环磷酰胺PPT课件

第十二章化学致癌物毒理学,12.1多环芳烃类12.2芳香胺类化合物12.3N亚硝基化合物12.4烷化剂12.5黄曲霉毒素,12.1多环芳烃类,多环芳烃类(polycyclicaromatichydrocarbons,PAH)是被认识最早的一类化学致癌物。PAH是指二个以上的六碳苯环稠合在一起的一系列芳烃及气衍生物。目前已经发现的致癌性多环芳烃及其致癌性衍生物的数目已超过400以上,按其化学结构特点可以分为三类：(1)苯环类(2)芴、荧蒽及胆蒽类；(3)杂环类其中，（1）、（2）类为苯环类多环芳烃,(1)苯环类1）二环芳香烃不致癌2）三环以上的多环芳香烃有致癌性。三环芳烃的两异构体蒽和菲都无致癌性。但它们的某些甲基衍生物有致癌性。3）四环芳香烃有六个异构体，实验证明只有3，4-苯并菲有中等强度的致癌性，1，2-苯并蒽和屈有极弱的致癌性。它们的甲基衍生物中2-甲基-3，4-苯并菲是强致癌物。1，2-苯并蒽的许多甲基、烷基及多种其他取代基的衍生物都有一定的致癌性，如9，10-二甲基-1，2-苯并蒽是目前已知致癌性多环芳香烃中作用最快、活性最大的皮肤致癌物之一。,4）五环芳香烃五环芳香烃有十五个异构体，其中五个有致癌性。3，4-苯并芘为特强致癌物，1，2，5，6-二苯并蒽为强致癌物，1，2，3，4-二苯并菲为中强致癌物，1，2，7，8-二苯并蒽和1，2，5，6-二苯并菲为弱致癌物。,5）六环芳香烃六环芳香烃的异构体比五环芳香烃的更多，但进行过致癌实验的仅十多种。其中3，4，8，9-二苯并芘是强致癌物，1，2，3，4-二苯并芘致癌性很强，3，4，9，10-二苯并芘及1，2，3，4-二苯并芘的7-甲基衍生物也有明显致癌作用，其余六环芳香烃无致癌作用或仅有弱的致癌性。6）七环以上的芳香烃研究得较少,(2)芴、荧蒽及胆蒽类芴本身无致癌性，但其某些衍生物具有致癌性。例如，1，2，5，6-二苯并芴、1，2，7，8-二苯并芴和1，2，3，4-二苯并芴等已被证实具有一定的致癌性，如可使小鼠发生皮肤癌。2，3-苯并芴蒽和7，8-苯并芴蒽具有强致癌作用，对小鼠皮肤的致癌作用仅次于3，4-苯并芘。,胆蒽类胆蒽具有较强的致癌性，它的许多甲基及其他烷基衍生物也具有较强的致癌性。例如3-甲基胆蒽是极强的致癌物，可致小鼠皮肤、宫颈、肺癌等癌症。在肠道，由细菌作用脱氧胆酸可转化为甲基胆蒽这一化学致癌物可能对人体有致癌作用。,（3）杂环类多环芳烃的环中碳原子被氮、氧、硫等原子取代而成的化合物为杂环多环芳香烃。如苯并吖啶、二苯并吖啶、咔唑,一、多环芳烃的来源自然源：生物合成，火山爆发等人为源：1.家庭及生活炉灶，工业锅炉等产生烟灰，占51%。2.各种产生和使用焦油的工业过程，如炼焦、石油热裂、煤焦油提炼、柏油铺路等，占20。3.各种人为原因的露天焚烧和失火、抽烟等，占27。4.各种机车车辆及内然机排出的废气，占0.9。在日常生活中，多环芳烃进人人体的最直接的途径是香烟烟雾和食品的吸食。,香烟烟雾中多环芳香烃致癌物及其含量,食品中多环芳烃的污染来源：食品在用煤、炭和植物燃料烘烤或熏制时直接受到污染；食品成分在高温烹调加工时发生热解或热聚反应所形成，这是食品中多环芳烃的主要来源；植物性食品可吸收土壤、水和大气中污染的多环芳烃；食品加工中受机油和食品包装材料等的污染，在柏油路上晒粮食使粮食受到污染；污染的水可使水产品受到污染；植物和微生物可合成微量多环芳烃。,某些食品中3，4-苯并芘含量（g/kg）,二、多环芳烃的致癌作用1.结构与致癌活性（1）K区理论由法国科学家A.Pullman和B.Pullman提出。研究了37个芳香烃致癌物的化学结构与致癌性的关系，于1955年报道了K区理论。Pullman等指出，多环芳香烃进行化学反应情况与碳位域能（carbenlocalizationenergy,CLE）、键位定域能（bondlocalizntionenergy,BLE）和对位定域能（paralocalizationenergy,PLE）有关。,K区理论认为：一个区相当于菲的9，10位碳原子上的双键，称为K区（亦称中菲区）。“K”是癌的德文家“Krebs”的字头。K区意为致癌区，可与细胞的敏感成分（蛋白质、核酸等）结合，故其致癌性高。另一个区相当于蒽的9，10位碳，称为L区（亦称中蒽区）。L区也可与细胞的敏感成分结合，但其可阻碍K区进攻细胞的危险部位而具去活作用。,苯并（a）芘,K区是发生致癌反应的关键区域，而L区是对致癌反应起拮抗作用的区域。有致癌作用的多环芳烃化合物：必须有比较活泼的K区。L区，则可能，可能缺乏。1）具有L区：L区必须不太活泼。这样在接触机体后，不活泼的L区对K区具有保护意义，使多环芳烃不致在尚未接触靶组织之前其K区已经发生反应，或代谢失去活性，而有足够的机会与靶组织或细胞发生反应，并有可能诱发肿瘤。如果L区过于活泼，则情况相反，在多环芳烃接触靶组织之前已发生反应，则不再具有致癌性。,2）不具有L区：K区活泼程度不太高,（2）湾区理论湾区理论由Jerina等于七十年代提出。多环芳香烃分子的末端环与分子的其他环形成的凹形结构为分子的湾区。形成湾区的末端环为湾区的角环。,苯并a芘,二氢二醇环氧苯并（a）芘,湾区理论认为湾区的角环在代谢活化过程中对致癌性能起关键作用。代谢活化过程中湾区的角环形成的环氧化物是多环芳香烃的最终致癌形式，由湾区的环氧化物进一步形成湾区正碳离子。湾区正碳离子可与细胞内大分子结合，使细胞癌变。湾区正碳离子稳定性愈高，致癌性愈强。,（3）双区理论我国学者戴乾圆总结分析了致癌机理的“K区理论”和“湾区理论”后，用计算机证明多环芳烃分子显示致癌活性的必要和充分条件是分子中存在两个亲电活性区域，提出了“多环芳烃致癌性能的定量分子轨道模型-双区理论”。,双区理论又称双官能亲电理论。用于阐明或预言分子结构与致癌活性之间关系的一种理论。我国学者戴乾圜等人于1979年提出对已有致癌活性数据的全部多环芳烃母体，系统地进行了微扰分子轨道(PMO)计算，包括湾区碳原子和K区碳原子的离域能，多环芳烃各个位置上的活性指数等，根据近代多环芳烃代谢研究资料，通过数据处理得出。,双区理论要点：（1）多环芳烃致癌作用的必要条件是其结构中要有两个，且只需两个活性区域(即双区)，也即是致癌剂在代谢过程中产生的两个亲电活性中心。,（2）有利于致癌潜力的两个亲电烷化中心的最优距离为0.28一0.30nm，若两个中心远远偏离这一距离，则该多环芳烃将丧失致癌活性。由于DIVA互补碱对间以氢键结合的成对负性原子间的距离，正好为0.28一0.30nm，因此，戴乾圆指出:DNA互补碱对间的共价交联，是启动细胞癌变的关键步骤，并将此种认识定名为双区理论。,（3）用多环芳烃分子中两个活性区亲电正碳原子的离域能作参数，提出了高精度的结构致癌活性关系的定量公式：,双区理论认为：多环芳烃在体内致癌的关键步骤应是DNA互补碱对间的横向交联。,此理论现已推广应用于烷基多环芳烃、非交变烃、偶氮染料、芳香胺等有机化合物的致癌活性预测。,2.多环芳烃类物质的致癌机理(1)多环芳香烃的代谢活化英国Boyland从1930年起研究芳香烃代谢与致癌作用问题，他认为芳香烃首先经过环氧化过程才能有致癌能力。,(2)多环芳香烃与DNA、RNA及蛋白质的结合3，4-苯并芘，经代谢活化后的终致癌物为7，8-二氢二醇-9，10-环氧苯并（a）芘，分子中的环氧环打开后，10位氧为亲电子中心，可与DNA和RNA碱基的亲核部位以共价键结合。根据研究得知3，4-苯并芘的代谢活化终致癌物主要是与鸟嘌呤的2-氨基结合。,12.2芳香胺类化合物,芳香胺类化合物（aromaticaminocompound）,央视曝光的9种可致癌童装,圆领衫：上海胜茂服饰有限公司贝蒂130/64150/72140/68偶氮染料运动套装：上海达悦妇幼用品有限公司哈奇90/56偶氮染料、PH值、标签1项儿童迷彩中裤：深圳市古特实业有限公司古特120/54110/53偶氮染料、成份儿童套装：佛山南海衡星材料有限公司雅丽贝柔100-115偶氮染料、成份、标签4项(可致癌)中国风福禄套装：福绩(惠州)纺织综合厂有限公司e.Baby90/5280/48100/52偶氮染料、PH值(可致癌)针织单衫：广州市荔湾区米娜童装行MINA1218偶氮染料、标签2项(可致癌)针织短袖T恤：石狮市苗杰儿服饰有限公司苗杰儿141618偶氮染料、成份、标签4项(可致癌)短袖T恤：汕头经济特区粤东海外贸易有限公司D.D.Cat叮当猫160/76150/68偶氮染料(可致癌)儿童针织衫：佛山市超发制衣有限公司小方块135120130偶氮染料(可致癌),一、芳香胺类化合物的污染来源芳香胺类化合物在工业上应用广泛，从事有关化学工业（如芳香胺燃料工业、橡胶工业、电缆电线制造业）的工人，实验室使用芳香胺的实验人员，使用“安妥”（1萘基硫尿）的专业灭鼠人员等，如防护不当，均有可能接触芳香胺；此外，含有氨基酸的化学物质在700以上温度燃烧时，也有可能产生芳香胺，因此，在焦化、煤气、沥青等作业中均有接触芳香胺的机会；许多实用色素、香精、糖精等都是以芳香胺为原料的产物，其致癌性也应引起注意。,二、芳香胺的致癌作用1.芳香胺的化学结构与致癌活性（1）氨基位于多环芳烃中相当于萘的2位和联苯的对位上的化合物，均有较强致癌性；（2）氨基位于萘的1位或联苯的间位上的化合物，有弱活性；（3）芳香环上氨基的对位或邻位上的氢被甲基、甲氧基、氟或氯取代的化合物，致癌性增强。,2.芳香胺的致癌机理芳香胺是间接致癌物质，先需经过代谢活化，其活化过程如下：（1）氨基中的氮发生羟化，然后经重排形成邻位羟基化衍生物；（2）羟化后的活化产物发生酯化，主要是硫酯化。酯化后的产物是水溶性的，此时排到尿液中，潴存于膀胱内，因而膀胱就成了靶器官；,（3）酯化后的活化产物与核酸中的碱基作用，使细胞的DNA发生结构与功能的改变。,12.3N亚硝基化合物,N亚硝基化合物（Nnitrosocompound）是一类很强的化学致癌物，其化学通式为：,目前，已知的N亚硝基化合物有300余种，其中经动物实验证明具有致癌作用的约占90%。,N亚硝基化合物是引起人类恶性肿瘤的一类重要的致癌物质，他之所以比其他致癌物质更引人注意，原因在于：（1）这类物质在人类生活环境中的量虽不大，但却广泛存在；（2）易于在环境中形成，不仅可以在环境中外源性合成，还可以在生物体内进行内源性合成；（3）对从水生动物到人类的大多数动物都有致癌性，亦具有明显的致突变性和致畸性；（4）能诱发多种器官的肿瘤，有些N亚硝基化合物能通过胎盘影响子代或二代发生肿瘤，并能产生遗传致畸的作用。,一、N亚硝基化合物的来源1.工业生产及应用现代工业上生产及应用N亚硝基化合物较少，主要用于染料、橡胶、皮革、制药和电气工业，有的用作实验试剂。N二甲基亚硝胺还可用于合成火箭的动力燃料。,2.环境中及体内合成N亚硝基化合物由亚硝酸及胺或酰胺化合形成，化合作用可在环境及人体内进行。N亚硝胺的化合反应为：,N亚硝酰胺的合成反应为：,3.食品中的来源前体物：亚硝酸盐、胺类，硝酸盐可被硝基还原剂转化为亚硝酸盐，故也是前体物。（1）蔬菜中的硝酸盐和亚硝酸盐,特点新鲜蔬菜中硝酸盐含量与作物种类、栽培条件和光照等因素有关。蔬菜在储藏或腌制过程中，亚硝酸盐含量会增加（硝酸盐在微生物的硝基还原酶作用下转化为亚硝酸盐）。,（2）动物性食品中的硝酸盐和亚硝酸盐古老方法：腌制鱼、肉时添加硝酸盐，细菌作用下转化为亚硝酸盐，达到防腐和着色（红色）双重目的。现代方法：直接使用亚硝酸盐代替硝酸盐作为肉制品加工的着色剂。,（3）食品中的胺类食品腐败变质过程中蛋白质的分解产物。医药、农药和化工生产大量使用胺类物质，通过环境污染造成食品污染胺类。仲胺合成N亚硝基化合物的能力最强。胺可以看作是氨（NH3）分子中的氢原子被烃基取代所生成的化合物。通式为RNH2，R2NH或R3N，其中R代表脂肪烃基或芳香烃基，它们分别属于伯、仲和叔胺。,鱼、肉制品中的N亚硝基化合物腌制、烘烤油煎、油炸腐败变质,胺类,亚硝酸盐,N亚硝基化合物,乳制品中的N亚硝基化合物干奶酪、奶粉等乳制品可含少量，0.55.0g/kg。蔬菜水果中的N亚硝基化合物长期储存和加工处理可形成少量，0.016.0g/kg。啤酒中的N亚硝基化合物大麦芽烘烤时产生的胺类物质，与空气中的氮氧化物发生反应生成。,某县新蔬菜中硝酸盐含量,蔬菜腌制过程硝酸盐和亚硝酸盐的消长,二、N亚硝基化合物的毒性1.急性毒性各种N亚硝基化合物的急性毒性有很大的差异，多数为低毒或中等毒，少数为剧毒。对称性烷基亚硝胺，其碳原子数目越多，毒性越小。,部分N亚硝基化合物的急性毒性（经口，mg/kg）,2.致癌作用：动物实验结果能诱发各种实验动物的肿瘤：大鼠、小鼠、地鼠、豚鼠、兔、猪、狗等。能诱发多种组织器官的肿瘤：致癌靶器官以肝、食管和胃为主，其它器官也可发生。多途径致癌：呼吸道吸入，消化道摄入，皮下注射，皮肤接触性等。通过胎盘屏障引起子代致癌。,亚硝酰胺为直接致癌物。亚硝酰胺类化合物水解生成烷基偶氮羟基化物（RNNOH），对接触部位直接致癌。亚硝胺为间接致癌物。亚硝胺需在体内肝脏微粒体细胞色素P450代谢为烷基偶氮羟基化物，进而致癌。,3.致畸作用亚硝酰胺有一定的致畸作用，如甲基亚硝基脲可致胎鼠的脑、眼、肋骨和脊柱的畸形。亚硝胺的致畸作用较弱。,3.致突变作用亚硝酰胺具有直接的致突变作用。亚硝胺需经肝脏微粒体混合功能氧化酶系统代谢活化才有致突变作用。致癌作用和致突变性没有相关性。致突变作用强弱与致癌作用强弱也没有相关性。,三、N亚硝基化合物的致癌作用1.化学结构与靶器官N亚硝基化合物可因化学结构的不同而有不同的靶器官，而引起不同部位的肿瘤。N亚硝基化合物的R1和R2对称时，如二甲基或二乙基亚硝胺，在大鼠通常引起肝癌，二丁基亚硝酸胺引起膀胱癌，二戊基亚硝酸胺引起肺癌；R1和R2不对称时，尤以其中一个为甲基者，如甲基戊基亚硝胺或甲基苯基亚硝胺，经常引起食管癌；含有环仲胺基的亚硝胺，如亚硝基哌啶、二硝基哌嗉等亦引起食管癌。,原因：在各种不同的器官里，存在着具有某些特殊活性的酶，这些特殊的酶能够催化具有特定结构的N亚硝基化合物的致癌活性。因此，这些N亚硝基化合物对某些特定的器官具有亲和性。,2.N亚硝基化合物的致癌特点亚硝胺仅在代谢活跃的组织有致癌作用，亚硝酰胺可任意分布在所有组织中，能在许多不同的器官引起肿瘤。N亚硝基化合物的致癌活性强，致癌剂量远远小于芳香胺及偶氮染料。它能通过胎盘对子代动物产生致癌作用，还可通过母动物的乳汁传递给子代动物。,3.致癌机理亚硝胺的化学性质比较稳定，对器官和组织的细胞并没有直接的致突变作用。它一般要代谢转化，通过微粒体羟化酶，NADPH和分子氧参与，使一侧烷基的碳羟化，生成甲醛和甲基亚硝胺，后者再转化为重氮羟化物，最后分解成烷基正离子，使核酸烷基化，此作用多数发生在鸟嘌呤的7位氮上，生成7烷基鸟嘌呤。核酸的烷基化改变了细胞的遗传性，使体内蛋白质合成受到干扰，这是组织破坏和致癌作用的前奏。亚硝酰胺不需活化而直接致癌，这是因为它在生理pH条件下性质不稳定，分解后产生与亚硝胺经活化产生的相同中间体而具致癌作用。,12.4烷化剂,一、概述烷化剂（alkylatingagents）是能将小的烃基转移到其它分子上的化学物质。烷化剂常具突变源性（mutagenic），因为它能改变脱氧核糖核酸(DNA)中的核苷酸（nucleotides）。是一类化学性质活泼、能提供烷基使蛋白质和核酸等细胞大分子化合物烷基化的化学物质。烷化剂在体内不需代谢活化即可呈现致癌作用，故属于直接致癌物。较为重要的烷化剂有氮芥、硫芥、双氯甲基（或乙基）醚、乙撑亚胺等,烷化剂有抗癌作用。可直接作用于DNA上，防止癌细胞的再生。抗肿瘤的药物,氮芥Chlormethine（NitrogenMustard,HN2）【药理及应用】氮芥与鸟嘌呤第7位氮共价结合，产生DNA的双链内的交叉联结或DNA的同链内不同碱基的交叉联结。G1期及M期细胞对氮芥的细胞毒作用最为敏感，由G1期进入S期延迟。大剂量时对各周期的细胞和非增殖细胞均有杀伤作用。氮芥进入血中后迅速水解或与细胞的某些成分结合，90在1分钟内由血中消失。24小时内50以代谢物形式排出。临床适应证：氮芥主要用于恶性淋巴瘤及癌性胸膜、由近针端输液皮管中冲入。体腔内注射时用生理盐水2040ml稀释，在抽液后即时注入。【注意】消化道反应、骨髓抑制（914日最低，1620日恢复）、脱发、注射于血管外时可引起溃疡。,环磷酰胺药理与应用本品为潜化型氮芥类抗肿瘤药，在体外无抗肿瘤活性，体内被肝脏微粒体氧化酶转化成醛磷酰胺，醛磷酸胺在癌组织中分解产生磷酰胺氮芥，然后与DNA发生交叉联结，抑制DNA合成，也可干扰RNA合成。属细胞周期非特异性药物，对S期作用最明显，抗瘤谱较氮芥广，毒件低干氮芥。用于急性白血病、慢性淋巴细胞性白血病、恶性淋巴瘤及多发性骨髓瘤、神经母细胞瘤、头颈部肿瘤、卵巢癌、肺癌、乳腺癌、横纹肌肉瘤、睾丸精原细胞瘤等。,二、致癌机理,12.5黄曲霉毒素,一、概述1993年黄曲霉毒素被世界卫生组织(WHO)的癌症研究机构划定为1类致癌物,是一种毒性极强的剧毒物质，黄曲霉毒素的危害性在于对人及动物肝脏组织有破坏作用,严重时,可导致肝癌甚至死亡。在天然污染的食品中以黄曲霉毒素B1最为多见,其毒性和致癌性也最强.,黄曲霉毒素（aflatoxin）是黄曲霉和寄生曲霉的代谢产物。温特曲酶也能产生黄曲霉毒素，但产量较少。结构类似的一组化合物，均为二呋喃香豆素（difuranocoumarin）的衍生物。在紫外线下，都发生荧光，根据荧光颜色Rf值及结构等分别命名。虽然AF的衍生物有20多种，目前已分离鉴定出的AF包括AFB1、AFB2、AFG1、AFG2、AFM1、AFM2、AFP1、AFQ、AFH1、AFGM、AFB2a和毒醇等12种，但天然污染粮油食品的AF是B组和G组两大类，即AFB1、AFB2、AFG1和AFG2。,AFB1难溶于水，易溶于甲醇、丙酮和氯仿等有机溶剂，但不溶于石油醚、己烷和乙醚中。一般在中性及酸性溶液中较稳定，但在强酸性溶液中稍有分解，在pH9-10的强碱溶液中分解迅速，但此反应可逆，即在酸性条件下又能恢复原来结构。AFB1和AFB2在紫外光下可产生蓝紫色荧光,AFG1和AFG2则产生黄绿色荧光，该特性是检测粮油食品中黄曲霉毒素的重要依据。,AF分子中的二呋喃环是产生毒性的重要结构基础，而香豆素可能与致癌作用有关，AF的毒性、致突变及致癌作用由强到弱的顺序依次为AFB1AFG1AFM1AFB2AFG2。,黄曲霉毒素B1,黄曲霉毒素B2,黄曲霉毒素G1,黄曲霉毒素G2,黄曲霉毒素主要可能出现于受黄曲霉污染而霉变的食品中，特别是玉米、花生、大米和某些发酵食品。根据亚洲、非洲一些国家和我国一些地区肝癌流行病学点查结果，食品被黄曲霉污染严重和从膳食中摄入量较高的地区，肝癌的发病率也较高，黄曲霉毒素是目前发现的最强的化学致癌物。,二、黄曲霉毒素的毒性许多学者证明黄曲霉毒素不但引发动物急性中毒症，而且长期少量膳食暴露可引起实验动物的癌症。这一结果的发现极大地推动了对食品中常见真菌代谢产物的研究，并在食品毒物学方面开辟了新领域。,1.急性毒性各种动物对AFB1的敏感性依动物的种类、年龄、性别、营养状况等不同而异。动物的AF中毒主要表现为食欲不振、体重下降、生长迟缓、繁殖能力降低、产蛋及产奶量减少等。中毒病变主要在肝脏，表现为肝细胞变性、坏死、出血、胆管增生等。急性中毒后期，动物出现体温升高、血性腹泻、心脏出现出血瘀点和淤斑、胆囊壁增厚、门脉周围纤维化、肝淋巴结节形成及空泡形成、胆管增生等。此外动物抵抗力降低，对细菌、病毒及寄生虫疾病更敏感。,2.生殖毒性Ankrah等(1993)每日经饲料给妊娠小鼠0.8ng/kgbw的AFB1和4.8ng/kgbw的AFG1或同时给与AFB1和AFG1,出生后的仔鼠继续给相同剂量的毒素直至6月龄。AFG1实验组动物肝脏中性脂肪显著蓄积,血清甘油三酯稍稍升高,肝和肾出现严重炎症、坏死和胆管增生；而AFB1可引起肝脏中性脂肪和脂肪酸蓄积，显示AFB1对