外源化学物致癌作用

第八章外源化学物致癌作用,CarcinogenesisofXenobiotics,第五节化学致癌物的分类*,分类方法,根据对人类和动物致癌性分类根据作用模式（作用机制）分类,世界卫生组织下属机构国际癌症研究所（流行病学调查和病例报告）和对实验动物致癌性资料将化学物分为四类：致癌性证据充分致癌性证据有限致癌性证据不足证据提示缺乏致癌性,一、根据致癌物对人类和动物的致癌作用分类,对人致癌性证据充分：在致癌物和人癌症发生之间有因果关系。对人致癌性证据有限：因果关系的解释是可信的，但其他的解释如偶然性、偏倚、混杂因素不能完全排除。对人致癌性证据不足（不充分）：资料的性质、一致性或统计学把握度不足以判断因果关系或没有对人致癌性的资料。对人证据提示缺乏致癌性：有几个研究表明：在已知的人类充分暴露水平范围内，暴露与所研究的癌症无关联。,人类致癌性证据分类致癌物：,致癌性证据充分：在多物种或多品系的动物试验中，用不同的染毒途径均观察到肿瘤发生率升高、并伴有剂量-反应关系。致癌性证据有限：部分诱癌试验获得阳性结果，但是资料有限。如只涉及单一物种或品系,或单一试验所得到的结果。在实验动物致癌性证据不足(不充分)：现有的试验结果由于试验设计因素（如剂量、接触时间、动物数目、观察时间等）或某些重要因素的限制，无法明确化学物与致癌作用的关系。致癌性证据阴性：在多物种或多品系的动物试验中，没有结果显示该化学物具有致癌性。无证据可引用：目前尚无相关的研究数据。,动物诱癌试验证据分类致癌物：,一、根据致癌物对人类和动物的致癌作用分类,国际癌症研究所(IARC)分为四类：,2类，2A组人类可能致癌（58种）对人致癌性证据有限，但对动物致癌性证据充分。2B组人类可疑致癌（249种）人致癌性证据有限，对动物致癌性证据也不充分。,1类，人类致癌物（107种）：证据充分（流行病学、动物实验均得到证实）,3类，基于现有证据不能对人类致癌性进行分类（512种）；,4类，人类可能非致癌性（1种）。,已知的人类致癌物及其靶器官举例,二、根据化学致癌作用模式分类,1.直接致癌物2.间接致癌物3.促癌剂,前致癌物近致癌物终致癌物,带正电荷的亲电子剂，化学性质活跃，但寿命极短，容易和DNA、RNA以及蛋白质等生物大分子共价结合导致遗传损伤，诱发肿瘤。,（一）直接致癌物(directcarcinogen)特点：不需要代谢活化即具有亲电子活性，能与大分子物质共价结合成加合物。代表：内酯类(丙烷黄内酯)、烯化环氧化物（1，2，3，4-丁二烯环氧化物），硫酸类酯，氮芥，活性卤代烃类；镉、钛、镍、砷或它们的盐类化合物（直接致癌物）。,（二）间接致癌物(indirectcarcinogen)：化学物本身不直接致癌，必须在体内经代谢活化，其所形成的代谢产物才具有致癌作用。例如：代表性的化学物：多环芳烃，芳香胺类化合物，喹啉，硝基呋喃，亚硝胺类，甲醛和乙醛。天然物质：黄曲霉毒素B1，环孢素A，烟草，烟气，槟榔，酒精性饮料。,（三）促癌剂本身并不致癌，但对致癌物有促进作用。佛波酯两阶段小鼠皮肤癌诱发试验苯巴比妥大鼠或小鼠肝癌色氨酸及糖精膀胱癌丁基羟甲苯小鼠肺肿瘤、肝细胞腺瘤、膀胱癌；DDT、多氯联苯、氯丹、二恶英肝癌,助致癌物：本身不具有引发作用，也不具有促长作用，但可以促进引发作用和增强促长作用。如：乙醇，二氧化硫,三、按照致癌机制分类,遗传毒性致癌物：进入细胞后与DNA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。特点：占化学致癌物的多数，引起机体遗传物质改变，可利用遗传毒理学试验来检测。（直接致癌物，间接致癌物）非遗传毒性致癌物：不直接作用于遗传物质的致癌物。促癌剂（巴豆油）、激素（己烯雌酚）、免疫抑制剂（硫唑嘌呤）、固态物质（石棉）、过氧化物酶体增生剂（三氯乙烯）、细胞毒物（氮三乙酸）。,第六节化学致癌物筛查的基本方法,案例,据统计，欧盟各国超过六成的女性和一成的男性定期染发，每年大约要染发6至8次。近年来，由于不正确使用染发剂而致病的例子，在欧洲国家层出不穷。为提高染发剂的安全性，保障消费者的健康，从2006年12月1日起，欧盟禁止在染发剂中掺入包括甲氧、基氨、基萘和羟等22种物质，因为欧盟消费品科学委员会认定，这22种物质含有致癌成分，长期使用含有这些成分的染发剂有可能致癌。如何对外源化学物的致癌性进行检测？,研究思路,筛查：化学物构效关系分析，致突变组合试验，细胞恶性转化试验。筛查实验结果阳性：经典的动物诱癌试验。,一、定量-构效关系（QSAR）分析,原理：从一种同系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性关系最密切的结构成分，以及其他结构成分改变时所产生的影响。方法：利用理论计算和统计分析工具来研究化合物结构与其生物学效应之间的定量关系。优势：快速、经济、有效不足：分析时没有结合“生物学因素”，分析方法未能统一。,例,多环芳烃类化合物的小鼠皮肤癌诱发试验结果：构效关系的分析表明，致癌性的强弱不仅与化学结构的微小变化相关，还与其立体结构的变化有关联。,二、遗传毒性试验,理论依据：许多化学致癌物具有致突变的作用，而大多数非致癌物无致突变性。结果：阳性：可能是具有遗传毒性的致癌物，也可能是具有遗传毒性的非致癌物；阴性：可能是具有非遗传毒性的非致癌物，具有非遗传毒性的致癌物。优势：方法简单、快速、费用低、无需特殊检测仪器。不足：无法检出具有非遗传毒性的致癌物。,原理：外源因素对体外培养的细胞所诱发的恶性表型改变，当细胞接种在裸鼠皮下可形成肉眼可见的肿瘤。目的：了解体外培养细胞接触受试物后，细胞是否癌变。观察内容：生长自控能力、细胞形态、细胞生长能力、生化表型以及移植于动物体内形成肿瘤的能力等。观察终点：细胞恶变优势：筛查遗传毒性毒物、非遗传毒性毒物。不足：体外实验，缺乏代谢活化系统。所检出的大多数为形态转化或恶性前期转化的细胞，但不一定形成肿瘤，对其阳性结果应慎重，它提示受试物具有致癌的可能性，但它不能代替动物试验作出肯定的结论。,三、细胞恶性转化试验,四、哺乳动物致癌试验,按观察时间和靶器官分：哺乳动物长期诱癌试验（终身试验）：经典的和标准的化学物致癌性检测方法。动物短期致癌试验（有限动物试验）：指在有限的短时间内，观察的靶器官限定为一个而不是全部器官和组织的哺乳动物致癌试验。,（一）动物短期致癌试验,国内外目前较受重视的哺乳动物短期致癌试验有四种：（1）小鼠皮肤肿瘤诱发试验（2）雌性大鼠乳腺癌的诱发试验（3）小鼠肺肿瘤诱发试验（4）大鼠肝脏转化灶试验(altaredfocus)适用：按构效关系能预测靶器官的受试物。观察终点：癌前病变（腺瘤、瘤性增生结节）,24,优点：在有限的短时间内完成而不是终生试验，其观察的靶器官也限定为一个而不是全部器官和组织。其试验阳性结果意义与长期动物致癌试验相当。缺点:仅适用于较小范围内的化学物质类型，其试验阴性结果意义较差。,（一）动物短期致癌试验,（二）哺乳动物长期致癌试验,1.动物选择（1）物种、品系两种实验动物，常规选用大鼠和小鼠，也可用仓鼠。啮齿类动物对多数致癌物易感性较高，寿命相对较短，费用也较低，生理和病理学资料较完备，因此使用最广泛。在选择品系时应选择较敏感、自发肿瘤率低、生活力强及寿命较长的品系。,（2）年龄和性别性别：同等数量的雌雄两种性别的动物。年龄：使用刚断乳的动物，以保证有足够长的染毒和发生癌症的时间，而且幼年动物解毒酶及免疫系统尚未完善，对致癌作用比较敏感。,2.动物数量：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。对照组肿瘤自发率越高，而染毒组肿瘤发生率越低时，所需动物数越多。,对照组肿瘤自发生率为1，染毒组肿瘤发生率为20时，每组动物需要40只才能有90把握度为阳性。自发率上升10，每组动物数需214只。,高剂量：美国NCI推荐以最大耐受剂量(MTD)。尽可能大，但又不致死。中剂量：中及低剂量组则按等比级数下推，如分别为上一个剂量水平的1/2或1/3。中剂量组介于高、低剂量之间，如有可能按受试物的毒物动力学性质来确定。低剂量：不影响动物的正常生长、发育和寿命，即不产生任何毒性效应。但低剂量组应高于人的接触剂量，一般不低于高剂量的10。对照组：除不给受试物外，其他条件均与试验组相同。,3.剂量设计,原则上试验期限要求长期或终生：小鼠最少1.5年，大鼠2年；可能时分别延长至2年和2.5年。染毒时间：一般主张一直染毒至试验结束。,4.实验期限与染毒时间,（1）一般观察每天观察受试动物一次，主要观察其外表、活动、摄食情况等。体重：在实验最初三个月每周称体重一次，以后每两周称体重一次。经饲料或饮水给以受试物时，应记录食物消耗量或饮水量，以计算受试物的摄入量。观察时要注意有无肿瘤出现、肿瘤出现时间及死亡时间。老年动物多病易死，应加强巡视，防止动物死亡后未及时化验，发生尸体组织自溶。记录发现第一例肿瘤时存活的动物数，作为实验终结时的有效动物数。,5.结果的观察、分析和评定,（2）分析指标1）肿瘤发生率：指一组实验动物中发生肿瘤的动物数与该组有效动物数之比。有效动物数指最早出现肿瘤时该组存活动物数。肿瘤总发生率、恶性肿瘤总发生率、各器官或组织肿瘤发生率和恶性肿瘤发生率，以及各种病理类型肿瘤发生率。,2）多发性指一个动物出现多个肿瘤或一个器官出现多个肿瘤。化学致癌的又一特征。一般计算每一组的平均肿瘤数和出现多个肿瘤的动物数或比例。,3）潜伏期,致癌物剂量越大潜伏期越短。可以用各组第一个肿瘤出现的时间作为该组的潜伏期。体表观察的肿瘤为第一个肿瘤出现的时间；内脏肿瘤的潜伏期为分批剖杀，计算平均潜伏期。,阳性：以上三个指标之一与对照组有差异并存在剂量反应关系。或染毒组出现的肿瘤类型在对照组未出现。在较低剂量组比较高剂量组出现显著差异的意义更大。阴性：满足试验设计的最低要求时，表明该受试物在特定染毒条件下不引起肿瘤净增率增高。,结果分析和判定,(1)对于对照组也出现的一种或数种肿瘤，试验组肿瘤发生率增加；(2)试验组发生对照组没有的肿瘤类型；(3)试验组肿瘤发生早于对照组；(4)与对照组比较，试验组每个动物的平均肿瘤数增加。在进行试验的两个物种两种性别动物中，有一种结果为阳性，即认为该受试物有致癌性。两个物种两种性别动物试验结果均为阴性时，方能认为未观察到致癌作用。,致癌试验阳性的判定标准WHO(1969)：,七、人群流行病学调查肿瘤流行病学调查是确定人类致癌物的唯一手段。分析流行病学调查：一般是先通过动物肿瘤诱发试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物，或先进行描述性流行病学调查或临床观察发现怀疑某种人类致癌物后才进行。可按不同情况酌情选用队列调查和病例对照调查。,37,化学致癌过程：多阶段学说化学致癌机制：体细胞突变学说、非突变致癌学说化学致癌相关分子事件：基因突变、端粒调控与细胞永生化、细胞周期调控紊乱、细胞凋亡化学致癌物的分类：按对人类致癌性分类、按化学致癌作用模式分类化学致癌物筛查方法：定量构效关系分析、遗传毒性试验、细胞恶性转化试验、哺乳动物致癌试验、转基因动物、人群肿瘤流行病学研究,小结,复习题,啮齿类动物致癌试验在动物选择、剂量选择、动物数量及观察指标选择的特点。化学致癌的三个过程及特征。化学致癌物分类？,案例分析,2006年