化学物质特殊毒性作用

1、关于化学物质的特殊毒性作用第1页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 第五章 化学物质的特殊毒性作用FOOD TOXIOLOGY2第2页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 第一节 致突变作用 第二节 化学致癌作用 第三节 生殖发育毒性作用第3页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四生物体在自然界的生存，都能依靠遗传物质DNA的特殊结构及其精确的复制和修复功能，长期保持相对稳定的生命形式和物种，并继续不断地繁衍后代。第4页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 突变（mutation)指起源于基因和染色体的可遗

2、传的变异。FOOD TOXICOLOGY第5页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY 致突变作用（ mutagenesis ）:突变的发生及其过程突变是致突变作用的后果致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变物直接诱变物：具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体突变的物质间接诱变物：本身不能引起突变，必须在体内经过代谢活化才具有致突变性的物质第6页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四遗传毒理学（genetic toxicology）主要研究 寻找敏感检测系统发现和探究致突变物 致突变作用机理 提出评价致突变物

3、健康危害的方法研究化学性和放射性物质的致突变作用及其对生物遗传物质的影响。FOOD TOXICOLOGY第7页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一、致突变的类型FOOD TOXICOLOGY 基因突变 染色体畸变 染色体数目异常第8页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四基因突变（gene mutation）：基因中DNA序列发生的改变（点突变）碱基置换移码突变整码突变片段改变FOOD TOXICOLOGY（一） 基因突变第9页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四碱基置换：DNA序列上的某一碱基被其他碱基所取代都只涉及1对碱基结

4、果是造成一个三联密码子的改变碱基置换颠换转换嘌呤与嘌呤 & 嘧啶与嘧啶嘌呤与嘧啶G:CA:T A:T G:CG:CT:A G:CC:G A:T C:G A:T T:A碱基置换1AGCT第10页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四亚硝胺诱发的点突变化学诱变剂导致碱基对的转换例如，亚硝酸类能使胞嘧啶（C）氧化脱氨变成尿嘧啶（U），在下一次复制中，U不与G配对，而与A配对；复制结果C-G变为T-A第11页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四同义突变（ synonymous mutation）:由于生物的遗传密码子的兼并性，在某一碱基改变后，编码氨基酸序列没

5、有发生改变。错义突变（ missense mutation）:指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变，使多肽链丧失原有功能。无义突变（nonsense mutation）:指某个碱基的改变使代表某个氨基酸的密码子变为终止密码子，导致多肽链合成提前终止，使基因产物不完全或无功能。（ UAG,UAA,UGA）第12页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 在基因中插入或缺失一个或两个碱基（非3的倍数），或者扁平的分子嵌入到DNA分子中，导致从受损点开始形成错误碱基编码，并转译成错误的氨基酸序列。移码突变后所编码的蛋白质活性改变较大如果移码突变发生在必需基因上，易形成致死突变

6、移码突变2第13页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四在DNA链中增加或减少的碱基对为一个或几个密码子，故又称密码子的插入和缺失。整码突变发生部位后的氨基酸序列不会发生改变。 指基因中某些小片段核苷酸序列发生改变。有时可跨越两个或数个基因，涉及数以千计的核苷酸。主要包括核苷酸片段的缺失、复制、重组和重排。整码突变3片段改变4第14页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四染色体畸变（chromosome aberration）指染色体或染色单体受损发生断裂后导致的结构改变，一般可借助光学显微镜在细胞有丝分裂中期观察到。染色体型突变：两条染色单体均受损伤。

7、损伤发生在复制前染色单体型畸变：染色体的两条染色单体中的一条发生结构改变。损伤发生在复制后（二）染色体畸变第15页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四缺失：染色体上丢失了一个片段 (猫叫综合征)重复：一套染色体中，一个染色体片段出现不止一次 倒位：一条染色体或单体发生两处断裂后，中间节段旋 转180后在重接易位：两条染色体同时发生断裂，相互交换片段后重接第16页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四第17页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四染色体结构异常18第18页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四染色体

8、分离异常（numerical aberration）指在细胞分裂过程中，染色体分离障碍，导致基因组中染色体数目的改变。（三） 染色体数目异常第19页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四整倍体（euploid）：染色体数目成倍增加。超过二倍体的整倍性改变统称为多倍体。非整倍体（aneuploid） ：丢失或增加一条或多条染色体。缺失一条称单体，增加一条称三体。 人的先天愚型（Down综合症）21号染色体为三体第20页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四二、化学致突变作用的机理FOOD TOXICOLOGYDNA损伤突变细胞分裂过程改变其他 非整倍体及整

9、倍体的诱发 损伤DNA合成和修复有关的酶碱基损伤DNA链损伤第21页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四碱基损伤DNA链损伤二聚体形成DNA加合物形成DNA-蛋白质交联物形成 氧化作用，改变化学组成碱基错配平面大分子嵌入DNA链碱基化学结构的改变和破坏碱基类似取代物 结构相似，碱基置换 插入碱基对中，移码突变 烷化剂，共价结合DNA损伤DNA损伤1第22页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四非整倍体: 不分离、染色体行动滞后、 联会复合体障碍、减数分裂着丝粒早熟分离 整倍体: 核内复制、细胞质分裂障碍 细胞分裂过程改变2间期 前期 中期 后期 末期第

10、23页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四三、DNA损伤的修复FOOD TOXICOLOGY DNA完整性对细胞的存活至关重要。这种完整性的维持是因为细胞中有高度保真性的复制系统及能纠正DNA损伤的修复系统。第24页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四针对紫外线诱导产生的嘧啶二聚体的特异性的修复系统，在可见光的存在下，由酶的活动打开二聚体变成单体普遍存在于原核生物和真核生物，但生物进化程度越高，这种修复功能越弱。光修复1第25页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四切除修复时细胞内最重要的修复机制，绝大多数的DNA损伤的修复依赖于

11、切除修复。主要依赖于DNA聚合酶和连接酶碱基切除：主要针对DNA碱基中常见的细微损伤核苷酸修复：主要针对DNA碱基中剧烈的变化，常常导致DNA双链的扭曲切除修复2第26页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四当DNA损伤面积较大，来不及修复完善就进行复制时，损伤部位的新子链会产生裂隙，在重组酶的作用下将另一条健康母链与缺口部分进行交换，填补裂隙。重组修复3第27页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一种应急旁路修复由于DNA损伤以致难以继续复制时，会激活SOS机制，使损伤转化为易误位点其原则是丧失某些信息总比死亡好。特点：诱导性修复：在各种诱导因素作用

12、下，才使SOS功能群表达修复过程有明显误差，大量核苷酸错误掺入，突变频率高SOS系统为多基因控制如recA，lexA，recB，recC等，这些基因任何一个发生突变，SOS功能就不能表达SOS修复4第28页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四三、突变的不良后果FOOD TOXICOLOGY 突变的后果主要取决于诱变剂所作用的靶细胞是是生殖细胞还是体细胞。第29页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四突变后果示意图第30页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四四、致突变试验FOOD TOXICOLOGY 致突变试验（mutagenic

13、ity assay）又称遗传毒理学试验，旨在检测化学物质对生殖细胞和体细胞的致突变性，对遗传危害性做出初步评价，并预测其致癌的可能性。第31页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四1. 致突变试验方法的选择原则FOOD TOXICOLOGY遗传学终点（genetic endpoint） 有许多致突变试验所观察到的现象并不能反 映基因突变和染色体畸变或染色体不分离，而仅仅 反映致突变过程中发生的其它事件。将试验观察到 的现象所反映的事件称为遗传学终点.第32页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四1. 致突变试验方法的选择原则FOOD TOXICOLOGY

14、 1983年国际环境致突变物致癌物防护委(ICPEMC）将致突变试验所反映的遗传学终点分为5类: （1）DNA完整性的改变； （2）DNA重排或交换； （3）DNA碱基序列改变； （基因突变） （4）染色体完整性改变； （染色体畸变） （5）染色体分离改变。 （染色体组畸变）原发性DNA损伤第33页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四2. 致突变试验方法的选择原则FOOD TOXICOLOGY 配套试验的原则 由于一种致突变试验方法只能反映一个或两个遗传学终点，没有一种致突变试验方法能涵盖所有的遗传学终点，实际工作中，为了避免出现假阴性，故需要用一组试验进行配套检测。第3

15、4页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四2. 致突变试验方法的选择原则配套试验的原则：包括每一类型的遗传学终点；生物材料既有原核生物，又有真核生物； 体内、体外试验相结合；既有体细胞为靶的试验，又有以生殖细胞为靶的试验 通常，对于一种受试物应当先用原核细胞或体细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进行试验，并对有阳性结果的遗传学终点验证其在体内的真实性，再行选用生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价。第35页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四3. 常用致突变试验方法基因突变试验： 鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验 ） 哺乳动物细胞基因突变试验 染

16、色体畸变试验： 染色体分析 微核试验 DNA损伤试验 ： 姐妹染色单体交换(SCE)试验 程序外DNA合成试验 第36页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验 ） 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(his-)回复突变成野生型(his+)的能力。 鼠伤寒沙门氏菌原养型 (his+)组氨酸营养缺陷型突变株 (his-)正向突变回复突变代谢活化系统受试物第37页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY试验菌株 鼠伤寒沙门氏菌突变型标准菌株： TA

17、97、TA98 ： 移码突变； TA100： 碱基置换； TA102： 移码突变+碱基置换 第38页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四用 Ames法检测诱变剂第39页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY微核试验（micronucleus test) 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单体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，呈圆形或椭圆形，较正常核小，染色与细胞核一致，故称为微核。微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。用于染色体断裂剂和非整倍体诱变剂的初步检测。第40页，共148页，

18、2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY方法：啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验。 多染红细胞是指晚幼红细胞最后一次分裂时，排出主核而未成熟为正染红细胞（NCE）前的细胞。 MNNCE第41页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 第二节 化学致癌作用 第三节 生殖发育毒性作用 第一节 致突变作用第42页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症

19、 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症癌症

20、 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症 癌症正在成为人类第一杀手！第43页，共148页，2022年，5月

21、20日，14点51分，星期四目前全世界发病率最高的癌症是肺癌，每年新增患者为120万人；其次是乳腺癌，每年新增大约100万名患者；随后依次是肠癌(94万人)、胃癌(87万人)、肝癌(56万人)、宫颈癌(47万人)、食道癌(41万人)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的17.8、10.4和8.8。第44页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四人类癌症有80%90%由环境因素引起。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80%以上为化学因素所致。第45页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四1775年英国Pott 阴

22、囊癌（煤焦油）1895年德国Rehn 膀胱癌（染料厂）1915年日本山极和市川 试验性皮肤癌（煤焦油）1922年英国Kennway 动物皮肤癌（多环芳烃）1954年英国Case 职业性膀胱癌（-萘胺和联苯胺）FOOD TOXICOLOGY研究致癌物的历史第46页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一、相关概念FOOD TOXICOLOGY肿瘤（Tumor） 是机体在各种致癌因素作用下，局部组织的某一个细胞在基因水平上失去对其生长的正常调控，导致其克隆性异常增生而形成的新生物。 分为良性和恶性两大类。第47页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD

23、 TOXICOLOGY恶性肿瘤：癌:上皮细胞来源的恶性肿瘤称为癌；如胃癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等。肉瘤:间质细胞来源的恶性肿瘤称为肉瘤；如平滑肌肉瘤、构成骨、脂肪肉瘤、血管肉瘤、神经纤维细胞瘤等。第48页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四 恶性肿瘤的细胞能侵犯、破坏邻近的组织和器官。 而且，癌细胞可从肿瘤中穿出，进入血液或淋巴系统，这就是癌症如何从原发的部位到其它器官形成新的肿瘤，这个过程就叫癌症转移，第49页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四FOOD TOXICOLOGY 毒理学中的“癌”是一种广义的概念，包括：癌、肉瘤及良性肿瘤。实际上毒理学中

24、所指的化学致癌作用，是指化学致肿瘤作用。化学致癌作用(chemical carcinogenesis)：是指化学物质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。化学致癌物(chemical carcinogen)：凡是能引起生物体肿瘤，增加其发病率或死亡率的化学物。第50页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四二、化学致癌物的分类FOOD TOXICOLOGY（一）遗传毒性致癌物 (genotoxic carcinogens)（二）非遗传毒性致癌物 (non-genotoxic carcinogens)第51页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期

25、四烷化剂（一）遗传毒性致癌物1.直接致癌物(direct carcinogen)这类化学物质进入机体后，不需体内代谢活化，其原型就可与遗传物质（主要是DNA）作用而诱导细胞癌变。这类化学致癌物为亲电子剂，可与细胞大分子的亲核中心发生共价结合。烷化剂第52页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四大多数有机致癌物本身不具有与细胞大分子的亲核中心发生共价结合的能力，进入机体后需经过代谢活化生成亲电子的活性代谢物，而作用于细胞大分子发挥致癌作用。多环芳烃、芳香胺、硝铵、霉菌素等2. 间接致癌物 (indirect carcinogen)第53页，共148页，2022年，5月20日，

26、14点51分，星期四间接致癌物 (indirect carcinogen)前致癌物近致癌物终致癌物间接致癌物的原型代谢活化后形成的高活性的亲电子物质化学物在体内经过代谢先转变为化学性质活泼但寿命短暂的中间形式，称为近致癌物，近致癌物进一步代谢活化成终致癌物第54页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四3. 无机致癌物有些无机元素由于其放射性而致癌，如氡、铀、钋、镭等。有些是通过选择性改变DNA复制保真性，导致DNA的改变，如金属镍、铬。第55页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）非遗传毒性致癌物促癌剂细胞毒物激素免疫抑制剂 固态物质过氧化物酶体增

27、生剂暂未确定遗传毒性的致癌物第56页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四1.促癌剂促癌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DNA发生反应；促癌剂通常具有阈剂量。引发细胞：在引发剂的作用下发生了不可逆的遗传性改变，但其表型可能正常，不具有自主生长性，因此不是肿瘤细胞。佛波醇酯（TPA）小鼠皮肤癌苯巴比妥大鼠肝癌第57页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四2.细胞毒物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。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。氮川三醋酸盐、叔丁基甲氧

28、酚、叔丁基对甲酚第58页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四3.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。雌激素：乙烯雌酚、雌二醇雄激素：睾酮 抗甲状腺物质：硫脲、某些磺胺类药物第59页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四4.免疫抑制剂主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。硫唑嘌呤、6-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。第60页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四5. 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发肉瘤，物理特性及表面积很大程

29、度上决定了植入物的致癌能力。如塑料、石棉等。暴露于石棉纤维会引起恶性间皮瘤或呼吸系肿瘤，而其主要取决于石棉的晶体结构而非其组分。第61页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四6.过氧化物酶体增殖剂 可引起肝脏过氧化物酶体增殖，可诱发肝肿瘤。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-（2-乙基己基）邻苯甲酸酯、有机溶剂1,1,2-三氯乙烯。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DNA氧化损伤，而启动致癌过程； 通过短期“暴发”的DNA修复合成增强，导致细胞增殖； 通过激活受体介导的促有丝分

30、裂作用。第62页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）按致癌作用证据分类（IARC分类）WHO下属机构国际癌症研究所（international agency for research on cancer，IARC ）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合评价将环境致癌因素分为四组：组别人类证据动物证据对人类危险性1充分已证实对人类是致癌物2A有限充分对人类很可能是致癌物（probably）2B有限不足不充分充分对人类是可能致癌物（possibly）3不足有限/不足现有证据不能对人类致癌性进行分类4无无对人类可能是非致癌物516种103种 68种

31、245种 1种第63页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四2013年10月17日，IARC声明，户外空气污染和“可吸入颗粒物”可以被列入“第一类人类致癌物”。第64页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四三、化学致癌作用机制FOOD TOXICOLOGY 体细胞突变致癌学说：即造成DNA损伤而引发肿瘤的遗传毒性机制 非突变致癌学说：即对DNA以外靶分子作用的非遗传毒性机制第65页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说体细胞突变学说的依据：致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因突变；大多数致癌物在致突变实验中呈

32、阳性；DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生；许多肿瘤组织中发生染色体畸变和基因组不稳定性；肿瘤细胞来源于单细胞克隆；癌基因突变及抑癌基因突变和缺失在肿瘤细胞中普遍存在，且突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。第66页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说1、化学致癌物与生物大分子的作用 化学遗传致癌物要么本身是亲电物，要么是被机体代谢转化成亲电物，这些亲电活性的物质能与DNA及其他生物大分子发生共价结合，形成加合物，从而引起结构和功能的损伤。第67页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四DNA加合物的形成 致癌物与DNA大分子的结合具

33、有位点特异性，不同位点的加合物有不同的生物学效应，绝大多数化学致癌物加合物形成位点与基因突变位点密切联系。（一）体细胞突变学说 DNA加合物在化学致癌作用过程中起到关键作用，是引起肿瘤的直接原因之一： 大多数致癌物同时也是致突变物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 DNA加合物的水平通常与致癌性和致突变性成正相关DNA和致癌物的相互作用可活化肿瘤基因 第68页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说蛋白质加合物的形成 化学致癌物以原形的形式或以代谢产物的形式嵌入到蛋白质分子中，与蛋白质共价结合形成化学致癌物-蛋白质加合物。

34、蛋白质加合物与化学致癌作用：化学致癌物与蛋白质的结合是其转运所必需的，使致癌物更易接近细胞内的遗传物质。胞浆蛋白的改变可以影响细胞核内遗传物质的活性；某些蛋白质，特别是核蛋白在细胞的生长、增殖和分化的调控方面起重要作用。蛋白质加合物的水平升高与肿瘤发生的危险性增加有一定的联系。第69页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说2、DNA损伤修复与化学致癌正确修复：受损的DNA完全回复原有的结构与功能，不发生突变 错误修复：经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上存在缺陷，细胞虽能生存，但出现突变 DNA损伤-修复-突变-肿瘤第70页，共148页，2022年，5

35、月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说3、癌基因、原癌基因、抑癌基因原癌基因（pro-oncogene） 指机体内具有能致癌的遗传信息的正常细胞，即癌基因的原型。在正常情况下呈静止状态， 对细胞无害，且具有重要生物学功能，如生长因子、受体、信号分子、转录因子和细胞周期调节等。 只有当其受到物理、化学或生物等致癌因素作用而激活变为活化的癌基因后才显示其致癌活性。第71页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说癌基因（oncogene） 是一类被激活的基因，能引起细胞恶性转化及癌变的形成。癌基因通常是以原癌基因的形式普遍存在于正常动物细胞的基因组内

36、。 多数癌基因表达产物都是细胞信号转导系统的组成成分，作为细胞生长因子和细胞生长因子受体、核转录因子或转录调节蛋白，促进细胞有丝分裂，参与细胞周期的调控等。第72页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）体细胞突变学说肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene） 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。P53 转录调节因子 细胞程序性死亡星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、乳癌、成骨肉瘤等第73页，共148页，2022年，5月20日，14点5

37、1分，星期四突变致癌物癌变失活原癌基因癌基因抑癌基因（一）体细胞突变学说 致癌过程的各阶段都有癌基因和抑癌基因参与，是多种基因协同作用的结果。第74页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）非突变致癌学说一些外源的化合物如免疫抑制剂、激素、苯巴比妥和促癌剂等，是通过非遗传机制而产生致癌作用，称为非遗传因子。非遗传因子并不改变DNA序列，但能改变或抑制某些与细胞增殖和分化有关的基因。促进基因型已发生改变的细胞，即含有突变或原癌基因已激活成为癌基因的细胞增生而诱发肿瘤。非遗传毒性致癌机制涉及因素很多，包括：细胞间隙连接通讯、信号转导系统、纺锤丝系统、DNA修复系统以及基因表

38、达调控系统等。第75页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四非突变致癌学说的主要研究方向: 表观遗传调控失常致癌 细胞异常持久增生致癌 内分泌激素失调致癌 免疫功能抑制致癌 过氧化物酶体增殖剂激活致癌（二）非突变致癌学说 非突变致癌学说与体细胞突变学说并非相互排斥，而是相辅相成的。 第76页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四四、化学致癌过程FOOD TOXICOLOGY癌变多阶段学说 多因素、多基因参与的多阶段过程引发阶段（initiation）促长阶段（promotion）进展阶段（progression）第77页，共148页，2022年，5月20

39、日，14点51分，星期四（一）引发阶段（initiation） 引发阶段指化学物或其活性代谢物与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。引发细胞（initiated cell）：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，因此不是肿瘤细胞。引发作用不可逆，是累积性的。引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物。引发剂作用的靶：主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。第78页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）促长阶段（promotion） 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。促长剂本身不具致癌性，只有作用于引发细胞才表现其促长活

40、性；通常是非致突变物，不与DNA发生反应；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（特别是在早期）持续给以促长剂是必需的。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长作用，许多影响因素本身就是促长剂。第79页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）促长阶段（promotion） 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，这些异常增生具有癌变倾向的病变称为癌前病变。属于癌前病变的疾病：乳腺病直肠的家族性乳头状腺瘤慢性胃溃疡肝硬化皮肤的黑痣等慢性胃溃疡恶变肝硬化第8

41、0页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）促长阶段（promotion）良性肿瘤是指机体内某些组织的细胞发生异常增殖，呈膨胀性生长，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，因此与正常组织分界明显，用手触摸，推之可移动，手术时容易切除干净，摘除不转移，很少有复发。第81页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）进展阶段（progression） 进展阶段指从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿瘤的过程。在进展阶段肿瘤获得恶性化的特征，如生长加快、侵袭、转移、抗

42、药性等。进展阶段关键的分子特性： 染色体的不稳定性进展剂（progressor ）：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体畸变的特性。完全致癌物（complete carcinogen）：指同时具有引发、促长及进展作用的化学物。第82页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四第83页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四促癌物DNA加合物形成，癌基因与抑癌基因的改变直接致癌物非遗传毒性化学物终致癌物引发细胞癌前病变不分化的癌转移进展促长引发外源化学物各种途径与人体接触绝大多数经代谢解毒排泄少数经代谢活化直接或间接诱导有丝分裂、促进细胞

43、过度增殖作用于生物大分子DNA损伤修复逃避宿主的免疫监视多阶段致癌理论图解第84页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四外源性因素 理化生物因素、营养等内源性因素遗传、免疫、激素、精神等生物体癌基因抑癌基因DNA修复基因代谢酶基因凋亡基因抗凋亡基因 引起癌基因、抑癌基因等发生点突变、扩增、易位、重排、缺失等使癌基因活化，抑癌基因失活，导致细胞的增殖、分化、凋亡异常引起肿瘤。 化学致癌物化学致癌多基因、多因素参与的多阶段理论第85页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四五、化学致癌物筛查的基本方法FOOD TOXICOLOGY构效关系分析 短期试验 动物致

44、癌试验 人类流行病学调查评价手段：第86页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（一）构效关系分析 从分析同系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性关系最密切的构分，以及其他构分改变时所产生的影响。Molecular Topology (分子拓扑学）定量结构活性相关(QSAR)第87页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）短期试验遗传毒性试验致突变试验依据：化学物的致突变性与致癌性相联系，即大多数化学致癌物具有致突变性，而大多数非致癌物无致突变性。局限性：无法检查出非遗传毒性致癌物（假阴性）和具有遗传毒性的非致癌物（假阳性）。第88页，共148页，

45、2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）短期试验Ames试验 （最广泛、最灵敏）大肠杆菌回复突变试验 大肠杆菌DNA修复试验 果蝇伴性隐性致死试验 哺乳类细胞体外染色体分析哺乳类细胞体外SCE试验 V79细胞体外HTRP突变试验 啮齿动物骨髓细胞染色体分析（或微核试验） 啮齿动物显性致死试验第89页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）短期试验细胞恶性转化试验 是指受试物与正常细胞在体外接触，如有致癌作用，可使正常细胞形态、功能发生变化，发生与癌细胞相似的过程。目的：是了解体外培养细胞接触受试物后，细胞是否癌变。其观察内容包括：生长自控能力、细胞形态、细胞生

46、长能力、生化表型以及移植于动物体内形成肿瘤的能力等。第90页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）短期试验优点：可检出遗传毒性与非遗传毒性致癌物缺点：所检出的大多数为形态转化或恶性前期转化的细胞，但不一定形成肿瘤，对其阳性结果应慎重，它提示受试物具有致癌的可能性，但它不能代替动物试验作出肯定的结论用于细胞转化试验的细胞有三类： 原代细胞、细胞系、病毒感染细胞第91页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（二）短期试验试验的观察终点是恶性变的细胞。 恶性变的细胞表现如下：形态：细胞偏大，且大小不等；核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比例倒置，核膜粗厚

47、，核仁增生而肥大；核仁核胞浆因RNA增多而偏酸性，呈嗜碱性染色而偏蓝；多见核分裂现象。接触抑制消失：它的克隆不是细胞排列有序的单层细胞，而是多层细胞且排列紊乱。第92页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）哺乳动物短期致癌试验 哺乳动物短期致癌试验又称为有限体内试验，目的是在有限的短时间内，通过观察限定靶器官的肿瘤，初步判断受试化合物的致癌性。常用的短期致癌试验有：小鼠皮肤肿瘤诱发试验 20周小鼠肺肿瘤诱发试验 30周大鼠肝转化灶诱发试验 8-14周雌性大鼠乳腺癌诱发试验 6个月此四个试验不是成组试验，应根据受试物的特点选择使用。第93页，共148页，2022年，5月

48、20日，14点51分，星期四（三）哺乳动物短期致癌试验1. 小鼠皮肤肿瘤诱发试验 于小鼠皮肤局部连续涂抹受试物，以观察皮肤乳头瘤和癌的发生，一般20周可结束实验。 此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引发剂为致癌性多环芳烃，促长剂为佛波醇酯（TPA）第94页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）哺乳动物短期致癌试验2. 小鼠肺瘤诱发试验 染毒途径常用腹腔注射，也可灌胃或吸入，一般30周可结束实验，观察肺肿瘤的发生。 此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引发剂为乌拉坦（氨基甲酸乙酯），促长剂为二丁基羟基甲苯（BHT）第95页，共148

49、页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）哺乳动物短期致癌试验3. 大鼠肝转化灶诱发试验 对大鼠进行肝大部切除术后，给以受试物，一般可在8-14周结束实验，观察肝转化灶生成。 4. 雌性大鼠乳腺癌诱发试验 一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，实验周期为6个月。第96页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（三）哺乳动物短期致癌试验优点：在有限的短时间内完成而不是终生试验，其观察的靶器官也限定为一个而不是全部器官和组织。其试验阳性结果意义与长期动物致癌试验相当。缺点:仅适用于较小范围内的化学物质类型，其试验阴性结果意义较差,并不能排除受试物的致癌性。哺乳动物短

50、期致癌试验特点：第97页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）哺乳动物长期致癌试验 哺乳动物长期致癌试验又称哺乳动物终生试验，是目前公认的确证化学致癌物的标准和经典的体内试验。目的：确定受试化学物对试验动物的致癌性、剂量-反应关系及诱发肿瘤的靶器官。优点：1）可严格控制试验条件 2）缩短试验周期缺点：试验结果外推至人尚存在不确定性 第98页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）哺乳动物长期致癌试验1. 动物选择选择诱发肿瘤易感性较高的试验动物，在缺乏某种明显的优先证据时，推荐选择大鼠。在年龄方面，选用断乳或断乳不久的动物，性别选择是雌雄各半。

51、有无特定的靶器官和肿瘤自发率高低第99页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）哺乳动物长期致癌试验2. 动物数量和剂量选择 致癌试验一般设三个试验组和一个对照组，必要时另设一个溶剂对照组。 无作用剂量组（低剂量）阈剂量组（中剂量）发生肿瘤剂量组（高剂量）对照组除不给受试物外，其他条件均与试验组相同。 每组至少雌雄各50只动物，希望在出现第一个肿瘤时，每组还有不少于25只动物。第100页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）哺乳动物长期致癌试验3. 染毒途径和试验期限 致癌试验一般设三个试验组和一个对照组，必要时另设一个溶剂对照组。 染毒途径用

52、模拟人或靶动物的接触途径，如经口、经皮或吸入。 染毒期限一般为小鼠18个月，大鼠24个月。第101页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）哺乳动物长期致癌试验4. 结果观察与分析一般观察 每天观察受试动物一次，主要观察其外表、活动、摄食情况等。观察时要注意有无肿瘤出现、肿瘤出现时间及死亡时间。 病理检查 动物自然死亡或处死后必须及时进行病理检查，包括肉眼和组织切片检查。组织切片检查应包括已出现肿瘤或可疑肿瘤的器官和肉眼检查有明显病变的器官，应注意观察癌前病变。通过病理检查确定肿瘤的性质和靶器官。第102页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（四）

53、哺乳动物长期致癌试验 肿瘤发生率(%) =(实验结束时患肿瘤动物总数/有效动物总数)100% 多发性 一个动物出现多个肿瘤或一个器官出现多个肿瘤。 潜伏期 通常用各组第一个肿瘤出现的时间作为该组潜伏期。 在结果报告中，应着重报告发现肿瘤的部位、数量、性质、癌前病变，以及其他毒性效应；应报告剂量反应关系及统计学分析结果。 常用检测指标 第103页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（五）人群流行病学调查 流行病学资料对判别化学物是否为致癌物具有决定意义。它是确定人类致癌物唯一手段。方法：一般先通过动物致癌试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物，或先进行描述流行病学调查或临床

54、观察发现怀疑人类致癌物。第104页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四（五）人群流行病学调查流行病学资料也有局限性：资料往往是回顾性的，接触剂量估计都很粗，人类往往同时接触多种化学物质，还有生活习惯如吸烟、饮酒的影响，彼此干扰、混淆。在人类肿瘤的病因学研究中，流行病学调查得到“阴性”结果有时并不能确定某种物质是否具有弱的致癌作用。以肿瘤的发病率或病死率作为观察终点，对早期发现、早期治疗与预防很不利。第105页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四第106页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四补充材料 化学致癌过程的阻断第107页，

55、共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一、避免或减少致癌物的接触二、改变不良生活方式三、肿瘤的化学预防化学致癌过程的阻断第108页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一、避免或减少致癌物的接触致癌物或生产方式靶器官黄曲霉毒素肝（肺）4-氨基酚膀胱砷及砷化合物肺、皮肤石棉肺、胸膜、腹膜（胃肠、咽部）硫酸嘌呤淋巴系统、间质、肝胆系统、皮肤苯造血系统联苯胺膀胱N-N-双（2-氯乙基）-2-苯胺膀胱双氯甲醚及工业级氯甲甲醚肺1，4-丁二醇-二甲磺酸盐造血系统口服避孕药（复合）肝口服避孕药（连续）子宫氡及其裂变产物肺含石棉纤维的滑石肺硫替哌造血系统已知的人类致癌物

56、或生产方式及其靶器官举例第109页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四曲奥舒凡造血系统氯乙烯肝、血管（肺、脑、淋巴系统）酒精饮料咽、食管、肝、喉、口腔（乳房）含非那西丁的退热剂膀胱、肾含烟草的槟榔口腔、咽喉、食管煤焦油沥青皮肤、肺、膀胱（咽、口腔）煤焦油皮肤、肺（膀胱）矿物油（轻度处理或不处理）皮肤（肺、膀胱、胃肠道）页岩油皮肤（胃肠道）烟炱皮肤、肺烟草制品（无烟）口腔、咽、食管烟草制品（有烟）肺、膀胱、口腔、咽喉、食管、胰、肾铝生产肺、膀胱（淋巴系统）金胺生产膀胱（前列腺）鞋制造与修理鼻腔、造血系统（咽、肺、肝、胃、肠道、膀胱）煤气生产皮肤、肺、膀胱焦煤生产皮肤、肺、肾

57、硬木家具生产鼻腔钢铁冶炼肺（胃肠、生殖泌尿系统、造血系统）异丙醇生产鼻腔（咽）品红生产膀胱职业油漆工肺橡胶业膀胱、造血系统（肺、胃肠道、皮肤、淋巴系统）地下开采赤铁矿接触氡肺第110页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四一、避免或减少致癌物的接触化学致癌研究所取得的最重要成就之一就是已明确鉴定出一批人类致癌物或致癌因素。对一些已知的致癌因素，避免或减少与其接触，可达到减少肿瘤发生的目的。对于职业致癌因素，首先，要提高生产过程中的机械化、密闭化和自动化程度，减少人体的接触机会；其次，要做好环境保护和监测，防止致癌物污染环境。对于环境和食品致癌因素，首先，要进行环境和食品污染

58、的治理，其次，尽可能地避免接触污染较重的外界空气环境和食品。第111页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四二、改变不良生活方式个人生活习惯中的致癌因素主要是吸烟、酗酒和不良饮食习惯，在引起癌症的各种化学因素中占了将近70%。吸烟与肺癌的关系已得到了确认，吸烟还与口腔癌、食管癌、咽喉癌、膀胱癌等有关。过量饮酒可以导致人类数种肿瘤发病率的升高。乙醇可被直接分解为乙醛，而乙醛是一种可诱导机体突变的物质。乙醇还是促癌剂、助癌剂。第112页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四二、改变不良生活方式估计人类男性30%40%，女性有60%的癌症与不良的饮食习惯有关。

59、大量的研究资料证实碳水化合物和脂类在肿瘤发生过程中是有效促长剂。高脂膳食不仅仅增高乳腺癌的发生率，也增高结肠癌的发生率。高脂肪摄入还可能与前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌等的发生有关。大量的流行病学资料表明营养过剩导致的超重可以间接增加人类子宫内膜癌、乳腺癌、肾癌等肿瘤的发病率。氯化钠有促癌作用，喜食高盐食品的人群胃癌发病率明显增高。发霉的食物如花生、花生油、玉米等含有黄曲毒素。黄曲毒素是一种完全致癌物，是已知最强烈的致肝癌剂之一。第113页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四二、改变不良生活方式烹饪过程中可产生多环芳烃和杂环胺等化学致癌物，少吃烧烤煎炸食物是预防的最好办法。咀嚼

60、槟榔可能导致口腔癌。高龄初次生育与乳腺癌发病危险性升高有关。第114页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四三、肿瘤的化学预防所谓肿瘤的化学预防即应用天然或人工合成的化合物去阻断、逆转或预防侵袭性肿瘤的发生。肿瘤的演变时间是比较漫长的，一个正常的细胞要演化成癌细胞需要几年甚至十几年的时间。抓住这个契机采取化学预防的手段，可对非正常细胞进行早期干预，阻断它的发展。人工合成药物如雌激素受体调节剂、非甾体类抗炎药物、维甲酸类化合物等。第115页，共148页，2022年，5月20日，14点51分，星期四三、肿瘤的化学预防许多营养和膳食因素被证实可以在抑制肿瘤发生中起作用。动物实验结