环境污染物的特殊毒性及其评价致癌作用（课堂PPT）

1、 物理因素物理因素 化学因素化学因素 化学致癌物是一类可以使正常细胞转化为肿化学致癌物是一类可以使正常细胞转化为肿 瘤细胞，发展为癌的化学物。瘤细胞，发展为癌的化学物。电离辐射电离辐射。经常接触。经常接触X X射线的医务人员中，白射线的医务人员中，白血病、皮肤癌、甲状腺癌的发病率均高于不接血病、皮肤癌、甲状腺癌的发病率均高于不接触触X X射线的医务人员。射线的医务人员。国外国外388388名名1515岁以下儿童患中枢神经系统肿瘤岁以下儿童患中枢神经系统肿瘤发病率与其父亲从事电离辐射有关。发病率与其父亲从事电离辐射有关。第第2 2节节 环境污染物的致癌作用及其评价环境污染物的致癌作用及其评价1

2、生物因素生物因素 乙型肝炎病毒乙型肝炎病毒 肝癌肝癌 乳头状瘤病毒乳头状瘤病毒食管癌、人类宫颈癌食管癌、人类宫颈癌 EB病毒病毒鼻咽癌和恶性淋巴瘤鼻咽癌和恶性淋巴瘤 T系淋巴系病毒系淋巴系病毒I型型T细胞白血病淋巴瘤细胞白血病淋巴瘤 HIV多发性人类肿瘤多发性人类肿瘤环境污染物的致癌作用环境污染物的致癌作用。2 1981年年Doll and Peto报告的归因于报告的归因于环境因素环境因素的癌死的癌死亡百分比：亡百分比： 烟草烟草 30% 污染污染 2% 酒精酒精 3% 工业产品工业产品 1% 饮食饮食 35% 药品和医学处置药品和医学处置 1% 食品添加剂食品添加剂 1% 地球物理因素地球物

3、理因素 3% 职业职业 4% 生殖和性行为生殖和性行为 7% 感染感染 10% 人类癌症相关的环境因素人类癌症相关的环境因素 其中其中化学因素化学因素约占约占773终致癌物终致癌物 近致癌物近致癌物前致癌物前致癌物代谢代谢代谢代谢不经过代谢活化不经过代谢活化，就，就具有致癌活性具有致癌活性的化合物。的化合物。 致癌物的体内代谢活化致癌物的体内代谢活化1. 直接致癌物直接致癌物2. 间接致癌物间接致癌物化学物质能引起机体损害机体损害的性质和能力。42. 化学致癌物的机制化学致癌物的机制 体细胞突变学说（遗传损伤机制学说）体细胞突变学说（遗传损伤机制学说） 癌基因学说癌基因学说 亲电子剂学说亲电子

4、剂学说 癌变多阶段学说癌变多阶段学说 非遗传机制学说非遗传机制学说化学致癌是化学致癌是多因素多因素、多基因多基因参与的参与的多阶段多阶段过程过程5 恶性肿瘤的形成，起源于一个体细胞的恶变体细胞的恶变、增殖增殖形成 肿瘤组织肿瘤组织。 理论依据： 致癌物质的致突变性 肿瘤细胞的单克隆性 染色体畸变 原癌基因突变和抑癌基因突变2.1 体细胞突变假说体细胞突变假说62.2 亲电子剂假说亲电子剂假说DNA加合物基因突变DNA结构损伤肿瘤细胞，血液尿等可检出共价结合共价结合亲电性化合物DNA, RNA, 蛋白质的亲核基团7 DNA加合物（加合物（DNA adduct) 致癌物多数具有致癌物多数具有遗传毒

5、性遗传毒性，具有遗传毒性的致癌，具有遗传毒性的致癌物尽管化学结构和性质不尽相同，但有一共同的物尽管化学结构和性质不尽相同，但有一共同的特点，即一般都是特点，即一般都是亲电子剂亲电子剂 亲电剂亲电剂+DNA亲核物亲核物 加合物加合物 DNA损伤损伤 部分细胞恶性转化部分细胞恶性转化 肿瘤肿瘤DNA加合物加合物在化学致癌作用过程中起到在化学致癌作用过程中起到关键作用，是引起肿瘤的关键作用，是引起肿瘤的直接原因直接原因之一之一。2.2 亲电子剂假说亲电子剂假说8癌基癌基因（因（oncogene)： 指一类在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的指一类在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜潜在基因在基因。

6、原癌基因（原癌基因（proto-oncogene)： 机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。抑癌基因（抑癌基因（anti-oncogene，肿瘤抑制基因）：，肿瘤抑制基因）： 正常细胞分裂生长的负性调节因子。正常细胞分裂生长的负性调节因子。2.3 癌基因假说癌基因假说9致癌物致癌物原癌基因原癌基因癌基因癌基因突变突变 癌变癌变原癌基因与癌基因关系原癌基因与癌基因关系2.3 癌基因假说癌基因假说 原癌基因点突变原癌基因点突变 原癌基因扩增原癌基因扩增 染色体易位与基因重排染色体易位与基因重排 原癌基因抑制解除原癌基因抑制解除 抑癌基因缺失抑癌基因缺失10

7、2.4 多阶段学说多阶段学说引发引发进展进展促长促长引发引发进展进展促长促长致癌物致癌物暴露暴露暴露暴露11 引发阶段引发阶段 促长阶段促长阶段 进展阶段进展阶段 （initiation） （promotion）（）（progression） 引发阶段是引发阶段是化学物或其活化代谢物化学物或其活化代谢物（亲电子剂）（亲电子剂）与与DNADNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。历时很短，引发过程是一个突变过程，引发细胞历时很短，引发过程是一个突变过程，引发细胞不具有不具有生长自主性生长自主性，因此，因此不是肿瘤细胞不是肿瘤细胞。 引发阶段（引发阶段（in

8、itiation，启动阶段），启动阶段）2.4 多阶段学说多阶段学说1213 促长阶段是引发促长阶段是引发细细胞增殖胞增殖成为癌前成为癌前细胞或良性肿瘤细胞或良性肿瘤的过程。历时的过程。历时较较长长，早期可逆早期可逆性性的，的，晚期为不可晚期为不可逆逆的。的。 促长阶段（促长阶段（promotion）2.4 多阶段学说多阶段学说14足量足量引发剂可引发剂可诱发诱发肿瘤肿瘤一次单用一次单用引发剂引发剂不诱发不诱发肿瘤肿瘤促长剂本身不诱发肿瘤促长剂本身不诱发肿瘤一次用引发剂后给以促长剂一次用引发剂后给以促长剂可诱发肿瘤可诱发肿瘤促长剂必须促长剂必须多次重复多次重复促长剂仅在引发剂后才发挥促长剂仅在

9、引发剂后才发挥作用作用2.4 多阶段学说多阶段学说15 进展阶段（进展阶段（progression ） 突变细胞在形态、功能、代谢和行为方面表现突变细胞在形态、功能、代谢和行为方面表现出肿瘤的特征，如出肿瘤的特征，如生长加速、侵袭性、转移能力及生长加速、侵袭性、转移能力及生化、免疫性能改变生化、免疫性能改变。 不可逆不可逆 核型不稳定性导致细胞基因组结构的核型不稳定性导致细胞基因组结构的形态学改变形态学改变 进展的进展的早期阶段早期阶段对对环境因素敏感环境因素敏感 观察到观察到良性或恶性肿瘤良性或恶性肿瘤 进展剂使已促长细胞进入该阶段进展剂使已促长细胞进入该阶段2.4 多阶段学说多阶段学说16

10、前致癌物前致癌物终致癌物终致癌物细胞含错细胞含错配碱基配碱基细胞死亡细胞死亡不分化的癌不分化的癌分化的肿瘤分化的肿瘤致癌物致癌物-DNA加加合物合物引发的细胞引发的细胞正常细胞正常细胞活化活化转移转移DNA结合结合修复修复DNA复制复制错配修复失败错配修复失败DNA修复修复促长促长进展进展2.4 多阶段学说多阶段学说171. 与化学致癌物分子结构分子结构有关2. 与化学致癌物暴露方式暴露方式有关3. 化学致癌物之间致癌性具有联合作用联合作用4. 致癌性可垂直传播垂直传播 化学致癌特点化学致癌特点18致突变试验阳性或流行病学资料提示具有亲电性刺激机体产生活性氧的能力强 优先优先进行致癌性评价化合

11、物的筛选原则。3. 化学物质的致癌性评价化学物质的致癌性评价 根据致癌性可疑程度：根据致癌性可疑程度：19 1.产量大产量大 2.接触机会多接触机会多 （开放式，职业性，日常生活）（开放式，职业性，日常生活） 3.蓄积性强蓄积性强，生物富集性强生物富集性强 4.存在形式（食品成分，污染物）存在形式（食品成分，污染物） 5.理化特性（易蒸发，理化特性（易蒸发，LogP等）等） 6.职业人群职业人群和和一般消费者一般消费者的接触水平高的接触水平高 根据人类暴露机会和暴露特征根据人类暴露机会和暴露特征20 1.确定有无动物致癌性动物致癌性 2.确定致癌强度致癌强度 致癌剂量剂量-反应关系反应关系 3

12、.确定诱发肿瘤的靶器官靶器官 4.判断受试物的肿瘤引发性引发性和促发性促发性 致癌试验目的致癌试验目的21环境污染物致癌性评价方法环境污染物致癌性评价方法 Ames实实验验: :假阳性和假阴性问题假阳性和假阴性问题 细胞恶性转化试验细胞恶性转化试验 哺乳动物短期致癌试验哺乳动物短期致癌试验 短期试验短期试验 哺乳动物长期致癌试验哺乳动物长期致癌试验 流行病学观察流行病学观察22通过通过细胞表型的改变细胞表型的改变 ，反映各种，反映各种理化因素理化因素的致的致癌性癌性. .可可模拟化学致癌物模拟化学致癌物在体内致癌的过程在体内致癌的过程，并可，并可对发生转化的细胞做对发生转化的细胞做直接直接观察

13、观察和做各种分析。和做各种分析。细胞转化试验是致癌物检测及癌变机理研究的重要方法细胞转化试验是致癌物检测及癌变机理研究的重要方法 细胞恶性转化试验细胞恶性转化试验231）习性和体内代谢与人接近，对）习性和体内代谢与人接近，对致癌物敏感致癌物敏感 2）寿命较短，经济，易于操作）寿命较短，经济，易于操作 3）生理病理特征生理病理特征了解透彻了解透彻 4）自发肿瘤发生率自发肿瘤发生率资料全面等资料全面等纯纯 系：系：生物性状均一，试验重现性好，抗病能力弱。生物性状均一，试验重现性好，抗病能力弱。 杂交系：杂交系：抗病能力强，遗传特性与人接近，试验的重现性差抗病能力强，遗传特性与人接近，试验的重现性差

14、4. 一般采用两种以上不同种属的动物，同时进行一般采用两种以上不同种属的动物，同时进行对对受试物敏感受试物敏感，自发肿瘤发生率低，生命力强的品系，自发肿瘤发生率低，生命力强的品系。3. 品系品系用于长期致癌试验的实验动物用于长期致癌试验的实验动物1.啮齿类动物：大鼠或小鼠啮齿类动物：大鼠或小鼠2.性别：雌雄等数量性别：雌雄等数量24对照组：溶剂对照和阳性对照高剂量组：最大耐受剂量最大耐受剂量 在此基础上，可以再设最高剂量组的1/2，1/4或1/3，1/9长期致癌试验染毒剂量长期致癌试验染毒剂量。25 实验组雌、雄数量分别应实验组雌、雄数量分别应大于大于50只只 实验动物断奶后的幼龄期开始，终生

15、染毒。实验动物断奶后的幼龄期开始，终生染毒。 大鼠大鼠至少染毒两年至少染毒两年，小鼠为，小鼠为一年半一年半。动物数量和实验期限动物数量和实验期限 动物数量动物数量 实验期限实验期限26 1.保证无保证无其他致癌物其他致癌物和和协同致癌物协同致癌物的暴露。的暴露。 2.观察：观察：一般指标一般指标，肿瘤出现时间，部位，数，肿瘤出现时间，部位，数 目，性质，大小，死亡时间等做好纪录。目，性质，大小，死亡时间等做好纪录。 3.试验期间死亡的动物，要进行试验期间死亡的动物，要进行解剖解剖，避免遗，避免遗 漏癌前病变。漏癌前病变。动物管理和观察动物管理和观察272.潜伏期: 染毒开始到出现第一个肿瘤的天

16、数染毒开始到出现第一个肿瘤的天数1. 肿瘤发生率（%）= 100 发生肿瘤动物数发生肿瘤动物数该组有效动物数该组有效动物数肿瘤总发生率：器官和组织别肿瘤发生率器官和组织别肿瘤发生率 不同类型肿瘤发生率不同类型肿瘤发生率3.致癌指数 = 100肿瘤发生率肿瘤发生率平均潜伏期（天数）平均潜伏期（天数）致癌实验结果分析指标致癌实验结果分析指标28 阳性：阳性：两种以上动物的致癌试验中，只要两种以上动物的致癌试验中，只要有一种有一种动物的试验结果为动物的试验结果为阳性阳性，并存在，并存在剂量反应关系剂量反应关系就可就可以判定该受试物以判定该受试物有致癌性有致癌性。 阴性：阴性：经过不同染毒途径，经过不

17、同染毒途径，两种以上两种以上动物试验结动物试验结果均为果均为阴性阴性，方能判定为阴性。，方能判定为阴性。致癌试验结果评价致癌试验结果评价1.确定致癌性确定致癌性2.确定致癌靶器官确定致癌靶器官29 确定人类致癌物确定人类致癌物动物致癌试验和人类流行病学观察资料充分动物致癌试验和人类流行病学观察资料充分a 可能人类致癌物可能人类致癌物动物诱癌作用确切，但人类流行病学资料动物诱癌作用确切，但人类流行病学资料 有限有限b 可疑人类致癌物可疑人类致癌物动物诱癌作用资料有限，人类流行病学资动物诱癌作用资料有限，人类流行病学资 料缺乏料缺乏 致癌性不能分类致癌性不能分类 目前资料还不能划归致癌物，也不能否

18、定目前资料还不能划归致癌物，也不能否定 致癌性致癌性 非人类致癌物非人类致癌物 目前资料未见致癌性目前资料未见致癌性也可以根据动物试验结果或只根据人类致癌性资料进行分类也可以根据动物试验结果或只根据人类致癌性资料进行分类 级别级别 分类依据分类依据化学物质的人类致癌性分级化学物质的人类致癌性分级(IARC)30多环芳烃即多环芳烃即PAH是两个以上苯环连在一起的化合物是两个以上苯环连在一起的化合物。两个以上的苯环连在一起可以有两种方式：。两个以上的苯环连在一起可以有两种方式：非稠环型：非稠环型：苯环与苯环与苯环之间各由一个苯环之间各由一个碳原子相连碳原子相连如：联苯、联三苯如：联苯、联三苯稠环型

19、：稠环型：两个碳原两个碳原子为两个苯环共有子为两个苯环共有如：萘、蒽如：萘、蒽多环芳烃多环芳烃 定义定义3. 常见化学致癌物常见化学致癌物31多环芳烃的来源多环芳烃的来源PAH的天然本底的天然本底 天然来源天然来源 人为来源人为来源家庭、生活炉灶、工业锅炉等产生的烟气，占家庭、生活炉灶、工业锅炉等产生的烟气，占51%各种矿物燃料（如煤、石油、天然气等），占各种矿物燃料（如煤、石油、天然气等），占20%陆地和水生植物、微生物的生物合成陆地和水生植物、微生物的生物合成森林、草原的天然火灾森林、草原的天然火灾火山活动火山活动32多环芳烃的致癌结构多环芳烃的致癌结构结构与致癌活性结构与致癌活性1.PA

20、H分子中存在两类活性区域，一类是相当于分子中存在两类活性区域，一类是相当于菲环菲环9,10位位的区域，称之为的区域，称之为K区区；另一类是相当于；另一类是相当于蒽环的蒽环的9,10位位的区域，称的区域，称之为之为L区区。2.K区区是发生致癌反应的是发生致癌反应的关键区域关键区域，L区区对致癌反应起对致癌反应起拮抗拮抗作用作用33多环芳烃的致癌作用多环芳烃的致癌作用结构与致癌活性结构与致癌活性1.PAH分子结构中的不同位置划分为分子结构中的不同位置划分为湾区湾区、A区区、B区区和和K区区2.湾区的湾区的角环角环在代谢活化过程中，对致癌反应起关键作用，在代谢活化过程中，对致癌反应起关键作用，其最终致癌形式为湾区环氧化合物其最终致癌形式为湾区环氧化合物3.湾区湾区正碳离子稳定性愈高正碳离子稳定性愈高，致癌性愈强致癌性愈强341.PAH分子具有致癌性的必要和充分条件是在其分子中存在分子具有致癌性的必要和充分条件是在其分子中存在着两个亲电活性区域，并把着两个亲电活性区域，并把PAH分子分为分子分为M区区、L区区、K区区和和角角环环、次角环次角环，如图：，如图：M区区为为代谢活化区代谢活化区，E区区为为亲电活亲电活化区化