致突变作用食品毒理学

致突变作用食品毒理学一、基本概念突变(mutation)

遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。突变发生原因分为：

1、自发突变(spontaneousmutation)：由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。2、诱发突变(inducedmutation)：诱变剂诱发的突变。

第2页,共20页，2024年2月25日，星期天二、化学毒物致突变的类型第3页,共20页，2024年2月25日，星期天（一）基因突变(genemutation)1．碱基置换(base—pairsubstitution)

指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。

转换(transition)颠换(transvertion)2．移码突变(frameshiftmutation)

指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。

3、大段损伤是DNA链缺失或插入，这种损伤有时可跨越两个甚至数个基因。二、化学毒物致突变的类型第4页,共20页，2024年2月25日，星期天（二）染色体畸变(chromosomeaberration)1、指染色体的结构改变染色单体型畸变(chromatid-typeaberration)染色体型畸变(chromosomeaberration)染色体畸变裂隙(gap)

断裂(break)断片(fragment)和缺失(deletion)

微小体(minutebody)

无着丝点环环状染色体

双着丝点染色体

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重复(duplication)辐射体

第5页,共20页，2024年2月25日，星期天2、染色体数目异常体细胞二倍体（2n）；生殖细胞单倍体。正常体细胞染色体数目2n为标准，分整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体。第6页,共20页，2024年2月25日，星期天(1)非整倍体非整倍体(aneuploid)指细胞丢失或增加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体(monosome)，增加一条染色体时称为三体(trisome)。染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。（2）整倍体整倍体(euploid)指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，如形成三倍体(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。在肿瘤细胞及人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在。发生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。第7页,共20页，2024年2月25日，星期天三、化学毒物致突变作用机制及后果（一）化学毒物致突变作用机制1、直接以DNA为靶的诱变①

DNA加合物形成②碱基类似物取代：如5－溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，2－氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤③烷化剂的影响：甲基化＞乙基化＞高碳烷基化

④致突变物改变或破坏碱基的化学结构化学物破坏或改变碱基的结构，有时还引起链断裂。⑤平面大分子嵌入DNA链⑥DNA－蛋白质交联物⑦二聚体的形成第8页,共20页，2024年2月25日，星期天(二)、不以DNA为靶的间接诱变（纺锤体抑制、对酶促过程的作用）

化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作用或干扰与DNA合成和修复有关的酶系统。1、纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞器，从而干扰有丝分裂过程。诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂。2、对酶促过程的作用：

对DNA合成和复制有关的酶系统作用也可间接影响遗传物质。

第9页,共20页，2024年2月25日，星期天(二)突变后果1、体细胞突变的后果①、最受注意的是致癌问题；②、胚胎体细胞突变可能导致畸胎；③、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。2、生殖细胞突变的后果①、致死性影响：可能是显性致死或隐性致死。②、非致死性影响：出现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。③、将使基因库的遗传负荷增加。（三）突变的修复机制修复(repairing)

：是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。修复的主要类型：

1光修复2切除修复3重组修复4SOS修复第10页,共20页，2024年2月25日，星期天四、致突变试验方法（一）回复突变试验1细菌回复突变试验(1)细菌回复突变假如有致突变物存在，则营养缺陷型的细菌回复突变成原养型，因而能在营养缺乏的培养基上生长形成菌落，根据此判断受试物是否致突变物。如鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株。（2）真核微生物回复突变试验真核微生物可以检测基因突变和染色体损伤。常用的酿造酵母菌株有：D3,D4,D7等。第11页,共20页，2024年2月25日，星期天2、哺乳动物细胞细胞基因突变试验试验原理在加入和不加入代谢活化系统的条件下，使细胞暴露于受试物一定时间，然后将细胞再传代培养，突变细胞在含有6-硫代鸟嘌呤（6-thioguanine，6-TG）或三氟胸苷（trifluorothymidine，TFT）的选择性培养液中能继续分裂并形成集落。基于突变集落数，计算突变频率以评价受试物的致突变性。第12页,共20页，2024年2月25日，星期天3、果蝇伴性隐性致死试验

果蝇伴性隐性致死试验：是利用隐性基因在伴性遗传中的交叉特征检出各类点突变的试验。试验原理：隐性基因在伴性遗传中的交叉遗传特征，即雄蝇的X染色体传给F1代雌蝇，又通过F1代传给F2代雄蝇。X染色的隐性突变基因在F1代雌蝇为杂合体，不能表达，而在F2代雄蝇为半合体，能表达出来。如果雄蝇接着受试物后X染色体出现隐性致死性突变，结果其F2代雄蝇数目较少雌蝇少一半。据此推断致死突变的存在。第13页,共20页，2024年2月25日，星期天4、染色体分析（1）染色体畸变分析（chromosomeassy)主要观察染色体的结构畸变和数目畸变（2)微核试验(micronucleustest,MNT)能检察出断裂剂和有丝分裂毒物（3）姐妹染色体交换试验（sisterchromatidexchangeassay,SCE)现在以广泛用于筛选食品中化学物致突变。第14页,共20页，2024年2月25日，星期天5、显性致死试验显性致死试验：使雄性大鼠或小鼠接着受试物，然后使之与未接着该物质的雌性大鼠或小鼠交配，观察胚胎死亡情况。6、小鼠可遗传易位试验用于检测受试物引起雄性小鼠生殖细胞染色体相互易位的作用。7、细菌DNA修复试验本试验对检测能与DNA形成加合物或嵌入作用的化学物较为敏感；对于阻滞DNA促旋酶（gyrase);诱发DNA与蛋白质交联、碱基置换和移码的化学物也可出。第15页,共20页，2024年2月25日，星期天8、非程序性DNA合成试验（USD试验）原理

正常情况下，于细胞有丝分裂周期中，仅S期是DNA合成期。当DNA受损伤时，损伤修复的DNA合成主要在其他细胞周期，称程序外DNA合成，即UDS，因此发现UDS增高，即表明DNA发生过损伤。9、精子畸形试验原理：已知精子畸形是决定精子形成的基因发生突变的结果。常染色体和Y-性连锁基因突变及某些染色体重排，如性-常染色体易位，也可使精子发生畸形。小鼠精子畸形试验能评价受试物对精子生成、发育的影响，可检测受试物在体内对生殖细胞的遗传毒性作用。

第16页,共20页，2024年2月25日，星期天10、小鼠特异基因座试验特异基因座试验(SLT)是利用两种品系的小鼠，一种为T型，其有几个与毛色、眼色和耳型有关的隐性突变基因的纯合子；另一种为3H1或C57BL系，不具有这些基因的野生型，使后一种小鼠接触受试物，使之与T系交配。如果受试物未能使相应位点发生突变，则杂交一代为杂合子，T系的隐性基因不能表达，如果发生了突变，则相应的隐性基因可于出生时或断乳时表达。第17页,共20页，2024年2月25日，星期天五、致突变作用评价美国EPA毒物处(1936)提出了一个三阶段的试验方案，把遗传毒性检测和生殖细胞致突变性验证分阶段进行。第一阶段测试化学物的遗传毒性，包括Ames试验、体外哺乳动物细胞基因突变试验、体内骨髓染色体损伤试验(微核试验或染色体畸变试验)；第二阶段测试对生殖细胞的致突变作用；第三阶段为哺乳动物生殖细胞致突变性标准试验。在遗传危害性评价时，在体外基因突变试验中呈阳性的化学物应进行与哺乳类性腺DNA相互作用的试验，包括睾丸细胞的SCE、UDS、染色体畸变及碱性洗脱试验等，也可进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，需进行小鼠特异座位试验，可观察形态改变或生化改变；在体内骨髓细胞染色体畸变试验或微核试验中呈阳性的化学物需进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，再进行小鼠可遗传易位试验。第18页,共20页，2024年2月25日，星期天五、致突变作用评价国际协调组织(1CH)(1997)对于药品的遗传毒性评价建议的检测试验组合为①细菌基因突变试验；②体外哺乳动物细胞染色体畸变试验或体外小鼠淋巴瘤细胞比试验；③体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验(骨髓细胞染色体畸变试验或骨髓或外周血多染红细胞微核试验)。在对经标准试验组合得到的致突变作用结果进行进一步研究时，其他试验如DNA加合物测定、DNA链断裂检测、DNA修复和重组试验等都可作为供选择的试验。对于在三项标准试验中为阴性的化学物，通常可认为其无遗传毒性作用。但对于构效关系显示有可能具致癌性或致突变性，但在三项标准试验中为阴性的化学物，还需要改进试验方法或再增加试验项目。对于在三项标准试验中为阴性，但致癌试验显示有致癌效应，又无明确的证据说明该化学物是通过非遗传毒性机制发挥作用时，为了了解其作用方式，可再进行改变代谢活化系统的体外试验或应用肿瘤发生的靶器官进行遗传损伤试验(如肝脏UDS试验、DNA加合物检测、转基因突变检测、肿瘤相关基因的遗传改变检测)。第19页,共20页，2024年2月25日，星期天五、致突变作用评价我国卫生部在《食品安全性毒理学评价程序》(1994)中对遗传毒理学试验的要求是：根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验以及体细胞和生殖细胞的原则，在Ames路试验、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸形试验和睾丸染色体畸变试验中选择四项，如其中一项试验为阳性，