环境污染物的特殊毒性及其评价致癌作用.ppt

,物理因素,化学因素,化学致癌物是一类可以使正常细胞转化为肿 瘤细胞，发展为癌的化学物。,电离辐射。经常接触X射线的医务人员中，白血病、皮肤癌、甲状腺癌的发病率均高于不接触X射线的医务人员。 国外388名15岁以下儿童患中枢神经系统肿瘤发病率与其父亲从事电离辐射有关。,第2节 环境污染物的致癌作用及其评价,生物因素,乙型肝炎病毒 肝癌 乳头状瘤病毒食管癌、人类宫颈癌 EB病毒鼻咽癌和恶性淋巴瘤 T系淋巴系病毒I型T细胞白血病淋巴瘤 HIV多发性人类肿瘤,环境污染物的致癌作用,。,1981年Doll and Peto报告的归因于环境因素的癌死亡百分比： 烟草 30% 污染 2% 酒精 3% 工业产品 1% 饮食 35% 药品和医学处置 1% 食品添加剂 1% 地球物理因素 3% 职业 4% 生殖和性行为 7% 感染 10%,人类癌症相关的环境因素,其中化学因素约占77,终致癌物,近致癌物,前致癌物,代谢,代谢,不经过代谢活化，就具有致癌活性的化合物。,致癌物的体内代谢活化,1. 直接致癌物,2. 间接致癌物,化学物质能引起机体损害的性质和能力。,2. 化学致癌物的机制,体细胞突变学说（遗传损伤机制学说）,癌基因学说,亲电子剂学说,癌变多阶段学说,非遗传机制学说,化学致癌是多因素、多基因参与的多阶段过程,恶性肿瘤的形成，起源于一个体细胞的恶变、增殖形成 肿瘤组织。,理论依据：,致癌物质的致突变性 肿瘤细胞的单克隆性 染色体畸变 原癌基因突变和抑癌基因突变,2.1 体细胞突变假说,2.2 亲电子剂假说,DNA加合物,基因突变,DNA结构损伤,肿瘤,细胞，血液 尿等可检出,共价结合,亲电性化合物,DNA, RNA, 蛋白质的亲核基团,DNA加合物（DNA adduct) 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,。,2.2 亲电子剂假说,癌基因（oncogene)： 指一类在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜在基因。 原癌基因（proto-oncogene)： 机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。 抑癌基因（anti-oncogene，肿瘤抑制基因）： 正常细胞分裂生长的负性调节因子。,2.3 癌基因假说,致癌物,原癌基因,癌基因,突变,癌变,原癌基因与癌基因关系,2.3 癌基因假说,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,2.4 多阶段学说,引发,进展,促长,引发,进展,促长,致癌物,暴露,暴露,引发阶段 促长阶段 进展阶段 （initiation） （promotion）（progression）,引发阶段是化学物或其活化代谢物（亲电子剂）与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。历时很短，引发过程是一个突变过程，引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。,引发阶段（initiation，启动阶段）,2.4 多阶段学说,促长阶段是引发细胞增殖成为癌前细胞或良性肿瘤的过程。历时较长，早期可逆性的，晚期为不可逆的。,促长阶段（promotion）,2.4 多阶段学说,足量引发剂可诱发肿瘤 一次单用引发剂不诱发肿瘤 促长剂本身不诱发肿瘤 一次用引发剂后给以促长剂 可诱发肿瘤 促长剂必须多次重复 促长剂仅在引发剂后才发挥 作用,2.4 多阶段学说,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。,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,2.4 多阶段学说,前致癌物,终致癌物,细胞含错配碱基,细胞死亡,不分化的癌,分化的肿瘤,致癌物-DNA加合物,引发的细胞,正常细胞,活化,转移,DNA 结合,修复,DNA复制 错配修复失败,DNA 修复,促长,进展,2.4 多阶段学说,1. 与化学致癌物分子结构有关 2. 与化学致癌物暴露方式有关 3. 化学致癌物之间致癌性具有联合作用 4. 致癌性可垂直传播,化学致癌特点,致突变试验阳性或流行病学资料提示 具有亲电性 刺激机体产生活性氧的能力强,优先进行致癌性评价化合物的筛选原则。,3. 化学物质的致癌性评价,根据致癌性可疑程度：,1.产量大 2.接触机会多 （开放式，职业性，日常生活） 3.蓄积性强，生物富集性强 4.存在形式（食品成分，污染物） 5.理化特性（易蒸发，LogP等） 6.职业人群和一般消费者的接触水平高,根据人类暴露机会和暴露特征,1.确定有无动物致癌性 2.确定致癌强度 致癌剂量-反应关系 3.确定诱发肿瘤的靶器官 4.判断受试物的肿瘤引发性和促发性,致癌试验目的,环境污染物致癌性评价方法,Ames实验:假阳性和假阴性问题 细胞恶性转化试验 哺乳动物短期致癌试验,通过细胞表型的改变 ，反映各种理化因素的致癌性.可模拟化学致癌物在体内致癌的过程，并可对发生转化的细胞做直接观察和做各种分析。,细胞转化试验是致癌物检测及癌变机理研究的重要方法,细胞恶性转化试验,1）习性和体内代谢与人接近，对致癌物敏感 2）寿命较短，经济，易于操作 3）生理病理特征了解透彻 4）自发肿瘤发生率资料全面等,纯 系：生物性状均一，试验重现性好，抗病能力弱。 杂交系：抗病能力强，遗传特性与人接近，试验的重现性差,4. 一般采用两种以上不同种属的动物，同时进行,对受试物敏感，自发肿瘤发生率低，生命力强的品系。,3. 品系,用于长期致癌试验的实验动物,1.啮齿类动物：大鼠或小鼠,2.性别：雌雄等数量,对照组：溶剂对照和阳性对照,高剂量组：最大耐受剂量,在此基础上，可以再设最高剂量组的1/2，1/4或1/3，1/9,长期致癌试验染毒剂量,。,实验组雌、雄数量分别应大于50只,实验动物断奶后的幼龄期开始，终生染毒。 大鼠至少染毒两年，小鼠为一年半。,动物数量和实验期限,动物数量,实验期限,1.保证无其他致癌物和协同致癌物的暴露。 2.观察：一般指标，肿瘤出现时间，部位，数 目，性质，大小，死亡时间等做好纪录。 3.试验期间死亡的动物，要进行解剖，避免遗 漏癌前病变。,动物管理和观察,2.潜伏期: 染毒开始到出现第一个肿瘤的天数,1. 肿瘤发生率（%）= 100,发生肿瘤动物数,该组有效动物数,肿瘤总发生率：器官和组织别肿瘤发生率 不同类型肿瘤发生率,3.致癌指数 = 100,肿瘤发生率,平均潜伏期（天数）,致癌实验结果分析指标,阳性：两种以上动物的致癌试验中，只要有一种动物的试验结果为阳性，并存在剂量反应关系就可以判定该受试物有致癌性。 阴性：经过不同染毒途径，两种以上动物试验结果均为阴性，方能判定为阴性。,致癌试验结果评价,1.确定致癌性,2.确定致癌靶器官, 确定人类致癌物 动物致癌试验和人类流行病学观察资料充分 a 可能人类致癌物 动物诱癌作用确切，但人类流行病学资料 有限 b 可疑人类致癌物 动物诱癌作用资料有限，人类流行病学资 料缺乏 致癌性不能分类 目前资料还不能划归致癌物，也不能否定 致癌性 非人类致癌物 目前资料未见致癌性,也可以根据动物试验结果或只根据人类致癌性资料进行分类,级别 分类依据,化学物质的人类致癌性分级(IARC),多环芳烃即PAH是两个以上苯环连在一起的化合物。两个以上的苯环连在一起可以有两种方式：,非稠环型：苯环与苯环之间各由一个碳原子相连 如：联苯、联三苯,稠环型：两个碳原子为两个苯环共有 如：萘、蒽,联苯,联三苯,蒽,萘,多环芳烃,定义,3. 常见化学致癌物,多环芳烃的来源,PAH的天然本底,天然来源,人为来源,家庭、生活炉灶、工业锅炉等产生的烟气，占51%,各种矿物燃料（如煤、石油、天然气等），占20%,陆地和水生植物、微生物的生物合成 森林、草原的天然火灾 火山活动,多环芳烃的致癌结构结构与致癌活性,K区理论,1.PAH分子中存在两类活性区域，一类是相当于菲环9,10位的区域，称之为K区；另一类是相当于蒽环的9,10位的区域，称之为L区。 2.K区是发生致癌反应的关键区域，L区对致癌反应起拮抗作用,K区,L区,K区,K区,L区,K区,多环芳烃的致癌作用结构与致癌活性,湾区理论,1.PAH分子结构中的不同位置划分为湾区、A区、B区和K区 2.湾区的角环在代谢活化过程中，对致癌反应起关键作用，其最终致癌形式为湾区环氧化合物 3.湾区正碳离子稳定性愈高，致癌性愈强,1.PAH分子具有致癌性的必要和充分条件是在其分子中存在着两个亲电活性区域，并把PAH分子分为M区、L区、K区和角环、次角环，如图：,双区理论,K区,M区,E区,L区,次角环,角环,M区为代谢活化区，E区为亲电活化区），L区为脱毒区，K区为双重性区域。M区和E区所在的环称为角环，次角环。,多环芳烃的致癌作用结构与致癌活性,2.PAH致癌活性的定量计算公式为 lgK=4.751E1E23-0.0512nE2 -3 式中：K结构与致癌性关系指数； E1和E2分别为两个活性中心相应的碳正离子 的离域能 n脱毒区总数 4.751和0.0512关系式的系数