第8章 外源化学物致癌作用

1、外源化学物的外源化学物的 致癌作用致癌作用 Carcinogenesis of Xenobiotics2目的要求目的要求 掌握：化学致癌作用、化学致癌物、掌握：化学致癌作用、化学致癌物、直接致癌物、间接致癌物、终致癌物、直接致癌物、间接致癌物、终致癌物、完全致癌物的概念，致癌物的分类完全致癌物的概念，致癌物的分类（IARC）；）； 熟悉：细胞癌变过程的熟悉：细胞癌变过程的3个阶段、致个阶段、致癌物评价的主要方法；癌物评价的主要方法； 了解：致癌机制、化学致癌的阻断。了解：致癌机制、化学致癌的阻断。3内容内容一、化学致癌作用与致癌物一、化学致癌作用与致癌物二、化学致癌机制二、化学致癌机制三、化学

2、致癌物的分类三、化学致癌物的分类四、化学致癌物的评价四、化学致癌物的评价五、化学致癌过程的阻断五、化学致癌过程的阻断4第一节第一节 化学致癌作用与致癌物化学致癌作用与致癌物一、概一、概 述述 癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。 恶性肿瘤恶性肿瘤发病和死亡率不断增高发病和死亡率不断增高，且，且发病发病年龄年轻化年龄年轻化。 在很多国家中，癌症死亡率占死因顺位的在很多国家中，癌症死亡率占死因顺位的第二位，甚至第二位，甚至第一位第一位。5据据IACRIACR的癌症发病资料的癌症发病资料全球每年新发癌症患者总数约为全球每年新发癌症患者总数约为840840万，万，其

3、中发达国家约占其中发达国家约占4646，发展中国家占，发展中国家占5454。每年全世界约有每年全世界约有700700万人死于癌症。万人死于癌症。6 2006年中国城乡居民主要死亡原因统计年中国城乡居民主要死亡原因统计结果显示，恶性肿瘤已成为中国城乡居结果显示，恶性肿瘤已成为中国城乡居民首要死因（民首要死因（2007年年5月月8日卫生部）。日卫生部）。 与与2005年相比，城市和农村居民恶性肿年相比，城市和农村居民恶性肿瘤的死亡率分别上升了瘤的死亡率分别上升了18.6和和23.1，呈显著增高状态。呈显著增高状态。78全世界新发癌症患者中，仅中国就占有全世界新发癌症患者中，仅中国就占有1/51/5

4、。肿瘤是我国劳动年龄人口尤其是最佳劳肿瘤是我国劳动年龄人口尤其是最佳劳动人口的首要死亡原因，在动人口的首要死亡原因，在35-5935-59岁年岁年龄人口中，所有年龄组的第一位死因都龄人口中，所有年龄组的第一位死因都是肿瘤。是肿瘤。只有只有6060岁以后脑血管或心血管疾病才上岁以后脑血管或心血管疾病才上升为第一位死亡原因。升为第一位死亡原因。9降低癌症的发生率和死亡率降低癌症的发生率和死亡率 是整个医学面临的重大挑战。是整个医学面临的重大挑战。 10 化学物致癌的历史可追溯到数千年前化学物致癌的历史可追溯到数千年前Edwin Smith的文献中关于乳腺癌的记载。的文献中关于乳腺癌的记载。 170

5、0年，年，Ramazzini描述了第一例职业肿描述了第一例职业肿瘤。他注意到修女中乳腺癌高发，并将其瘤。他注意到修女中乳腺癌高发，并将其归因于独身生活。归因于独身生活。二、化学物致癌研究简史二、化学物致癌研究简史11 1775年年Pott指出煤烟、煤焦油可引起烟囱指出煤烟、煤焦油可引起烟囱清洁工发生清洁工发生阴囊癌阴囊癌。 1915年日本年日本Yamagava和和Ichikawa用煤焦用煤焦油涂抹兔耳成功地诱发了实验性皮肤癌。油涂抹兔耳成功地诱发了实验性皮肤癌。 1922年英国年英国Kennway从煤焦油中分离出多从煤焦油中分离出多种种多环芳烃类多环芳烃类物质，其中有几种可诱发动物质，其中有几

6、种可诱发动物皮肤癌，证实了化学物质的致癌性。物皮肤癌，证实了化学物质的致癌性。12 1930年生产出第一个致癌性多环芳烃年生产出第一个致癌性多环芳烃二苯并蒽，并证实其可诱发小鼠皮肤癌。二苯并蒽，并证实其可诱发小鼠皮肤癌。 1932年强致癌物年强致癌物苯并苯并(a)芘芘的分离和合成的分离和合成获得成功。获得成功。13 1895年，德国外科医生年，德国外科医生Rehn又发现苯胺又发现苯胺染料生产厂工人染料生产厂工人膀胱癌膀胱癌发病率高。发病率高。 1937年，美国人年，美国人Huepper用狗做实验证明用狗做实验证明苯胺工人接触的联苯胺和苯胺工人接触的联苯胺和2-荼胺可致膀胱荼胺可致膀胱癌。癌。

7、1945年英国年英国Case对染料工业膀肮癌流行病对染料工业膀肮癌流行病学调查，证实学调查，证实2-荼胺荼胺及及联苯胺联苯胺的致癌性。的致癌性。14研究发现，通常在染料化工发展研究发现，通常在染料化工发展15-20年后年后，职业性职业性膀胱癌膀胱癌相继发生。相继发生。 德国德国1860年始制造染料，年始制造染料，1895年首先报年首先报道品红染料生产工中道品红染料生产工中3例膀胱癌；例膀胱癌； 美国染料生产始于美国染料生产始于1917年，年，1934年出现年出现职业性膀胱癌；职业性膀胱癌； 日本的染料化工日本的染料化工1925投产，报道首例职投产，报道首例职业性膀胱癌的时间是业性膀胱癌的时间是

8、1940年；年； 我国的染料生产大约在我国的染料生产大约在1940年开始，年开始，1959年天津报道第年天津报道第1例职业性膀胱癌。例职业性膀胱癌。肿瘤发生是宿主与环境之间发生复杂、肿瘤发生是宿主与环境之间发生复杂、动态的相互作用过程动态的相互作用过程宿主因素宿主因素：遗传构成和健康状况。：遗传构成和健康状况。环境因素环境因素：一般估计，：一般估计，80-90的人类肿瘤的人类肿瘤与环境有关。包括物理因素，生物因素，与环境有关。包括物理因素，生物因素，化学因素。化学因素。 其中主要是其中主要是化学因素化学因素。占。占70-90以上。以上。15归因于环境因素的癌症死亡构成比归因于环境因素的癌症死亡

9、构成比17 要降低肿瘤的发生率，首先必须识别、要降低肿瘤的发生率，首先必须识别、鉴定化学鉴定化学致癌因素致癌因素和有害的生活方式，和有害的生活方式，并阐明其并阐明其作用机制作用机制，然后采取措施加以，然后采取措施加以防治。防治。18三、有关概念三、有关概念 肿瘤肿瘤：指有分裂潜能的细胞受致癌因素：指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生克隆性增生和恶性转化所的作用后发生克隆性增生和恶性转化所形成的新生物，在人体任何部位、任何形成的新生物，在人体任何部位、任何组织都可以发生。组织都可以发生。 良性肿瘤良性肿瘤 癌癌：上皮细胞的恶性病变：上皮细胞的恶性病变 肉瘤肉瘤：间质细胞的恶性病变：间质细胞的

10、恶性病变 毒理学中毒理学中“癌癌”的概念是广义的。的概念是广义的。19 化学致癌作用化学致癌作用(chemical carcinogenesis)化学致癌物引起或诱导正常细胞发生化学致癌物引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。恶性转化并发展成为肿瘤的过程。 化学致癌物化学致癌物(chemical carcinogen) 应用于未经其他物质作用过的动物后，应用于未经其他物质作用过的动物后，能引起一种或多种组织恶性肿瘤发生能引起一种或多种组织恶性肿瘤发生率升高，并且与未处理动物相比，统率升高，并且与未处理动物相比，统计学差异有显著性的化学物。计学差异有显著性的化学物。20第二节第二节

11、 化学致癌机制化学致癌机制一、与致癌作用有关的代谢一、与致癌作用有关的代谢代谢活化：代谢活化：有些致癌物通过不同的途径有些致癌物通过不同的途径进入人体后，需经过进入人体后，需经过、相代谢，所相代谢，所产生的代谢产物才有致癌活性。这个过产生的代谢产物才有致癌活性。这个过程成为代谢活化。程成为代谢活化。代谢灭活：代谢灭活：各种有活性的致癌物经历不各种有活性的致癌物经历不同的代谢过程成为致癌性减弱，极性增同的代谢过程成为致癌性减弱，极性增高的产物排出体外。这个过程成为代谢高的产物排出体外。这个过程成为代谢灭活。灭活。 前致癌物前致癌物(precarcinogens)：本身不直接：本身不直接致癌，必须

12、在体内经代谢转化，其所形致癌，必须在体内经代谢转化，其所形成的代谢产物才具致癌作用。成的代谢产物才具致癌作用。 近致癌物近致癌物(proximate carcinogens)：前致：前致癌物经代谢活化过程形成一种或一系列癌物经代谢活化过程形成一种或一系列中间代谢产物。中间代谢产物。 终致癌物终致癌物(ultimate carcinogens)：不需代：不需代谢活化的直接致癌物和间接致癌物经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产谢活化所形成的具有致癌作用的代谢产物的统称。物的统称。体内体内致癌物致癌物靶部位靶部位活性致癌物活性致癌物致癌性下降、极致癌性下降、极性高

13、的产物性高的产物体外体外靶分子靶分子 灭活灭活 活化活化代代谢谢灭灭活活代谢活化代谢活化致癌致癌有效剂量有效剂量直接致癌物直接致癌物23苯并苯并(a)(a)芘在体内的代谢活化芘在体内的代谢活化AHH:芳烃氢化酶芳烃氢化酶 EH:环氧化物水化酶环氧化物水化酶AHH环氧化物环氧化物B(a)P极性增加，极性增加，易排出体外易排出体外代谢灭活代谢灭活GSH-S复合物复合物GSTEH7,8-二醇二醇-9,10环氧化物等环氧化物等7,8-二氢二醇等二氢二醇等P450与与DNA结合活性最高，结合活性最高，是是 B(a)P主要终致癌物主要终致癌物代谢活化代谢活化24二、化学致癌过程二、化学致癌过程 化学致癌作

14、用机制目前还有许多尚未彻化学致癌作用机制目前还有许多尚未彻底阐明。一般认为，化学致癌作用是一底阐明。一般认为，化学致癌作用是一个个多因素多因素、多基因多基因参与的参与的多阶段多阶段过程。过程。25 肿瘤的发生是一个长期的、多阶段改变肿瘤的发生是一个长期的、多阶段改变累积的过程，具有多基因控制和多因素累积的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。目前较公认的阶段学说调节的复杂性。目前较公认的阶段学说认为认为至少包括至少包括3个阶段个阶段 引发阶段引发阶段(initiation) 促长阶段促长阶段(promotion) 进展阶段进展阶段(progression)该学说已在该学说已在动物实验模型动

15、物实验模型中得到证实。中得到证实。261、引发阶段（启动阶段）、引发阶段（启动阶段）致癌物直接作用于致癌物直接作用于DNA的初级序列，引起基的初级序列，引起基因突变，使单个细胞或少量细胞发生永久性因突变，使单个细胞或少量细胞发生永久性的、不可逆的遗传性改变，成为具有发展为的、不可逆的遗传性改变，成为具有发展为肿瘤潜能的突变细胞，称肿瘤潜能的突变细胞，称“引发细胞引发细胞”或或“启动细胞启动细胞”(initiated cell)。致癌物致癌物不可逆不可逆地将正常细胞转变为肿瘤细胞地将正常细胞转变为肿瘤细胞的起始步骤。的起始步骤。引发剂引发剂(initiator)或启动剂或启动剂：具有引发作用的：

16、具有引发作用的化学物质。化学物质。27引发剂可引发剂可直接改变细胞遗传物质直接改变细胞遗传物质DNA的的成分或结构。成分或结构。一般一次接触即可完成，一般一次接触即可完成，历时短历时短。剂量剂量-反应显示没有可测定的阈值，无可反应显示没有可测定的阈值，无可测定的最大反应。测定的最大反应。不可逆不可逆。但并非所有引发细胞都构成肿。但并非所有引发细胞都构成肿瘤，其中大多数将凋亡。瘤，其中大多数将凋亡。需要通过一次或多次细胞分裂加以固定。需要通过一次或多次细胞分裂加以固定。引发阶段的主要特征引发阶段的主要特征28引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发细胞不引发细

17、胞不具有生长自主性，因此不是具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞肿瘤细胞。只有引发无促长时不导致肿瘤只有引发无促长时不导致肿瘤。引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。抑制基因。对外源化学物及其他化学因子敏感。对外源化学物及其他化学因子敏感。292、促长阶段、促长阶段 为化学致癌作用第二阶段。引发细胞为化学致癌作用第二阶段。引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤（引发增殖成为癌前病变或良性肿瘤（引发细胞群）的过程。细胞群）的过程。 促进作用选择性地使启动细胞增殖加促进作用选择性地使启动细胞增殖加快或细胞凋亡减缓，实现克隆扩增，快或细胞凋亡减缓，实现克隆扩增，导致局

18、部增殖并引起良性局灶性病理导致局部增殖并引起良性局灶性病理损害如乳头瘤、结节或息肉。损害如乳头瘤、结节或息肉。促长剂（促长剂（promotor）或促癌物：）或促癌物：具有具有促长作用的化学物质，称为促长剂。促长作用的化学物质，称为促长剂。30促长阶段主要特征促长阶段主要特征促长必须在引发之后促长必须在引发之后。只有促癌物的慢性作用而没有引发作用也只有促癌物的慢性作用而没有引发作用也不会引起肿瘤。不会引起肿瘤。剂量剂量-反应曲线显示有可测定的阈值，有反应曲线显示有可测定的阈值，有可测定的最大效应。可测定的最大效应。促长阶段促长阶段历时较长历时较长，是长期、慢性的作用，是长期、慢性的作用，必须持续

19、和反复暴露（特别在早期），才必须持续和反复暴露（特别在早期），才能引起肿瘤。能引起肿瘤。促进剂有一定的物种特异性，有些具有器促进剂有一定的物种特异性，有些具有器官特异性。官特异性。31促癌物通常是非致突变物。早期有促癌物通常是非致突变物。早期有可可逆性逆性，很多病损会消退，仅少数细胞，很多病损会消退，仅少数细胞发生进一步突变引成恶性肿瘤。发生进一步突变引成恶性肿瘤。对生理调节因素的敏感，如衰老、饮对生理调节因素的敏感，如衰老、饮食和激素。食和激素。促长阶段是肿瘤形成过程较促长阶段是肿瘤形成过程较易受干扰易受干扰的阶段，是最容易取得的阶段，是最容易取得预防预防效果的阶效果的阶段。段。323、进展

20、阶段、进展阶段化学致癌作用的第三阶段，指从癌前病变化学致癌作用的第三阶段，指从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿瘤，并进一步演或良性肿瘤转变成恶性肿瘤，并进一步演变成更具侵袭特征的肿瘤的过程。变成更具侵袭特征的肿瘤的过程。在进展阶段肿瘤获得恶性化的特征，在形在进展阶段肿瘤获得恶性化的特征，在形态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出如态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出如生长加快、侵袭、转移、抗药性及生化、生长加快、侵袭、转移、抗药性及生化、免疫性能改变等。免疫性能改变等。进展剂进展剂（progressor）或）或催展物催展物：作用于：作用于促长阶段的细胞转变成进展期的化学物促长阶段的细胞转变成进展期的化

21、学物。 肿瘤的发生、发展非常复杂。引发、促肿瘤的发生、发展非常复杂。引发、促长和进展长和进展三个阶段常难以清楚地界定三个阶段常难以清楚地界定。 动物实验致癌模型中，某些致癌物的致动物实验致癌模型中，某些致癌物的致癌过程的阶段划分较明确。癌过程的阶段划分较明确。 人由于可同时或反复接触引发剂、促长人由于可同时或反复接触引发剂、促长剂或致癌剂，而且一种因素可以起多种剂或致癌剂，而且一种因素可以起多种作用，致癌分期不很清楚。作用，致癌分期不很清楚。 完全致癌物完全致癌物（complete carcinogen）兼）兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物。致癌物。

22、 促长期是最可能控制癌症发生促长期是最可能控制癌症发生的环节，的环节，可在此期进行采用化学预防，如使用促可在此期进行采用化学预防，如使用促长剂抑制剂（如维生素长剂抑制剂（如维生素A类）、抑制促类）、抑制促长期转变成进展期的抑制剂（如抗氧化长期转变成进展期的抑制剂（如抗氧化剂）等。剂）等。3435亚致癌剂量涂抹亚致癌剂量涂抹小鼠皮肤，小鼠皮肤，2020周周巴豆油涂抹巴豆油涂抹同一部位同一部位2020周周苯并苯并(a)芘芘不发生肿瘤不发生肿瘤皮肤癌皮肤癌启动剂启动剂促癌剂促癌剂不可逆不可逆可逆可逆36正常上皮正常上皮上皮过度增殖上皮过度增殖早期腺瘤早期腺瘤中期腺瘤中期腺瘤晚期腺瘤晚期腺瘤癌症癌症转

23、移转移结肠癌的多阶段模型结肠癌的多阶段模型引发阶段引发阶段:促长阶段促长阶段:进展阶段进展阶段:正常细胞转变为正常细胞转变为突变突变(引发引发)细胞细胞肿瘤细胞分裂增肿瘤细胞分裂增殖，形成癌前恶殖，形成癌前恶变或良性肿瘤变或良性肿瘤(引引发细胞群发细胞群)癌前恶变或良性癌前恶变或良性肿瘤转变成恶性肿瘤转变成恶性肿瘤肿瘤37三、化学致癌机制学说三、化学致癌机制学说 肿瘤的发生是一复杂的生物学过程。肿瘤的发生是一复杂的生物学过程。 是细胞遗传物质异常的结果，也涉及是细胞遗传物质异常的结果，也涉及机体的内环境的各种因素，包括机体机体的内环境的各种因素，包括机体的免疫能力、各种生长因子和生物活的免疫能

24、力、各种生长因子和生物活性物质。性物质。 至今化学致癌机制还未完全阐明。至今化学致癌机制还未完全阐明。38目前主流的化学致癌机制学说为目前主流的化学致癌机制学说为 体细胞突变致癌学说体细胞突变致癌学说：即造成：即造成DNA损伤损伤而引发肿瘤的遗传毒性机制，专指而引发肿瘤的遗传毒性机制，专指DNA碱基序列的改变，可通过细胞分裂传递碱基序列的改变，可通过细胞分裂传递给子代。给子代。 非突变致癌学说非突变致癌学说：即对：即对DNA以外靶分子以外靶分子作用的非遗传毒性机制。作用的非遗传毒性机制。 目前认为化学致癌物诱导肿瘤发生可能目前认为化学致癌物诱导肿瘤发生可能是两种机制共同作用，即相互作用，共是两

25、种机制共同作用，即相互作用，共同控制细胞癌变的过程。同控制细胞癌变的过程。39一、化学致癌作用的遗传毒性机制一、化学致癌作用的遗传毒性机制大多数环境因素的致癌作用都是通大多数环境因素的致癌作用都是通过影响遗传基因起作用的过影响遗传基因起作用的，肿瘤是，肿瘤是细胞中多种基因突变累积的结果。细胞中多种基因突变累积的结果。40 大多数致癌物同时也是致突变物。大多数致癌物同时也是致突变物。 对某些致癌物的易感性取决于细胞代谢对某些致癌物的易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力。活化酶转化致癌物成为致突变物的活力。 DNADNA修复能力的缺失增加癌发生的可能性。修复能力的缺失增加癌发生的

26、可能性。 在多种癌观察到染色体和基因组的不稳在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性。定性。41 某些癌具有可遗传性。某些癌具有可遗传性。 某些癌有突变的癌基因。某些癌有突变的癌基因。 某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或突变。某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或突变。 许多致癌物的致突变和致癌性质取决于许多致癌物的致突变和致癌性质取决于它们是否能转变为亲电子的代谢产物。它们是否能转变为亲电子的代谢产物。 DNADNA加合物的水平通常与致癌性和致突变加合物的水平通常与致癌性和致突变性成正相关。性成正相关。42（一）（一）DNA加合物加合物（二）（二）DNA修复与致癌过程修复与致癌过程（三）癌基因、原癌基因和抑癌

27、基因（三）癌基因、原癌基因和抑癌基因 1、癌基因和原癌基因、癌基因和原癌基因 2、抑癌基因、抑癌基因43生物转化生物转化酶系统酶系统 致癌物致癌物 代谢活化代谢活化 DNA加合物加合物 DNA分子分子 部分恶性转化部分恶性转化 肿瘤肿瘤(一一) DNA加合物加合物修复失败修复失败终致癌物终致癌物( (亲电基团亲电基团) )DNA突变突变44 DNA加合物提供了致癌物暴露和加合物提供了致癌物暴露和DNA原原始损伤的证据，反映致癌物吸收、代谢始损伤的证据，反映致癌物吸收、代谢和修复等互相作用的综合效应，代表致和修复等互相作用的综合效应，代表致癌物的生物有效剂量。癌物的生物有效剂量。 DNA加合物的

28、数量加合物的数量与与致癌性致癌性有密切关系。有密切关系。 DNA加合物可作为人类肿瘤的接触（效加合物可作为人类肿瘤的接触（效应）应）生物学标志生物学标志。45(二二) DNA 修复与化学致癌修复与化学致癌 化学致癌物对于人体内化学致癌物对于人体内DNA损伤的方式损伤的方式是多种多样的，机体对是多种多样的，机体对DNA损伤相应有损伤相应有了多种形式的修复机制。了多种形式的修复机制。DNA修复有两种后果：修复有两种后果： 一是正确修复，一是正确修复，使机体内受损的使机体内受损的DNA完完全回复原有的结构和功能。全回复原有的结构和功能。 一是错误修复，一是错误修复，指经修复的指经修复的DNA部分仍部

29、分仍可能在结构和功能上有缺陷。通常，经可能在结构和功能上有缺陷。通常，经错误修复的细胞，尽管能够生存并保持错误修复的细胞，尽管能够生存并保持了部分功能，但其代价是了部分功能，但其代价是出现突变出现突变。46突变的出现呈现为突变的出现呈现为损伤损伤-修复修复-突变突变模式，模式，即即DNA损伤能够正确修复，突变就不会损伤能够正确修复，突变就不会发生；如果修复错误或未经修复，进行发生；如果修复错误或未经修复，进行DNA复制后，可出现突变。复制后，可出现突变。损伤损伤-修复修复-突变突变-肿瘤，肿瘤，所以，所以，DNA修复修复与化学致癌作用在一定程度上相关。与化学致癌作用在一定程度上相关。47（三）

30、原癌基因、癌基因及抑癌基因（三）原癌基因、癌基因及抑癌基因癌基因与抑癌基因的发现对于阐明肿瘤癌基因与抑癌基因的发现对于阐明肿瘤的发生机制、肿瘤的基因治疗以及抗肿的发生机制、肿瘤的基因治疗以及抗肿瘤药物的发展提供了科学依据。瘤药物的发展提供了科学依据。 48原癌基因、癌基因原癌基因、癌基因 原癌基因（原癌基因（prooncogene），即癌基因的，即癌基因的原型，普遍存在于正常动物细胞的基因组原型，普遍存在于正常动物细胞的基因组内，在进化过程中高度保守，具有正常的内，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。递的调

31、控起重要作用。 截至截至2004年，已经发现超过年，已经发现超过100种的原癌种的原癌基因。基因。49癌基因癌基因(oncogene)(oncogene)原癌基因受到致癌因素（原癌基因受到致癌因素（ 膳食和营养因素、膳食和营养因素、化学致癌、某些病毒、放射线等）作用激化学致癌、某些病毒、放射线等）作用激活即活化为活即活化为癌基因癌基因，显示致癌活性。，显示致癌活性。癌基因是显性基因。癌基因是显性基因。在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜在能力，是致癌物的主要靶分子。潜在能力，是致癌物的主要靶分子。癌基因指导合成的蛋白质能够促成细胞恶癌基因指导合成的蛋白质能

32、够促成细胞恶性表型的形成。性表型的形成。50抑癌基因抑癌基因 (anti-oncogene)(anti-oncogene)又称又称肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）或）或抗癌基因抗癌基因，是正常细胞生长、，是正常细胞生长、增殖和分化的负性调节因子，其编码的增殖和分化的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性。蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性。可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达。可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达。抑癌基因为隐性基因，只有处于纯合失抑癌基因为隐性基因，只有处于纯合失活状态时，细胞才会因正常抑制的解除活状态时，细胞才会因正常抑制的解除而恶性

33、转化。而恶性转化。51抑癌基因的产物能阻断肿瘤的细胞生长，抑癌基因的产物能阻断肿瘤的细胞生长，抑癌基因突变后丧失其功能。抑癌基因突变后丧失其功能。抑癌基因抑癌基因失活失活肿瘤细胞增殖失控。肿瘤细胞增殖失控。52 遗传毒性致癌物主要通过原癌基因突变遗传毒性致癌物主要通过原癌基因突变激活为癌基因和激活为癌基因和/或抑癌基因突变失活引或抑癌基因突变失活引起致癌作用。起致癌作用。 正常细胞转化为肿瘤细胞涉及两类基因正常细胞转化为肿瘤细胞涉及两类基因的遗传学改变，即的遗传学改变，即癌基因和抑癌基因的癌基因和抑癌基因的改变。改变。53二、化学致癌的非遗传毒性机制二、化学致癌的非遗传毒性机制 有的化学致癌物

34、对细胞有的化学致癌物对细胞DNA并无致突变并无致突变作用，用常用作用，用常用致突变试验方法不能检出致突变试验方法不能检出其致突变性。其致突变性。 当基因以外的物质或因素如蛋白质、当基因以外的物质或因素如蛋白质、RNA、生物膜发生了改变，而使与细胞、生物膜发生了改变，而使与细胞生长、分化有关的基因异常地关闭或启生长、分化有关的基因异常地关闭或启动表达，这样的细胞就可能转化为癌细动表达，这样的细胞就可能转化为癌细胞。胞。 表观遗传学表观遗传学 细胞异常增生细胞异常增生 免疫抑制免疫抑制 激素失调激素失调54第三节第三节 化学致癌物的分类化学致癌物的分类一、根据人类和动物致癌作用证据分类一、根据人类

35、和动物致癌作用证据分类 自自1971年起，年起，WHO下属下属IARC根据对根据对人类和对实验动物致癌性资料，以及人类和对实验动物致癌性资料，以及实验系统和人类其他有关的资料，将实验系统和人类其他有关的资料，将各种化学物质（并扩展到物理因子、各种化学物质（并扩展到物理因子、生物因子）分类。生物因子）分类。55 其分类只与致癌物的其分类只与致癌物的证据权重证据权重有关。有关。 将化学物对将化学物对人人类和类和动物动物致癌资料分为致癌资料分为4级级 致癌证据充分致癌证据充分(sufficient) 致癌证据有限致癌证据有限(limited) 致癌证据不足致癌证据不足(inadequate) 证据提

36、示缺乏致癌性证据提示缺乏致癌性(lack of carcinogenicity)56 目前估计有目前估计有7000种化学物已经过动物致种化学物已经过动物致癌试验，其中约癌试验，其中约1700种为阳性反应。种为阳性反应。 至至2012年年3月，月，IARC已评价已评价951种化学种化学物、混合物和接触环境，物、混合物和接触环境，根据对人类和根据对人类和对实验动物致癌性资料，及其他有关资对实验动物致癌性资料，及其他有关资料进行综合评价料进行综合评价，将环境致癌因素分为将环境致癌因素分为四类四类。5758组组l(group 1)：对人类是致癌物：对人类是致癌物(carcinogenic to hum

37、an) 对人的致癌性有足够对人的致癌性有足够(sufficient)的证据。的证据。某种因子对人致癌性证据尚不足够某种因子对人致癌性证据尚不足够(1ess than sufficient)，但实验动物致癌证据足，但实验动物致癌证据足够够(sufficient)和暴露人体有该因子强有力和暴露人体有该因子强有力的致癌机制证据的致癌机制证据(strong evidence)时，也时，也可归为此类。可归为此类。107种，如砷及其化合物、黄曲毒素、苯、种，如砷及其化合物、黄曲毒素、苯、雌激素、氯乙烯、镉及其化合物、镍化合雌激素、氯乙烯、镉及其化合物、镍化合物、铍及其化合物、酒精饮料、槟榔与烟物、铍及其化

38、合物、酒精饮料、槟榔与烟草同嚼、腌鱼草同嚼、腌鱼(中国式中国式)等。等。组组2(group 2) 根据流行病学、动物致癌及其他有关根据流行病学、动物致癌及其他有关资料分为资料分为2A和和2B两类。两类。59组组2 A (group 2A)：对人类很可能是致癌物：对人类很可能是致癌物 (possible carcinogenic to human)对人的致癌性的流行病学证据有限对人的致癌性的流行病学证据有限(limited evidence)，在实验动物的致癌证据足够，在实验动物的致癌证据足够(sufficient)。某些情况下，将对人的致癌性证据不充分某些情况下，将对人的致癌性证据不充分(in

39、adequate evidence)、在实验动物的致癌证、在实验动物的致癌证据足够据足够(sufficient)、有在人体同样发挥作用、有在人体同样发挥作用的致癌机制的强有力证据的致癌机制的强有力证据(strong evidence)的的因子归于此类。因子归于此类。63种，苯并种，苯并(a)芘、多氯联苯、氧化苯乙烯等。芘、多氯联苯、氧化苯乙烯等。60组组2B (group 2B) ：对人类是可能致癌物：对人类是可能致癌物 (probably carcinogenic to human)对人的致癌性有有限的证据对人的致癌性有有限的证据(1imited evidence)，动物致癌性证据不足够动物

40、致癌性证据不足够(less than sufficient)。或对人致癌性证据不充分或对人致癌性证据不充分(inadequate evidence)，实验动物致癌证据足够实验动物致癌证据足够(sufficient)。某些情况下，将对人的致癌性证据不充分某些情况下，将对人的致癌性证据不充分(inadequate evidence)而实验动物的致癌证据有而实验动物的致癌证据有限限(1immited evidence)，但具有其他相关资料的，但具有其他相关资料的支持证据支持证据(supporting evidence)的化学物、混合的化学物、混合物和接触环境归为此类。物和接触环境归为此类。271种，

41、如四氯二苯并对二种，如四氯二苯并对二噁噁英英(TCDD)、苯乙、苯乙烯、乌拉坦。烯、乌拉坦。61组组3(group 3)：对人的致癌性尚不能确定：对人的致癌性尚不能确定(unclassifiable as to carcinogenicity to human)对人的致癌性证据不充分对人的致癌性证据不充分(inadequate evidence)，动物致癌性资料也不充分或有限，动物致癌性资料也不充分或有限(inadequate or limited)的化学物、混合物和的化学物、混合物和接触环境。接触环境。对人的致癌性证据不充分对人的致癌性证据不充分(inadequate evidence)，动

42、物致癌性资料足够，动物致癌性资料足够(sufficient)，但有强有力证据但有强有力证据(strong evidence)表明动物致表明动物致癌机制在人体不适用的化合物、混合物和接癌机制在人体不适用的化合物、混合物和接触环境也归此类。触环境也归此类。509种，如丙烯醛、丙烯酸、偶氮苯、氯消种，如丙烯醛、丙烯酸、偶氮苯、氯消毒饮用水等。毒饮用水等。62组组4(group 4)：可能对人类不致癌：可能对人类不致癌(probably not carcinogenic to human)证据提示在人类和动物不具致癌性证据提示在人类和动物不具致癌性(lack of carcinogenicity)的化

43、学物、混合物和接的化学物、混合物和接触环境。触环境。有时，将对人的致癌性证据不充分有时，将对人的致癌性证据不充分(inadequate evidence)，动物不具致癌性，动物不具致癌性(lack of carcinogenicity)，并被大量其他，并被大量其他相关资料一致和强有力支持的因子或混合相关资料一致和强有力支持的因子或混合物归为此类。物归为此类。仅仅1种，己内酰胺。种，己内酰胺。63美国美国EPA EPA 19861986年致癌物危险性评价方法将年致癌物危险性评价方法将致癌物分为六类致癌物分为六类 A A：人的致癌物，：人的致癌物， B1B1：人的可能致癌物，：人的可能致癌物， B

44、2B2：或许为人的致癌物，：或许为人的致癌物， C C：可疑的人类致癌物，：可疑的人类致癌物， D D：证据不足尚不能进行分类，：证据不足尚不能进行分类， E E：人类非致癌物。：人类非致癌物。6419961996年，美国年，美国EPAEPA又建议将致癌物分为三类又建议将致癌物分为三类 已知已知/ /可能可能(know/likely)(know/likely) 不能确定不能确定(cannot be determined)(cannot be determined) 不可能不可能(no 1ikely)(no 1ikely)652005年美国年美国EPA致癌危险性评价指南最终致癌危险性评价指南最终

45、报告以证据权重分为五类报告以证据权重分为五类 对人是致癌性的对人是致癌性的(carcinogenic to humans) 对人可能是致癌的对人可能是致癌的(likely to be carcinogenic to humans) 证据提示有致癌可能证据提示有致癌可能(suggestive evidence of carcinogenic potential) 评价致癌性的信息不足评价致癌性的信息不足(indicate information to access carcinogenic potential) 对人可能不是致癌性的对人可能不是致癌性的(not likely to be carc

46、inogenic to humans)66欧共体（欧共体（EEC）分为分为三组三组 已知为人类已知为人类致癌物致癌物( know to be carcinogenic to humans) 认为是人类认为是人类致癌物致癌物(regarded as of carcinogenic to humans) 证据不足以进行满意的评价证据不足以进行满意的评价(causes concern due to possible carcinogenic effects)67681、遗传毒性致癌物、遗传毒性致癌物(genotoxic carcinogens) 进入人细胞后与进入人细胞后与DNA共价结合，引共价结合

47、，引起机体遗传物质改变，导致癌变的化学起机体遗传物质改变，导致癌变的化学物质。这类致癌物约占化学致癌物的大物质。这类致癌物约占化学致癌物的大多数，因其作用机制是损伤遗传物质，多数，因其作用机制是损伤遗传物质，故可利用故可利用遗传毒理学试验来检测遗传毒理学试验来检测这类致这类致癌物。癌物。 二、根据化学致癌物作用模式分类二、根据化学致癌物作用模式分类69 (1)(1)直接致癌物（直接致癌物（direct carcinogensdirect carcinogens）本身直接具有致癌作用，在体内不需要本身直接具有致癌作用，在体内不需要经过代谢活化即可致癌。例如，各种烷经过代谢活化即可致癌。例如，各种

48、烷化剂，其大多为亲电子反应物。化剂，其大多为亲电子反应物。 (2)(2)间接致癌物间接致癌物(indirect carcinogens)(indirect carcinogens)本身并不直接致癌，必须在体内经代谢本身并不直接致癌，必须在体内经代谢转化，其所形成的代谢产物才具致癌作转化，其所形成的代谢产物才具致癌作用。例如，多环芳烃、芳香胺类化合物用。例如，多环芳烃、芳香胺类化合物等。等。702 2、非遗传毒性致癌物、非遗传毒性致癌物(epigenotoxic (epigenotoxic carcinogens)carcinogens) 指不作用于机体遗传物质的化学致癌物。指不作用于机体遗传物

49、质的化学致癌物。非遗传毒性致癌物包括以下几种：非遗传毒性致癌物包括以下几种：71 （1 1）促长剂）促长剂 （2 2）内分泌调控剂）内分泌调控剂 （3 3）免疫抑制剂）免疫抑制剂 （4 4）细胞毒剂）细胞毒剂 （5 5）过氧化物酶体增殖剂）过氧化物酶体增殖剂 （6 6）固态物质（膜片）固态物质（膜片） （7 7）助癌物）助癌物72三、根据致癌物是否需要活化来分三、根据致癌物是否需要活化来分（1）前致癌物）前致癌物（procarcinogen）（2）近致癌物（）近致癌物（proximate carcinogen ）（3）终致癌物（）终致癌物（ultimate carcinogen）73四、按化学

50、结构分类四、按化学结构分类（1 1）烷化剂：芥子气、甲醛、氯甲醚）烷化剂：芥子气、甲醛、氯甲醚（2 2）多环芳烃类：）多环芳烃类： 煤焦油、二苯蒽煤焦油、二苯蒽（3 3）芳香胺类：乙萘胺、硝基联苯）芳香胺类：乙萘胺、硝基联苯（4 4）氨基偶氮染料）氨基偶氮染料（5 5）亚硝胺类化合物）亚硝胺类化合物（6 6）黄曲霉毒素）黄曲霉毒素（7 7）植物毒素）植物毒素（8 8）金属致癌物：镍、铬、镉）金属致癌物：镍、铬、镉74第四节第四节 化学致癌物的评价化学致癌物的评价化学致癌物危险评价包括两方面化学致癌物危险评价包括两方面一是一是定性定性的，即该化学物能否致癌；的，即该化学物能否致癌；二是二是定量定

51、量的，即进行剂量的，即进行剂量- -反应关系分反应关系分析，推算可接受的危险度的剂量或人体析，推算可接受的危险度的剂量或人体实际可能接触剂量下的危险度。实际可能接触剂量下的危险度。75一、定量构效关系分析一、定量构效关系分析构效关系分析从一种同系物着手，找构效关系分析从一种同系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性关系出该系物质化学结构中与致癌性关系最密切的最密切的结构成分结构成分，以及其他构分改，以及其他构分改变时对其致癌性的影响。变时对其致癌性的影响。如对数百种如对数百种PAHs类化合物的小鼠皮肤类化合物的小鼠皮肤癌诱发试验结果做的构效关系分析表癌诱发试验结果做的构效关系分析表明，不仅化学

52、结构的微小变化都关系明，不仅化学结构的微小变化都关系着致癌性的强弱，而且与其立体结构着致癌性的强弱，而且与其立体结构的变化也有密切关系。的变化也有密切关系。二、遗传毒性试验二、遗传毒性试验 遗传毒性试验即遗传毒性试验即致突变筛检试验致突变筛检试验，又称又称为短期致癌物筛检试验。为短期致癌物筛检试验。 致突变筛检试验的理论依据是：致突变筛检试验的理论依据是：化学物化学物的的致突变性与致癌性相联系致突变性与致癌性相联系，即，即大多数大多数致癌物具有致突变性，而大多数非致癌致癌物具有致突变性，而大多数非致癌物无致突变性。物无致突变性。7677 局限性：局限性：无法确定非遗传毒性致癌物无法确定非遗传毒

53、性致癌物( (假假阴性阴性) )和具有遗传毒性的非致癌物和具有遗传毒性的非致癌物( (假阳假阳性性) )。 致癌物的筛选需致癌物的筛选需一组致突变试验一组致突变试验，最好每，最好每一遗传学终点均有一个试验。假如在组合一遗传学终点均有一个试验。假如在组合试验中有一项是阳性结果，即可认为该受试验中有一项是阳性结果，即可认为该受试物为致突变物。组合试验中出现的阳性试物为致突变物。组合试验中出现的阳性结果愈多，受试物致癌的可能性就愈大。结果愈多，受试物致癌的可能性就愈大。 AmesAmes试验试验是应用筛检致癌物最广泛和最敏是应用筛检致癌物最广泛和最敏感的致突变试验。感的致突变试验。78三、细胞恶性转

54、化试验三、细胞恶性转化试验 体外培养体外培养条件下，细胞在有害因素（受条件下，细胞在有害因素（受试物）作用下发生一系列与肿瘤形成有试物）作用下发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。关的细胞形态学及生物学特性的改变。 观察内容观察内容包括：生长自控能力、细胞形包括：生长自控能力、细胞形态、细胞生长能力、生化表型以及移植态、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。于动物体内形成肿瘤的能力等。 在在敏感宿主中的成瘤性敏感宿主中的成瘤性是确定转化细胞是确定转化细胞恶性变性质的可靠指标。恶性变性质的可靠指标。 79常用细胞常用细胞原代细胞原代细胞：常用叙利亚仓鼠胚体细

55、胞：常用叙利亚仓鼠胚体细胞(SHE(SHE细胞细胞) )、人类成纤维细胞、小鼠皮肤、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠支气管上皮细胞等。或大鼠支气管上皮细胞等。细胞系细胞系：常用细胞系：常用细胞系BALB/C-3T3BALB/C-3T3，C3Hl0Tl/2C3Hl0Tl/2和和BHK21BHK21；病毒感染细胞病毒感染细胞：如：如RLV/RERLV/RE细胞细胞( (劳舍尔白劳舍尔白血病病毒感染血病病毒感染FisherFisher大鼠胚胎细胞大鼠胚胎细胞) )和和SA7/SHESA7/SHE细胞细胞( (猿猴腺病毒感染的猿猴腺病毒感染的SHESHE细细胞胞) )。 80试验的观察终点：试验的观察终

56、点：恶性变的细胞恶性变的细胞 细胞偏大，且大小不等细胞偏大，且大小不等 核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比例倒置，核膜粗厚，核仁增生而肥大例倒置，核膜粗厚，核仁增生而肥大 多见核分裂现象多见核分裂现象 正常的接触抑制消失，它的克隆不是单层正常的接触抑制消失，它的克隆不是单层细胞且细胞排列有序，而是多层细胞且细细胞且细胞排列有序，而是多层细胞且细胞排列紊乱胞排列紊乱 生长表型的改变生长表型的改变 如将此种细胞如将此种细胞移植于动物体内（一般为裸移植于动物体内（一般为裸鼠）可形成肿瘤鼠）可形成肿瘤。 由于它不以致突变为观察终点，可以弥由于它不以致突变为观察终点

57、，可以弥补以致突变试验来筛查化学致癌物的不补以致突变试验来筛查化学致癌物的不足，即它足，即它可检出遗传毒性致癌物和非遗可检出遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物传毒性致癌物。8182局限性局限性 本试验所指的转化大多数为形态转化或本试验所指的转化大多数为形态转化或恶性前期转化。它们可以发展成为真正恶性前期转化。它们可以发展成为真正的恶性变，但亦可能到此为止，其的恶性变，但亦可能到此为止，其结局结局不一定形成肿瘤不一定形成肿瘤。 动物短期致癌试验动物短期致癌试验 （long-term carcinogenicity study) 也叫有限动物试验也叫有限动物试验 （limited in vivo b

58、ioassay）或）或 中期致癌试验（中期致癌试验（medium-term test） 哺乳动物长期诱癌试验哺乳动物长期诱癌试验 （limited carcinogenicity study) 即终身试验（即终身试验（life-time test）83四、哺乳动物致癌试验四、哺乳动物致癌试验84在哺乳动物致癌试验中，发现受试化在哺乳动物致癌试验中，发现受试化合物对某些合物对某些特定组织特定组织的致瘤作用比对的致瘤作用比对其他组织更为明显，据此建立了比常其他组织更为明显，据此建立了比常规动物致癌试验时间更短，更敏感的规动物致癌试验时间更短，更敏感的哺乳动物短期致癌试验，又称为有限哺乳动物短期致癌

59、试验，又称为有限体内试验。体内试验。在这些试验中仅观察特定靶器官的肿在这些试验中仅观察特定靶器官的肿瘤发生情况，试验期限一般瘤发生情况，试验期限一般在数周到在数周到数月数月。 1 1、动物短期致癌试验、动物短期致癌试验 在有限的短时间内完成而不是终生，在有限的短时间内完成而不是终生，又指观察的靶器官限定为一个而不是又指观察的靶器官限定为一个而不是全部器官和组织。主要有四种：全部器官和组织。主要有四种： 小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠肺肿瘤诱发试验 大鼠肝转变灶试验大鼠肝转变灶试验 小鼠皮肤肿瘤诱发试验小鼠皮肤肿瘤诱发试验 雌性雌性SD大鼠乳腺癌诱发试验大鼠乳腺癌诱发试验。小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠肺肿瘤诱

60、发试验 一次或多次给予受试物后，或一次给予受一次或多次给予受试物后，或一次给予受试物一至两周后持续多次给予促癌剂，试物一至两周后持续多次给予促癌剂，16周至周至30周左右结束试验。如在肺组织发现肿瘤，可周左右结束试验。如在肺组织发现肿瘤，可认为受试物具有诱发肿瘤作用。认为受试物具有诱发肿瘤作用。大鼠肝转变灶诱发试验大鼠肝转变灶诱发试验 肝癌发生过程有几种明显肝细胞病灶，较肝癌发生过程有几种明显肝细胞病灶，较早发现的是转变灶，进一步发展为瘤性结节。早发现的是转变灶，进一步发展为瘤性结节。 用酶组织化学和免疫组织化学方法将转变用酶组织化学和免疫组织化学方法将转变灶和结节中的谷氨酰转肽酶和胚体型谷胱