评价第一节环境化学物的致突变性及其评价第二节环境化学物的致癌作用及其评价第三节环境化学物的生殖发育毒性及其评价第一节环境化学物的致突变性及其评价返回本章目录一、基本概念●遗传毒理学(GeneticToxicology)●突变(mutation)●化学致突变作用（chemicalmutagenesis)●诱变剂（mutagen)直接诱变剂（direct-actingmutagen)间接诱变剂（indirect-actingmutagen)环境化学诱变剂的分类毒作用效应谱死亡中毒，患病亚临床变化体内过量负荷致突变作用致癌作用致畸作用二、遗传损伤的分类1.基因突变（genemutation)2.染色体突变(chromosomemutation)3.基因组突变(genomicmutation)DNA突变的后果碱基的缺失和插入造成移码突变染色体畸变的主要类型三、致突变作用机制1.基因突变、染色体畸变DNA损伤2.非整倍体、整倍体有丝分裂或减数分裂器损伤估计的人类内源性DNA损伤和修复过程太阳光照射诱发M13mp2噬菌体基因突变在不同宿主中的表达四、突变的不良后果哺乳动物诱发突变体细胞突变生殖细胞突变肿瘤畸胎显性致死可遗传的改变（如果胚胎（不可遗传（基因突变接触毒物）的改变）平衡易位小的缺失）给予有效剂量的诱变剂化学因素物理因素生物因素环境因素原癌基因癌基因原癌基因点突变原癌基因扩增染色体易位与基因重排原癌基因抑制解除抑癌基因缺失致突变作用的评价主要应用遗传毒理学试验,它是基于表型改变捡测基因突变及小缺失：通过细胞学的方法观察大的染色体损伤；直接检测DNA损伤（如DNA加合物测定，DNA链断裂测定等）或间接反映DNA损伤（如DNA损伤修复发生的检测等）的试验方法。五、致突变作用的评价(一)遗传毒理学试验的目的与分类检测ＤＮＡ是否受损的彗星试验图(二)遗传毒理学试验的基本类型1.Ames试验原理鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型野生型(his+)突变株(his-)±代谢活化系统受试物正向突变回复突变(三)常用的遗传毒理学试验Ames试验：在正常菌株（对照组）受抑制的情况下，苯并芘诱导的突变株（处理组）大量生长。2.常用致突变试验灵敏性(sensitivity)：受试致癌物中，在遗传毒理学试验中呈致突变性阳性结果的比例。特异性(specificity)：受试非致癌物中，在遗传毒理学试验中呈阴性结果的比例。3.遗传毒理学试验的灵敏性与特异性4、致突变试验中的一些问题•（1）阴性、阳性对照的设立：阴性对照：即未处理对照或溶剂对照阳性对照：用某种已知能产生阳性反应的物质作对照（2）体外试验活化系统的采用➢S9：是指经酶诱导剂处理大鼠后制备的肝匀浆，再经9,000×g离心分离所得上清液，其中含有微粒体和胞溶质➢S9混合液（S9mix):在S9中再加入一些辅助因子（如NADP、葡萄糖-6-磷酸等）➢肝S9的主要成分是混合功能氧化酶（3）致突变试验的质量控制措施阴性对照和阳性对照的设立资料的统计学分析试验结果的重现性（4）阴性结果的判定条件①最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃量许可的最大剂量②各剂量的组间差距不应过大，以防漏检仅在非常狭窄范围内才有突变能力的某些外源化学物阳性结果应当具有剂量-反应关系，即剂量越高，致突变效果越大，并在一组或多组的观察值与阴性对照之间有显著差异USEPA毒物处提出的遗传危害性评价试验程序Ames试验＋体外哺乳动物细胞＋体内骨髓细胞遗传学试验基因突变试验·染色体畸变试验·微核试验与性腺DNA相互作用的试验显性致死试验特异座位试验·形态学改变·生物化学改变可遗传易位试验《保健食品安全性毒理学评价程序》（2004）Ames试验或V79细胞HGPRT基因突变试验、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、TK基因突变试验或小鼠精子畸形试验和睾丸染色体畸变试验（各选择一项）其他备选试验：显性致死试验，果蝇伴性隐性致死试验，UDS试验《农药安全性毒理学评价程序》（1991）Ames试验和大肠杆菌回复突变试验，骨髓细胞微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验，睾丸细胞染色体畸变试验或显性致死试验（必做项目）选择试验：精子畸形试验、体外培养细胞染色体畸变试验、UDS、果蝇伴性隐性致死试验等新药毒理学安全性评价程序Ames试验+哺乳动物培养细胞+动物微核试验染色体畸变试验哺乳动物培养细果蝇伴性隐性显性致死试验精原细胞染色UDSSOS显色反应胞基因突变试验致死突变试验体畸变试验环境基因组计划(EnvironmentalGenomeProject)是应用人类基因组计划建立的研究方法，着重研究环境与人类疾病的关系，探寻环境相关性疾病的遗传基因序列的多样性，专门研究与环境相关疾病的遗传易感性，并在病因学中探索基因-环境的相互作用。六、环境基因组计划（一）环境与人类疾病疾病相关易感性基因的一些例子基因多态性（genepolymorphism）指在人群中同一个基因位点存在个体差异，即存在等位基因。一般当在某一人群中等位基因出现频率大于1%时，才称该基因具有多态性。（二）基因多态性（三）环境基因组计划的候选基因•DNA修复基因•毒物代谢酶基因•激素代谢酶基因•受体基因•细胞周期调控基因•信号转导基因•介导免疫和感染反应的介质基因•介导营养因素的基因•参与氧化过程的基因•细胞内药物敏感基因（四）环境基因组计划研究的疾病1.癌症2.呼吸系统疾病3.神经退行性疾病4.发育障碍5.出生缺陷6.生殖障碍7.自身免疫性疾病第二节环境化学物的致癌作用及其评价一、环境致癌、化学致癌二、化学致癌的机制三、环境化学致癌物的分类四、环境化学致癌物的评价返回本章目录一、环境致癌、化学致癌1.化学致癌(chemicalcarcinogenesis)化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程。2.化学致癌物(chemicalcarcinogen)能引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的化学污染物质。美国各种因素引起癌症死亡所占的比例（Doll&Peto，1981)因素占全部癌症死亡的％咽烟酒精饮食食品添加剂生育与性行为职业各种污染工业产品药物和医疗措施地球物理因素感染不明原因30335174211310?化学致癌研究的重要历史事件（1）化学致癌研究的重要历史事件（2）二、化学致癌机制•遗传机制学派（genetictheory)亲电子剂学说体细胞突变学说癌基因学说多阶段学说•遗传外机制学派（epigenetictheory)(—)化学致癌的非遗传机制1.主要证据①肿瘤的形成与细胞的分化和增生有关②肿瘤的癌性状态有时候是可逆的③致癌作用可由非诱变剂引起④并非所有致癌物都是致突变物⑤致癌作用与DNA甲基化的改变有关⑥体外细胞转化的频率很高2.常见动物非遗传毒性化学致癌物(二)化学致癌的癌基因学说癌基因学说：如果调控细胞繁殖和分化的基因发生异常便可导致细胞行为紊乱，形成肿瘤，与形成细胞恶性转化有关的基因主要由癌基因和肿瘤抑制基因。1.癌基因(oncogene)一类能引起细胞恶性转化及癌变的基因。癌基因是化学致癌物作用的靶分子在细胞癌变过程中发挥关健作用指导合成的蛋白质能促成细胞恶性表型的形成•2.原癌基因（proto-oncogene)：指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息，即癌基因的原型•在正常情况下，原癌基因呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能，如生长因子、受体、信号分子、转录因子和细胞周期调节等。3.原癌基因的激活机制•原癌基因点突变•原癌基因扩增•染色体易位与基因重排•原癌基因抑制解除•抑癌基因缺失•4.抑癌基因（anti-oncogene)：又称为肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene)指对细胞生长、增殖和分化起负性调节基因.❖抑癌基因的功能是使正常细胞以及肿瘤细胞分化避免增殖过多，通过减少增殖或增加凋亡。•抑癌基因失活肿瘤细胞增殖失控•正常情况抑癌基因具有多种多样的细胞功能，如P53•遗传毒性致癌物主要通过原癌基因突变从而激活为癌基因或/和抑癌基因突变从而失活引起致癌作用。•癌基因激活，导致肿瘤的阳性增殖，原癌基因突变为癌基因后通常过度表达•癌基因的两个等位基因中的单个基因突变可以影响细胞表型•抑癌基因的产物能阻断肿瘤的细胞生长，抑癌基因突变后丧失其功能•抑癌基因的两个等位基因都必须失活才能改变细胞的表型5.致癌过程中涉及的两组基因比较家族性结肠直肠癌癌变的遗传学模型(三)化学致癌的阶段学说致癌作用多阶段模式图引发阶段的主要特征：➢不可逆➢需要通过细胞分裂加以固定➢剂量-反应显示没有可测定的阈值，无可测定的最大反应➢存在自发的引发作用➢对外源性化学物质和其他化学因素敏感➢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➢促长剂的有效性仅出现在引发作用之后➢促长细胞群（promotedcellpopulation)的存在取决于促长剂的持续存在➢剂量-反应显示有可测定的阈值，有可测定的最大效应➢对饮食和激素等因素敏感➢促长作用的相对效力取决于达到最大效应的时间和剂量速率促癌剂致癌作用的靶器官➢不可逆➢伴随生长率和侵袭性的增加出现核型异常➢有可测定的和/或形态学可描述的细胞基因组的改变➢进展的早期阶段对环境因素敏感➢可见良性和/或恶性肿瘤➢促进展剂可促进细胞进入该阶段，但可能不是引发剂➢可以发生自发的进展作用进展阶段的主要特征：致癌作用可能的进展剂多阶段致癌的形态学和生物学特征三、化学致癌物的分类•按化学性质分类•按致癌机制分类•按作用结果分类化学致癌物的种类类别化学物举例烷化剂类直接烷化剂间接烷化剂多环芳烃类芳香胺类金属和类金属亚硝胺及亚硝酰胺霉菌和植物毒素结晶硅及石棉嗜好品食物的热裂解产物药物(含某些激素)芥子气、氯甲甲醚、环氧乙烷、硫酸二乙酯氯乙烯、苯、丁二烯、抗癌烷化药物苯并芘、二甲基苯蒽、二苯蒽、三甲基胆蒽、煤焦油、沥青联苯胺、乙萘胺、4–氨基联苯、4–硝基联苯镍、铬、镉、铍、砷二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺、亚硝酰胺黄曲霉毒素、苏铁素、黄樟素结晶硅及石棉吸烟、嚼烟、槟榔、鼻烟、过量的酒精饮料杂环胺类、2–氨–3–甲基–咪唑喹啉、2–氨–3，4–甲基–咪唑喹啉环磷酰胺、噻替派、乙烯雌酚根据致癌机制分类致癌物分类证据权重IARC分类USEPA分类人群流行足够1A病学资料（人致癌物）（人致癌物）有限2AB1(人的可能致癌物)(人的可能致癌物)长期动物足够2A/2BB2致癌试验(或许为人的致癌物)有限2BC(或许为人的致癌物)证据不足3D证据为阴性4E证据不足以评定--IARC评价的各类致癌因素的数量变化分类198719941997199920002002第一类第二类第三类第四类小计对人类致癌A组对人类很可能致癌B组对人类可能致癌对人类致癌性未定对人类很可能无致癌性5037159381l6286350209452177574562254801836755922547118347863235483286188642364961885四、化学物致癌性的鉴定(一)哺乳动物致癌试验1.试验动物常规选用大鼠和小鼠，也可用仓鼠。品系应选择较敏感、自发肿瘤率低、生活力强及寿命较长的品系。性别：应使用同等数量的雌雄两种性别的动物。年龄：使用刚离乳的动物。一般设三个试验组。美国NCI推荐以最大耐受剂量(MTD)为高剂量。高剂量选择可以根据：①毒性终点，即最大耐受剂量(MTD)；②药代动力学终点，啮齿动物血浆AUC(时量曲线下面积)为人的25倍；③选择吸收饱和剂量；④药效学终点，不应产生生理学和内稳态紊乱；⑤最大可行剂量，受试物在饲料中最高含量为5％。限制剂量为1500mg／(kg体质量·d)。每组至少有雌雄各50只动物，希望在出现第一个肿瘤时，每组还有不少于25只动物。2.剂量选择和动物数量3.染毒途径应尽可能模拟人体可能的暴露途径，主要途径有经口、经皮和吸入三种。4.试验期限一般情况下，试验期限小鼠和仓鼠应为18个月