毒理学 第七章外源化学物致突变作用

第七章

外源化学物致突变作用

目的要求掌握外源化学物的致突变作用熟悉致突变作用的评价方法了解致突变作用的遗传学基础22023/3/30

第一节概述

32023/3/30致突变作用的遗传学基础一、DNA与基因生物界遗传与变异现象都与遗传物质DNA的特殊结构及其精准复制和高保真的修复方式有密切关系在真核细胞中遗传信息储存在核内的DNA链上，DNA是大分子物质，由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，其基本成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构基因是（gene）是DNA分子中最小的完整功能单位基因的基本作用在于决定蛋白质的一级结构，即每个基因决定一条多肽链或者一个基因决定一种酶基因是生物遗传信息的携带者，细胞或生物体的一套完整单体的遗传物质称基因组（genome）42023/3/30复制与自己相象的下一代

“种瓜得瓜，种豆得豆。”这句话概括了遗传的全部内涵各类生物只能产生同种的后代，并继承前代的基本特征父母依照自己的模样生儿育女，子女保持和父母亲相同的体形及生理功能特征，而且又按原样传递给子孙，每一代都能复制与自己相象的下一代生物通过繁殖其物种生命世代连续现象就叫遗传遗传基因携带着父母各自的许多遗传特征给后代使后代兼有父母两者的遗传特征(如生理特征、生理缺陷或某些疾病)

52023/3/30什么是遗传基因？

精子同卵子,这两个性细胞各自携带着23条染色体。受精的卵子就有46条染色体。每条染色体就像一个由几千个“珍珠”(基因)组成的巨大的项链(脱氧核糖核酸长分子)就是遗传基因所有的人都具有6万～10万个基因，一半来自父亲，一半来自母亲，位置非常准确地分布在46条染色体上。它们是遗传的信使。一个胚胎，从受孕的那一刻起，到最终长成什么样子，在某种程度上，都是基因在起作用62023/3/301865年孟德尔用豌豆作杂交试验发现了孟德尔定律，并解释说性状是由“遗传因子”负责传递的1909年，丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这个词，用来表述孟德尔所说的遗传因子，没有提出基因的物质概念摩尔根对果蝇的研究发现了新的遗传的连锁交换定律，将特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来，赋予了基因以物质的内涵72023/3/30遗传基因

基因(Gene,Mendelianfactor)，也称为遗传因子。

是指携带有遗传信息的DNA或RNA序列，是控制性状的基本遗传单位。基因通过指导蛋白质的合成来表达自己所携带的遗传信息，从而控制生物个体的性状表现

基因有两个特点，一是能忠实地复制自己，以保持生物的基本特征；二是基因能够“突变”，突变绝大多数会导致疾病，另外的一小部分是非致病突变。非致病突变给自然选择带来了原始材料，使生物可以在自然选择中被选择出最适合自然的个体

82023/3/30含特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。除某些病毒的基因由核糖核酸(RNA)构成以外，多数生物的基因由脱氧核糖核酸(DNA)构成，并在染色体上作线状排列基因最初是一个抽象的符号，后来证实它是在染色体上占有一定位置的遗传的功能单位。大肠杆菌乳糖操纵子中的基因的分离和离体条件下转录的实现进一步说明基因是实体今已可以在试管中对基因进行改造(见重组DNA技术)甚至人工合成基因。对基因的结构、功能、重组、突变以及基因表达的调控和相互作用的研究始终是遗传学研究的中心课题92023/3/30

基本特性

基因具有3种特性：①稳定性。基因的分子结构稳定，不容易发生改变。基因的稳定性来源于基因的精确自我复制，并随细胞分裂而分配给子细胞，或通过性细胞传给子代，从而保证了遗传的稳定

②决定性状发育。基因携带的特定遗传信息转录给信使核糖核酸(mRNA)，在核糖体上翻译成多肽链，多肽链折叠成特定的蛋白质。其中有的是结构蛋白，更多的是酶。基因正是通过对酶合成的控制，以控制生物体的每一个生化过程，从而控制性状的发育

③可变性。基因可以由于细胞内外诱变因素的影响而发生突变。突变的结果产生了等位基因和复等位基因。由于基因的这种可变性，才得以认识基因的存在，并增加了生物的多样性，为选择提供更多的机会

102023/3/30

基因破译

目前“人类基因组计划”正力图在本世纪初绘制出完整的人类染色体排列图。染色体是DNA的载体，基因是DNA上有遗传效应的片段，构成DNA的基本单位是四种碱基。由于每个人拥有30亿对碱基，破译所有DNA的碱基排列顺序无疑是一项巨型工程。与传统基因序列测定技术相比，基因芯片破译人类基因组和检测基因突变的速度要快数千倍基因芯片的检测速度之所以这么快，主要是因为基因芯片上有成千上万个微凝胶，可进行并行检测；同时，由于微凝胶是三维立体的，它相当于提供了一个三维检测平台，能固定住蛋白质和DNA并进行分析美国正在对基因芯片进行研究，已开发出能快速解读基因密码的“基因芯片”，使解读人类基因的速度比目前高1000倍

112023/3/30

基因诊断

通过使用基因芯片分析人类基因组，可找出致病的遗传基因。癌症、糖尿病等，都是遗传基因缺陷引起的疾病。医学和生物学研究人员将能在数秒钟内鉴定出最终会导致癌症等的突变基因。借助一小滴测试液，医生们能预测药物对病人的功效，可诊断出药物在治疗过程中的不良反应，还能当场鉴别出病人受到了何种细菌、病毒或其他微生物的感染。利用基因芯片分析遗传基因，将使10年后对糖尿病的确诊率达到50%以上基因来自父母，几乎一生不变，但由于基因的缺陷，对一些人来说天生就容易患上某些疾病，也就是说人体内一些基因型的存在会增加患某种疾病的风险，这种基因就叫疾病易感基因

122023/3/30基因检测只要知道了人体内有哪些疾病的易感基因，就可以推断出人们容易患上哪一方面的疾病。然而，我们如何才能知道自己有哪些疾病的易感基因呢？这就需要进行基因的检测

基因检测：用专用采样棒从被测者的口腔黏膜上刮取脱落细胞，通过仪器设备从脱落细胞中得到被测者的DNA样本，对这些样本进行DNA测序和SNP（单核苷酸多态性标记）检测，就会清楚的知道被测者的基因排序和其他人有哪些不同，经过与已经发现的诸多种类疾病的基因样本进行比对，就可以找到被测者的DNA中存在哪些疾病的易感基因

132023/3/30遗传基因技术

克隆是英语单词clone的音译，clone源于希腊文klone，原意是指幼苗或嫩枝，以无性繁殖或营养繁殖的方式培育植物，如杆插和嫁接如今克隆是指生物体通过体细胞进行的无性繁殖，以及由无性繁殖形成的基因型完全相同的后代个体组成的种群克隆也可以理解为复制、拷贝，就是从原型中产生出同样的复制品，它的外表及遗传基因与原型完全相同

142023/3/30DNA是由四种碱基组成的螺旋结构DNA(脱氧核糖核酸)的结构出奇的简单DNA分子由两条很长的糖链结构构成骨架，通过碱基对结合在一起，就象梯子一样。整个分子环绕自身中轴形成一个双螺旋。两条链的空间是一定的，为2nm在形成稳定螺旋结构的碱基对中共有4种不同碱基碱基指嘌呤和嘧啶的衍生物，是核酸、核苷、核苷酸的成分。152023/3/30162023/3/30172023/3/30182023/3/30

碱基base

根据它们英文名称的首字母分别称之为

A(ADENINE腺嘌呤)；T(THYMINE胸腺嘧啶)C(CYTOSINE胞嘧啶)；G(GUANINE鸟嘌呤)；另有U（URACIL尿嘧啶）DNA与RNA共有的碱基是腺嘌呤、胞嘧啶和鸟嘌呤。DNA和RNA的主要碱基略有不同，其重要区别是：胸腺嘧啶是DNA的主要嘧啶碱，在RNA中极少见；相反尿嘧啶是RNA的主要嘧啶碱，在DNA中则是稀有的192023/3/30AGCT（U）四种碱基在DNA中的排列遵循碱基互补配对原则

每种碱基分别与另一种碱基的化学性质完全互补，嘌呤是双环，嘧啶是单环，两个嘧啶之间空间太大，而嘌呤之间空间不够。这样A总与T配对，G总与C配对。这四种化学"字母"沿DNA骨架排列。“字母”(碱基)的一种独特顺序就构成一个"词"(基因)。每个基因有几百甚至几万个碱基对

202023/3/30

DNA转录

翻译

复制

逆转录

RNA复制

RNA蛋白质

基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能RNA的特定核苷酸序列为什么子女与父母非常相象？212023/3/30DNA复制DNA复制是指DNA双链在细胞分裂以前进行的复制过程，复制的结果是一条双链变成两条一样的双链（如果复制过程正常的话），每条双链都与原来的双链一样。这个过程通过半保留复制机制得以顺利完成

DNA复制主要包括引发、延伸、终止三个阶段222023/3/30AGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCCCACTGGGGTGACCAGGTACTGTCCATGACTCCATGACAGGTACTGAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACCAGGTACTGCCACTGGTCCATGACGGTGACC+母链DNA

复制过程中形成的复制叉子代DNA

复制的基本规律————232023/3/30242023/3/30转录（Transcription）转录(transcription)是以DNA中的一条单链为模板，游离碱基为原料，在DNA依赖的RNA聚合酶催化下合成RNA链的过程转录是基因表达的第一阶段，并且是基因调节的主要阶段。转录可产生DNA复制的引物。在反转录病毒感染中也起到重要作用。转录仅以DNA的一条链作为模板遗传信息从DNA到RNA的转移。即以双链DNA中的一条链为模板，以4种核苷三磷酸：腺三磷(ATP)、胞三磷(CTP)、鸟三磷(GTP)和尿三磷（UTP）为原料，在RNA聚合酶催化下合成RNA的过程

252023/3/30RNA发生逆转录以RNA链为模板，经逆转录酶（即依赖于RNA的DNA聚合酶）催化合成DNA链，叫做逆转录这种机制在RNA肿瘤病毒中首先发现

262023/3/30【以RNA作模板合成DNA模式图】逆转录酶除存在于正在分裂中淋巴细胞和胚胎细胞外，主要分布于所有致癌RNA病毒中，其功能可能与病毒的恶性转化有关病毒的RNA通过逆转录先形成DNA（称前病毒），然后将其整合到宿主细胞染色体DNA中去在此细胞中，除合成宿主细胞本身蛋白质外，同时也合成病毒特异的某些蛋白质，促使宿主细胞癌变如能控制逆转录酶，将对阻抑癌的发生、发展起到重要作用272023/3/30翻译RNA→蛋白质翻译(translation)：以mRNA为模板，核糖体为工具，遗传密码为翻译准则，合成蛋白质MessengerRNA(mRNA)——信使核糖核酸

从脱氧核糖核酸（DNA）转录合成的带有遗传信息的一类单链核糖核酸（RNA）。它在核糖体上作为蛋白质合成的模板，决定肽链的氨基酸排列顺序282023/3/30

二、染色质与染色体染色质：

在间期细胞的核中通过光镜可见一种能被碱性染料着色的物质即染色质，由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量的RNA组成，形似串珠的复合体染色体：

真核细胞有丝分裂期染色质螺旋化并折叠成染色体染色质和染色体由相同物质组成是真核细胞内遗传物质DNA分子的存在形式；这种结构形式对遗传信息的稳定、传递和表达都有极为重要的影响292023/3/30302023/3/30染色体中的关键结构染色体和染色单体每一个染色体由两条染色单体组成

每一条染色单体中有一条DNA分子着丝粒（主缢痕）：

由特殊的重复DNA序列和蛋白质结构构成，是细胞有丝分裂时的重要结构；着丝粒把染色体分为长臂和短臂端粒：

由特殊的重复DNA序列和相应的蛋白质构成，起着稳定染色质和染色体结构的作用常染色质和异染色质：用碱性染料处理中期染色体，染色体上部分区域着色较深，称为异染色质312023/3/30染色体存在于细胞中，通常只有在细胞分裂时经过特殊染色才能清楚看到将体细胞的全部染色体按其大小形态等方式排列起来即构成细胞的核型每一种生物种属的核型是固定的，这是细胞分类学的基础322023/3/30染色体和基因有着平行的关系染色体可在镜下看到并有一定的形态结构；基因是遗传学的单位，每对基因在杂交中仍保持它们的完整性和独立性染色体成对存在基因也成对存在。在配子中每对基因只有一个，而每对同源染色体也只有一条个体中成对的基因一个来自母本一个来自父本，染色体也是如此，两条同源染色体分别来自母本和父本不同对基因形成配子时的分离与不同对染色体在减数分裂期的分离，都是独立分配的332023/3/30染色体的复制由一条染色体变成两条染色体的过程称为染色体的复制减数第一次分裂（简称减1）的间期只存在DNA的复制以及随后的染色单体的复制，不存在染色体的复制减数第二次分裂（简称减2）的中期，随着一条染色体的着丝点发生分裂完成染色体的复制，由一条染色体变成两条染色体342023/3/30基本概念352023/3/30人类23对染色体362023/3/30372023/3/30

染色体数目是生物物种的特征性标志之一382023/3/30

遗传物质的改变392023/3/30基本概念

突变诱发突变(inducedmutation)

诱变剂诱发的突变自发突变(spontaneousmutation)由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。如物种进化人类健康危害新品种培育、选择、改良发生过程长，频率低发生过程短，频率高；可为人类利用，也可能对人有害412023/3/30遗传毒理学（genetictoxicology）是毒理学的一个分支,研究化学、物理因素及生物因素等对遗传物质（DNA）及活细胞遗传过程的作用，以及人类接触致突变物可能引起的健康效应的学科。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提出评价致突变物健康危害的方法422023/3/30突变是致突变作用的后果致突变物（mutagen）能引起突变的物质，又称诱变剂致突变性（mutagenicity）指引起遗传物质发生突变的能力，在一个实验群体中突变率可以定量检测遗传毒物（genotoxicagent）因致突变物能引起遗传物质损伤，又称其为遗传毒物432023/3/30遗传毒性（genetictoxicity）指对基因组的损害能力，包括对基因组毒作用引起的致突变性及其他各种不同效应遗传毒性包括致突变性有更广泛的终点：如非程序性DNA合成、姐妹染色单体交换、DNA链断裂遗传毒性效应突变修复442023/3/30直接致突变物（direct-actingmutagen）: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致突变物（indirect-actingmutagen）: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452023/3/30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基因突变（genemutation）

一个或几个DNA碱基对的改变染色体畸变（chromosomeaberration）非整倍体和多倍体(aneuploidyandpolyloid)

染色体的结构及数目改变472023/3/30

遗传学损伤基因突变（必须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断）染色体结构改变染色体数目改变（可通过光学显微镜观察）机理以DNA为靶的损伤：基因突变染色体畸变不以DNA为靶的损伤：染色体数目改变突变的类型482023/3/30一、基因突变(genemutation)基因突变：指基因中DNA序列的变化因基因突变限制在特定的部位，也称为点突变（pointmutation)基因突变类型：碱基置换和移码突变492023/3/30（一）碱基置换(base—pairsubstitution)碱基置换：指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变，不正确的碱基取代了正确的碱基，在DNA复制过程中该DNA互补链上的相应位点配上一个错误的碱基，即错误配对（mispairing）。错误配对上的碱基在下一次DNA复制时仍按正常规律配对，于是原来的碱基对被错误碱基对置换，称碱基置换。转换(transition)：嘌呤替代嘌呤（A与G间替代）、嘧啶替代嘧啶（C与T间替代）颠换(transvertion)：嘧啶变嘌呤或嘌呤变嘧啶502023/3/30碱基置换（basesubstitution）错误配对的碱基在下一次DNA复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512023/3/30突变的后果同义突变（synonymousmutation）:指没有改变基因产物氨基酸序列的改变错义突变（missensemutation）:指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变无义突变（nonsensemutation）:指某个碱基的改变使代表某个氨基酸的密码子变为蛋白质合成的终止密码子，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变522023/3/30同义突变（samesensemutation）同义突变：由于生物的遗传密码子存在兼并现象，是碱基被替换之后，产生了新的密码子，但新旧密码子是同义密码子，所编码的氨基酸种类保持不变，因此同义突变并不产生突变效应由于生物的遗传密码子存在兼并现象，例如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，如DNA中的一个碱基替换，使mRNA密码子由UUU变成UUC，翻译出来的仍是苯丙氨酸，氨基酸序列不发生改变，因此没有突变效应532023/3/30错义突变是编码某种氨基酸的密码子经碱基替换以后，变成编码另一种氨基酸的密码子，从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。错义突变的结果通常能使多肽链丧失原有功能，许多蛋白质的异常就是由错义突变引起的由于bp的替换，使一种aa的密码子变为另一种aa的密码子，在合成多肽时，译成了不同的aa，从而引起基因突变。此观点称错义突变

542023/3/30因突变而引起的氨基酸置换，对于蛋白质中的任何氨基酸都能引起，偶而在有关蛋白质活性的氨基酸上发生置换时，蛋白质的活性会降低或消失，因而可作为突变体被检出由错义突变所产生的没有活性的蛋白质，在抗原方面与正常蛋白质显示相同性质，能被作为交叉反应物质（CRM）检出552023/3/30Tyrosine(Tyr)酪氨酸Serine(Ser)丝氨酸562023/3/30中国人消化道肿瘤发病的遗传背景因素——错配修复基因hMLH1错义突变Va1384Asp

中国汉族人101例大肠癌患者、79例胃癌患者、76例食道癌患者、79例和76例胃癌和食道癌患者的亲属、100名正常对照，各取正常体细胞，提取基因组DNA。PCR-SSCP和DNA序列分析技术检测hMLH1基因的第12外显子，比较分析Val384Asp的检出率。结果6%的正常人携带hMLH1基因Val384Asp；小于45岁的大肠癌患者中hMLH1基因Val384Asp的检出率高于正常对照(P＜0.05)；显著性差异还存在于具有癌症家族史的胃癌患者及其亲属与正常对照的比较(P＜0.05和P＜0.01)；食道癌患者及其亲属与正常对照之间的比较无显著差异(P＞0.05)。结论中国汉族人中hMLH1基因Val384Asp等位基因频率约3%，这一错义突变可能在中国人部分大肠癌、胃癌的发病中起作用。572023/3/302．移码突变(frameshiftmutation)移码突变指发生一对或几对（3对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并翻译成不正常的氨基酸移码突变中基因产物有明显的改变，因为在突变点之后mRNA的每个三联体均已改变基因产物也许是不完全的，因为新的阅读框架似乎包括无义密码子（UAA、UAG及UGA），它不代表任何氨基酸，产生一个无功能的肽链片段582023/3/30例如原来的mRNA是GAA、GAA、GAA、GAA……按照密码子所合成的肽链是一个谷氨酸的多肽。如果开头增加一个G，那么mRNA就变成了GGA、AGA、AGA、AGA……按照这些密码子合成的肽链就是一个一甘氨酸开头的精氨酸的多肽移码突变较易成为致死性突变。如果减少或增加的碱基对刚好是3对，称为密码子的缺失和插入，基因产物肽链中减少或增加一个氨基酸，其后果与碱基置换相似，与移码突变不一样，故不包括在移码突变范畴592023/3/30基因突变(genemutation)602023/3/30二、染色体改变

指染色体的结构改变，它是指遗传物质大的改变，一般可用光镜检查细胞在有丝分裂中期的染色体来发现1、染色体数目的改变

A.整倍体：指染色体数目是单倍体数目的整数倍

B.非整倍体：整倍体染色体中缺少或额外增加一条或若干条染色体2、染色体结构的改变612023/3/30（一）染色体畸变(chromosomeaberration)指染色体的结构改变染色单体型畸变(chromatid-typeaberration)染色体型畸变(chromosomeaberration)染色体畸变裂隙(gap)

断裂(break)断片(fragment)和缺失(deletion)

微小体(minutebody)

无着丝点环环状染色体

双着丝点染色体

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重复(duplication)辐射体

622023/3/30

染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。类型包括：

1、缺失(deficiency)

染色体上丢失了一个片断632023/3/30

2、重复(duplication)

在一套染色体里，一个染色体片断出现不止一次。642023/3/30

染色体缺失及环状染色体的形成图

染色体插入和重复示意图

652023/3/303、倒位(inversion)

结构变异的形成：断裂—重接一个染色体片段被颠倒了，如颠倒的片段包括着丝点，称为臂间倒位；如不包括着丝点则称为臂内倒位。662023/3/30倒位(inversion)

672023/3/30

4、易位(translocation)易位（translocation）：指某染色体的一个区段移接在非同源的另一个染色体上。682023/3/30

染色体的臂间倒位

染色体相互易位示意图

692023/3/30染色体畸变类型在下一次细胞分裂时断片因无着丝点，故不能进入分裂的核中而滞留在细胞质中，称为“微核”702023/3/30染色体畸变后果及检测稳定的畸变(如倒位、易位)：多数为染色体重排，可在机体或细胞群传递，可传给子代不稳定畸变（染色体断裂产生无着丝粒断片、环状染色体）：因丧失重要遗传物质或有丝分裂障碍致细胞死亡稳定的畸变可用染色体分带技术检出，费工染色体损伤的细胞中期相分析可直接提供染色体断裂的证据712023/3/30（二）染色体数目的改变基因组突变

1．非整倍体非整倍体(aneuploid)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(monosome)，增加一条染色体时称为三体(trisome)。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21三体导致先天愚型(Down氏综合征722023/3/30Down（唐氏）综合征患者732023/3/30

发病率：1/800，1.25‰，以10亿人口计，1.25‰x10亿=125万。

体征：智力发育不全，发育迟缓，面容呆滞，眼距宽。眼裂小，外眼角上斜，鼻根扁平，张口伸舌，流涎水缺乏抽象的思维能力，只会发单音节。

常伴有四肢、五官、内脏、皮肤等方面的异常。

50%患者伴有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白血病的发病率高于常人20倍。

Down综合征-为21-三体syndrome742023/3/302．整倍体整倍体(euploid)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(triploid)、四倍体(tetroploid)等。在人体，3n为69条染色体，4n为92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。发生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的752023/3/30第三节外源化学物致突变作用的机制及后果化学毒物致突变有特异性诱导基因突变和染色体畸变的主要靶分子为DNA诱导非整倍体和多倍体的靶部位是有丝分裂和减数分裂的成分，如纺垂体基因突变和染色体改变在肿瘤和遗传性疾病中的作用明显地揭示它们对人类健康的重要意义772023/3/30引起突变的DNA变化碱基错配平面大分子嵌入DNA链碱基类似物取代碱基的化学结构改变或破坏1.二聚体形成DNA加合物形成DNA蛋白交联物形成DNA链受损碱基损伤782023/3/302.引起突变的细胞分裂过程改变其他改变:对DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变3.792023/3/30一、突变的DNA变化致突变作用的基础是DNA结构的化学或物理性质的改变由于致突变物引起DNA变化的理化性质和位置不同致突变的类型也不同802023/3/30(一)碱基损伤1、碱基错配硫酸二甲酯、甲烷磺酸甲酯（MMS）等烷化剂可将烷基加到嘌呤或嘧啶的N或O上使碱基烷基化鸟嘌呤的N-7和腺嘌呤的N-3最容易受攻击，形成m7G和m3A烷基化的嘌呤碱基，导致复制时碱基错配在鸟嘌呤6位氧(O6)上的烷化很易与胸苷错配，使G-C转变成A-T812023/3/30烷化剂是对DNA和蛋白质都有强烈烷化作用的物质烷化作用是指烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合的过程烷化剂属于细胞毒类药物，又称生物烷化剂（BioalkylatingAgengts），在体内能形成碳正离子或其他具有活泼的亲电性基团的化合物，进而与细胞中的生物大分子（DNA，RNA，酶）中含有丰富电子的基团（如氨基，巯基，羟基，羧基、磷酸基等）发生共价结合，使其丧失活性或使DNA分子发生断裂，导致细胞死亡822023/3/30烷化剂的脱嘌呤或脱嘧啶作用脱嘌呤或脱嘧啶作用：是指DNA分子上丢掉了嘌呤碱或嘧啶碱，形成无碱基位点，称为AP位点错配不是烷化剂引起突变的唯一机制，有些烷化碱基可以引起DNA二级结构改变，例如：在m7G（N7烷化鸟嘌呤）上的烷基是由许多烷化剂形成的加成物，造成碱基与脱氧核糖连接的链不稳定，最终碱基丧失丧失碱基的DNA留下了一个无嘌呤或无嘧啶的位点AP位点，如果不正确的碱基插入AP位点可引起突变，大部分是颠换832023/3/302、平面大分子嵌入DNA链化学致突变的关键是需要致突变物与DNA发生共价结合在DNA复制时由于9-氨基吖啶分子带正电呈扁平状，能够结合到DNA分子上，插入邻近的碱基对使它们分开，ＤＮＡ链出现歪斜，造成排列参差，导致不等交换的出现，产生两个重组子，一个碱基对增多，另一个碱基对减少使DNA在复制或重组过程中缺失或插入一个碱基造成移码突变842023/3/303、碱基类似物的取代有些化学物的结构与碱基非常相似称碱基类似物在细胞周期的DNA合成期（S）中能与正常碱基竞争取代其位置取代后碱基类似物常造成错误配对即发生碱基置换，例如：852023/3/30碱基类似物的取代5-溴尿嘧啶（5-BU）、5-氟尿嘧啶（5-FU）、2-氨基腺嘌呤（2-AP）等。它们的结构与碱基相似，进入细胞能替代正常的碱基参入到DNA链中而干扰DNA复制合成如5-BU与T结构相似，在酮式结构时与A配对；它更易成为烯醇式结构与G配对，在DNA复制时导致A-T转换为G-C862023/3/304、碱基的化学结构改变或破坏化学物可氧化碱基，破坏或改变碱基的结构，或引起链断裂化学物主要改变核酸中核苷酸的化学成分其作用与DNA复制无关，例如造成碱基置换：亚硝酸盐能使腺嘌呤和胞嘧啶发生氧化性脱氨，相应生成次黄嘌呤和尿嘧啶；羟胺使胞嘧啶C-6位的氨基变为羟氨基，上述改变造成碱基置换872023/3/30

一些化学物可以通过另一机制破坏碱基结构

破坏碱基结构：如甲醛，可在机体内形成有机过氧化物或自由基来破坏嘌呤碱，最终导致DNA链的断裂882023/3/30化学诱变因素1、

化学诱变的意义拟辐射物质，损伤小、突变谱不广、特异性2、

化学诱变因素的类别及其作用第一类烷化剂：如乙烯亚胺(EI)、硫酸二乙酯(DES)、甲基磺酸乙酯(EMS)、亚硝基甲脲(NMU)等。第二类碱基类似物：如5-溴尿嘧啶(5-BU)、2－氨基嘌呤(AP)等。第三类：能引起DNA分子中碱基增、减的物质如丫啶类染料、ICR类化合物(氮芥类衍生物)892023/3/30诱变作用的分子机制5－溴尿嘧啶诱发的碱基对转换902023/3/30

当细胞或机体受到紫外线刺激，会使DNA发生化学变化，主要产生环丁烷嘧啶二聚体和(4-6)光产物(4-6-photoproduct)。可阻止DNA的复制，并引起细胞死亡（二）DNA链受损1．二聚体的形成912023/3/30辐射的致突变机制

使连接A-T、C-G之间的氢键断裂

DNA的一个或两个键中的糖-磷酸基之间断裂

DNA同一条链上，相邻的嘧啶形成二聚体水电离产生自由基，引起突变辐射还可使DNA双链断裂或单链断裂，引起缺失、倒位、易位甚至碱基破坏922023/3/30

活性化学物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物，很难用一般的化学或生物学方法使其解离

DNA加合物形成可活化癌基因，影响调节基因和抑癌基因的表达2．DNA加合物形成932023/3/30

是致突变物对生物大分子物质的一种重要遗传损害，也是一种稳定的共价结合物不同的化学物引起DNA-蛋白质交联物的交联有所不同，但DPC一旦形成对DNA构象与功能产生严重影响，因与DNA交联的是核蛋白，核蛋白是维持DNA构象的重要成分，并参与DNA复制与转录的调控，故DPC出现将造成突变

烷化剂、B(a)P、砷化物、醛、重金属均可引起DNA-蛋白质交联物3．DNA-蛋白质交联物形成(DNA-proteincrosslinks，DPC)942023/3/30

非整倍体和多倍体是由于染色体分离异常而产生二、引起突变的细胞分裂过程的改变

主要涉及细胞分裂过程的改变如：纺锤体，微管蛋白的合成与聚合，微管结合蛋白合成与功能发挥，细胞分裂纺锤纤维的功能发挥，着丝粒与之有关的蛋白质作用，极体复制与分离，减数分裂时同源染色体联合配对和重组952023/3/30

非整倍体细胞由正常细胞未分裂而产生，结果是纺锤体的一极接受了同源或两个染色单体，而另一极则没有。假定只有一条染色体或一对染色体不分离，在子细胞中将多出一条或一对染色体，而在另一子细胞中将少出一条或一对染色体。其原因是：

同源染色体减数分裂I期不能适当分离姐妹染色体在减数分裂Ⅱ期，或有丝分裂期不能适当分离962023/3/30

多倍体涉及整个染色体的情况

在有丝分裂期，染色体分裂时，染色体单体不能分离，产生一个4倍体细胞由于接受分裂错误，配子为2倍体而不是单倍体所以会产生一个多倍体的受精卵一个卵子被一个以上精子授精也将产生多倍体972023/3/30非整倍体与多倍体产生机制非整倍体与多倍体产生机制相似，可能有程度上的不同；如对纺锤体形成的干扰，如完全阻止即形成多倍体，部分阻止即形成非整倍体；非整倍体与多倍体产生的生化机制的研究主要是有关纺锤体的。982023/3/30

微管蛋白二聚体是构成纺锤体的基本成分。如其某一特定位置被占据，将妨碍微管的正确组装，导致细胞分裂被抑制秋水仙碱即可与该结合部位结合，导致细胞染色体不分离1．与微管蛋白二聚体结合非整倍体与多倍体产生机制992023/3/30

化学毒物与微管蛋白的巯基特异性结合，影响微管的作用。不同化学结构的物质，与微管蛋白不同部位的巯基结合2．与微管上的巯基结合

苯基汞与着丝粒微管结合，甲基汞与极间微管结合，将造成多种后果。通常是使细胞分裂部分抑制，即造成非整倍体1002023/3/303.已组装好的微管的破坏正常细胞中微管处于游离二聚体的聚合和解聚的动态平衡中；微管结合蛋白使二聚体聚合维持微管的结构与功能的发挥。1012023/3/30

秋水仙碱，灰黄霉素，长春花碱可与微管结合蛋白结合，结合点和作用方式不尽相同，都可使已组装好的微管解聚非特异性作用微管，使其蛋白质变性，如毛地黄皂苷使微管失去定向能力，主要通过对细胞分裂和DNA合成的复杂作用，如异丙基-N-氨基甲酸苯酯化学毒物破坏微管的方式1022023/3/30

秋水仙碱妨碍有丝分裂早期两对中心粒的分离和移向两极

N2O使组装好的微管破坏，中心粒位置不正常等现象，机制不明4．中心粒移动受阻5．其他作用1032023/3/30

对DNA合成和复制有关的酶系统作用可间接导致DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。

1．DNA的高保真复制需要多种酶的参与并在基因调控下进行其过程中的任何一个环节损伤，将影响DNA复制的高保真性，有可能引起突变。三、其他的改变2．DNA修复过程是清除受损伤的DNA片段，并合成新的片段来替换的过程。修复过程依赖多种酶1042023/3/30四、突变的后果突变的后果，取决于化学毒物所作用的靶细胞，是生殖细胞，还是体细胞。如是体细胞，其影内仅能在宜接接触该物质的个体身上表现出来，而不可能遗传到下一代；如是生殖细胞，其影响才有可能遗传到下一代基因突变和染色体畸变对于人类健康的重要意义在于其在遗传性疾病和肿瘤中所起的作用

1052023/3/301.生殖细胞突变（1）基因突变除了引起按孟德尔遗传规律遗传的疾病外，在人类许多复杂病因的疾病中，遗传因素也起着部分作用。即增加下一代基因库（genepool）的遗传负荷（geneticload）基因库指某一物种在特定时期中能将遗传信息传至下一代的处于生育年龄的群体所含有的基因总和遗传负荷指一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平

例如，在婴儿中，约有3％～6％受到先天性畸形的影响，在人群中，那些发病较晚的疾病．如心脏病，高血压及糖尿病．遗传因素影响的比例可高达60％

1062023/3/30（2）在遗传性疾病中，还有一个原因是染色体异常。

（3）突变除引起遗传病外，还可造成生殖毒性，表现为胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全及生长迟缓。生殖毒性可由亲代生殖细胞突变所致，也可由胚胎细胞突变所致。

妊娠最初3个月自然流产中有60%有染色体畸变

1072023/3/30

非致死性突变：影响后代的质量显性遗传：造成下一代遗传病发生率增加或新病种出现；隐性遗传：增加下一代基因库的遗传负荷

致死性突变：影响后代的数量显性：使精子不能受精，或合子在着床前死亡或着床后早期胚胎死亡隐性：需纯合子或半合子才能出现死亡。如果是杂合子则不出现死亡1082023/3/30

体细胞突变后果有肿瘤、衰老、动脉粥样硬化及致畸等，最受注意的是肿瘤。肿瘤衰老动脉粥样硬化致畸2.体细胞突变1092023/3/30突变与癌的关系突变与癌发生过程有关的重要证据是来自于癌基因和抑癌基因的分子生物学研究当原癌基因突变为癌基因后，可刺激细胞异常增殖，而抑癌基因的突变，可导致细胞增殖失去抑制作用癌基因作用在遗传学上有优势，当同细胞内正常的等位基因存在时，有一个单一活化的癌基因即可表达。原癌基因可经点突变和染色体畸变转变为活化的癌基因1102023/3/30在许多人类肿瘤中发现ras原癌基因有碱基置换；在淋巴瘤中约90%是8号染色体长臂的c-myc癌基因位点与14好染色体发生易位置，这种易位可使原癌基因活化抑癌基因的突变失活或缺失在许多肿瘤发生过程中起着重要作用许多肿瘤涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活所观察到多基因改变将支持癌起源于遗传变化积累的观点，说明致癌作用是一多阶段、多步骤的过程。它包括引发（initiation），促癌（pro-motion，促长）和进展（progression）三个阶段。突变在引发和进展阶段中均有作用1112023/3/30体细胞突变与衰老

该学说认为在生物体的一生中，诱发（物理因素如电离辐射、X射线、化学因素及生物学因素等）和自发的突变破坏了细胞的基因和染色体，这种突变积累到一定程度导致细胞功能下降，达到临界值后，细胞即发生死亡。支持该学说的证据有：X线照射能够加速小鼠的老化，短命小鼠的染色体畸变率较长命小鼠为高，老年人染色体畸变率较高；有人研究了转基因动物在衰老过程中出现的自发突变的频率和类型，也为该学说提供了一定的依据。然而，该学说也有解释不了的事实，如衰老究竟是损伤增加还是染色体修复能力降低，该学说无法解释；另外，现代生物学证明基因的突变率为10-6-10-9/细胞/基因位点/代，如此低的突变率不会造成细胞的全群死亡，而按该学说要求细胞应有异常高的突变率；衰老是突变造成的，转化细胞在体外能持续生长，就此而言，转化细胞应不发生突变，事实却并非如此。

1122023/3/30突变后果1132023/3/30第四节

机体对致突变作用的影响DNA复制是严格而精确的事件，但也可能发生错误，DNA复制发生碱基配对的错误频率为10-10-10-12

。外界环境和生物体内部的因素常会导致DNA分子的损伤或改变，如果DNA的损伤或遗传信息的改变不能更正，就会影响到生物体的功能或生存或繁殖。在进化过程中生物细胞所获得的修复DNA损伤的能力是生物能保持遗传稳定性的关键。细胞中能进行修复的生物大分子只有DNA，表明DNA对生命的重要性。1152023/3/30在生物进化中，突变与遗传相对立统一、普遍存在，DNA分子的变化并不是全部都可被修复的，因此生物才有变异和进化。DNA修复是细胞对DNA受损伤后的一种反应，它可能使DNA结构恢复原样，重新能执行它原来的功能。但修复有时并非能完全消除DNA的损伤，只是使细胞能耐受DNA损伤继续生存；也许这未能完全修复而存留下来的损伤会在适合的条件下显示出来（如细胞的癌变等）。在人类基因组中已经确认至少130个以上的基因参与DNA修复。1162023/3/301949年A.凯尔纳偶然发现灰色链丝菌等微生物经紫外线(UV)照射后如果立即暴露在可见光下则可减少死亡。此后在大量的微生物实验中都发现了这种现象，并证明这是许多种微生物固有的DNA损伤修复功能,并把这一修复功能称为光复活。1172023/3/301958年R.L.希尔证明即使不经可见光的照射，大肠杆菌也能修复它的由紫外线所造成的DNA损伤，而后又证明其他微生物也有这种功能,当时就把这种修复功能称为暗复活或暗修复。此后发现暗修复普遍地存在于原核生物、低等真核生物、高等真核生物的两栖类乃至哺乳动物中，并证实暗修复包括切除修复和复制后修复两种。1182023/3/301968年美国学者J.E.克利弗首先发现人类中的常染色体隐性遗传的光化癌变疾病──着色性干皮病(XP)是由基因突变造成的DNA损伤切除修复功能的缺陷引起的。这一发现为恶性肿瘤的发生机理提供了一个重要的分子生物学证据,也使DNA损伤修复的研究进入了医学领域。1192023/3/30

在长期的进化过程中，生物体演化出了一整套十分有效的DNA损伤修复系统，包括：①纠正偶然复制错误的系统——复制修复

DNA聚合酶的3´→5´校读功能

DNA糖苷酶修复系统错配修复系统等DNA损伤的修复系统③复制后修复：主要包括重组修复系统、SOS修复系统②修复环境因素致DNA损伤的系统——损伤修复主要包括：光修复系统、切除修复系统1202023/3/30DNA修复直接修复切除修复O6甲基鸟嘌呤修复光修复错配碱基修复碱基切除修复核苷酸切除修复复制后修复呼救性修复一、DNA损伤的修复1212023/3/30参与DNA复制的物质底物(substrate):

dATP,dGTP,dCTP,dTTP聚合酶(polymerase):依赖DNA的DNA聚合酶，简写为DNA-pol模板(template):解开成单链的DNA母链引物(primer):提供3-OH末端使dNTP可以依次聚合

其他的酶和蛋白质因子1222023/3/30DNA连接酶DNA连接酶

连接DNA链3-OH末端和相邻DNA链5-P末端，使二者生成磷酸二酯键，从而把两段相邻的DNA链连接成一条完整的链。1232023/3/30（一）直接修复1、光复活是一种依赖光的过程。它通过光裂合酶作用切下DNA上嘧啶二聚体，将毗连的嘧啶接回原结构上光复活主要是针对紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体的修复机制光复活酶已在细菌、酵母菌、原生动物、藻类、蛙、鸟类、哺乳动物中的有袋类和高等哺乳类及人类的淋巴细胞和皮肤皮肤成纤维细胞中发现这种修复功能虽然普遍存在，但主要是低等生物的一种修复方式，随着生物的进化，它所起的作用也随之削弱1242023/3/30光修复酶(photolyase)

UV光修复1252023/3/301262023/3/302、适应性修复（O-6甲基鸟嘌呤修复）1977年美国学者L.萨姆森等在大肠杆菌中发现的不同于SOS修复的又一种诱导反应，它可以修复鸟嘌呤碱基的甲基化如先以每毫升培养基1微克的诱变剂N-甲基-N‘－硝基－亚硝基胍(MNNG)培养大肠杆菌两小时，就能使大肠杆菌对MNNG浓度高几百倍的环境产生抗性这是由于MNNG引起的DNA链上的鸟嘌呤甲基化诱导合成甲基受体蛋白，这种甲基受体蛋白分子的半胱氨酸能和甲基基团结合形成S-甲基半胱氨酸，从而使甲基化的鸟嘌呤碱基得以修复

1272023/3/30在烷化剂作用下，鸟嘌呤的O-6位可被甲基化造成碱基错配生成O6-甲基鸟嘌呤机体有一种修复功能，依赖烷基转移酶作用，将鸟嘌呤O-6位甲基转给蛋白质O-6位甲基鸟嘌呤-DNA甲基化转移酶，恢复正常的鸟嘌呤碱基配对特性。其主要作用是保护细胞免受烷化剂的毒性影响O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶广泛存在于酵母、大鼠及人类1282023/3/30切除修复(excisionrepair)是细胞内最重要和有效的修复机制，主要由DNA-polⅠ（聚合酶）和连接酶完成是一种取代紫外线等辐射物质所造成的损伤部位的暗修复系统此系统是在几种酶的协同作用下，先在损伤的任一端打开磷酸二酯键，然后外切掉一段寡核苷酸；留下的缺口由修复性合成来填补，再由连接酶将其连接起来从切除的对象来看，切除修复又可以分为碱基切除修复和核苷酸切除修复两类切除修复对多种DNA损伤包括碱基脱落形成的无碱基位点、嘧啶二聚体、碱基烷基化、单链断裂等都能起修复作用1292023/3/30对于各种不同类型的碱基损伤都有特异的糖基酶加以识别。不同的核酸内切酶对于不同类型损伤的识别也具有相对的特异性但与核苷酸切除修复相比碱基切除修复DNA糖基酶的专一性更强。在大肠杆菌中至少有7种DNA糖基酶，每一种都特异地识别一种或少数几种异常碱基，如3-甲基腺嘧啶，羟甲基尿嘧啶及尿嘧啶等切除修复功能广泛存在于原核生物和真核生物中，也是人类的主要修复方式,啮齿动物(如仓鼠、小鼠)先天缺乏切除修复的功能

1302023/3/30（二）碱基切除修复由DNA糖基酶识别受损伤的碱基，切断碱基与脱氧核糖连接的键，使受损的碱基脱落，在DNA单链上形成无嘌呤或无嘧啶的AP位点，这种空缺的碱基位置可以通过两个途径来填补：一是在插入酶的作用下以正确的碱基插入到空缺的位置二是AP内切酶将DNA链切断，由聚合酶及连接酶作用完成修复过程1312023/3/30（三）核苷酸切除修复核苷酸切除是所有生物体最常见的修复机制，非常复杂。它基本上可以修复所有种类的DNA损伤，包括紫外线光产物、DNA加合物及DNA链间交联等修复过程：核酸内切酶打开受损的DNA双链，去除含有受损的寡核苷酸链；在修复聚合酶的作用下以损伤处相对应的互补链为模板合成新的DNA单链片断以填补切除后留下的空隙；最后由DNA连接酶将新合成的单链片断与原有的单链以磷酸二酯链相接，恢复原有的DNA序列1322023/3/30CH3CH35´3´CH3CH35´3´MutLMutSMutHCH3CH35´3´

解螺旋酶外切核酸酶CH3CH35´3´DNApolⅠDNA连接酶1332023/3/30（四）双链断裂修复双链断裂修复不是修复而是一种耐受过程，一种以容忍损伤继续存在和在高突变率情况下，换取细胞继续生存的耐受过程这种修复是指DNA分子损伤范围较大，来不及修复就进行复制，复制后再进行切除修复，故又称复制后修复为了尽可能减少DNA双股链断裂，细胞有一套特定的修复途径，通过同源重组或非同源性末端连接机制修复双链断裂1342023/3/30双链断裂修复在没有互补链可直接利用时，如在DNA复制进行时发生DNA损伤，此时DNA两条链已经分开，修复可用DNA重组方式①受损伤的DNA链复制时，产生的子代DNA在损伤的对应部位出现缺口②完整母链DNA与有缺口子链DNA进行重组交换，将母链上相应片段填补子链缺口处，而母链出现缺口③以另一条子链DNA为模板，经DNApol合成一新DNA片段填补母链缺口，最后由DNAligase连接完成修补重组修复不能完全去除损伤，损伤的DNA片段仍然保留在亲代DNA链上，只是重组修复后合成的DNA分子是不带有损伤的但经多次复制后，损伤就被“稀释”了，在子代细胞中只有一个细胞是带有损伤DNA的1352023/3/30（五）交联修复方式DNA链内交联会造成双链断裂，机体启动两种修复：

①无误交联修复，降解双螺旋，使链内交联转变为链内二核苷加合物连接于双链断裂处，随后Hollidy连接体分解，核苷酸切除修复最终去除二核苷酸交联；

②易误交联修复，其作用是次要的，包括整个核苷酸切除修复和易误DNA聚合酶的参与。1362023/3/30突变遗传物质终致突变物质＋DNA解毒1372023/3/30机体对致突变作用的影响二、遗传因素对致突变作用的影响：化学致突变作用的模式为损伤-修复-突变，只有修复功能饱和或能力不足时才会引起突变

(一)代谢酶遗传多态性

(二)修复功能的个体差异1382023/3/30(一)代谢酶遗传多态性

遗传多态性（geneticpolymorphism）指一个或多个等位基因发生突变而产生遗传变异,基因上的变化通过遗传保留给后代,渐渐地形成了人类生物代谢酶类的多态性已有研究发现,基因的多态性与多种肿瘤发生具有明显的相关性。在癌变的始动阶段,生物转化酶类的基因多态性对环境致癌物的致癌效应起着关键作用化学毒物的代谢主要与两大酶类有关：催化氧化反应的细胞色素P-450和催化结合反应的谷胱甘肽S-转移酶。这些酶的遗传学差异是不同个体间肿瘤易发差异的原因之一1392023/3/301、氧化代谢酶，细胞色素P-450细胞色素P-450(CYP)是一组含亚铁血红素的酶,是代谢化学毒物的主要酶系CYP450酶系组成复杂,称作CYP450基因超家族,是由基因多样性控制，是代谢功能出现较大差异，影响机体对毒物的敏感性在人体中已鉴别出至少12种CYP450酶亚型,其中3种酶系作用最强,即CYP1、CYP2和CYP3系CYP450具有遗传多态性,是引起个体间和种族间对同一底物代谢能力不同的原因之一1402023/3/30CYP1A1CYP1A1基因，因是编码芳烃羟化物（AHH）AHH能催化多环芳烃等致癌物质活化研究发现，CYP1A1的低诱导表型在肺癌组占4%，对照组为44%；相反高诱导表型在肺癌组为30%，对照组为9.4%，说明不同基因型与肺癌发生有一定关系还发现AHH的可诱导性与肺癌的预后有关1412023/3/30CYP2E1CYP2E1是主要代谢内源性物质和外源性物质的细胞色素酶P450超家族中的一员,是二甲基亚硝胺D－脱甲基酶,主要参与亚硝胺及其前致癌物N－亚硝基二甲胺和N－亚硝基四吡咯烷的代谢目前CYP2E1作为一种重要的生物转化酶,其遗传多态性与多种疾病尤其是肿瘤的易感性是临床研究的热点

1422023/3/30

CYP2E1的遗传多态性与肿瘤发生的关系

肺癌：CYP2E1多态性与肺癌易感性密切相关,李代蓉等调查发现,CYP2E1c1/c1基因型是中国人肺癌发生的一个易感因素,并且与吸烟等外部环境因素有比较明显的相互作用肝癌:亚硝胺类化合物在肝癌的发病中起一定作用CYP2E1是其生物转化中不可替代的酶,且受亚硝胺的诱导,CYP2E1基因多态性与肝癌易感性的关系,是许多学者重视的焦点Ho等研究发现,CYP2E1在肝细胞癌中的表达有差异,在非癌组织中的表达增加,而癌组织中的表达减少,这与肝癌类型的侵袭力和患者预后不良有着密切关系1432023/3/302、酯酶与致突变作用关系密切的是环氧水化酶(EH)在人类有四型：1、微粒体环氧水化酶(mEH)2、可溶性环氧水化酶(sHE)3、胆固醇环氧水化酶4、LTA4水解酶及hepoxilin水解酶

后三种酶似乎仅仅水解内源性环氧化酶。mEH与sEH在氨基酸序列上完全不同，故在免疫化学方面，亦是完全不同的蛋白质1442023/3/30EH的作用具有两重性：它既是活化酶，如参与苯并(a)芘代谢，在苯并(a)芘转变成终致癌物苯并(a)芘-7，8-二氢二醇-9，10-氧化物的过程还是起一定的活化作用也是解毒酶，如在苯并(a)芘4，5-氧化物解毒过程中起主要作用1452023/3/303、谷胱甘肽S-转移酶(GST)催化还原性谷胱甘肽（GSH，亲核剂)与含有亲电子C、N、S、0的毒物反应，生成结合物硫醚酸经尿排出，是重要的解毒酶系之一GST催化的GSH结合反应是亲电子剂解毒的一般机制，并在自由基解毒中也起重要作用GSTM1-null和GSTT1-null基因型与膀胱癌易感性有关,且携带该基因型的膀胱癌患病群体肿瘤恶性程度较高、预后较差吸烟、职业暴露、嗜食熟肉是膀胱癌发病危险因素,与GST易感基因型交互作用使膀胱癌发病风险增高1462023/3/30

是特异性修复酶1．O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)(二)修复功能的个体差异

修复酶的多态性所致

其作用是将嘌呤与胸嘧啶上的烷基转移到自身胱氨酸的残基上而使碱基恢复原有的配对性

该酶有明显的组织差异和个体差异1472023/3/30例如：

MGMT在肝脏的活性为0.34～1.09pmol脑的活性为0.07～0.1pmol一些肿瘤组织中检测不到一些对烷化剂敏感的瘤株活性降低或全无活性说明MGMT缺乏与肿瘤发生有一定关系

MGMT的多态性可解释某些个体对烷化剂作用特别敏感1482023/3/30PARP家族由PARP-1和其它新鉴定出的PARP酶组成DNA断裂修复酶，可能是氧化损伤的一种重要修复形式通过其催化的反应产生多种生物学效应，如诱导细胞辅酶Ⅰ消耗；抗重组和基因稳定的作用；核酶修饰作用；组蛋白结合及对染色体构型的影响；参与细胞凋亡等对于PARP的研究具有重要的毒理学意义2．聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP)1492023/3/30第五节观察化学毒物致突变作用的基本方法一、观察项目的选择1．观察的效应终点类型基因突变和染色体畸变的检测可直接反映化学毒物的致突变性，是评价化学毒物致突变性唯一可靠的方法许多试验所观察到的现象并不反映基因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而仅反映致突变过程中发生的其他事件因此，将试验观察到的现象所反映的各种事件统称为遗传学终点(geneticendpoint)。1512023/3/30反应遗传学终点的致突变试验有4种：1979年，国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)将遗传学终点分为四类：

①基因突变②染色体畸变③染色体组畸变④DNA原始损伤（一）观察的效应终点类型1522023/3/301983年遗传学终点分为5类：①DNA完整性的改变(形成加合物，断裂，交联)；②DNA重排或交换；③DNA碱基序列改变；④染色体完整性改变；⑤染色体分离改变。其中③实际上指基因突变，④指染色体畸变。1532023/3/30化学物是否具有致突变作用，仅用一种试验方法得到的结果是不能肯定的，因此对于化学物的致突变试验要用多种实验配套有人提出配套试验应包括体细胞和生殖细胞；体内试验和体外试验，包括原核生物和真核生物等按照ICPEMC的观点就是配套应当包括反映5种遗传学终点为此，选择4种试验即可满足要求；如Ames试验、微核试验、枯草杆菌DNA修复试验和SCE试验。而生殖细胞致突变在遗传危害评价时，才会考虑1542023/3/30（二）遗传毒理学试验的应用目的在外源化学物的毒理学评价中遗传毒理学试验的目的是：

1、致突变性的鉴定2、预测潜在的致癌物3、各种遗传毒物的检测及评价1552023/3/30（三）成套的观察项目遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理学试验。因为：①化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制不尽相同，作用的靶细胞也不一样，有的是体细胞，或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察项目中既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。1562023/3/30②致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具有致突变作用。体内试验具有完整的活化系统，而体外试验则通过加入模拟代谢系统，如S9来弥补缺乏活化系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。③化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱的致突变物。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏检，即出现假阴性。1572023/3/30观察项目的选择1983年国际环境致突变物防护委员会（ICPEMC）提出的致突变试验遗传学终点1582023/3/30

关于遗传毒理学成套观察项目中那些试验可入选的原则有：

①选择的遗传毒性试验应包括5种类型的遗传学终点。②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。③体内试验与体外试验配合。④应包括生殖细胞和体细胞。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。1592023/3/30二、常用致突变试验

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合成试验化学致突变物的检测1612023/3/30(一)细菌回复突变试验(Ames试验)

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1622023/3/30Ames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。试验菌株都有组氨酸突变(his-)，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，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。计数最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标准试验菌株有四种：TA97和TA98检测移码突变,TA100检测硷基置换突变,TA102对醛、过氧化物及DNA交联剂较敏感。1632023/3/30（二）微核试验(Micronucleustest，MNT)

微核(Micronucleus)的产生与染色体损伤有关，是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，因比主核小，故称微核。在细胞质中微核来源有二：断片或无着丝粒染色体在细胞分裂后期不能定向移动，而遗留在细胞质中；有丝分裂毒物的作用使个别染色体或带苔丝粒的染色体环和断片在细胞分裂后期被留在细胞质中。常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验。PCE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。微核试验是观察受试物能否产生微核的试验。其主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。1642023/3/30MNNCE1652023/3/30观察化学毒物致突变作用的基本方法微核试验1662023/3/30微核实验进展体外微核：CHL/CHO/V79外周血微核实验双核细胞法免疫荧光染色法、荧光原位杂交1672023/3/30（三）姐妹染色单体交换(SCE)试验

SCE是染色体同源座位上DNA复制产物的相互交换，SCE可能与DNA的断裂和重接有关，提示DNA损伤。5-溴脱氧尿嘧啶核苷（5-BrdU）即经两个分裂周期后，两条染色单体，其中一条DNA链的双股内T被BrdU取代，另一条只有一股被取代。用染色剂处理，使双股含BrdU的染色单体着色浅淡，单股含BrdU的染色单体着色深。光镜下计数SCE数1682023/3/301692023/3/30（四）单细胞凝胶电泳实验（SCGE）1702023/3/30其它常用的致突变试验(五)果蝇伴性隐性致死试验(六)显性致死试验(七)程序外DNA台成试验(八)转基因动物致突变试验(九)哺乳动物细胞基因突变试验