环境化学物的特殊毒性及其评价

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(五)环境基因组组计划的四个阶段1.收集样本，利用高效测序技术，对所选择的靶基因进行再测序，获得基因多态性的资料，并建立统一的数据库。2.进行基因多态性功能研究，确定其生物学意义。3.进行基因多态性在人群中分布规律和特点的流行病学研究。4.改进危险度及环境暴露的评价方法，确定高危人群并对其进行特定疾病筛查和预防，更好地保护易感人群。（六）环境基因组计划研究项目1.生命统计学2.DNA测序3.社会、法律和伦理学的应用4.功能分析5.人群研究6.技术的发展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1.癌基因(oncogene)一类能引起细胞恶性转化及癌变的基因，是化学致癌物作用的主要靶分子，在细胞癌变过程中起关键作用。本身是正常的细胞基因，起调控细胞生长分化的作用，在进化过程中高度保守，在除胚胎期或组织的再生和修复过程中表达外，通常处于静止状态，在化学致癌物、某些物理因素和生物因素的作用下被激活而进行表达，促进细胞分裂增殖，引起细胞转化，最终形成肿瘤。2.细胞原癌基因3.原癌基因的发现与存在证据(1)体细胞杂交(2)染色体导入和微细胞转移(3)遗传性肿瘤研究（1）生长因子和生长因子受体类βαβ4.原癌基因的功能分类（2）细胞信号转导分子类（3）转录因子类5.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•抑癌基因缺失化学致癌物诱发的ras家族原癌基因的点突变人类肿瘤中癌基因的扩增6.抑癌基因(tumorsuppressorgene)作用方式与癌基因相反，它们在正常细胞中起着抑制细胞增殖和促进分化的作用，在环境致癌因素的作用下，抑癌基因发生纯合缺失或失活亦会引起细胞的恶性转化而致癌。抑癌基因必须一对等位基因丢失或突变后失活，才能对细胞的恶性转化起作用，故又称为隐性癌基因(recessiveoncogene)。已知的和候选的抑癌基因（1）已知的和候选的抑癌基因（2）7.致癌过程中涉及的两组基因比较8.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1.引发阶段引发是一个遗传毒性事件，致癌物直接作用于DNA的初级序列，引起基因突变，使原癌基因活化或抑癌基因失活，使细胞成为具有发展为肿瘤潜能的引发细胞(initiatedcell)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，引发作用是不可逆的，并且是累积性的。引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征取决于细胞对致癌物的代谢、DNA修复及细胞增殖／凋亡的平衡。2.促进阶段引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程中促进阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，在促进阶段(特别是在早期)持续给以促长剂是必需的。衰老、饮食和激素可影响促进作用。促长剂本身不能诱发肿瘤，通常是非致突变物，通常具有阈剂量，其剂量反应关系呈S形曲线。促长剂通过启动细胞选择性生长优势或抑制正常细胞生长，或两者兼而有之，使启动细胞克隆扩增。促癌剂致癌作用的靶器官3.进展阶段从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程。尽管在演变过程中基因组在分子水平上不断发生多种改变，但基本上可概括为核型不稳定以及表型的异质性。兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物。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ACGHI分类人群流行足够1AA1病学资料（人致癌物）（人致癌物）有限2AB1A2(人的可能致癌物)(人的可能致癌物)（可疑的人致癌物）长期动物足够2A/2BB2A2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，大鼠为24个月；当最低剂量组或对照组存活的动物只有25％时，可以结束试验。▲一般观察▲病理检查▲结果分析致癌试验阳性的判定标准（W