第八章致突变作用食品毒理学

1、第八章 致突变作用 一、基本概念 二、突变类型 三、突变的发生与修复机制 四、致突变试验与致突变作用评定一、基本概念一、基本概念二、化学毒物致突变的类型二、化学毒物致突变的类型二、化学毒物致突变的类型二、化学毒物致突变的类型 （二）染色体畸变(chromosome aberration) 1、 指染色体的结构改变 染色单体型畸变(chromatid-type aberration)染色体型畸变(chromosome aberration) 染色体畸变染色体畸变裂隙裂隙(gap)(gap) 断裂断裂(break) (break) 断片断片(fragment)(fragment)和缺失和缺失(de

2、letion)(deletion) 微小体微小体(minute (minute body)body) 无着丝点环无着丝点环环状染色体环状染色体 双着丝点染色双着丝点染色体体 倒位倒位(inversion)(inversion) 易位易位(translocation)(translocation) 插入插入(insertion)(insertion)和重复和重复(duplication) (duplication) 辐射辐射体体 2、染色体数目异常、染色体数目异常 体细胞二倍体（2n）；生殖细胞单倍体。正常体细胞染色体数目2n为标准，分整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变指染色体数目的异常是以染

3、色体组为单位的增减，非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体。 (1) (1) 非整倍体非整倍体 非整倍体非整倍体(aneuploid)(aneuploid)指细胞丢失或增指细胞丢失或增加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体(monosome)(monosome)，增加一条染色体时称为三体，增加一条染色体时称为三体(trisome)(trisome)。染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如2121三体导三体导致

4、先天愚型致先天愚型(down(down氏综合征氏综合征) )。（2 2）整倍体整倍体 整倍体整倍体(euploid)(euploid)指染色体数目的异常指染色体数目的异常是 以 染 色 体 组 为 单 位 的 增 减 ， 如 形 成 三 倍 体是 以 染 色 体 组 为 单 位 的 增 减 ， 如 形 成 三 倍 体(triploid)(triploid)、四倍体、四倍体(tetroploid)(tetroploid)等。在人体，等。在人体，3n3n为为6969条染色体，条染色体，4n4n为为9292条染色体。在肿瘤细胞及人类自条染色体。在肿瘤细胞及人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在

5、。发生于然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在。发生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。三、化学毒物致突变作用机制及后果三、化学毒物致突变作用机制及后果 （一）化学毒物致突变作用机制一）化学毒物致突变作用机制1、 直接以直接以dna为靶的诱变为靶的诱变 dna加合物形成加合物形成 碱基类似物取代：如碱基类似物取代：如 5溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，腺嘧啶，2氨基嘌呤氨基嘌呤(2-ap）能取代鸟嘌呤）能取代鸟嘌呤 烷化剂的影响：甲基化乙基化高碳烷基化烷化剂的影响：甲基化乙基化高碳烷基化 致突变物改变或破坏碱基的化学结构致突

6、变物改变或破坏碱基的化学结构 化学物破坏化学物破坏或改变碱基的结构，或改变碱基的结构， 有时还引起链断裂。有时还引起链断裂。 平面大分子嵌入平面大分子嵌入dna链链 dnadna蛋白质交联物蛋白质交联物 二聚体的形成二聚体的形成 (二二)、不以、不以dna 为靶的间接诱变（纺锤体为靶的间接诱变（纺锤体抑制、对酶促过程的作用）抑制、对酶促过程的作用） 化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作用或干扰与用或干扰与dna合成和修复有关的酶系统合成和修复有关的酶系统。 1、 纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞纺锤体，

7、中心粒或其他核内细胞 器，从而器，从而干扰有丝分裂过程。诱发这种作用的物质干扰有丝分裂过程。诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂。称为有丝分裂毒物，又称干扰剂。 2、 对对酶促过程的作用：酶促过程的作用： 对对dna合成和复制有关合成和复制有关的酶系统作用也可间的酶系统作用也可间 接影响遗传物质。接影响遗传物质。 ( (二二) )突变后果突变后果 1 1、体细胞突变的后果、体细胞突变的后果 、最受注意的是致癌、最受注意的是致癌问题；问题； 、胚胎体细胞突变可能导致畸胎；、胚胎体细胞突变可能导致畸胎； 、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。

8、产。 2 2、生殖细胞突变的后果、生殖细胞突变的后果 、致死性影响：可能、致死性影响：可能是显性致死或隐性致死。是显性致死或隐性致死。、非致死性影响：出、非致死性影响：出现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。 、将使基因库的遗传负荷增加。、将使基因库的遗传负荷增加。（三）突变的修复机制（三）突变的修复机制 修复修复(repairing)(repairing) ：是对已发生分子改变的补偿是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。措施，使其回复为原有的天然状态。 修复的主要类型：修复的主要类型： 1 1 光修复光修复 2 2 切除修复切除修复

9、 3 3重组修复重组修复 4 sos4 sos修复修复四、致突变试验方法（一）回复突变试验 1 细菌回复突变试验 (1) 细菌回复突变 假如有致突变物存在，则营养缺陷型的细菌回复突变成原养型，因而能在营养缺乏的培养基上生长形成菌落，根据此判断受试物是否致突变物。如鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株。（2）真核微生物回复突变试验 真核微生物可以检测基因突变和染色体损伤。常用的酿造酵母菌株有：d3,d4,d7等。2、哺乳动物细胞细胞基因突变试验 试验原理试验原理 在加入和不加入代谢活化系统的条件下，使细胞暴露于受试物一定时间，然后将细胞再传代培养，突变细胞在含有6-硫代鸟嘌呤（6-thioguan

10、ine，6-tg）或三氟胸苷（trifluorothymidine，tft）的选择性培养液中能继续分裂并形成集落。基于突变集落数，计算突变频率以评价受试物的致突变性。 3、果蝇伴性隐性致死试验 果蝇伴性隐性致死试验：是利用隐性基因在伴性遗传中的交叉特征检出各类点突变的试验。 试验原理：隐性基因在伴性遗传中的交叉遗传特征，即雄蝇的x染色体传给f1代雌蝇，又通过f1代传给f2代雄蝇。x染色的隐性突变基因在f1代雌蝇为杂合体，不能表达，而在f2代雄蝇为半合体，能表达出来。如果雄蝇接着受试物后x染色体出现隐性致死性突变，结果其f2代雄蝇数目较少雌蝇少一半。据此推断致死突变的存在。4、染色体分析 （1）

11、染色体畸变分析（chromosome assy) 主要观察染色体的结构畸变和数目畸变 （2) 微核试验(micronucleus test, mnt) 能检察出断裂剂和有丝分裂毒物 （3）姐妹染色体交换试验（sister chromatid exchange assay, sce) 现在以广泛用于筛选食品中化学物致突变。 5、显性致死试验 显性致死试验：使雄性大鼠或小鼠接着受试物，然后使之与未接着该物质的雌性大鼠或小鼠交配，观察胚胎死亡情况。 6、小鼠可遗传易位试验 用于检测受试物引起雄性小鼠生殖细胞染色体相互易位的作用。 7、细菌dna修复试验 本试验对检测能与dna形成加合物或嵌入作用的化

12、学物较为敏感；对于阻滞dna促旋酶（gyrase);诱发dna与蛋白质交联、碱基置换和移码的化学物也可出。 8、非程序性dna合成试验（usd试验） 原理正常情况下，于细胞有丝分裂周期中，仅s期是dna合成期。当dna受损伤时，损伤修复的dna合成主要在其他细胞周期，称程序外dna合成，即uds，因此发现uds增高，即表明dna发生过损伤。 9、精子畸形试验原理：原理：已知精子畸形是决定精子形成的基因发生突变的结果。常染色体和y-性连锁基因突变及某些染色体重排，如性-常染色体易位，也可使精子发生畸形。小鼠精子畸形试验能评价受试物对精子生成、发育的影响，可检测受试物在体内对生殖细胞的遗传毒性作用

13、。10、小鼠特异基因座试验 特异基因座试验(slt)是利用两种品系的小鼠，一种为t型，其有几个与毛色、眼色和耳型有关的隐性突变基因的纯合子；另一种为3h1或c57bl系，不具有这些基因的野生型，使后一种小鼠接触受试物，使之与t系交配。如果受试物未能使相应位点发生突变，则杂交一代为杂合子，t系的隐性基因不能表达，如果发生了突变，则相应的隐性基因可于出生时或断乳时表达。 五、致突变作用评价美国epa毒物处(1936)提出了一个三阶段的试验方案，把遗传毒性检测和生殖细胞致突变性验证分阶段进行。第一阶段测试化学物的遗传毒性，包括ames试验、体外哺乳动物细胞基因突变试验、体内骨髓染色体损伤试验(微核试

14、验或染色体畸变试验)；第二阶段测试对生殖细胞的致突变作用；第三阶段为哺乳动物生殖细胞致突变性标准试验。在遗传危害性评价时，在体外基因突变试验中呈阳性的化学物应进行与哺乳类性腺dna相互作用的试验，包括睾丸细胞的sce、uds、染色体畸变及碱性洗脱试验等，也可进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，需进行小鼠特异座位试验，可观察形态改变或生化改变；在体内骨髓细胞染色体畸变试验或微核试验中呈阳性的化学物需进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，再进行小鼠可遗传易位试验。 五、致突变作用评价国际协调组织(1ch)(1997)对于药品的遗传毒性评价建议的检测试验组合为 细菌基因突变试验； 体外

15、哺乳动物细胞染色体畸变试验或体外小鼠淋巴瘤细胞比试验； 体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验(骨髓细胞染色体畸变试验或骨髓或外周血多染红细胞微核试验)。 在对经标准试验组合得到的致突变作用结果进行进一步研究时，其他试验如dna加合物测定、dna链断裂检测、dna修复和重组试验等都可作为供选择的试验。对于在三项标准试验中为阴性的化学物，通常可认为其无遗传毒性作用。但对于构效关系显示有可能具致癌性或致突变性，但在三项标准试验中为阴性的化学物，还需要改进试验方法或再增加试验项目。对于在三项标准试验中为阴性，但致癌试验显示有致癌效应，又无明确的证据说明该化学物是通过非遗传毒性机制发挥作用时，为了了解其作用方式，可再进行改变代谢活化系统的体外试验或应用肿瘤发生的靶器官进行遗传损伤试验(如肝脏uds试验、dna加合物检测、转基因突变检测、肿瘤相关基因的遗传改变检测)。 五、致突变作用评价 我国卫生部在食品安全性毒理学评价程序(1994)中对遗传毒理学试验的要求是： 根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验 以及体细胞和生殖细胞的原则，在ames路试验、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸形