第七章 致癌作用及其评价

第七章外来化合物致癌作用及其评价癌：

是肿瘤的一种，指机体出现的生长速度超过正常组织的一块异常组织。

肿瘤可分为恶性肿瘤和良性肿瘤。近几十年来，化学致癌问题引起了广泛的关注。国际癌症研究所在1970年左右指出，80％～90％的人类癌症和环境因素有关，其中主要是化学因素，约占90％以上。Doll和Peto于1981年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分率(范围)；烟草30％(25％～40％)，酒精3％(2％～4％)，饮食35％(10％～70％)，食品添加剂＜1％，生殖和性行为7％(1％～13％)，职业4％，污染2％，工业产品＜1％，药品和医学处置1％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，感染10％，未知7％。其中，化学因素约占77％。化学致癌(chemicalcarcinogenesis)是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程，具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemicalcarcinogen)。与对照组相比，机体对致癌物可能有下列一种或数种反应形式：A、相同类型的肿瘤发生率增加B、发生对照组未出现的肿瘤类型C、肿瘤潜伏期缩短D、平均肿瘤数增加第一节化学致癌机理一、体细胞突变说（基因机制）二、非突变说（基因外机制）

据推测癌细胞可能有300个以上的基因发生了改变。至今，已有超过50个显性癌基因被鉴定；当然，肯定还存在许多未被鉴定的肿瘤相关性基因。例如：Test等(1991)在一组小细胞肺癌中观察到100多种异常。尽管其中的许多异常可能不代表对癌症的发生产生影响的基因，但一些异常却可能代表着尚未鉴定的肿瘤相关基因。有关参与细胞信号传导、增殖和维持DNA保真度基因的研究也提示，它们的改变可能影响到细胞的增殖与突变，甚至致癌过程。

多种实验方法已经证实癌细胞和相应的正常细胞之间在基因水平上存在差异。

一、体细胞突变说（基因机制）

一、体细胞突变说（基因机制）1、目前，支持体细胞突变学说的证据:同一个肿瘤的各个细胞大多数具有单克隆性，说明一个肿瘤起源于一个突变了的单细胞。具有DNA的修复缺陷的遗传性疾病患者，易发生肿瘤。有些肿瘤可遗传给后一代，如肾胚胎瘤、视网膜神经胶质瘤。不少类型肿瘤的癌细胞都发现有特异性染色体畸变。使用Ames试验测试175种已知致癌物，结果157种为阳性反应（89.7％），又在测试125种非致癌物时，有109种（87.2％）为阴性结果。下表列出了人类的已确认或预期可影响肿瘤发生的部分基因2、癌基因癌基因（oncogene）是在研究病毒致癌时发现的。某些病毒携带有能致癌的遗传信息，即病毒癌基因，简称V-onc。其直接或经过逆转录后，整合于宿主细胞的基因组，从而发挥其致癌作用。正常细胞中，也存在着核酸水平及蛋白质产物水平的与病毒癌基因高度相似的DNA序列，称为原癌基因，简称C-onc。在正常细胞中，C-onc的表达并不引起恶性变，其表达受到严密控制，并对机体的生长发育具有作用。正常细胞中的C-onc必须经过激活，才能导致细胞的恶性转化。原癌基因的激活：

原癌基因在各种环境的或遗传的因素作用下，基因本身或其调控区发生了变异，导致基因的过度表达，或产物蛋白活性增强，使细胞过度增殖，形成肿瘤。如在肝癌中cyclinA过度表达，在乳腺癌中常有cyclinA、B、D1、E等过度表达。细胞癌基因活化方式有：基因突变；外源基因插入；染色体易位与基因重排；基因丢失；DNA甲基化程度降低等3、肿瘤抑制基因也称抗癌基因可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状表达，只有当其自己不能表达或其基因产物去活化才允许肿瘤性状的表达。

肿瘤抑制基因要获得转化活性，两个等位基因编码区内都需发生灭活性损伤（包括等位基因丢失和编码区灭活性突变）。第一个被发现的肿瘤抑制基因是人类视网膜神经胶质瘤基因（Rb）。值得注意的是，有一些基因，本身是肿瘤抑制基因，但其若发生突变，则成为癌基因，并具有使细胞获得无限生长的能力。3、肿瘤抑制基因例如：p53是人类肿瘤中分布最广泛的一种突变的肿瘤抑制基因。直到1989年才知道其癌基因的作用实际上是突变型p53基因的作用，而野生型p53是一种肿瘤抑制基因。p53基因定位于17号染色体。正常的p53蛋白（野生型）存在于核内，在脱磷酸化时活化，有阻碍细胞进入复制周期的作用。在部分结肠癌、肺癌、乳腺癌和胰腺癌等均发现有p53基因的点突变或丢失，从而引起异常的p53蛋白表达，而丧失其生长抑制功能，从而导致细胞增生和恶变。肿瘤抑制基因 1.功能不清楚，但可能涉及生长和分化(负调节?) 2.存在基因家族 3.在癌中被灭活或丢失 4.因染色体丢失、染色体缺失、点突变、转换等而灭活 5.有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 致癌过程中涉及的两组基因比较原癌基因 1.涉及细胞生长和分化2.存在基因家族 3.在癌中被活化或扩增4.因点突变、染色体易位或基因扩增而活化 5.几乎没有证据与遗传性癌有关

4、化学致癌的过程恶性肿瘤的发生是一个长期的、多因素造成的分阶段的过程，这已由流行病学、遗传学和化学致癌的动物模式所证明。近年来的分子遗传学研究从癌基因和肿瘤抑制基因的角度为此提供了更加有力的证明。单个基因的改变并不能造成细胞的完全恶性转化，而是需要多基因的改变，包括几个癌基因的激活和两个或更多肿瘤抑制基因的丧失。有时还会涉及第三类基因——DNA修复相关性基因。在某些方面，它与肿瘤抑制基因相似。它在癌症发生中很重要，但并不是决定肿瘤表型最重要的成份。以结肠癌的发生为例，在从结肠上皮过度增生到结肠癌的演进过程中，关键性的步骤是癌基因以及肿瘤抑制基因的丧失或突变。这些阶段梯性积累起来的不同基因分子水平的改变，可以在形态学的改变上反映出来。化学致癌的两阶段论

——引发（启动）和促长（促癌

）是20世纪40年代研究多环芳烃和巴豆油诱发皮肤时提出的。当时用苯并〔a〕芘、二甲苯并〔a〕蒽和二苯并〔a，h〕蒽这三种强致癌物分别以亚致癌剂量涂抹小鼠皮肤一次，20周后不发生肿瘤或很少发生。但在相同剂量致癌物使用后，再用通常不致癌的巴豆油涂抹同一部位，每周2次，共20周，则分别有37．5％、58．0％、29．5％发生皮肤癌。但是在单独使用或在与致癌物接触之前使用巴豆油都不引起肿瘤形成。因此认为前面给予的致癌物的作用是引发作用，这些物质称为引发剂，而巴豆油则具有促长作用，称为促长剂。

化学致癌的进展阶段上世纪80年代，进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程。把从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进展阶段，作为肿瘤形成的第三个阶段。即肿瘤的发生和发展经过引发阶段（initiation）、促长阶段（promotion）和进展阶段（progression）三个阶段。

在进展阶段起作用的物质称进展剂（progressor），

，它们常常也是引发剂或完全致癌物。化学致癌的主要过程（1）引发阶段

引发阶段是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，是化学致癌作用的第一步。在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA修复和细胞增殖。引发阶段通常是一相对迅速的过程，化学致癌物对靶细胞DNA产生损伤作用，经一次或多次细胞分裂增殖固定下来，引发所确定的基因型和／或表型是不可逆的，引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。（1）引发阶段

引发虽然是不可逆的，但并非所有的引发细胞都将构成肿瘤，因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋亡)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，不可逆的引发作用是累积性的。引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征是取决于细胞对致癌物的代谢、DNA修复及细胞增殖／凋亡的平衡。（2）促长阶段

促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程，是化学致癌作用的第二阶段。促长剂通常影响引发细胞的增殖，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。这些病损很多会消退，仅少数细胞发生进一步突变形成恶性肿瘤促长剂可能的作用机理：经特异的受体中介干扰细胞信号转导途径、改变基因表达促长剂可能在细胞和分子水平上通过改变细胞周期控制，选择性促进引发细胞的增殖；还可能抑制程序性细胞死亡(凋亡)。（2）促长阶段

该阶段有如下特点：1）引发物作用之后，促癌物的作用是长期、慢性，才能引起肿瘤。2）引发物单独作用一般不会引起肿瘤。3）只有促癌物的慢性作用而没有引发物的作用也不会引起肿瘤；4）引发物与促癌物的作用先后次序十分重要，引发必须发生在促长之前；5）引发产生作用是不可逆改变，促长在早期阶段的改变是可逆的。（3）进展阶段

进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程，是化学致癌作用的第三阶段。在进展期肿瘤获得生长、侵袭和转移。在进展期中可观察到恶性肿瘤(癌)的多种特征，包括生长率增加、侵袭、转移、对激素无反应性、形态特征随疾病的发展独立地变异等。这些特征是由于在进展阶段的核型不稳定性。环境因素在早期可影响进展阶段，但随恶性肿瘤的生长和核型不稳定性的发展，对环境因素的反应可能丧失。进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。（3）进展阶段

进展剂导致核型不稳定性的作用机制很多，包括:有丝分裂装置的紊乱、端粒功能改变、DNA低甲基化、重组、基因易位和基因扩增等。

进展阶段主要的特征：是核型不稳定性，肿瘤的染色体发生断裂和断片易位，存在多复本或部分／整个缺失。染色体结构改变伴有细胞癌基因和／或肿瘤抑制基因的突变，这些突变可能反映了适于恶性生长的细胞选择并也可能反过来增加了核型不稳定性。这些突变可能来自于癌基因／肿瘤抑制基因的功能改变或由于化学致癌物暴露。多阶段致癌的形态学和生物学特征引发促长进展不可逆性；基因表达和细胞水平上有可逆性；不可逆性；经引发的“干细胞”在形态学上不能鉴定；持续给以促长剂才可维持促长细胞群；核型不稳定性导致细胞基因组结构的形态学改变；对化学物及其他化学因子敏感；对衰老、饮食和激素因子敏感；在进展阶段早期，已改变的细胞对环境因子敏感；引发细胞可能自发(内源性)发生；内源性促长剂可起“自发性”促长作用；在进展阶段观察到良性或恶性肿瘤；需经细胞分裂“固定”；剂量—反应关系没有易于确定的阈值；剂量—反应关系显示有阈值和最大作用；进展剂使已促长的细胞进入此期。经过规定的促长阶段后，定量癌前病变来确定引发剂的相对强度。以能否有效地扩大引发细胞群来确定促长剂的相对强度。

兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物(completecarcinogen)。引发、促长和进展三个阶段是化学致癌过程的基本划分，通常难以清楚的界定三个阶段，实际上肿瘤的发生、发展非常复杂，许多方面仍需进一步研究。小结：化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，正常细胞经过遗传学改变的积累才能转变为癌细胞，至少涉及引发、促长和进展三个阶段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在促长阶段虽不涉及细胞基因组的结构改变，但依赖于基因的表达改变，在进展阶段主要是核型不稳定性。该学说已在动物实验模型中得到证实。二、非突变学说（基因外机制）

文献中亦称渐成说、细胞分化失常学说。该学说认为：细胞癌变的机理是基因调控失常，使原来高度分化的体细胞减小分化能力，甚至去分化或胚胎化，致癌物可能作用于RNA和蛋白质等大分子物质，即所谓通过基因外作用，影响基因表达，产生了新的分化稳态，故又称基因外癌变或基因表现型癌变。这种学说也有一些实验证据：60年代末有人将蛙肾腺瘤细胞核注入到去核卵细胞中，经孵育形成蝌蚪，而不见肿瘤出现，所以认为原来腺瘤在形成时，其基因组并未发生突变。70年代中期，另有人将小黑鼠的畸胎瘤细胞移植到小白鼠的胚泡之中，先在体外培养一段时间，然后植入假孕小鼠子宫，分娩出来的是毛色黑白相间的小鼠，但没有肿瘤，因此认为，原来的畸胎不一定是突变的结果。第二节致癌物的分类一、国际肿瘤研究所(IARC)对致癌物证据的分类1、致癌性证据充足(Sufficientevidenceofcarcinogenicity):接触该化学物（或混合物）与人群肿瘤的因果关系

已经确定。接触和人群肿瘤之间观察到确切的联系，机遇、偏倚、干扰等对结论的影响已在合理的可信程度内排除；2、致癌性证据有限(Limitedevidenceofcarcinogenicity):观察到接触该化学物（或混合物）与人群中肿瘤之间的联系，因果关系被认为是可信的，但是机遇、偏倚、干扰等对结论的影响尚不能在合理的可信程度内排除；3、致癌性证据欠确切(Inadequateevidenceofcarcinogenicity)因为现有调研证据的质量、一致性或统计把握度方面的欠缺，尚不足以得出有无致癌因果关系的结论，或缺乏人群致癌的资料；4、证据提示无致癌性(Evidencesuggestinglackcatcinogenicity):有数个确切的调研覆盖了人群可能接触该化学物的浓度范围，相互一致地没有表现任何致癌迹象。这一结论受致癌部位、接触条件、水平等的限定，而且极微小的危险也难以排除。二、按致癌可能性对致癌物的分类(IARC)1类：人类致癌物(Provedhumancarcinogen)具有充足人群致癌资料者均列入该类。此外，一些化学物（混合物）尽管人类的资料尚不是很充足，但是实验动物致癌性资料充足，并且有充足的资料显示该化学物（混合物）作用于接触人群的致癌机制是与动物致癌机制相类同的，也可列入。2A

类：可能人类致癌物:人类致癌性证据有限，但实验动物致癌性证据充足的一类化合物列入该类。在某些情况下，如人类致癌性证据不足，但实验动物致癌性证据充分，且确切的证据显示使动物致癌的机制在人类中也起作用，也应列入该类.2B类：可疑人类致癌物:包括人类致癌性证据有限，且动物实验致癌性证据不够充分的一类化合物（混合物）。人群致癌性资料不确切，但动物致癌性证据充足的化合物（混合物）也归入该类。有时，虽然人群致癌性资料不充分，动物致癌性资料也有限，但有其它相关资料支持，也列入该类。3类：未分类的人类致癌物:人类致癌性证据不确切，且实验动物致癌证据也不确切或有限的化学物、混合物、环境接触物归入此类。此外，人类致癌性证据不充分，但实验动物致癌性证据充足，而且有足够的实验证据表明实验动物致癌机制也作用于人类的一类化学物（混合物）也归入此类。不能放入其它任何类别的化学物也放在此类。4类：可能对人类无致癌性:人类和实验动物中缺乏致癌性数据的一类化学剂、混合物归入此类。有时，人类致癌证据不确切，并且动物实验强烈证实无致癌性的一类化合物也归入之中。三、按照致癌物的作用特点对致癌物的分类：国际肿瘤研究所（IARC）将致癌物分为三大类：遗传毒性致癌物，非遗传毒性致癌物，暂未确定遗传毒性致癌物。1、直接致癌物：（1）概念：指其化学结构固有特性是不需机体代谢活化即可致癌者，具有亲电子活性，能与亲核分子（包

括DNA）共价结合形成加合物。

（2）这类物质绝大多数是合成的有机物，包括：内酯类、烯化环氧化物、亚胺类、硫酸脂类、活性卤代烃（卞基氯、甲基碘）等。3.1

遗传毒性致癌物(genotoxiccarcinogens)遗传毒性致癌物对DNA造成损害，大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一类。

2、前致癌物：（1）概念：指需要机体代谢活化后才具有致癌活性，故往往不在接触其的局部部位致癌，而在其发生代谢活化的组织致癌。（2）分类：前致癌物可分为天然和人工合成两大类天然物质及其加工产物主要有五种：黄曲霉毒素环孢素A（一种霉菌产生）烟草和烟气槟榔酒精饮料

人工合成的包括有：多环或杂环芳烃（如苯并〔a〕芘、苯并〔a〕蒽、二苯并〔a，h〕蒽

等）；单环芳香胺（如邻甲苯胺、邻茴香胺）双环或多环芳香胺（如2-萘胺、4-氨基苯、联苯胺等）喹啉、硝基呋喃、硝基杂环类偶氮化合物甲醛和乙醛氨基甲酸酯的乙、丙、丁酯卤代烃中的氯乙烯3、无机致癌物：釉、钋、镭、氡可能由于放射性而致癌。镍、钛、铬、钴、铅、锰、铍及其某些盐类均可在一定条件下致癌，其中，镍、钛致癌性最强。

注：无机致癌物中，有些可损伤DNA，故列入这一大类。但有些可能是通过改变DNA的聚合酶的保真性而致癌，并非突变机理，不损伤DNA。3.2非遗传毒性致癌物

(non-genotoxiccarcinogens)非遗传毒性致癌物不与DNA反应，可能间接地影响DNA并改变基因组导致细胞癌变，或者通过促长作用、增强作用导致癌的发展。1、促长剂：指单独不具致癌作用，却可在亚致癌剂量的致癌物启动后，与机体接触，促进肿瘤形成的物质。促长作用是致癌作用的必要条件。

例：苯巴比妥对大鼠和小鼠的肝癌发生有促进作用；

糖精对膀胱癌有促癌作用；

丁基羟基甲苯（BHT）可作为小鼠的肺肿瘤的促长剂2、细胞毒物：最早的理论认为其慢性刺激可以致癌。目前认为导致细胞死亡的物质可引起代偿性增生，以至发生肿瘤。其确切机理尚不清楚，也有人认为细胞毒物可诱发癌基因活性。

例：氮川三乙酸（NTA）可致大、小鼠肾癌和膀胱癌。初步发现其作用机理是将血液中的锌带入肾小管超滤液，并被肾小管上皮重吸收。由于锌对这些细胞有毒性，可造成损伤并导致细胞死亡，结果引起增生和肾肿瘤形成。3、激素一般认为长期在体内维持高水平激素才能在内分泌敏感器官中诱发肿瘤。如，孕妇使用人工合成雌激素（乙烯雌酚，DES）保胎，可能使其女儿于青春期发生阴道癌。有些物质虽非激素，也可干扰内分泌系统而致癌。4、免疫抑制剂如硫锉嘌呤、6-巯基嘌呤等免疫抑制剂及免疫血清能使动物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。5、固态物质实验表明，啮齿动物皮下包埋塑料后，经过较长的潜伏期，可导致肉瘤形成，其化学成分并不重要，只要是薄片，即使金属也和各种塑料同样效果，关键是大小和形状，而且光滑者比粗糙者更有效，有孔比无孔效果差，其作用机理可能是固态物质对上皮成纤维细胞增殖提供基底。6．过氧化物酶体增生剂具有使啮齿动物肝脏中的过氧化物酶体增生这一共性的各种物质都可诱发肝肿瘤。3.3暂未确定遗传毒性致癌物有不少致癌物未能证明损伤DNA，但又对其作用所知有限，不足以归入非遗传毒性致癌物一类。

前述，非遗传毒性致癌物并无与DNA反应的证据。在慢性染毒可引起实验动物癌症发生率增加，其中某些非遗传毒性致癌物是对