毒理学外源化学物致癌作用及方法.ppt

2020/6/11,1,外源化学物致癌作用及方法,2020/6/11,2,研究的意义：死因顺位的改变研究的历史人类癌症相关的环境因素,2020/6/11,3,死因顺位改变,2020/6/11,4,死因顺位改变,2020/6/11,5,研究历史,1775年英国Pott烟囱工阴囊癌1895年德国Rehn染料工人职业性膀胱癌1915年日本山极、市川煤焦油诱发皮肤癌1922年英国Kennway煤焦油分离出多环芳烃动物皮肤癌1945年英国CaseB-萘胺及联苯胺膀胱癌,2020/6/11,6,DollandPeto归因于环境因素的癌死亡百分比,2020/6/11,7,肿瘤（tumor，neoplasm）指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。,2020/6/11,8,良性恶性,呈膨胀性生长，与周围组织有明显的界限，有包膜，生长有“自限性”，对机体破坏较小。,呈增殖失控，细胞异常分化，具有侵袭和转移能力。,2020/6/11,9,化学致癌物：指凡能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化学物。黄曲霉毒素和苯并芘等,化学致癌作用化学物质引起或诱导正常细胞恶性转化并发展成肿瘤的过程。,2020/6/11,10,2020/6/11,11,2020/6/11,12,一、化学致癌过程,1、细胞癌变的多阶段学说,从正常细胞基因突变或表达改变，发展到癌细胞，直至癌转移是一个多阶段多基因调控多因素参与的过程。化学致癌作用三个阶段学说：引发阶段、促长阶段和进展阶段。,2020/6/11,13,1、细胞癌变的多阶段学说,1引发阶段启动阶段，第一步。化学致癌物对靶细胞DNA产生损伤作用经细胞分裂增殖后成为突变细胞。化学致癌物不可逆的将正常细胞转变为肿瘤细胞的起始步骤。引发剂相对迅速的过程,2020/6/11,14,1、细胞癌变的多阶段学说,2促长阶段化学致癌作用第二步，即促进形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段。特点：促癌物的作用长期、慢性；引发物和促癌物单独作用均不能引起肿瘤；引发必须发生在促长之前；引发作用是不可逆改变，促长作用在早期是可逆的。促长剂,2020/6/11,15,1、细胞癌变的多阶段学说,3进展阶段化学致癌作用第三阶段。指在肿瘤形成过程中，在促进之中或之后，细胞表现出不可逆的遗传学改变。标志：遗传不稳定性增加和恶性转化，在形态上或功能代谢及行为方面逐渐表现出肿瘤的特征。,2020/6/11,16,2020/6/11,17,2、遗传易感性和化学致癌,致癌因素遗传易感性,特定基因的多态性,肿瘤,单核苷酸多态性（SNP）代谢酶、DNA修复酶,2020/6/11,18,二、化学致癌机制,化学致癌作用-多基因多因素参与的多阶段过程,化学致癌机制,突变学说,非突变学说,基因的改变,基因表达调控失常,2020/6/11,19,（一）体细胞突变学说,2020/6/11,20,前致癌物（precarcinogens）：本身不直接致癌，必须在体内经代谢转化后才具致癌作用的物质。近致癌物（proximatecarcinogens）：前致癌物经代谢活化过程形成的一种或一系列中间代谢产物。终致癌物（ultimatecarcinogens）：不需代谢活化的直接致癌物和间接致癌物经代谢活化所形成的具有致癌作用的代谢物的统称。代谢活化代谢灭活,致癌物分类,（一）体细胞突变学说,2020/6/11,21,（1）DNA加合物的形成,终致癌物与DNA形成共价结合，导致DNA的突变突变的结局有多种，其中部分可发展成恶性转化，产生肿瘤。化学致癌物诱导生成DNA加合物的数量、位置和性质等与致癌性有密切关系。,（一）体细胞突变学说,2020/6/11,22,如：加合物位于鸟嘌呤O6位置上，就会引起酮烯醇型的电荷分布，这样的鸟嘌呤的N2就会形成脱氢核（去质子化），不再与胞嘧啶形成氢键，而与胸腺嘧啶氢核的N1形成氢键。因此，鸟嘌呤O6上的加合物在细胞复制时就会造成G与T的错配。最终导致DNA突变。,2020/6/11,23,（2）癌基因、原癌基因、抑癌基因,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，它们是化学致癌物作用的主要靶分子，在细胞癌变过程中起着关键作用。,原癌基因(proto-oncogene)：指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。正常情况下呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能（调控细胞生长分化、分裂增殖等）,抑癌基因(anti-oncogene)：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动。,（一）体细胞突变学说,2020/6/11,24,原癌基因,2020/6/11,25,抑癌基因,2020/6/11,26,2020/6/11,27,（3）DNA修复和化学致癌,（一）体细胞突变学说,2020/6/11,28,（二）非突变致癌机制,（1）表观遗传调控失常表观遗传学（Epigenetics）：是研究机体发育和细胞增殖中的遗传的改变，但不改变DNA序列，受环境因素的影响。表观遗传学修饰包括DNA甲基化和组蛋白转录后修饰，即组蛋白甲基化，乙酰化、磷酸化和ATP依赖性的染色质结构修饰。,2020/6/11,29,（二）非突变致癌机制,（2）细胞增生异常,2020/6/11,30,（2）细胞增生异常,诱发致癌相关的细胞增殖的主要机制：再生细胞增殖：癌前损伤的细胞比正常细胞更能耐受毒性效应，从而癌细胞可优先生长增殖。有丝分裂剂引起的增殖：某些化学物能直接诱导细胞增殖，且具有组织特异性。,2020/6/11,31,（3）免疫抑制,免疫缺陷：易发肿瘤免疫功能增强：肿瘤自行消退。免疫逃避：肿瘤生长、扩散、转移免疫抑制：影响肿瘤的生成，启动免疫逃避。,（二）非突变致癌机制,2020/6/11,32,（4）内分泌激素失衡,环境内分泌干扰物：一些外源化学物能通过干扰体内激素的产生、释放、转运、代谢和清除，与相应的受体结合随之在细胞内产生效应，干扰血液中激素正常水平的维持，模拟或干扰正常激素的生理生化功能。健康影响：生殖障碍、出生缺陷、发育异常、代谢紊乱、肿瘤。致癌机制尚不明确：可能干扰激素正常代谢、拟激素作用、形成加合物、影响神经免疫等其他系统。,（二）非突变致癌机制,2020/6/11,33,（5）过氧化酶体增殖剂激活受体,过氧化酶体过氧化酶体增殖剂（peroxisomeproliferator）：氯贝丁酯、异丙酯、苯二甲酸作用模式：受体介导模式PPAR-。诱发肿瘤可能机理：诱导氧化应激状态、导致过氧化氢的产生和降解失衡、损伤细胞内膜或DNA，继而诱导DNA复制，干扰细胞周期调控，影响分化和增生。,（二）非突变致癌机制,2020/6/11,34,三、化学致癌相关的分子事件,基因突变端粒调控与细胞永生化“端粒假说”细胞周期调控紊乱重要因子功能障碍细胞凋亡与肿瘤发生干扰正常凋亡过程,2020/6/11,35,（1）基因突变,癌基因、抑癌基因DNA修复基因细胞凋亡调控基因维持基因组稳定,2020/6/11,36,2020/6/11,37,2020/6/11,38,2020/6/11,39,（2）端粒调控与细胞永生化,细胞永生化是细胞恶性转化的必经阶段p53和Rb失活端粒酶激活,2020/6/11,40,端粒长度,细胞分裂次数,2020/6/11,41,（3）细胞周期调控紊乱,2020/6/11,42,（4）细胞凋亡和肿瘤发生,2020/6/11,43,在正常情况下，机体内细胞分裂增殖的速度和细胞死亡的速度大致相等，细胞群体的数量处于动态平衡的状态，各种组织器官的生理恒定得以维持。如果由于某种内因或外因的作用，致使细胞群体只有增殖而无死亡，或者细胞增殖速度太快，自然死亡速度太慢，都会导致群体的增殖速度与自然死亡速度失衡，结果导致肿瘤的发生。,2020/6/11,44,三、化学致癌物的分类,（一）根据致癌物对人类和动物的致癌作用分类,组1，对人类是致癌物。对人类致癌性证据充分者。87种组2，对人类是很可能或可能致癌物。组2A，对人类很可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据充分。63种组2B，对人类是可能致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据不充分；或指对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。234种组3，现有的证据不能对人类致癌性。493种组4，对人类可能是非致癌物。1种,ICRA,2020/6/11,45,居于证据权重的致癌物分类,2020/6/11,46,（二）根据化学致癌物作用机制的分类,遗传毒性致癌物：进入细胞后与DNA共价结合，引起机体遗传物质改变，导致突变的化学物质；遗传毒理学试验来检测该类致癌物。非遗传毒性致癌物：不作用于机体遗传物质的化学致癌物。,2020/6/11,47,1、遗传毒性致癌物（1）直接致癌物：本身直接具有致癌作用、不需代谢活化。如烷化剂，大多数为亲电子反应物（2）间接致癌物：本身不直接致癌、需经代谢转化形成代谢产物才具有致癌作用。多环芳烃、芳香胺（3）无机致癌物：有些是亲电子剂，有些通过选择性改变DNA复制保真性。镍、铬,2020/6/11,48,2、非遗传毒性致癌物,（1）促长剂：增强致癌物的致癌作用。佛波酯、苯巴比妥、二丁基羟基甲苯、DDT（2）内分泌调控剂：改变内分泌平衡和细胞分化，起促长剂作用。乙烯雌酚、雌二醇、硫脲（3）免疫抑制剂：对病毒诱导的恶性转化起增强作用。嘌呤同型物（4）细胞毒剂：引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展。次氮基三乙酸、氯仿（5）过氧化物酶体增殖剂：导致细胞内氧自由基过量生成。祛酯乙酯、邻苯二甲酸乙基己酯（6）固态物质：可能涉及细胞毒性。塑料、石棉,2020/6/11,49,3、未分类二噁英、酶舍吡伦,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，既能促进或增强致癌过程。如乙醇、二氧化硫。,2020/6/11,50,四、化学致癌物筛选的基本方法,两类主要证据：人群流行病学调查动物试验,流行病学调查：限制和干扰因素多动物诱癌试验：花费大、周期长、动物使用数量多人类接触的外源化学物至少数十万种,2020/6/11,51,2020/6/11,52,1、短期试验,（一）定量构效关系分析（二）致突变试验（遗传毒性实验）（三）细胞转化试验（四）哺乳动物短期致癌试验,2020/6/11,53,（三）细胞转化试验,细胞转化：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、功能发生变化，产生与癌细胞相似的特征。,2020/6/11,54,常用细胞,1、原代细胞：叙利亚仓鼠胚胎细胞（SHE细胞）、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠支气管上皮细胞；2、细胞系：BALB/C-3T3，C3H10T1/2，BHK-21；3、病毒感染细胞：RLV/RE细胞（劳舍尔白血病病毒感染的Fisher大鼠胚胎细胞）和SA7/SHE（猿猴腺病毒感染的SHE细胞）。,2020/6/11,55,观察终点：恶性表型细胞,细胞形态细胞增殖速度生长特性（锚着独立性生长或接触抑制消失等）染色体畸变接种裸鼠时形成肉眼可见的肿瘤,2020/6/11,56,结果判断,提示受试物有致癌的可能性，不能替代动物试验作出肯定的结论。,2020/6/11,57,（四）哺乳动物短期致癌试验,在短时间内完成而不是终生，观察的靶器官也限定为一个而不是全部器官和组织。常用的试验,小鼠肺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大鼠肝转变灶试验给预受试物后，多次持续给预促长剂，20-30周左右观察局部组织有无肿瘤。,2020/6/11,58,任一试验阳性结果，意义与长期动物致癌试验相当。,但由于试验期短，又未检查其他器官和系统，特别是皮肤肿瘤和乳腺癌的诱发试验似乎仅适用于较小范围的化学物质类型，因此阴性结果的意义较差。,2020/6/11,59,2、哺乳动物长期致癌试验,（1）动物选择,大鼠：肝癌小鼠：呼吸道、肺肿瘤金黄地鼠、犬：膀胱癌,选择依据：对诱发肿瘤的易感性。物种、品系，年龄、性别，数量,断乳或断乳不久的动物，雌雄各半。每组动物数雌雄各50只。,2020/6/11,60,（二）剂量设计,3个剂量组+1个对照组染毒剂量组：低、中、高,2020/6/11,61,（三）试验期限与染毒时间,原则上要求长期活终生一般情况下最少,小鼠1.5年大鼠2年,2020/6/11,62,（四）结果观察、分析和评定,1、肿瘤发生率2、多发性3、潜伏期,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，各种类型肿瘤发生率,一个动物出现多个肿瘤或一个器官出现多个肿瘤。,每一组评价肿瘤数、每一组出现2、3、多个肿瘤的动物数和比例,各组第一个肿瘤出现的时间为该组潜伏期。体表肿瘤可直接观察，内脏肿瘤则需要分批剖杀。,2020/6/11,63,分析与评定,剂量反应关系；染毒组与对照组差异有统计学意义。,阳性结果：,染毒组发生肿瘤，对照组未发生,如仅在高剂量组与对照组比较有统计学意义，那其毒理学意义不如在较低剂量下或在人类可能实际接触的剂量出现有统计学意义的意义大。阴性结果认定要非常慎重,2020/6/11,64,分析与评定,阴性结果最低要求：两个种属的动物两种性别包括最大耐受剂量每组动物数大于等于50只,2020/6/11,65,3、人群肿瘤流行病学调查,要判别化学物是否为人类致癌物，流行病学资料具有决定意义。它是确定人类致