临床上课致突变作用

1、第六章第六章外源化学物外源化学物致突变作用致突变作用黄黄 晓晓 薇薇临床上课致突变作用2DNA转录 翻译 复制 逆转录 RNA复制 RNA蛋白质生物物种通过各种繁殖方式保证生命的延续，使亲代生物物种通过各种繁殖方式保证生命的延续，使亲代的性状在子代中得到体现，称为遗传（的性状在子代中得到体现，称为遗传（heredityheredity）。）。为什么子女与父母非常相象？为什么子女与父母非常相象？第一节第一节 概概 述述3变异（变异（variationvariation） 在亲子之间或子代个体之间出现不同程度在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，称为变异。的差异，称为变异。 亲代个体杂交，基

2、因重组；亲代个体杂交，基因重组； 基因突变，新基因产生；基因突变，新基因产生； 染色体组成或细胞质发生变化染色体组成或细胞质发生变化 掌 握4突变（突变（mutationmutation）是指遗传结构本身的变化及其引起的变异是指遗传结构本身的变化及其引起的变异，即生物，即生物体的遗传物质发生了突然的、根本的、遗传的变化，因为体的遗传物质发生了突然的、根本的、遗传的变化，因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异。这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异。 自发突变自发突变 (spontaneous mutation) 诱发突变诱发突变 (induced mutation)掌

3、握5突变突变诱发突变诱发突变自发突变自发突变 ：物种进化：物种进化人类健康危害人类健康危害新品种培育、选择、改良新品种培育、选择、改良发生过程长，发生过程长，频率低频率低发生过程短，频率高；可为发生过程短，频率高；可为人类利用，也可能对人有害人类利用，也可能对人有害6781. 1. 化学物质化学物质l天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝胺等硝胺等环境中的致突变因素环境中的致突变因素9l人工合成的致突变物人工合成的致突变物 抗癌药物：如环磷酰胺等抗癌药物：如环磷酰胺等 烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等 有毒金属：如六价铬、有机

4、汞等有毒金属：如六价铬、有机汞等 农药：如乐果、敌百虫等农药：如乐果、敌百虫等 食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1 1号号和和2 2号等号等 其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等102 2、物理因素：电离辐射、物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等温度剧烈变化等11 1986 1986年年4 4月月2626日，原苏联在乌克兰日，原苏联在乌克兰境内修建的切尔诺贝利核电站发生爆境内修建的切尔诺贝利核电站发生爆炸并引起大火。该事故导致约吨的炸并引起大火。该事故导致约吨的强辐射物严重泄露，造成了史无前例强辐射物严重泄露，造成了史无前例的放射性

5、污染，其危害至今也未能完的放射性污染，其危害至今也未能完全消除。全消除。 切尔诺贝利事故增加儿童体内切尔诺贝利事故增加儿童体内DNADNA变异。变异。在医院接受治疗在医院接受治疗的受辐射的孩子的受辐射的孩子123. 3. 生物因素：病毒、基因工程等生物因素：病毒、基因工程等转基因鲑鱼转基因鲑鱼( (上上) )比同年龄比同年龄的野生鲑鱼的野生鲑鱼( (下下) )重重 11 倍倍 13遗传毒理学遗传毒理学（genetic toxicologygenetic toxicology） 研究化学、物理因素对遗传物质（研究化学、物理因素对遗传物质（DNADNA）及活细胞）及活细胞遗传过程的作用，以及人类接

6、触致突变物可能引遗传过程的作用，以及人类接触致突变物可能引起的健康效应的学科。起的健康效应的学科。 主要研究致突变作用机理主要研究致突变作用机理 寻找敏感检测系统发现和探究致突变物；寻找敏感检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。提出评价致突变物健康危害的方法。14 突变是致突变作用的后果突变是致突变作用的后果 致突变物（致突变物（mutagenmutagen）：）：能引起突变的物质，又称诱能引起突变的物质，又称诱变剂变剂 遗传毒物（遗传毒物（genotoxic agentgenotoxic agent）：）：因致突变物能引起因致突变物能引起遗传物质损伤，又称其为遗传毒物

7、。遗传物质损伤，又称其为遗传毒物。致突变作用（致突变作用（mutagenesismutagenesis）: :是指外来因素特别是是指外来因素特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。而且此种改变可随同细胞分裂过程而传递。15 DNA由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，基本由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，基本成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构遗传学基础遗传学基础1DNA与基因与基因 A: 腺嘌呤G: 鸟嘌呤C: 胞嘧啶 T: 胸腺嘧啶16 在间期细胞的细胞核中，在间期细胞的细胞核中，通

8、过光镜可见一种能被碱性染通过光镜可见一种能被碱性染料着色的物质，即染色质料着色的物质，即染色质（chromatin）。）。它由它由DNADNA、蛋白质、蛋白质及少量的及少量的RNA RNA 组成，形似串珠状的复合组成，形似串珠状的复合体体 2. 染色质与染色体染色质与染色体17183体细胞和生殖细胞体细胞和生殖细胞 体细胞（体细胞（somatic cell）多是二倍体（）多是二倍体（diploid）细胞，含有两组完全相同的染色体，其遗传损伤细胞，含有两组完全相同的染色体，其遗传损伤不会遗传给下一代。不会遗传给下一代。 生殖细胞（生殖细胞（germ cell）往往是单倍体，其染色）往往是单倍体，

9、其染色体改变可传给下一代。体改变可传给下一代。19第二节第二节外源化学物致突变的类型外源化学物致突变的类型20突突 变变基因突变基因突变染色体数目变化染色体数目变化碱基置换碱基置换 移码突变移码突变密码子插入或丢失密码子插入或丢失转转 换换颠颠 换换碱基插入碱基插入碱基丢失碱基丢失非整倍体非整倍体多倍性多倍性染色体畸变染色体畸变缺失缺失、断片断片重重 复复倒倒 位位易易 位位临床上课致突变作用21 基因突变基因突变 染色体畸变染色体畸变突变的类型突变的类型染色体结构改变染色体结构改变染色体数目改变染色体数目改变22一、基因突变一、基因突变(gene mutation)(gene mutatio

10、n) （1 1）碱基置换（）碱基置换（base substitutionbase substitution） 指某一碱基配对性能改变或脱落所致的指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。使其不能按正常规律与其相应的碱基突变。使其不能按正常规律与其相应的碱基结合配对，从而引起结合配对，从而引起DNADNA链中碱基配对的异常链中碱基配对的异常，此即碱基置换。，此即碱基置换。23错误配对的碱基在下一次错误配对的碱基在下一次DNA复复制时按正常规律配对，于是原来制时按正常规律配对，于是原来的碱基对被错误碱基对所置换。的碱基对被错误碱基对所置换。 转换转换(transition) (transition)

11、 颠换颠换(transvertion)(transvertion) 嘌呤置换另一嘌呤，或者是嘧啶置换另一嘧啶嘌呤置换另一嘌呤，或者是嘧啶置换另一嘧啶嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧啶嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧啶242 2移码突变移码突变 指发生一对或几对（三对除外）的指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。转译成为不正常的氨基酸。 25U:尿嘧啶尿嘧啶A: 腺嘌呤G: 鸟嘌呤C: 胞嘧啶 T: 胸腺嘧啶26地中海贫血地中海贫血27 每一个中期染色体

12、每一个中期染色体均由两条染色单体构成，均由两条染色单体构成，每一条染色单体由一个每一条染色单体由一个DNADNA分子螺旋而成。分子螺旋而成。 两条染色单体互称两条染色单体互称为姐妹染色单体。两条为姐妹染色单体。两条染色单体通过一个着丝染色单体通过一个着丝粒彼此连接。着丝粒将粒彼此连接。着丝粒将染色体分为两臂，长臂染色体分为两臂，长臂（q q）和短臂（）和短臂（p p）。）。pq二、染色体畸变二、染色体畸变（chromosomeaberration）临床上课致突变作用28 缺失缺失(deletion)(deletion) 重复重复(duplication)(duplication) 倒位倒位(i

13、nversion)(inversion) 易位易位(translocation)(translocation) 染色体结构异常的类型染色体结构异常的类型29缺失（缺失（deletiondeletion）30重复（重复（duplicationduplication）31易位（易位（translocation）32插入（插入（insertion）33环状染色体环状染色体（circular chromosomecircular chromosome） 染色体的臂间倒位染色体的臂间倒位34后果：后果： 稳定的畸变稳定的畸变( (如倒位、易位如倒位、易位) )：染色体重：染色体重排，可在机体或细胞群传递

14、；排，可在机体或细胞群传递； 不稳定畸变（无着丝粒断片、环状染色不稳定畸变（无着丝粒断片、环状染色体）：因丧失重要遗传物质或有丝分裂体）：因丧失重要遗传物质或有丝分裂障碍致细胞死亡。障碍致细胞死亡。35整倍体整倍体(polyploid)(polyploid)和非整倍体和非整倍体(aneuploid)(aneuploid) 整倍体：染色体数目整组的变化，含有完整的染色整倍体：染色体数目整组的变化，含有完整的染色体组。如：三倍体体组。如：三倍体(3n)(3n)，四倍体，四倍体(4n)(4n) 非整倍体：染色体数目发生非整组的增减，是染色非整倍体：染色体数目发生非整组的增减，是染色体组不完整的状态。

15、体组不完整的状态。 超二倍体：超二倍体：2n+12n+1，2n+22n+2 亚二倍体：亚二倍体：2n-12n-1染色体数目改变染色体数目改变36 发病率：发病率：1/8001/800，1.251.25，以，以1010亿人口计，亿人口计，1.251.25 x 10 x 10亿亿=125=125万。万。 体征：智力发育不全，发育迟缓，体征：智力发育不全，发育迟缓， 如宽眼距，低鼻梁，肌无如宽眼距，低鼻梁，肌无力，肢体短小，及贯通手等力，肢体短小，及贯通手等常伴有四肢、五官、内脏、皮肤等方常伴有四肢、五官、内脏、皮肤等方面的异常。面的异常。50%50%患者伴有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白患者伴

16、有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白血病的发病率血病的发病率 高于常人高于常人2020倍。倍。 常染色体病：常染色体病：Down Down （唐氏）（唐氏）综合征综合征- -为为2121染色体染色体47, XX, +213738性染色体病：性染色体病：Turner 综合症（性腺发育不全）综合症（性腺发育不全）身材矮小身材矮小 ，智力低下，外生殖器呈幼女型、性腺不发育，智力低下，外生殖器呈幼女型、性腺不发育 核型：核型： 45，X临床上课致突变作用39第三节第三节 化学毒物致突变作用化学毒物致突变作用的机制及后果的机制及后果40突突变变的的DNADNA变变化化碱碱 基基 错错 配配平面大分子嵌入

17、平面大分子嵌入DNADNA链链碱基类似物取代碱基类似物取代碱基的化学结构改变或破坏碱基的化学结构改变或破坏1.1.二聚体形成二聚体形成DNADNA加合物形成加合物形成DNADNA蛋白交联物形成蛋白交联物形成DNADNA链受损链受损碱碱基基损损伤伤2.2.突变细胞分裂过程改变突变细胞分裂过程改变其它其它3.3.41致突变物对机体的作用是通过靶细胞的突变来实现的。致突变物对机体的作用是通过靶细胞的突变来实现的。 1. 1. 体细胞突变的后果体细胞突变的后果 肿瘤形成、衰老、动脉粥肿瘤形成、衰老、动脉粥样硬化及畸形等；样硬化及畸形等； 2. 2. 生殖细胞突变的后果生殖细胞突变的后果 生殖毒性、遗传

18、性疾病，生殖毒性、遗传性疾病，基因负荷增加、变异等。致死性突变：基因负荷增加、变异等。致死性突变： （妊娠最初（妊娠最初3 3个月自个月自然流产中有然流产中有60%60%有染色体畸变有染色体畸变 ）；非致死性突变。）；非致死性突变。 从毒理学的角度，不论突变的后果如何，均应将致突变从毒理学的角度，不论突变的后果如何，均应将致突变作用视为毒性作用的表现。作用视为毒性作用的表现。 突变的后果突变的后果42突变的后果突变的后果43第四节第四节 机体对致突变作用的影响机体对致突变作用的影响44一、一、DNADNA损伤的修复损伤的修复 光复活光复活 “适应性适应性”反应反应 切除修复切除修复 呼救性修复

19、（呼救性修复（SOSSOS） 复制后修复复制后修复45突突 变变遗传物质遗传物质终致突变物质终致突变物质DNA解毒解毒46第五节第五节 观察外源化学物致突变观察外源化学物致突变作用的基本方法作用的基本方法47致突变试验的目的致突变试验的目的（1 1）检测外源化学物的致突变性，预测其对）检测外源化学物的致突变性，预测其对哺乳动物和人的致癌性；哺乳动物和人的致癌性；（2 2）检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的）检测外源化学物对哺乳动物生殖细胞的遗传毒性，预测其对人类的遗传危险性。遗传毒性，预测其对人类的遗传危险性。48致突变作用的基本原理：致突变作用的基本原理： 将化合物与生物测试系统接触，然后观

20、将化合物与生物测试系统接触，然后观察该生物系统是否发生致突变性检测指标的察该生物系统是否发生致突变性检测指标的改变，以判定其是否具有致突变性。凡能使改变，以判定其是否具有致突变性。凡能使生物测试系统发生突变的化合物，即可认为生物测试系统发生突变的化合物，即可认为具有致突变作用。具有致突变作用。49一、观察项目的选择一、观察项目的选择致突变试验致突变试验遗传学终点遗传学终点(Genetic endpoint)(Genetic endpoint) 试验观察到试验观察到的现象所反应的各种事件的统称。的现象所反应的各种事件的统称。1 1、基因突变；、基因突变；2 2、染色体畸变；、染色体畸变；3 3、

21、染色体组畸变；、染色体组畸变；4 4、DNADNA原始损伤（原始损伤（DNADNA完整性改变（断裂、交联、加合物形完整性改变（断裂、交联、加合物形成）；成）；DNADNA重排或交换）。重排或交换）。50* * 选择致突变试验的配套（选择致突变试验的配套（test batterytest battery）原则：原则： 1.1.先短期，后长期；先体外，后体内。先短期，后长期；先体外，后体内。 2.2.基因突变与染色体畸变兼顾；多种遗传基因突变与染色体畸变兼顾；多种遗传学终点兼顾学终点兼顾; ; 3. 3.体细胞与生殖细胞兼顾体细胞与生殖细胞兼顾; ;多种物种兼顾多种物种兼顾。51* * 试验结果综

22、合分析试验结果综合分析 1.1.结果一致与不一致的情况；结果一致与不一致的情况； 2.2.试验剂量的选择是否恰当。试验剂量的选择是否恰当。52 基因突变试验：基因突变试验： 鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（AmesAmes试验试验 ）、哺乳）、哺乳动物细胞基因突变试验动物细胞基因突变试验 。染色体畸变试验：染色体畸变试验： 染色体分析染色体分析 、微核试验、微核试验 。DNADNA损伤试验损伤试验 ： 姐妹染色单体交换姐妹染色单体交换(SCE)(SCE)试验试验 、单细胞凝胶电泳实、单细胞凝胶电泳实验（验（SCGESCGE）二、常用的致突变试验二、常用的致突变试验53A

23、mesAmes试验试验 检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株突变株(his-)(his-)回复突变成野生型回复突变成野生型(his+)(his+)的能力。的能力。 试验菌株都有组氨酸突变试验菌株都有组氨酸突变(his-)(his-)，不能自行合成组，不能自行合成组氨酸，在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长，氨酸，在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长，回复突变成野生型后能自行合成组氨酸，可在最低回复突变成野生型后能自行合成组氨酸，可在最低营养平皿上生长成可见菌落。营养平皿上生长成可见菌落。 54 计数最低营养平皿上的回变菌落数来判定计数最

24、低营养平皿上的回变菌落数来判定受试物是否有致突变性受试物是否有致突变性 标准试验菌株有四种：标准试验菌株有四种：TA97TA97和和TA98TA98检测移检测移码突变码突变, TA100, TA100检测硷基置换突变检测硷基置换突变,TA102,TA102对醛、过氧化物及对醛、过氧化物及DNADNA交联剂较敏感。交联剂较敏感。 55 细菌回复突变试验(Ames试验) 鼠伤寒沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌原养型原养型(his+)组氨酸营养缺陷型突组氨酸营养缺陷型突变株。变株。(his-)正向突变正向突变回复突变回复突变代谢活化系统代谢活化系统受试物受试物56l阳性结果判定：阳性结果判定： 平均每皿回变菌

25、落数为对照平均每皿回变菌落数为对照( (自发回变菌落自发回变菌落数数) )的的2 2倍及以上倍及以上 可重复性，用一个相应菌株重复可重复性，用一个相应菌株重复 ( (阴性全套阴性全套菌株重复菌株重复) )； 有剂量反应关系。有剂量反应关系。 试验中注意设立阳性和阴性对照组试验中注意设立阳性和阴性对照组。57试验的优缺点：试验的优缺点： l 检出率较高、重现性好、简便、快速、经济；检出率较高、重现性好、简便、快速、经济；l 使用使用S S9 9，具有与体内相似的代谢特点；，具有与体内相似的代谢特点；l 固体、液体、气体样品均可检测；固体、液体、气体样品均可检测；l 微生物遗传密码甚少；远不及哺乳

26、动物；微生物遗传密码甚少；远不及哺乳动物；l 受试物需命中限定数目的靶基因，才能显示致突变活受试物需命中限定数目的靶基因，才能显示致突变活性。性。58微核试验微核试验( (Micronucleus testMicronucleus test，MNT)MNT) 经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或因纺经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或因纺锤体受损伤而丢失的整个染色体在细胞分裂的后锤体受损伤而丢失的整个染色体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核，称为微核。的次核，称为微核。 常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞常用啮齿类动物骨髓嗜

27、多染红细胞(PCE)(PCE)微核试验，每个微核试验，每个剂量组至少观察剂量组至少观察50005000个细胞。个细胞。 PCEPCE是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出，微核容易辩认，微核容易辩认. . 59微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。其主要可检出其主要可检出DNADNA断裂剂和非整倍体诱变剂。断裂剂和非整倍体诱变剂。 60 单细胞凝胶电泳单细胞凝胶电泳(single cell gel (single cell gel electrophoresiselectrophoresis，SCG

28、E)SCGE)又称彗星实验又称彗星实验(comet assay)(comet assay)，是近年发展起来的一种快速，是近年发展起来的一种快速检测哺乳动物细胞检测哺乳动物细胞DNADNA损伤的实验方法。损伤的实验方法。单细胞凝胶电泳实验（单细胞凝胶电泳实验（SCGESCGE）61细胞细胞DNADNA不同损伤程度的彗星电泳图不同损伤程度的彗星电泳图 根据根据“彗星彗星”尾部尾部占头部的大小百分比将占头部的大小百分比将细胞损伤分为：细胞损伤分为：0 - 0 - 无损伤无损伤 5%95%95%621. 1. 原理原理 显性致死是指在发育中的生殖细胞（显性致死是指在发育中的生殖细胞（精子）在致突变物的

29、作用下发生了染色体损伤，精子）在致突变物的作用下发生了染色体损伤，从而使受精卵在发育过程中死亡。由于发生在子从而使受精卵在发育过程中死亡。由于发生在子 1 1 代，故称为显性致死。因此，可以利用这一原代，故称为显性致死。因此，可以利用这一原理来检测化学物质的致突变性。理来检测化学物质的致突变性。 该试验是间接观察生殖细胞染色体损伤的方法该试验是间接观察生殖细胞染色体损伤的方法。显性致死突变试验显性致死突变试验 632. 2. 方法方法 选择雄性成年动物选择雄性成年动物( (小鼠或大鼠小鼠或大鼠) )，并接触受，并接触受试物试物(6(6天或天或3 3个月个月) )；与雌性动物；与雌性动物( (每周交换一批每周交换一批) )同笼交配同笼交配6 68 8周，同笼第周，同笼第17171919天处死雌鼠并取天处死雌鼠并取出子宫进行检查出子宫进行检查( (受孕情况，活胎数，早期死亡和受孕情况，活胎数，早期死亡和晚期死亡胚胎数晚期死亡胚胎数) )6465 3. 3.