外源化学物致癌作用课件

第八章第八章 外源化学物致癌作用外源化学物致癌作用 * * 1 1 肿瘤肿瘤(tumor,neoplasm)(tumor,neoplasm)：具有分裂潜能的细胞受致癌因素作：具有分裂潜能的细胞受致癌因素作 用后，发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物。人体用后，发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物。人体 任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。 肿瘤分类：肿瘤分类： 1 1、良性肿瘤：呈膨胀生长，与周围组织有明显界限，多有包、良性肿瘤：呈膨胀生长，与周围组织有明显界限，多有包 膜，生长具有膜，生长具有“ “自限性自限性” ”，对机体的破坏性小。，对机体的破坏性小。 2 2、恶性肿瘤：呈增殖失控，细胞异常分化，且具有侵袭和转、恶性肿瘤：呈增殖失控，细胞异常分化，且具有侵袭和转 移能力。移能力。 （1 1）癌（）癌（carcinomacarcinoma）：上皮细胞来源的恶性肿瘤）：上皮细胞来源的恶性肿瘤 （2 2）肉瘤（）肉瘤（sarcomasarcoma）：由间质细胞来源的恶性肿瘤）：由间质细胞来源的恶性肿瘤 * * 2 2 n n 毒理学中的毒理学中的“ “癌癌” ”是一种广义的概念，包括：癌、肉瘤及良性是一种广义的概念，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。瘤作用。 n n 化学致癌作用化学致癌作用(chemical carcinogenesis)(chemical carcinogenesis)：是指化学物质引起是指化学物质引起 或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。 n n 化学致癌物化学致癌物(chemical carcinogen)(chemical carcinogen)：凡是能引起生物体肿瘤，凡是能引起生物体肿瘤， 增加其发病率或死亡率的化学物。增加其发病率或死亡率的化学物。 * * 3 3 17751775年由英国的年由英国的PottPott报导煤烟和煤焦油是清扫烟囱工人阴报导煤烟和煤焦油是清扫烟囱工人阴 囊癌的主要病因囊癌的主要病因 。 瑞典的瑞典的ReherReher观察到，苯胺染料生产工人膀胱癌的发病率观察到，苯胺染料生产工人膀胱癌的发病率 升高，当时认为苯胺为致癌原因，后来发现主要与在其生升高，当时认为苯胺为致癌原因，后来发现主要与在其生 产中同时存在的联苯胺及产中同时存在的联苯胺及-萘胺有关。萘胺有关。 英国的英国的KennawayKennaway从焦油沥青中分馏出致癌物苯并（从焦油沥青中分馏出致癌物苯并（a a）芘）芘 ，又陆续报导了一些多环芳烃类物质可引起肿瘤的发病率，又陆续报导了一些多环芳烃类物质可引起肿瘤的发病率 提高。提高。 * * 4 4 第一节第一节 化学致癌过程化学致癌过程 细胞癌变的多阶段学说细胞癌变的多阶段学说 肿瘤发生是一个长期的、多阶段、多基因改变累积肿瘤发生是一个长期的、多阶段、多基因改变累积 的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。 化学致癌过程至少可分为化学致癌过程至少可分为: : 引发（引发（initiationinitiation） 促长（促长（promotionpromotion） 进展（进展（progressionprogression） * * 5 5 1. 引发阶段（Initiation) 2. 促长阶段（Promotion) 3.进展阶段（Progression) DNA损伤 损伤固定 遗传性状改变 突变细胞在内、外因素的作用下， 促进肿瘤细胞的分裂和增生 突变细胞 生长速度快 侵袭性和转移能力强 生理生化和免疫性状改变 * * 6 6 （进展） * * 7 7 正常 上皮 结肠癌的多阶段模型 上皮过 度增殖 早期 腺瘤 中期 腺瘤 晚期 腺瘤 原 位 癌 浸润 转移 引发 阶段 促长 阶段 进展阶段 由抑癌基因APC丢失 开始，癌基因Ras突 变促进克隆的发展， 导致腺瘤发生。 抑癌基因DCC和p53缺失， 促进结肠肿瘤从良性到恶性 发展。 * * 8 8 1 1、引发阶段引发阶段 引发（启动）是遗传毒性发生的过程，是化学致癌的第一步。引发（启动）是遗传毒性发生的过程，是化学致癌的第一步。 致癌物直接作用于致癌物直接作用于DNADNA，引起基因突变，使单个或少量细胞发，引起基因突变，使单个或少量细胞发 生永久性的、不可逆的遗传性改变，成为突变细胞，或称生永久性的、不可逆的遗传性改变，成为突变细胞，或称 “ “启启 动细胞动细胞” ”，诱发细胞突变的因素称为，诱发细胞突变的因素称为引发剂引发剂（启动剂启动剂）。）。 启动细胞的表型可能正常，它必须通过克隆扩增才能形成损伤启动细胞的表型可能正常，它必须通过克隆扩增才能形成损伤 。 在接触致癌物与发生细胞转化之间要有一个相当长的潜伏期，在接触致癌物与发生细胞转化之间要有一个相当长的潜伏期， 需要启动效应的遗传传递。需要启动效应的遗传传递。 * * 9 9 1. 引发阶段（Initiation) 2. 促长阶段（Promotion) 3.进展阶段（Progression) DNA损伤 损伤固定 遗传性状改变 突变细胞在内、外因素的作用下，促 进肿瘤细胞的分裂和增长 突变细胞 生长速度快 侵袭性和转移能力强 生化学和免疫性状改变 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 * * 1010 2 2、促长阶段、促长阶段 细胞在致癌物的作用下变成启动细胞后，在某些因素作用下细胞在致癌物的作用下变成启动细胞后，在某些因素作用下 ，以相对于周围正常细胞的选择优势进行克隆扩增，形成镜，以相对于周围正常细胞的选择优势进行克隆扩增，形成镜 下或肉眼可见的细胞群，即良性肿瘤（如乳头状瘤或腺瘤）下或肉眼可见的细胞群，即良性肿瘤（如乳头状瘤或腺瘤） 。促长价段癌细胞的表型发生变化，恶性肿瘤细胞的各种性。促长价段癌细胞的表型发生变化，恶性肿瘤细胞的各种性 状得以表达。起促进作用的因素称为状得以表达。起促进作用的因素称为促长剂促长剂或或促癌剂促癌剂。 促癌剂包括多种人类环境中存在的因子，如促癌剂包括多种人类环境中存在的因子，如TCDDTCDD、苯巴比、苯巴比 妥，以及高盐高脂饮食、糖精、香烟烟雾等。其中烟雾既是妥，以及高盐高脂饮食、糖精、香烟烟雾等。其中烟雾既是 肺癌、胰腺癌、食道癌和其它器官癌的启动剂，同时也是促肺癌、胰腺癌、食道癌和其它器官癌的启动剂，同时也是促 癌剂。癌剂。 人体内的一些内源性物质也具有促癌作用，如雌激素对乳腺人体内的一些内源性物质也具有促癌作用，如雌激素对乳腺 癌有促进作用；胆酸是结肠癌与肝癌的促进剂。癌有促进作用；胆酸是结肠癌与肝癌的促进剂。 * * 1111 促癌剂的作用机理：促癌剂的作用机理： 通过细胞毒性或激素作用刺激细胞增殖。如高脂肪饮食可使通过细胞毒性或激素作用刺激细胞增殖。如高脂肪饮食可使 乳腺癌的发病率增高，原因是高脂肪饮食可使催乳素分泌增乳腺癌的发病率增高，原因是高脂肪饮食可使催乳素分泌增 多，而催乳素对乳腺癌的发生有促进作用。多，而催乳素对乳腺癌的发生有促进作用。 抑制细胞间的信息互通，从而解除细胞生长的接触抑制，使抑制细胞间的信息互通，从而解除细胞生长的接触抑制，使 启动了的细胞能逃脱周围正常细胞的抑制，出现增殖失控。启动了的细胞能逃脱周围正常细胞的抑制，出现增殖失控。 免疫抑制。免疫抑制。 * * 1212 1. 引发阶段（Initiation) 2. 促长阶段（Promotion) 3.进展阶段（Progression) DNA损伤 损伤固定 遗传性状改变 突变细胞在内、外因素的作用下，促 进肿瘤细胞的分裂和增长 突变细胞 生长速度快 侵袭性和转移能力强 生化学和免疫性状改变 促长阶段的主要特征 可逆性 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 促长细胞群的存在取决于促长剂的持续存在 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，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 * * 1313 引发剂与促癌剂对小鼠皮肤诱发肿瘤的阶段性 组 别 肿瘤 （1）I I I I I I I I I + 反复多次给予引发剂可诱发肿瘤 （2）I 引发后无促癌剂则不能发生肿瘤 （3）P P P P P P P P 无引发剂，仅有促癌剂也不发生肿瘤 （4）I P P P P P P P + 引发后，多次给予促癌剂则可发生肿瘤 （5）I P P P P 引发后，促癌剂接触次数少不发生肿瘤 （6）P P P P P I 先促癌剂，后引发剂也不发生肿瘤 （7）I P P P P P P + 引发后经过一定时间再给予促癌剂可发生肿瘤 * * 1414 3 3、进展阶段进展阶段 指在肿瘤形成过程中，在促进之中或之后，细胞表现出不可指在肿瘤形成过程中，在促进之中或之后，细胞表现出不可 逆的遗传学改变，其标志为遗传不稳定性增加和恶性变化，逆的遗传学改变，其标志为遗传不稳定性增加和恶性变化， 在形态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出恶性肿瘤的生物在形态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出恶性肿瘤的生物 学特征，如生长速度、侵袭性、转移能力、以及生理生化、学特征，如生长速度、侵袭性、转移能力、以及生理生化、 免疫性能的改变等。免疫性能的改变等。 当细胞开始失去维持核型稳定的能力并出现染色体畸变时，当细胞开始失去维持核型稳定的能力并出现染色体畸变时， 它们即进入进展期。核型不稳定性进一步促进肿瘤细胞的生它们即进入进展期。核型不稳定性进一步促进肿瘤细胞的生 长和恶性表型的发展，同时引起细胞代谢调节功能的改变，长和恶性表型的发展，同时引起细胞代谢调节功能的改变， 且逃避机体免疫监视等功能。且逃避机体免疫监视等功能。 * * 1515 1. 引发阶段（Initiation) 2. 促长阶段（Promotion) 3.进展阶段（Progression) DNA损伤 损伤固定 遗传性状改变 突变细胞在内、外因素的作用下，促 进肿瘤细胞的分裂和增长 突变细胞 生长速度快 侵袭性和转移能力强 生化学和免疫性状改变 进展阶段的主要特征 不可逆 伴随生长率和侵袭性的增加出现核型异常，核型不稳 定性导致细胞基因组结构的形态学改变 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 * * 1616 * * 1717 前致癌物前致癌物 终致癌物终致癌物 活化活化 正常细胞正常细胞 致癌物致癌物-DNA-DNA 加合物加合物 DNADNA复制错复制错 配修复失败配修复失败 DNADNA修复修复 细胞死亡细胞死亡 细胞含错细胞含错 配碱基配碱基 引发的细胞引发的细胞 分化的细胞分化的细胞 不分化的细胞不分化的细胞 转移转移 促长促长 进展进展 化学致癌过程的主要阶段化学致癌过程的主要阶段 修复修复 * * 1818 遗传易感性与化学致癌遗传易感性与化学致癌 单核苷酸多态性单核苷酸多态性 特定基因的遗传多态性特定基因的遗传多态性 个体的遗传易感性个体的遗传易感性 肿瘤肿瘤 * * 1919 第二节第二节 化学致癌机制化学致癌机制 化学致癌作用：化学致癌作用：多因素、多基因参与的多阶段过程多因素、多基因参与的多阶段过程。 体细胞突变致癌学说：体细胞突变致癌学说：即造成即造成DNADNA损伤而引发肿瘤损伤而引发肿瘤 的遗传毒性机制的遗传毒性机制 非突变致癌学说：非突变致癌学说：即对即对DNADNA以外靶分子作用的非以外靶分子作用的非 遗传毒性机制遗传毒性机制 * * 2020 一、体细胞突变学说一、体细胞突变学说 n n 体细胞突变学说的依据：体细胞突变学说的依据： 1 1、致癌物代谢活化后生成的、致癌物代谢活化后生成的DNADNA加合物诱导基因突变；加合物诱导基因突变； 2 2、大多数致癌物在致突变实验中呈阳性；、大多数致癌物在致突变实验中呈阳性； 3 3、DNADNA修复缺陷可以导致肿瘤发生；修复缺陷可以导致肿瘤发生； 4 4、许多肿瘤组织中发生染色体畸变和基因组不稳定性；、许多肿瘤组织中发生染色体畸变和基因组不稳定性； 5 5、肿瘤细胞来源于单细胞克隆；、肿瘤细胞来源于单细胞克隆； 6 6、癌基因突变及抑癌基因突变和缺失在肿瘤细胞中普遍存、癌基因突变及抑癌基因突变和缺失在肿瘤细胞中普遍存 在，且突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。在，且突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。 * * 2121 （一）与致癌作用有关的代谢 n n 人们接触的大多数致癌物是间接致癌物，必须通过酶系统的人们接触的大多数致癌物是间接致癌物，必须通过酶系统的 代谢活化，形成终致癌物才能发挥其致癌作用。代谢活化，形成终致癌物才能发挥其致癌作用。 n n 体内正常的生物转化酶的作用：一是解毒（水解、还原、氧体内正常的生物转化酶的作用：一是解毒（水解、还原、氧 化反应），二是使外来化合物的极性增加（结合反应），容化反应），二是使外来化合物的极性增加（结合反应），容 易排出体外。易排出体外。 n n 在某些情况下，生物转化酶也可作用于外来化合物，产生代在某些情况下，生物转化酶也可作用于外来化合物，产生代 谢活化作用，如无活性的间接致癌物，可以在体内生物转化谢活化作用，如无活性的间接致癌物，可以在体内生物转化 酶系统的作用下，经代谢活化转变为终致癌物。酶系统的作用下，经代谢活化转变为终致癌物。 * * 2222 化学致癌物的代谢特点化学致癌物的代谢特点: : （1 1）代谢以氧化过程为主，所形成的终致癌物具有亲电子性，）代谢以氧化过程为主，所形成的终致癌物具有亲电子性， 能与能与DNADNA、RNARNA、蛋白质结合，导致损伤效应，引起突变，、蛋白质结合，导致损伤效应，引起突变， 诱发肿瘤。诱发肿瘤。 （2 2）致癌物的代谢活化可在多种组织、器官中进行，虽有组织）致癌物的代谢活化可在多种组织、器官中进行，虽有组织 特异性，但以肝脏为主。特异性，但以肝脏为主。 （3 3）人和动物对化学致癌物的代谢在种属、品系、家族和个体）人和动物对化学致癌物的代谢在种属、品系、家族和个体 上的差异与遗传因素决定的代谢酶多态性有关，致癌物代谢酶上的差异与遗传因素决定的代谢酶多态性有关，致癌物代谢酶 的活性因人而异，个体间的差异可达的活性因人而异，个体间的差异可达30-10030-100倍，个别甚至达倍，个别甚至达 10001000倍。倍。 * * 2323 DNADNA加合物（加合物（DNA adductDNA adduct） 化学致癌物在体内生物转化酶系统作用下，经代谢活化，产化学致癌物在体内生物转化酶系统作用下，经代谢活化，产 生具有致癌作用的终致癌物，后者含有亲电子结构，能与体生具有致癌作用的终致癌物，后者含有亲电子结构，能与体 内的生物大分子如内的生物大分子如DNADNA上的亲核基团发生共价结合，导致上的亲核基团发生共价结合，导致 DNADNA的突变，引起的突变，引起DNADNA损伤。损伤。 致癌物与致癌物与DNADNA大分子的结合具有位点特异性，不同位点的大分子的结合具有位点特异性，不同位点的 加合物有不同的生物学效应，绝大多数化学致癌物加合物形加合物有不同的生物学效应，绝大多数化学致癌物加合物形 成位点与基因突变位点密切联系。成位点与基因突变位点密切联系。 * * 2424 支持这一观点的实验依据支持这一观点的实验依据 1. 1. 大多数致癌物同时也是致突变物大多数致癌物同时也是致突变物 2. 2. 许多致癌物的致突变和致癌性质取决于它们是否能转变为许多致癌物的致突变和致癌性质取决于它们是否能转变为 亲电子的代谢产物亲电子的代谢产物 3. DNA3. DNA加合物的水平通常与致癌性和致突变性成正相关加合物的水平通常与致癌性和致突变性成正相关 4. DNA4. DNA和致癌物的相互作用可活化肿瘤基因和致癌物的相互作用可活化肿瘤基因 * * 2525 亲电性化合物 DNA, RNA, 蛋白质 亲核基团 加合物 碱基突变、缺失 、插入、交联 基因结构改变 肿瘤 细胞、血液、尿 共价结合 * * 2626 （二）（二）DNADNA修复与化学致癌修复与化学致癌 正确修复：正确修复：受损的受损的DNADNA完全回复到原有的结构与功能，不发完全回复到原有的结构与功能，不发 生突变。生突变。 错误修复：错误修复：经修复的经修复的DNADNA部分仍可能在结构和功能上存在缺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。陷，细胞虽能生存，但出现突变。 DNADNA损伤损伤-修复修复-突变突变-肿瘤肿瘤 化学致癌物能否引发肿瘤既取决于它们对机体生物大分子化学致癌物能否引发肿瘤既取决于它们对机体生物大分子 尤其是尤其是DNADNA的损伤，也取决于机体对损伤的损伤，也取决于机体对损伤DNADNA的修复能力。的修复能力。 * * 2727 DNADNA受化学致癌物作用而损伤后，可能通过糖基化酶排除受化学致癌物作用而损伤后，可能通过糖基化酶排除 损伤的碱基或切除化学损伤周围的一段碱基，从而迅速修损伤的碱基或切除化学损伤周围的一段碱基，从而迅速修 复，接着由复，接着由DNADNA聚合酶催化正常序列的合成。聚合酶催化正常序列的合成。 DNADNA修复机制十分复杂，由一些修复机制十分复杂，由一些DNADNA损伤修复基因调控，损伤修复基因调控， 涉及一些酶系统，如甲基转移酶、糖基转移酶、以及各种涉及一些酶系统，如甲基转移酶、糖基转移酶、以及各种 类型的损伤特异修复酶。类型的损伤特异修复酶。 * * 2828 DNADNA损伤修复存在不均一性和可诱导性损伤修复存在不均一性和可诱导性 n n 不均一性不均一性表现在不同个体、不同器官和不同种类细胞之间的表现在不同个体、不同器官和不同种类细胞之间的 修复能力不同，也表现为同一细胞内不同基因片段上的损伤修复能力不同，也表现为同一细胞内不同基因片段上的损伤 获得的修复机会不同等，即获得的修复机会不同等，即表达基因优先于静止基因表达基因优先于静止基因，调控调控 基因优先于功能基因基因优先于功能基因。 n n 可诱导性可诱导性是指细胞修复是指细胞修复DNADNA的能力并不是固定不变的，可的能力并不是固定不变的，可 被相关因素所诱导。在小剂量损伤因素的连续刺激下，被相关因素所诱导。在小剂量损伤因素的连续刺激下， DNADNA损伤修复的能力会升高。损伤修复的能力会升高。 * * 2929 （三）癌基因、原癌基因及抑癌基因（三）癌基因、原癌基因及抑癌基因 n n DNADNA上原（前）癌基因、抑癌基因很可能上原（前）癌基因、抑癌基因很可能 是化学致癌物的靶分子。是化学致癌物的靶分子。 * * 3030 癌基因（癌基因（oncogeneoncogene）：）：一类在自然或实验条件下一类在自然或实验条件下 能引起细胞恶性转化及癌变的基因。能引起细胞恶性转化及癌变的基因。 多数癌基因表达产物都是细胞信号转导系统的组 成成分，作为细胞生长因子和细胞生长因子受体、核 转录因子或转录调节蛋白，促进细胞有丝分裂，参与 细胞周期的调控等。 * * 3131 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 * * 3232 原癌基因原癌基因（proto-oncogeneproto-oncogene）：）： 指机体内正常细胞所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，在正常情况下，原癌基因呈静止状态， 对细胞无害对细胞无害 且具有重要生物学功能，如生长因子、受体、信号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，癌基因是化学分子、转录因子和细胞周期调节等，癌基因是化学 致癌物作用的靶分子。致癌物作用的靶分子。 * * 3333 n n 癌基因癌基因通常以通常以原（前）癌基因原（前）癌基因的形式普遍存在于正常动物的形式普遍存在于正常动物 细胞的基因组内，原癌基因在进化过程中高度保守，它们细胞的基因组内，原癌基因在进化过程中高度保守，它们 在细胞中行使正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信在细胞中行使正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信 息传递的调控起重要作用。息传递的调控起重要作用。 n n 化学、物理或生物等致癌因素作用于细胞后，引起原癌基化学、物理或生物等致癌因素作用于细胞后，引起原癌基 因突变并使之激活，转变成癌基因后才会导致细胞癌变。因突变并使之激活，转变成癌基因后才会导致细胞癌变。 * * 3434 原癌基因癌基因 突变 致癌物癌变 原癌基因与癌基因关系示意图 * * 3535 抑癌基因（抑癌基因（anti-oncogeneanti-oncogene）：）：又称又称肿瘤抑制基因（肿瘤抑制基因（ tumor suppressor genestumor suppressor genes）、肿瘤易感基因（）、肿瘤易感基因（tumor tumor susceptibility gene)susceptibility gene)，指对细胞生长、增殖和分化起指对细胞生长、增殖和分化起 负性调节的基因，即抑癌作用。负性调节的基因，即抑癌作用。 是正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码的蛋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。白质能够降低或抑制细胞分裂活性。 由于含化学致癌因素的作用，抑癌基因发生纯合子由于含化学致癌因素的作用，抑癌基因发生纯合子 缺失或失活，可引起细胞的恶性转化而致癌。缺失或失活，可引起细胞的恶性转化而致癌。 * * 3636 抑癌基因失活抑癌基因失活肿瘤细胞增殖失控 肿瘤细胞增殖失控 正常情况抑癌基因具有多种多样的正常情况抑癌基因具有多种多样的 细胞功能，如细胞功能，如P53P53 * * 3737 癌基因癌基因激活，导致肿瘤的阳性增殖，原癌基因突变为癌基因激活，导致肿瘤的阳性增殖，原癌基因突变为癌基因 后通常过度表达后通常过度表达 癌基因的两个等位基因中单个基因突变可以影响细胞表型癌基因的两个等位基因中单个基因突变可以影响细胞表型 抑癌基因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 * * 3838 * * 3939 （四）基因表达调控异常与肿瘤发生（四）基因表达调控异常与肿瘤发生 原癌基因、抑癌基因或其他基因表达、转录、翻译原癌基因、抑癌基因或其他基因表达、转录、翻译 等过程的异常均引起基因表达异常，引发肿瘤。等过程的异常均引起基因表达异常，引发肿瘤。 基因表达的调控是一个多水平的过程，包括基因组基因表达的调控是一个多水平的过程，包括基因组 、转录、转录后、翻译及翻译后等复杂过程。、转录、转录后、翻译及翻译后等复杂过程。 * * 4040 肿瘤发病机制学说的两大学派：肿瘤发病机制学说的两大学派： 1 1、基因学说：、基因学说：即癌变是由于基因的改变；即癌变是由于基因的改变； 2 2、基因外学说：、基因外学说：即基因表达调控失常，基因本身不即基因表达调控失常，基因本身不 一定有改变。一定有改变。 两大学派已逐渐在癌基因发病的理论中趋向统一两大学派已逐渐在癌基因发病的理论中趋向统一 ，目前认为，肿瘤的发生是由于多层次上异常所致，目前认为，肿瘤的发生是由于多层次上异常所致 ，仅从单一方面去认识与解释都将是局限的。，仅从单一方面去认识与解释都将是局限的。 * * 4141 二、非遗传毒性致癌机制二、非遗传毒性致癌机制 一些外源的化合物如免疫抑制剂、激素、苯巴比妥和促癌剂 （如佛波酯）等，是通过非遗传机制而产生致癌作用，称为 非遗传因子。 非遗传因子并不改变DNA序列，即对遗传物质没有影响，但 能改变或抑制某些与细胞增殖和分化有关的基因。它们可作 用于转录和翻译等过程，促进基因型已发生改变的细胞，即 含有突变或原癌基因已激活成为癌基因的细胞增生，从而使 这些改变或启动的细胞克隆增生。 非遗传因子非遗传毒性致癌机制涉及因素很多，包括：细胞 间隙连接通讯、信号转导系统、纺锤丝系统、DNA修复系统 以及基因表达调控系统等。 * * 4242 非突变致癌学说的主要研究方向非突变致癌学说的主要研究方向 表观遗传调控失常致癌表观遗传调控失常致癌 细胞异常持久增生致癌细胞异常持久增生致癌 内分泌激素失调致癌内分泌激素失调致癌 免疫功能抑制致癌免疫功能抑制致癌 过氧化物酶体增殖剂激活致癌过氧化物酶体增殖剂激活致癌 * * 4343 外源化学物外源化学物 与人体接与人体接 触包括各触包括各 种途径种途径 非遗传毒非遗传毒 性化学物性化学物 直接或间接诱导直接或间接诱导 有丝分裂、促进有丝分裂、促进 细胞过度增殖细胞过度增殖 引发引发 细胞细胞 绝大多数经绝大多数经 代谢解毒代谢解毒 排排 泄泄 少数经代少数经代 谢活化谢活化 终致终致 癌物癌物 作用于生作用于生 物大分子物大分子 DNADNA加合物加合物 形成、癌基形成、癌基 因与抑癌基因与抑癌基 因的改变因的改变 直接致癌物直接致癌物 癌前病变癌前病变肿瘤肿瘤 逃避宿主的逃避宿主的 免疫监视免疫监视 促癌物促癌物 DNADNA损损 伤修复伤修复 多阶段致癌多阶段致癌 理论图解理论图解 * * 4444 化学致癌多基因、多因素参与的多阶段理论化学致癌多基因、多因素参与的多阶段理论 化学致癌物 癌基因 抑癌基因 DNA修复基因 代谢酶基因 凋亡基因 抗凋亡基因 外源性因素 理化生物因素、营养等 内源性因素 遗传、免疫、激素、精神等 生物体 引起癌基因、抑癌基因等发生点突变、 扩增、易位、重排、缺失等使癌基因活化 ，抑癌基因失活，导致细胞的增殖、分化 、凋亡异常引起肿瘤。 * * 4545 第三节第三节 化学致癌相关的分子事件化学致癌相关的分子事件 n n 一、基因调控一、基因调控 n n 二、端粒调控与细胞永生化二、端粒调控与细胞永生化 n n 三、细胞调控周期紊乱三、细胞调控周期紊乱 n n 四、细胞凋亡四、细胞凋亡 * * 4646 第四节第四节 化学致癌物的分类化学致癌物的分类 * * 4747 一、根据致癌物对人类和动物致癌作用分类 国际癌症研究所（国际癌症研究所（IARCIARC）分类：）分类： 组组1 1：对人是致癌物。对人类致癌证据充分者属本组。：对人是致癌物。对人类致癌证据充分者属本组。 组组2 2：对人类很可能或可能是致癌物。：对人类很可能或可能是致癌物。 组组2A2A：对人很可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性：对人很可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性 证据充分。证据充分。 组组2B2B：对人可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证：对人可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证 据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。 组组3 3：现有证据不能对人类致癌性进行分类。指缺乏人类的资料，动物致癌性：现有证据不能对人类致癌性进行分类。指缺乏人类的资料，动物致癌性 资料也有限。资料也有限。 组组4 4：对人类可能是非致癌物。：对人类可能是非致癌物。 * * 4848 二、根据化学致癌作用模式分类 1、遗传毒性致癌物（genotoxic carcinogen）： 指进入细胞后与指进入细胞后与DNADNA发生共价结合，引起机体遗传发生共价结合，引起机体遗传 物质改变，导致癌变的化学物质。物质改变，导致癌变的化学物质。 * * 4949 直接致癌物直接致癌物 间接致癌物间接致癌物 前致癌物前致癌物 近致癌物近致癌物 终致癌物终致癌物 前致癌物前致癌物 近致癌物近致癌物 终致癌物终致癌物 代谢酶 代谢酶 * * 5050 n n 无机致癌物：无机致癌物：通过选择性改变通过选择性改变DNADNA复制的复制的 保真性，导致保真性，导致DNADNA的改变，如金属镍、铬的改变，如金属镍、铬 或它们的盐类等。或它们的盐类等。 * * 5151 n2、表观遗传毒性致癌物 （epigenotoxic carcinogen）：指不作用于机指不作用于机 体遗传物质的化学致癌物。体遗传物质的化学致癌物。 * * 5252 （1 1）促长剂促长剂：本身无致癌作用，在给予遗传毒性致癌物后再给予促长剂，可以：本身无致癌作用，在给予遗传毒性致癌物后再给予促长剂，可以 增强遗传毒性致癌物的致癌作用，也可以促进增强遗传毒性致癌物的致癌作用，也可以促进“ “自发性自发性” ”转化细胞发展成癌。转化细胞发展成癌。 如苯巴比妥、二丁基羟基甲苯等。如苯巴比妥、二丁基羟基甲苯等。 （2 2）内分泌调控剂内分泌调控剂：主要改变内分泌系统平衡及细胞的正常分化，常常起促长：主要改变内分泌系统平衡及细胞的正常分化，常常起促长 剂作用。如乙烯雌酚、雌二醇、硫脲等。剂作用。如乙烯雌酚、雌二醇、硫脲等。 （3 3）免疫抑制剂免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增殖作用，如嘌呤同类物。：主要对病毒诱导的恶性转化起增殖作用，如嘌呤同类物。 （4 4）细胞毒剂细胞毒剂：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌症发展。如次氮基：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌症发展。如次氮基 三乙酸、氯仿等。三乙酸、氯仿等。 （5 5）过氧化物酶体增殖剂过氧化物酶体增殖剂：可导致细胞内氧自由基过量生成。如祛脂乙酯、邻：可导致细胞内氧自由基过量生成。如祛脂乙酯、邻 苯二甲酸乙基已酯。苯二甲酸乙基已酯。 （6 6）固态物质固态物质：物理状态是关键因素，可能涉及到细胞毒性。如塑料、石棉。：物理状态是关键因素，可能涉及到细胞毒性。如塑料、石棉。 * * 5353 3 3、其他、其他： 助致癌物：助致癌物：本身既不具有引发作用，也不具本身既不具有引发作用，也不具 有促长作用，但可以促进引发作用和增强促有促长作用，但可以促进引发作用和增强促 长作用，即能促进或增强全部致癌过程。如长作用，即能促进或增强全部致癌过程。如 乙醇、二氧化硫等。乙醇、二氧化硫等。 * * 5454 三、根据对人和动物致癌性的其他分类三、根据对人和动物致癌性的其他分类 确定致癌物确定致癌物：指人和动物都有充分明确的证据指人和动物都有充分明确的证据，表明该化，表明该化 学物质对人有致癌性。学物质对人有致癌性。 可疑致癌物：可疑致癌物：指仅有个别临床报告，但在人群流行病学调查指仅有个别临床报告，但在人群流行病学调查 中未得到确切肯定的因果关系；或仅在多种动物、特别是与中未得到确切肯定的因果关系；或仅在多种动物、特别是与 人类血缘相似的灵长类动物致癌试验阳性的化学物。人类血缘相似的灵长类动物致癌试验阳性的化学物。 潜在致癌物：潜在致癌物：指在人群中尚无充分资料说明人有致癌性，但指在人群中尚无充分资料说明人有致癌性，但 有充分的动物致突变资料的化学物质。有充分的动物致突变资料的化学物质。 * * 5555 已鉴定的人类主要环境致癌因素已鉴定的人类主要环境致癌因素 化学致癌物：如香烟烟雾中的化学致癌物化学致癌物：如香烟烟雾中的化学致癌物 饮食中的污染物：如黄曲霉毒素饮食中的污染物：如黄曲霉毒素B1 B1 物理因素：如紫外线、石棉、氡物理因素：如紫外线、石棉、氡 致病菌和病毒：如幽门螺旋菌、人乳头状瘤病毒致病菌和病毒：如幽门螺旋菌、人乳头状瘤病毒 、人乙肝和丙肝病毒、人乙肝和丙肝病毒 某些生活方式：如吸烟、过度暴露于阳光、某些生活方式：如吸烟、过度暴露于阳光、 过度过度 脂肪摄入等脂肪摄入等 * * 5656 第五节 化学致癌物筛查的基本方法 化学致癌物的判别包括两方面的证据：化学致癌物的判别包括两方面的证据： 人群流行病学调查：人群流行病学调查：必须具备两项以上不同研究者必须具备两项以上不同研究者 在不同地点、不同对象中以不同调查方法获得的结在不同地点、不同对象中以不同调查方法获得的结 论相符的证据。论相符的证据。 动物实验：动物实验：至少有两项按现行常规设计进行，符合至少有两项按现行常规设计进行，符合 GLPGLP，在不同物种动物中所得结果一致的动物致癌，在不同物种动物中所得结果一致的动物致癌 物鉴定资料。物鉴定资料。 * * 5757 n n 致癌是一种后果严重的毒性效应，因此致癌性评定致癌是一种后果严重的毒性效应，因此致癌性评定 是一项极其重要、慎重而又复杂的工作。在方法学是一项极其重要、慎重而又复杂的工作。在方法学 上需要经过严密设计的、可靠的流行病学调查才能上需要经过严密设计的、可靠的流行病学调查才能 判定对人的致癌性。如果进行动物致癌试验，只有判定对人的致癌性。如果进行动物致癌试验，只有 长期的、终生试验才被公认为可得到确切证据，说长期的、终生试验才被公认为可得到确切证据，说 明对动物有无致癌性。明对动物有无致癌性。 * * 5858 常用的致癌物判别方法包括三大类常用的致癌物判别方法包括三大类 n n 短期试验短期试验 n n 动物致癌试验动物致癌试验 n n 人类流行病学调查人类流行病学调查 * * 5959 （一）遗传毒性试验（一）遗传毒性试验 依据：依据：化学物致突变性与致癌性紧密相关。化学物致突变性与致癌性紧密相关。 局限性：局限性：无法检出非遗传毒物的致癌性（假阴性）无法检出非遗传毒物的致癌性（假阴性） 和具有遗传毒性的非致癌物（假阳性）。和具有遗传毒性的非致癌物（假阳性）。 一、短期试验一、短期试验 * * 6060 致癌物筛选试验主要包括：致癌物筛选试验主要包括： 基因突变试验：包括用微生物、昆虫、哺乳类动基因突变试验：包括用微生物、昆虫、哺乳类动 物细胞及啮齿类动物进行体外或体内试验，其中物细胞及啮齿类动物进行体外或体内试验，其中 以以AmesAmes最常用。最常用。 染色体畸变分析，微核试验。染色体畸变分析，微核试验。 直接观察化学物对直接观察化学物对DNADNA的损伤：的损伤：SCESCE试验。试验。 * * 6161 n n 目前主张采用几种方法组合试验，减少出现假阴性目前主张采用几种方法组合试验，减少出现假阴性 和假阳性的情况。和假阳性的情况。 n n 有人主张用有人主张用AmesAmes、小鼠细胞基因突变试验、小鼠细胞基因突变试验、SCESCE、 体外细胞转化试验为一组，若这四种中有一种为阳体外细胞转化试验为一组，若这四种中有一种为阳 性，则表明该物质致癌作用值得进一步探讨。性，则表明该物质致癌作用值得进一步探讨。 * * 6262 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 n n 细胞恶性转化试验：是指受试物与正常细胞在体外细胞恶性转化试验：是指受试物与正常细胞在体外 接触，如有致癌作用，可使正常细胞形态、功能发接触，如有致癌作用，可使正常细胞形态、功能发 生变化，发生与癌细胞相似的过程。生变化，发生与癌细胞相似的过程。 n n 体外培养细胞观察内容：细胞生长自控能力、增殖体外培养细胞观察内容：细胞生长自控能力、增殖 速度、细胞形态、生化表型以及移植于动物体内形速度、细胞形态、生化表型以及移植于动物体内形 成肿瘤的能力等。成肿瘤的能力等。 * * 6363 原理：原理：癌细胞与正常细胞的不同是其核型的改变和因此而导癌细胞与正常细胞的不同是其核型的改变和因此而导 致的生长自控能力的丧失。致的生长自控能力的丧失。 细胞自控能力丧失可能导致细胞细胞自控能力丧失可能导致细胞 在离体培养时生长特性改变。在离体培养时生长特性改变。 正常细胞：正常细胞：在液体培养时，克隆中的细胞排列有序、只能生在液体培养时，克隆中的细胞排列有序、只能生 长成单层；长成单层； 癌细胞：癌细胞：贴壁生长的克隆失去接触抑制的能力，因而形成的贴壁生长的克隆失去接触抑制的能力，因而形成的 “ “恶性转化恶性转化” ”克隆中的细胞排列杂乱，重叠生长。克隆中的细胞排列杂乱，重叠生长。 判断是否出现了细胞的恶变，须将转化的细胞植入试验动判断是否出现了细胞的恶变，须将转化的细胞植入试验动 物体内，观察转化的细胞是否可发展成肿瘤。物体内，观察转化的细胞是否可发展成肿瘤。 * * 6464 恶变的细胞表现恶变的细胞表现 n n 细胞偏大，且大小不等；细胞偏大，且大小不等； n n 核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比例倒置，核膜粗核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比例倒置，核膜粗 厚，核仁增生而肥大；厚，核仁增生而肥大； n n 核仁核胞浆因核仁核胞浆因RNARNA增多而偏酸性，呈嗜碱性染色而偏蓝；增多而偏酸性，呈嗜碱性染色而偏蓝； n n 多见核分裂现象；多见核分裂现象； n n 正常的接触抑制消失，它的克隆是多层细胞且排列紊乱；正常的接触抑制消失，它的克隆是多层细胞且排列紊乱； n n 生长表型改变。生长表型改变。 * * 6565 常用的细胞种类常用的细胞种类 n n 细胞选择的主要原则：细胞选择的主要原则： 1 1、体外容易培养和传代，阴性细胞克隆背景较低；、体外容易培养和传代，阴性细胞克隆背景较低； 2 2、细胞自发突变率低，或自发转化能力很弱；、细胞自发突变率低，或自发转化能力很弱； 3 3、已获得无限生长能力，但仍保持接触抑制而无致、已获得无限生长能力，但仍保持接触抑制而无致 肿瘤性。肿瘤性。 * * 6666 n n 原代细胞：如原代细胞：如SHESHE细胞、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠细胞、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠 支气管上皮细胞等；支气管上皮细胞等； n n 细胞系：细胞系：BALB/C-3T3BALB/C-3T3，C3H10T1/2C3H10T1/2，BHK-21BHK-21； n n 病毒感染细胞：如病毒感染细胞：如RLV/RERLV/RE细胞（劳舍尔白血病病毒感染的细胞（劳舍尔白血病病毒感染的 FisherFisher大鼠胚胎细胞）和大鼠胚胎细胞）和SA7/SHESA7/SHE细胞（猿猴腺病毒感染的细胞（猿猴腺病毒感染的 SHESHE细胞）。细胞）。 * * 6767 n n 优点：优点：试验周期短，经济方便；一个细胞克隆或试验周期短，经济方便；一个细胞克隆或 细胞巢就相当于一只受试物；受试物直接与靶细细胞巢就相当于一只受试物；受试物直接与靶细 胞作用，便于控制剂量，不受吸收、代谢、分布胞作用，便于控制剂量，不受吸收、代谢、分布 的影响，并且可不受体内免疫系统等干扰；便于的影响，并且可不受体内免疫系统等干扰；便于 观察。观察。 n n 缺点：缺点：仍存在假阳性、假阴性等问题。仍存在假阳性、假阴性等问题。 * * 6868 （一）哺乳动物短期致癌试验（一）哺乳动物短期致癌试验 小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠肺肿瘤诱发试验 大鼠肝转变灶诱发试验大鼠肝转变灶诱发试验 小鼠皮肤肿瘤诱发试验小鼠皮肤肿瘤诱发试验 雌性大鼠乳腺癌诱发试验雌性大鼠乳腺癌诱发试验 二、动物致癌试验二、动物致癌试验 * * 6969 上述任一试验的阳性结果，其意义与长期动物上述任一试验的阳性结果，其意义与长期动物 致癌试验相当；但因试验期短、靶器官局限、适用致癌试验相当；但因试验期短、靶器官局限、适用 化学物质类型较少，阴性结果意义不大。化学物质类型较少，阴性结果意义不大。 * * 7070 （二）哺乳动物长期致癌试验 化学致癌物最大的特点是有一个较长的潜伏期，对于一个新化学致癌物最大的特点是有一个较长的潜伏期，对于一个新 化学物的致癌性评价，不可能也不容许等到数十年后才取得化学物的致癌性评价，不可能也不容许等到数十年后才取得 人肿瘤流行病调查资料方作出判断。动物致癌试验只需相对人肿瘤流行病调查资料方作出判断。动物致癌试验只需相对 较短的时间，对动物进行终生染毒，即可取得资料。较短的时间，对动物进行终生染毒，即可取得资料。 可严格控制受试物进入机体的途径、剂量及动物的生活环境可严格控制受试物进入机体的途径、剂量及动物的生活环境 ，从而排除其他因素对试验结果的干扰。，从而排除其他因素对试验结果的干扰。 * * 7171 （一）动物选择 种属种属 ：对肿瘤的感受性，特别是对受检物有特定的靶器官尤对肿瘤的感受性，特别是对受检物有特定的靶器官尤 为重要。为重要。 品系：品系：已知对相似化学结构的物质敏感。已知对相似化学结构的物质敏感。肿瘤自发率低肿瘤自发率低 。代谢转化速率和方式与人相似。代谢转化速率和方式与人相似。 性别：性别：一般是雌雄各半，特殊情况用单性。一般是雌雄各半，特殊情况用单性。 年龄：年龄：一般用刚断乳或断乳不久的幼年动物，因为此时动物一般用刚断乳或断乳不久的幼年动物，因为此时动物 的感受性高，同时也可以使试验接触时间更长。的感受性高，同时也可以使试验接触时间更长。 动物数量：动物数量：每剂量组不少于雌雄各每剂量组不少于雌雄各5050只，希望在出现第一个只，希望在出现第一个 肿瘤时，每组还有不少于肿瘤时，每组还有不少于2525只动物。当对照组肿瘤自发率较只动物。当对照组肿瘤自发率较 高，而染毒组肿瘤发生率较低时，所需动物数增加。高，而染毒组肿瘤发生率较低时，所需动物数增加。 * * 7272 * * 7373 （二）剂量设计（二）剂量设计 3 3个染毒剂量组个染毒剂量组 低剂量组低剂量组无作用剂量组，不产生任何毒性效应无作用剂量组，不产生任何毒性效应 中剂量组中剂量组阈剂量组阈剂量组 高剂量组高剂量组发生肿瘤剂量组发生肿瘤剂量组 1 1个对照组（必要时另设一个溶剂对照组）个对照组（必要时另设一个溶剂对照组） 注：注：为使染毒组肿瘤的发生率显著高于阴性对照组，