第七章化学致癌作用及其评价

1、第七章第七章 食品中化学物质致癌作食品中化学物质致癌作 用及其评价用及其评价 目的与要求目的与要求 1. 1. 掌握基本概念掌握基本概念 2. 2. 掌握化学致癌物的分类掌握化学致癌物的分类 3. 3. 掌握癌变多阶段学说掌握癌变多阶段学说 4. 4. 熟悉化学致癌物的评定熟悉化学致癌物的评定 5. 5. 掌握哺乳动物致癌试验设计的基本点掌握哺乳动物致癌试验设计的基本点 6. 6. 了解化学致癌过程的阻断了解化学致癌过程的阻断 第一节第一节 概概 述述 一、癌症发病情况一、癌症发病情况 癌症是一种全身性疾病。癌不但可以恶性膨胀，还能扩散和转癌症是一种全身性疾病。癌不但可以恶性膨胀，还能扩散和转

2、 移，严重威胁人类健康和生命。移，严重威胁人类健康和生命。 “癌症正在成为人类第一杀手癌症正在成为人类第一杀手”。全世界每年因癌症死亡的人。全世界每年因癌症死亡的人 数高达数高达10001000多万人。世界卫生组织（多万人。世界卫生组织（WHOWHO）发表的资料指出，）发表的资料指出， 根据目前癌症的发病趋势，根据目前癌症的发病趋势，20202020年全世界癌症发病率将比现在年全世界癌症发病率将比现在 增加增加5050，全球每年新增癌症患者人数将达到，全球每年新增癌症患者人数将达到15001500万人。万人。 一、癌症发病情况一、癌症发病情况 目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者为目

3、前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者为120120万万 人；其次是乳腺癌，每年新增大约人；其次是乳腺癌，每年新增大约100100万名患者；随后依次是万名患者；随后依次是 肠癌肠癌(94(94万人万人) )、胃癌、胃癌(87(87万人万人) )、肝癌、肝癌(56(56万人万人) )、宫颈癌、宫颈癌(47(47万万 人人) )、食道癌、食道癌(41(41万人万人) )等。等。 其中杀伤力最强的是肺癌、胃癌和肝癌，分别占癌症死亡人数其中杀伤力最强的是肺癌、胃癌和肝癌，分别占癌症死亡人数 的的17.817.8、10.410.4和和8.88.8。 一、癌症发病情况一、癌症发病情况 人类癌症有人类

4、癌症有80%80%90%90%由由环境因素环境因素引起。引起。 化学因素是人类肿瘤的主要病因，在环境因素化学因素是人类肿瘤的主要病因，在环境因素 引起的肿瘤中，其中引起的肿瘤中，其中80%80%以上以上为为化学因素化学因素所致。所致。 二、研究致癌物的历史二、研究致癌物的历史 17751775年年英国英国Pott Pott 阴囊癌（煤焦油）阴囊癌（煤焦油） 18951895年年德国德国Rehn Rehn 膀胱癌（染料厂）膀胱癌（染料厂） 19151915年年日本山极和市川日本山极和市川 试验性皮肤癌（煤焦油）试验性皮肤癌（煤焦油） 19221922年年英国英国Kennway Kennway 动

5、物皮肤癌（多环芳烃）动物皮肤癌（多环芳烃） 19541954年年英国英国Case Case 职业性膀胱癌（职业性膀胱癌（- -萘胺和联苯胺）萘胺和联苯胺） 三、三、相关基础概念相关基础概念 癌（癌（cancer, carcinomacancer, carcinoma） ： 指指组织或细胞组织或细胞摆脱了体内平衡，相对自主摆脱了体内平衡，相对自主 生长，不断分裂而生长，不断分裂而形成的危害机体的新生物形成的危害机体的新生物。 在毒理学中，在毒理学中，“癌癌”的含义应包括上皮的的含义应包括上皮的 恶性变恶性变( (癌癌) )、间质的恶性变、间质的恶性变( (肉瘤肉瘤) )及良性肿瘤及良性肿瘤 。

6、三、三、相关基础概念相关基础概念 化学致癌作用化学致癌作用(chemical carcinogenesis)(chemical carcinogenesis)： 是指是指化学物质化学物质引起引起正常细胞发生恶性转化正常细胞发生恶性转化并并发发 展成肿瘤展成肿瘤的作用。的作用。 化学致癌物化学致癌物 (chemical carcinogen)(chemical carcinogen)： 是指是指具有化学致癌作用具有化学致癌作用的的化学物质化学物质 。 第二节第二节 化学致癌物的分类化学致癌物的分类 一、一、按致癌作用机制分类按致癌作用机制分类 （一）遗传毒性致癌物（一）遗传毒性致癌物 ( (ge

7、notoxic carcinogensgenotoxic carcinogens) ) （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 1.1.直接致癌物直接致癌物 ( (direct direct carcinogencarcinogen) ) 2.2.间接致癌物间接致癌物 ( (indirect indirect carcinogencarcinogen) ) 3.3.无机致癌物无机致癌物 这类化学物质进入机体后，这类化学物质进入机体后， 不需体内代谢活化，其原型不需体内代谢活化

8、，其原型 就可与遗传物质（主要是就可与遗传物质（主要是DNADNA ）作用而诱导细胞癌变。这）作用而诱导细胞癌变。这 类化学致癌物为亲电子剂，类化学致癌物为亲电子剂， 可与细胞大分子的亲核中心可与细胞大分子的亲核中心 发生共价结合。发生共价结合。 大多数有机致癌物本身不大多数有机致癌物本身不 具有与细胞大分子的亲核具有与细胞大分子的亲核 中心发生共价结合的能力中心发生共价结合的能力 ，进入机体后需经过代谢，进入机体后需经过代谢 活化生成亲电子的活性代活化生成亲电子的活性代 谢物，而作用于细胞大分谢物，而作用于细胞大分 子发挥致癌作用。此类致子发挥致癌作用。此类致 癌物称为间接致癌物。癌物称为间

9、接致癌物。 有些无机元素由于其放射有些无机元素由于其放射 性而致癌，如氡、铀、钋性而致癌，如氡、铀、钋 、镭等。有些可能是亲电、镭等。有些可能是亲电 子剂，但有些是通过选择子剂，但有些是通过选择 性改变性改变DNADNA复制保真性，复制保真性， 导致导致DNADNA的改变，如金属的改变，如金属 镍、铬。镍、铬。 （一）遗传毒性致癌物（一）遗传毒性致癌物 ( (genotoxic carcinogensgenotoxic carcinogens) ) 遗传毒性致癌物进入遗传毒性致癌物进入 细胞后作用于遗传物细胞后作用于遗传物 质（主要是质（主要是DNADNA），）， 通过引起细胞基因的通过引起细

10、胞基因的 改变而发挥致癌作用改变而发挥致癌作用 。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 这类物质不直接作这类物质不直接作 用于遗传物质。用于遗传物质。 1.1.促长剂促长剂 2.2.内分泌调控剂内分泌调控剂 3.3.细胞毒剂细胞毒剂 4.4.过氧化物酶体增殖剂过氧化物酶体增殖剂 5.5.免疫抑制剂免疫抑制剂 6.6.固态物质固态物质 7.7.助癌物助癌物 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-geno

11、toxic carcinogens) ) 1.1.促长剂（促长剂（promoterpromoter） 促长剂本身不能诱发肿瘤，只有作用于引发细胞才表现其促长剂本身不能诱发肿瘤，只有作用于引发细胞才表现其 致癌活性；通常是非致突变物，不与致癌活性；通常是非致突变物，不与DNADNA发生反应；促长发生反应；促长 剂通常具有阈剂量剂通常具有阈剂量。 引发细胞：在引发剂的作用下发生了不可逆的遗传性改变引发细胞：在引发剂的作用下发生了不可逆的遗传性改变 ，但其表型可能正常，不具有自主生长性，因此不是肿瘤，但其表型可能正常，不具有自主生长性，因此不是肿瘤 细胞。细胞。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒

12、性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 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正常分化，常起促长剂作用。主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用。 雌激素：乙烯雌酚、雌二醇雌激素：乙烯雌酚、雌二醇 雄激素：睾酮雄激素：睾酮 抗甲状腺物质：硫脲、某些磺胺类药物抗甲状腺物质：硫脲、某些磺胺类药物 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 3.3.细胞毒剂细胞毒剂

13、具有细胞毒性的化学物，可通过引起细胞具有细胞毒性的化学物，可通过引起细胞 死亡，导致细胞代偿性增生而引发肿瘤。死亡，导致细胞代偿性增生而引发肿瘤。 一些氯代烃类促癌剂的作用机理可能与细一些氯代烃类促癌剂的作用机理可能与细 胞毒性作用有关。胞毒性作用有关。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 4.4.过氧化物酶体增殖剂过氧化物酶体增殖剂 ( (peroxisome proliferatorperoxisome proliferator) ) 有一类化合物可引起肝脏过氧化物酶体增殖，称之为过氧有一类化合物可引起肝脏过氧化物酶体增殖，称之为过氧 化物酶体增殖剂。化物酶体增殖剂。 已发现的过

14、氧化物酶体增殖剂有降血脂药物安妥明、增塑已发现的过氧化物酶体增殖剂有降血脂药物安妥明、增塑 剂二剂二- -（2-2-乙基己基）邻苯甲酸酯和有机溶剂乙基己基）邻苯甲酸酯和有机溶剂1,1,2-1,1,2-三氯乙三氯乙 烯。烯。 有关过氧化物酶体增殖剂致癌机制尚未完全阐明，目前理有关过氧化物酶体增殖剂致癌机制尚未完全阐明，目前理 论有：引起氧化物酶体增多，导致细胞内氧自由基过量论有：引起氧化物酶体增多，导致细胞内氧自由基过量 生成，造成生成，造成DNADNA氧化损伤，而启动致癌过程；通过短期氧化损伤，而启动致癌过程；通过短期“ 暴发暴发”的的DNADNA修复合成增强，导致细胞增殖；通过激活受修复合成

15、增强，导致细胞增殖；通过激活受 体介导的促有丝分裂作用。体介导的促有丝分裂作用。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 5.5.免疫抑制剂免疫抑制剂 主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。 硫唑嘌呤、硫唑嘌呤、6-6-巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使动巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使动 物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性致癌物 ( (n

16、on-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 6.6.固态物质固态物质 一些惰性物质及金属薄片可在啮齿类动物体内的种植部位引一些惰性物质及金属薄片可在啮齿类动物体内的种植部位引 发肉瘤，物理特性及表面积很大程度上决定了植入物的致癌发肉瘤，物理特性及表面积很大程度上决定了植入物的致癌 能力。能力。 如塑料、石棉等。暴露于石棉纤维会引起恶性间皮瘤或呼吸如塑料、石棉等。暴露于石棉纤维会引起恶性间皮瘤或呼吸 系肿瘤，而其主要取决于石棉的晶体结构而非其组分。系肿瘤，而其主要取决于石棉的晶体结构而非其组分。 （二）非遗传毒性致癌物（二）非遗传毒性

17、致癌物 ( (non-genotoxic carcinogensnon-genotoxic carcinogens) ) 7.7.助癌物助癌物(cocarcinogen)(cocarcinogen) 指其单独接触无致癌性，但在接触致癌物之前或同时接触可指其单独接触无致癌性，但在接触致癌物之前或同时接触可 增加肿瘤发生的一类化合物。增加肿瘤发生的一类化合物。 芘在苯并（芘在苯并（a a）芘致皮肤肿瘤中起助癌作用，香烟烟雾中的）芘致皮肤肿瘤中起助癌作用，香烟烟雾中的 儿茶酚和其他酚类化合物可能兼具促长剂和助癌物的作用。儿茶酚和其他酚类化合物可能兼具促长剂和助癌物的作用。 助癌作用的机制可涉及增强致

18、癌物的吸收，增强间接致癌物助癌作用的机制可涉及增强致癌物的吸收，增强间接致癌物 的代谢活化或抑制致癌物的代谢解毒，耗竭内源性结合反应的代谢活化或抑制致癌物的代谢解毒，耗竭内源性结合反应 底物（如谷胱甘肽等），抑制底物（如谷胱甘肽等），抑制DNADNA修复，促进细胞增殖等。修复，促进细胞增殖等。 二、二、按致癌作用证据分类（按致癌作用证据分类（IARCIARC分类）分类） 世界卫生组织下属机构国际癌症研究所（世界卫生组织下属机构国际癌症研究所（international international agency for research on canceragency for research

19、on cancer，IARC IARC ）根据对人类）根据对人类 和对实验动物致癌性资料，以及其他有关的资料进行综和对实验动物致癌性资料，以及其他有关的资料进行综 合评价将环境致癌因素分为四组：合评价将环境致癌因素分为四组： 组组1 1， 对人类是致癌物。对人类是致癌物。 组组2 2， 对人类是很可能或可能致癌物。对人类是很可能或可能致癌物。 组组2A2A，对人类很可能（，对人类很可能（probablyprobably）是致癌物）是致癌物 。 组组2B2B，对人类是可能，对人类是可能(possible)(possible)致癌物致癌物 。 组组3 3， 现有的证据不能对人类致癌性进行分类。现有

20、的证据不能对人类致癌性进行分类。 组组4 4， 对人类可能是非致癌物。对人类可能是非致癌物。 组组1 1（对人类是致癌物）（对人类是致癌物） 组组2 2（A A对人类很可能是致癌物对人类很可能是致癌物 ） （B B对人类是可能致癌物对人类是可能致癌物 ） 组组3 3 （现有的证据不能对人类致癌性（现有的证据不能对人类致癌性 进行分类）进行分类） 组组4 4（对人类可能是非致癌物）（对人类可能是非致癌物） 人类致癌人类致癌 证据证据 动物致癌动物致癌 证据证据 充分充分 有限有限充分充分 有限有限不充分不充分 不足不足有限有限 没有没有没有没有 IARCIARC分类分类 组组1 1（对人类是致癌

21、物）（对人类是致癌物） 组组2 2（A A对人类很可能是致癌物对人类很可能是致癌物 ） （B B对人类是可能致癌物对人类是可能致癌物 ） 组组3 3 （现有的证据（现有的证据 不能对人类致癌性进行分类）不能对人类致癌性进行分类） 组组4 4（对人类可能是非致癌物）（对人类可能是非致癌物） 人类致癌人类致癌 证据证据 动物致癌动物致癌 证据证据 充分充分 有限有限充分充分 有限有限不充分不充分 不足不足充分充分 不足不足 不足不足不足不足 有限有限 没有没有没有没有 IARCIARC分类分类 102102种种 6868种种 245245种种 516516种种 1 1种种 第三节第三节 化学致癌物

22、的作用机制化学致癌物的作用机制 化学致癌物的作用机制化学致癌物的作用机制 一、体细胞突变学说一、体细胞突变学说 二、癌基因学说二、癌基因学说 三、亲电子剂学说三、亲电子剂学说 四、癌变多阶段学说四、癌变多阶段学说 五、表观遗传机制学说五、表观遗传机制学说 一、一、 二、二、 三、三、 引发阶段引发阶段 促长阶段促长阶段 进展阶段进展阶段 癌变多阶段学说癌变多阶段学说 多因素、多基因参与的多阶段过多因素、多基因参与的多阶段过 程程 一、引发阶段一、引发阶段 引发阶段指化学物或其活性代谢物与引发阶段指化学物或其活性代谢物与DNADNA作用，导致作用，导致 体细胞突变成引发细胞的阶段。体细胞突变成引

23、发细胞的阶段。 引发剂引发剂（initiatorinitiator）：指具有引发作用的化学物。引）：指具有引发作用的化学物。引 发剂大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量。发剂大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量。 引发细胞引发细胞（initiated cellinitiated cell）：在引发剂的作用下发生）：在引发剂的作用下发生 了不可逆的遗传性改变，但其表型可能正常，不具有了不可逆的遗传性改变，但其表型可能正常，不具有 自主生长性，因此不是肿瘤细胞。自主生长性，因此不是肿瘤细胞。 引发剂作用的靶：主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发剂作用的靶：主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。 一、引发阶段

24、一、引发阶段 癌基因（癌基因（oncogeneoncogene）是一类能引起细胞恶性转化及癌变的基是一类能引起细胞恶性转化及癌变的基 因。因。 癌基因通常是以原癌基因（癌基因通常是以原癌基因（pro-oncogenepro-oncogene）的形式普遍存在）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，具有正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信息传递守，具有正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信息传递 的调控起重要作用。只有当其受到物理、化学或生物等致癌的调控起重要作用。只有当其受到物理、化学或生物等致癌 因素作用

25、而激活变为活化的癌基因后才显示其致癌活性。因素作用而激活变为活化的癌基因后才显示其致癌活性。 原癌基因是一种显性基因，当其两个等位基因之一发生突变原癌基因是一种显性基因，当其两个等位基因之一发生突变 ，即可被激活。，即可被激活。 一、引发阶段一、引发阶段 肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因也称抑癌基因或抗癌基因，其作用方式与癌基也称抑癌基因或抗癌基因，其作用方式与癌基 因相反，它们在正常细胞中起着抑制细胞增殖和促进分化的因相反，它们在正常细胞中起着抑制细胞增殖和促进分化的 作用，在环境致癌因素作用下，肿瘤抑制基因失活而引起细作用，在环境致癌因素作用下，肿瘤抑制基因失活而引起细 胞的恶性转化。抑癌基因属隐

26、性基因，必须一对等位基因丢胞的恶性转化。抑癌基因属隐性基因，必须一对等位基因丢 失或突变后失活，才能对细胞的恶性转化起作用。失或突变后失活，才能对细胞的恶性转化起作用。 在化学致癌过程中癌基因和肿瘤抑制基因往往起协同作用。在化学致癌过程中癌基因和肿瘤抑制基因往往起协同作用。 二、促长阶段二、促长阶段 促长阶段指引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿促长阶段指引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿 瘤的过程。瘤的过程。 促长剂（促长剂（promoterpromoter）：）：指具有促长作用的化学物。指具有促长作用的化学物。 促长剂本身不能诱发肿瘤，只有作用于引发细胞促长剂本身不能诱发肿瘤，只有作用于引发细胞

27、 才表现其致癌活性；通常是非致突变物，不与才表现其致癌活性；通常是非致突变物，不与 DNADNA发生反应；促长剂通常具有阈剂量。发生反应；促长剂通常具有阈剂量。 二、促长阶段二、促长阶段 恶性肿瘤的发生是一个逐渐演变的过程，人体上某些器官的恶性肿瘤的发生是一个逐渐演变的过程，人体上某些器官的 一些良性病容易出现细胞异常增生，具有恶性变化倾向，这一些良性病容易出现细胞异常增生，具有恶性变化倾向，这 些异常增生具有癌变倾向的病变称为些异常增生具有癌变倾向的病变称为癌前病变癌前病变。 属于癌前病变的疾病属于癌前病变的疾病 乳腺病乳腺病 直肠的家族性乳头状腺瘤直肠的家族性乳头状腺瘤 慢性胃溃疡慢性胃溃

28、疡 肝硬化肝硬化 皮肤的黑痣等皮肤的黑痣等 慢性胃溃疡恶变慢性胃溃疡恶变 肝硬化肝硬化 二、促长阶段二、促长阶段 良性肿瘤良性肿瘤是指机体内某些组织的细胞发生是指机体内某些组织的细胞发生异常增殖异常增殖，呈，呈膨胀膨胀 性生长性生长，似吹气球样逐渐膨大，生长比较缓慢。由于瘤体不，似吹气球样逐渐膨大，生长比较缓慢。由于瘤体不 断增大，可挤压周围组织，但断增大，可挤压周围组织，但并不侵入邻近的正常组织内并不侵入邻近的正常组织内， 瘤体多呈球形、结节状。周围常形成包膜，因此与正常组织瘤体多呈球形、结节状。周围常形成包膜，因此与正常组织 分界明显，用手触摸，推之可移动，手术时容易切除干净，分界明显，用

29、手触摸，推之可移动，手术时容易切除干净， 摘除不转移，很少有复发。摘除不转移，很少有复发。 二、促长阶段二、促长阶段 促长阶段的特点：促长阶段的特点： 促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期 为不可逆的，因此在促长阶段（特别是在为不可逆的，因此在促长阶段（特别是在 早期）持续给以促长剂是必需的。早期）持续给以促长剂是必需的。 1.2.促长阶段的另一个特点是对生理因素调促长阶段的另一个特点是对生理因素调 节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促 长作用，许多影响因素本身就是促长剂。长作用，许多影响因素本身就是促长剂。 二、促长阶段

30、二、促长阶段 促长剂的可能作用机制：促长剂的可能作用机制： 干扰细胞信号转导途径干扰细胞信号转导途径 改变细胞周期控制改变细胞周期控制 促进引发细胞的增殖促进引发细胞的增殖 抑制细胞凋亡抑制细胞凋亡 抑制细胞间通讯抑制细胞间通讯 免疫抑制等免疫抑制等 三、演进阶段三、演进阶段 演进阶段指从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿演进阶段指从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿 瘤的过程。如生长加快、侵袭、转移、抗药性等瘤的过程。如生长加快、侵袭、转移、抗药性等 。 进展剂进展剂（progressor progressor ）：指使细胞由促长阶段进）：指使细胞由促长阶段进 入进展阶段的化学物。进展剂具有引起染色

31、体畸入进展阶段的化学物。进展剂具有引起染色体畸 变的特性。变的特性。 完全致癌物（完全致癌物（complete carcinogencomplete carcinogen）：）：指同时具有指同时具有 引发、促长及进展作用的化学物。引发、促长及进展作用的化学物。 三、演进阶段三、演进阶段 进展阶段关键的分子特性：进展阶段关键的分子特性： 染色体的不稳定性染色体的不稳定性 主要表现：染色体发生断裂主要表现：染色体发生断裂 染色体断片易位染色体断片易位 非整倍体等非整倍体等 前致癌物前致癌物 终致癌物终致癌物 分化的肿瘤分化的肿瘤 引发的细胞引发的细胞 细胞含错细胞含错 配碱基配碱基 细胞死亡细胞死

32、亡 不分化的癌不分化的癌 致癌物致癌物-DNA加加 合物合物 正常细胞正常细胞 转移转移 癌变多阶段学说癌变多阶段学说 第四节第四节 化学致癌作用的评价方法化学致癌作用的评价方法 一、短期试验一、短期试验 （一）致突变试验（一）致突变试验 （二）哺乳动物细胞恶性转化试验（二）哺乳动物细胞恶性转化试验 （三）哺乳动物短期致癌试验（三）哺乳动物短期致癌试验 （四）转基因动物致癌检测模型（四）转基因动物致癌检测模型 一、短期试验一、短期试验 （一）致突变试验（一）致突变试验 用于致癌物筛选的致突变试验如下：用于致癌物筛选的致突变试验如下： 1.1.基因突变试验：基因突变试验：鼠伤寒沙门菌回复突变试验

33、（鼠伤寒沙门菌回复突变试验（AmesAmes试验试验 ）、培养哺乳动物细胞胸苷激酶位点（）、培养哺乳动物细胞胸苷激酶位点（tktk）或次黄嘌呤鸟）或次黄嘌呤鸟 嘌呤转磷酸核糖基酶位点（嘌呤转磷酸核糖基酶位点（hgprthgprt）正向突变试验）正向突变试验 2.2.染色体畸变试验：染色体畸变试验：体外细胞系细胞遗传学试验、小鼠骨体外细胞系细胞遗传学试验、小鼠骨 髓微核试验、大鼠骨髓染色体畸变试验髓微核试验、大鼠骨髓染色体畸变试验 3.3.原发性原发性DNADNA损伤：损伤：DNADNA加合物、链断裂、彗星试验、加合物、链断裂、彗星试验、DNADNA 修复诱导（细菌修复诱导（细菌SOSSOS反应

34、，大鼠肝反应，大鼠肝UDSUDS诱导）、姐妹染色单诱导）、姐妹染色单 体交换试验体交换试验 一、短期试验一、短期试验 （一）致突变试验（一）致突变试验 预测致癌性的理想的致突变试验应能灵敏地预测致癌性的理想的致突变试验应能灵敏地 预测出受试物的致癌性，也能特异地预测出预测出受试物的致癌性，也能特异地预测出 受试物的非致癌性，受试物的非致癌性，即要有高的灵敏性、特即要有高的灵敏性、特 异性。异性。 一、短期试验一、短期试验 （二）哺乳动物细胞恶性转化试验（二）哺乳动物细胞恶性转化试验 本试验本试验以细胞恶性转化为观察终点以细胞恶性转化为观察终点，在细，在细 胞生物学水平上研究肿瘤的发生与发展。胞

35、生物学水平上研究肿瘤的发生与发展。 细胞转化细胞转化指培养细胞在有害因素作用下发指培养细胞在有害因素作用下发 生一系列与肿瘤形成有关的细胞形态学及生一系列与肿瘤形成有关的细胞形态学及 生物学特性的改变。生物学特性的改变。 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 细胞恶性转化的判定：细胞恶性转化的判定： 1.1.形态学变化形态学变化 2.2.凋亡敏感性降低凋亡敏感性降低 3.3.锚着独立性生长锚着独立性生长 4.4.血清抗性试验血清抗性试验 5.5.刀豆蛋白刀豆蛋白A A凝集试验凝集试验 6.6.动物体内成瘤性动物体内成瘤性 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶

36、性转化试验（二）细胞恶性转化试验 1.1.形态学变化形态学变化 正常细胞呈单层生长，排列有序。而转化细正常细胞呈单层生长，排列有序。而转化细 胞呈多层生长，极性消失，其中，恶性转化胞呈多层生长，极性消失，其中，恶性转化 的上皮细胞群中会出现纺锤形的成纤维样细的上皮细胞群中会出现纺锤形的成纤维样细 胞；而成纤维细胞则呈纺锤形或上皮细胞样胞；而成纤维细胞则呈纺锤形或上皮细胞样 改变，并形成转化灶。改变，并形成转化灶。 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 2.2.凋亡敏感性降低凋亡敏感性降低 凋亡敏感性降低在人细胞转化中起重要作用。凋亡敏感性降低在人细胞转化中起重

37、要作用。 常用细胞凋亡的检测方法：常用细胞凋亡的检测方法： 常规的琼脂糖凝胶电泳常规的琼脂糖凝胶电泳 流式细胞仪检测细胞凋亡（流式细胞仪检测细胞凋亡（Annexin V/PIAnnexin V/PI双染法）双染法） 脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法（脱氧核糖核苷酸末端转移酶介导的缺口末端标记法（TUNELTUNEL法）法） 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 3.3.锚着独立性生长锚着独立性生长 转化细胞对血清及细胞间通讯的依赖性降低转化细胞对血清及细胞间通讯的依赖性降低 ，具有在低密度条件下在半固体琼脂中形成，具有在低密度条件下在半固体琼脂中形

38、成 集落的能力，即锚着独立性生长，它是癌前集落的能力，即锚着独立性生长，它是癌前 转化的特征，是体外检测细胞恶性转化的重转化的特征，是体外检测细胞恶性转化的重 要指标。但并不能反映其裸鼠成瘤性。要指标。但并不能反映其裸鼠成瘤性。 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 4.4.血清抗性试验血清抗性试验 血清作为上皮细胞的一种终末分化诱导剂，血清作为上皮细胞的一种终末分化诱导剂， 高浓度时可抑制人类上皮细胞生长及诱导肿高浓度时可抑制人类上皮细胞生长及诱导肿 瘤细胞分化，恶性转化细胞对血清的生长抑瘤细胞分化，恶性转化细胞对血清的生长抑 制作用具有抗性。制作用具有抗性

39、。 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 5.5.刀豆蛋白刀豆蛋白A A凝集试验凝集试验 ConAConA凝集试验：恶性细胞膜表面的凝集试验：恶性细胞膜表面的ConAConA受体受体 增加，在增加，在ConAConA溶液中将出现凝集时间提前和溶液中将出现凝集时间提前和 凝集度加强现象。凝集度加强现象。 一、短期试验一、短期试验 （二）细胞恶性转化试验（二）细胞恶性转化试验 6. 6.动物体内成瘤性动物体内成瘤性 判定细胞发生恶性转化的判定细胞发生恶性转化的最终最可靠指标是动物体最终最可靠指标是动物体 内成瘤性。内成瘤性。 一般均采用皮下注射的方法，一般均采用皮

40、下注射的方法，肿瘤体积需达肿瘤体积需达1cm1cm3 3以以 上方能判定为阳性。并要结合病理检测上方能判定为阳性。并要结合病理检测。 但由于存在种属差异，裸鼠皮下的成瘤性作为人类但由于存在种属差异，裸鼠皮下的成瘤性作为人类 细胞恶性转化的最后标准是否可行，尚有异议。细胞恶性转化的最后标准是否可行，尚有异议。 一、短期试验一、短期试验 （三）哺乳动物短期致癌试验（三）哺乳动物短期致癌试验 在哺乳动物致癌试验中，会发现在哺乳动物致癌试验中，会发现受试化合物对某些特定组受试化合物对某些特定组 织的致瘤作用比对其他组织更为明显织的致瘤作用比对其他组织更为明显，据此建立了比常规，据此建立了比常规 动物致

41、癌试验时间更短，更敏感的哺乳动物短期致癌试验动物致癌试验时间更短，更敏感的哺乳动物短期致癌试验 ，又称为，又称为有限体内试验有限体内试验。在这些试验中仅观察特定靶器官。在这些试验中仅观察特定靶器官 的肿瘤发生情况，试验期限一般在数周到数月。的肿瘤发生情况，试验期限一般在数周到数月。 常用的短期致癌试验有：常用的短期致癌试验有： 小鼠皮肤肿瘤诱发试验小鼠皮肤肿瘤诱发试验 20周周 小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠肺肿瘤诱发试验 30周周 大鼠肝转化灶诱发试验大鼠肝转化灶诱发试验 8-14周周 雌性大鼠乳腺癌诱发试验雌性大鼠乳腺癌诱发试验 6个月个月 此四个试验不是成组试验，应根据受试物的特点选择此四个试验

42、不是成组试验，应根据受试物的特点选择 使用。使用。 哺乳动物短期致癌试验得到阳性结果时，其意义与长哺乳动物短期致癌试验得到阳性结果时，其意义与长 期动物致癌试验相似。但由于其仅观察特定器官，试验期期动物致癌试验相似。但由于其仅观察特定器官，试验期 较短，较短，若得到阴性结果，并不能排除受试物的致癌性。若得到阴性结果，并不能排除受试物的致癌性。 一、短期试验一、短期试验 （三）哺乳动物短期致癌试验（三）哺乳动物短期致癌试验 一、短期试验一、短期试验 （四）转基因动物致癌检测模型（四）转基因动物致癌检测模型 随着致癌作用靶基因的明确和转基因动物技术随着致癌作用靶基因的明确和转基因动物技术 的发展，

43、用特定基因改造动物模型进行试验，的发展，用特定基因改造动物模型进行试验， 使对外来化合物的致癌性检测更为快速和敏感使对外来化合物的致癌性检测更为快速和敏感 。 目前已建立的检测模型或研究模型有：目前已建立的检测模型或研究模型有： 1.1.过量表达癌基因的转基因动物模型过量表达癌基因的转基因动物模型 2.2.基因删除动物致癌检测模型基因删除动物致癌检测模型 1.1.过量表达癌基因的转基因动物模型过量表达癌基因的转基因动物模型 如如TGTG，ACAC小鼠，小鼠，HK-fosHK-fos转基因小鼠，转基因小鼠，Ras-H2Ras-H2转基转基 因小鼠，携带激活的因小鼠，携带激活的H-RasH-Ras

44、原癌基因小鼠等。原癌基因小鼠等。 这些转基因动物对化学致癌剂的敏感性提高了许这些转基因动物对化学致癌剂的敏感性提高了许 多倍。如带有激活多倍。如带有激活Pim-1Pim-1肿瘤基因的转基因动物，肿瘤基因的转基因动物， 对乙基硝基脲的致癌作用，较相应的非转基因动对乙基硝基脲的致癌作用，较相应的非转基因动 物，其敏感性提高了物，其敏感性提高了2525倍。倍。 一、短期试验一、短期试验 （四）转基因动物致癌检测模型（四）转基因动物致癌检测模型 2.2.基因删除动物致癌检测模型基因删除动物致癌检测模型 用同源重组的方法，将一段用同源重组的方法，将一段DNADNA整合到抗肿整合到抗肿 瘤基因，使该抗肿瘤

45、基因不能表达具有正瘤基因，使该抗肿瘤基因不能表达具有正 常功能的蛋白质，用这种方法培养的动物常功能的蛋白质，用这种方法培养的动物 称基因删除动物。称基因删除动物。 一、短期试验一、短期试验 （四）转基因动物致癌检测模型（四）转基因动物致癌检测模型 二、哺乳动物致癌试验二、哺乳动物致癌试验 需要进行哺乳动物致癌试验的一般原则是：需要进行哺乳动物致癌试验的一般原则是： 1.1.人体可能长期暴露于该化学物；人体可能长期暴露于该化学物； 2.2.该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似；该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似； 3.3.反复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变等。反复染毒

46、毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变等。 （一）试验动物（一）试验动物 物种：一般主张用物种：一般主张用两种物种两种物种进行试验。常用的是大鼠进行试验。常用的是大鼠 和小鼠，也可用仓鼠。啮齿类动物对多数致癌物易感和小鼠，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，在致癌试验中使用最广泛。资料较完备，在致癌试验中使用最广泛。 品系：在选择品系时应选择品系：在选择品系时应选择较敏感较敏感、自发肿瘤率低自发肿瘤率低、 生命力强生命力强及及寿命较长寿命较长的品系。美国国立癌症研究所（的品系。美国国立癌

47、症研究所（ NCI）推荐推荐 Fischer344大鼠和大鼠和B6C3F1小鼠。小鼠。 （一）试验动物（一）试验动物 性别：为接近人类情况，应使用同等数量的性别：为接近人类情况，应使用同等数量的雌雄两种雌雄两种 性别的动物。性别的动物。 年龄：年龄：一般选用刚离乳的动物，以保证有足够长的染一般选用刚离乳的动物，以保证有足够长的染 毒和发生癌症时间毒和发生癌症时间，而且，而且幼年动物解毒酶及免疫系统幼年动物解毒酶及免疫系统 尚未完善尚未完善，对致癌作用比较敏感。，对致癌作用比较敏感。 数量：动物数应满足统计学分析的要求。数量：动物数应满足统计学分析的要求。各组动物需各组动物需 求数与实验动物肿瘤

48、自发率及受试物诱发动物肿瘤发求数与实验动物肿瘤自发率及受试物诱发动物肿瘤发 生率有关。一般每组至少有雌雄各生率有关。一般每组至少有雌雄各50只动物，希望在只动物，希望在 出现第一个肿瘤时，每组存活动物数不少于出现第一个肿瘤时，每组存活动物数不少于25只。只。 （二）剂量设置（二）剂量设置 受试物剂量组：受试物剂量组： 一般设一般设3个剂量组个剂量组 阴性对照组：溶剂或赋形剂对照组阴性对照组：溶剂或赋形剂对照组 阳性对照组：必要时可设阳性对照组，阳性致癌物阳性对照组：必要时可设阳性对照组，阳性致癌物 最好与受试物的化学结构相近。最好与受试物的化学结构相近。 高剂量组高剂量组 中剂量组中剂量组 低

49、剂量组低剂量组 （二）剂量设置（二）剂量设置 为在有限数量的动物能检出致癌物，高为在有限数量的动物能检出致癌物，高剂量组应尽可能剂量组应尽可能 大，原则上，可引起轻微的毒性反应，但不影响其正常大，原则上，可引起轻微的毒性反应，但不影响其正常 生长、发育和寿命。生长、发育和寿命。中及低剂量组则按等比级数下推，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如分别为上一个剂量水平的1/2或或1/3。 低剂量组应不影响动物的正常生长、发育和寿命，即不低剂量组应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。产生任何毒性效应。但低剂量组应高于人的接触剂量，但低剂量组应高于人的接触剂量

50、， 一般不低于高剂量的一般不低于高剂量的10% 。 中剂量组介于高、低剂量组之间中剂量组介于高、低剂量组之间，如有可能按受试物的，如有可能按受试物的 毒物动力学性质来确定。毒物动力学性质来确定。 （三）染毒方式（三）染毒方式 应尽可能模拟人体可能的暴露途径，应尽可能模拟人体可能的暴露途径， 主要途径有主要途径有经口、经皮和吸入三种经口、经皮和吸入三种， 应根据受试物的理化性质和接触方式选择确定。应根据受试物的理化性质和接触方式选择确定。 染毒时间通常是从实验开始直至实验结束反复多染毒时间通常是从实验开始直至实验结束反复多 次染毒。次染毒。 （四）试验期限（四）试验期限 原则上试验期限要求长期或

51、终生原则上试验期限要求长期或终生，应包括动物正常，应包括动物正常 寿命的大部分时间：寿命的大部分时间： 1. 1. 一般小鼠和仓鼠至少一般小鼠和仓鼠至少1818个月，大鼠至少个月，大鼠至少2424个月。个月。 对于某些生命期较长或自发肿瘤率低的动物品系，对于某些生命期较长或自发肿瘤率低的动物品系， 小鼠和仓鼠可持续小鼠和仓鼠可持续2424个月，大鼠可持续个月，大鼠可持续3030个月。个月。 2. 2. 试验期中，试验期中，当最低剂量组或对照组存活的动物数当最低剂量组或对照组存活的动物数 仅为开始时的仅为开始时的25%25%时，可及时中止试验时，可及时中止试验；但因明显的；但因明显的 受试物毒作用造成高剂量组动物过早死亡，则应继受试物毒作用造成高剂量组动物过早死亡，则应继 续进行试验。续进行试验。 （五）观察指标（五）观察指标 1.1.一般观察一般观察 每天观察每天观察实验动物的一般状况（外实验动物的一般状况（外 表、活动、