第6章外源化学物致突变作用

第6章外源化学物致突变作用第一页，共189页。一般毒性作用特殊毒性作用（致畸、致突变、致癌）——“三致”作用

2第二页，共189页。致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？3第三页，共189页。4第四页，共189页。5第五页，共189页。6第六页，共189页。7第七页，共189页。8第八页，共189页。9第九页，共189页。10第十页，共189页。现实生活中……自然界中的自发突变转基因的动、植物（红薯，蓝色玫瑰）各种有害因素引起的突变（物理，生物，化学）外源性化学物致突变作用11第十一页，共189页。12第十二页，共189页。基本概念：突变、遗传毒理学、致突变作用、致突变物致突变的类型：基因突变、染色体结构异常、染色体数目异常【内容】13第十三页，共189页。致突变作用机制突变的后果：生殖细胞突变，体细胞突变机体对致突变作用的影响致突变试验14第十四页，共189页。第一节概述15第十五页，共189页。遗传与变异遗传：生物物种以各种繁殖方式来保证世代间生命的持续。种瓜得瓜种豆得豆变异：

亲子之间或子代之间出现不同程度的差异。

一、基本概念

16第十六页，共189页。突变（mutation)：遗传结构本身的变化及其引起的变异---生物体的遗传物质发生了突然的、根本的变化，因为这种变化起源于基因和染色体，因此，是可遗传的变异.突变”这个词的来源：“突变”是由荷兰De

Vries（1901－1903）提出。他当时在栽培月见草，发现其中有多种可变遗传的变异，因这些变异是不连续的好象突然发生，故叫“突变”

孟德尔的豌豆杂交实验为现代遗传学奠定了基础(基因分离、自由重组)17第十七页，共189页。1909年摩尔根(Morgan)发现在红眼果蝇中有白眼果蝇因发现了果蝇白眼突变的性连锁遗传，提出了基因在染色体上直线排列以及连锁互换定律，摩根于1933年被授予诺贝尔奖。1946年，摩根的学生，被誉为“果蝇的突变大师”的米勒，证明Ｘ射线能使果蝇的突变率提高150倍，因而成为诺贝尔奖获得者.18第十八页，共189页。基因与染色体生物界都知道是遗传因子（即基因）决定了生物的遗传。但是，基因究竟在细胞内的什么地方？摩尔根以果蝇为试验对象回答了这一问题，基因在染色体上。

19第十九页，共189页。20第二十页，共189页。21第二十一页，共189页。摩尔根和他的学生利用果蝇作了大量的研究。1926年出版《基因论》，建立了著名的基因学说。

ThomasHuntMorgan

（1866～1945）22第二十二页，共189页。摩尔根在《基因论》中绘制了果蝇基因位置图，首次完成了当时最新的基因概念的描述：基因是在染色体上呈线性排列的遗传单位，它不仅是决定性状的功能单位，也是一个突变单位和交换单位。至此，人们对基因概念的理解更加具体和丰富了。23第二十三页，共189页。摩尔根果蝇遗传实验具有划时代意义◆人类第一次把基因与染色体联系起来，认为基因是一种物质，是染色体上的一个特定的区段。◆确立并发展了染色体的遗传理论。

24第二十四页，共189页。突变研究简史年份事件作者1904发现X射线可以改变生殖细胞的遗传物质DeVries1927用X射线照射发现可以引起基因突变Muller1943发现芥子气可诱发基因和染色体畸变Averbach&Robson1951用X射线可诱发小鼠突变1966化学物可诱发小鼠突变Russed1969成立国际环境诱变剂学会Guttanach25第二十五页，共189页。自发突变(spontaneousmutation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然条件下发生的突变特点：发生过程长、频率很低，与物种进化有关从发生原因上，可分为：26第二十六页，共189页。诱发突变(inducedmutation)：是指人为地造成突变特点：发生过程短、频率高，既可被人类利用，也可能对人类产生危害27第二十七页，共189页。遗传毒理学(genetictoxicology)：研究化学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应的科学。致突变作用（mutagenesis)：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，而且此种改变可

随同细胞分裂过程而传递。第二十八页，共189页。致突变物(mutagen)：凡能引起生物体遗传物质发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变剂，也称为遗传毒物。29第二十九页，共189页。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。30第三十页，共189页。环境中的致突变因素1.化学物质天然存在的致突变物：如黄曲酶毒素、亚硝酸盐等人工合成的致突变物

抗癌药物：如环磷酰胺等

烷化剂：如环氧乙烷、氮芥、硫芥等

有毒金属：如六价铬、有机汞等

农药：如乐果、敌百虫等

食品添加剂：如奶油黄、胭脂红、食用蓝1号和2号等

其他：如多氯联苯、氯乙烯、苯等31第三十一页，共189页。物理因素：电离辐射、温度剧烈变化等32第三十二页，共189页。

1986年4月26日，原苏联在乌克兰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８吨的强辐射物严重泄露，造成了史无前例的放射性污染，其危害至今也未能完全消除。切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。在医院接受治疗的受辐射的孩子

33第三十三页，共189页。3.生物因素：病毒、基因工程等转基因鲑鱼(上)比同年龄的野生鲑鱼(下)重11倍

34第三十四页，共189页。第二节化学毒物致突变的类型从遗传学角度或突变角度分为：基因突变染色体结构改变染色体数目改变35第三十五页，共189页。从机理角度分为：对DNA为靶的损伤（包括基因突变和染色体畸变）不以DNA为靶的损伤(染色体数目异常）36第三十六页，共189页。基因突变（geneticmutation)：是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列序列的改变（pointmutation)。不能应用光学显微镜直接进行观察，须采用理化或生物学方法才能检出。光学显微镜可分辨的物质最小为0.2μm

相当于4.7×106个核苷酸对的长度

一、基因突变37第三十七页，共189页。基因突变：可分为碱基置换和移码突变两种类型。突变基因：基因内存在的突变的基因野生型基因：没有发生突变的基因38第三十八页，共189页。(一)碱基置换（basesubsititution)转换(transition)：即嘌呤到嘌呤或嘧啶到

嘧啶的变化

颠换(transversion):即嘌呤到嘧啶或嘧啶

到嘌呤的变化碱基置换是某一碱基配对性能改变或脱落而引起的突变。39第三十九页，共189页。AGTC腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶40第四十页，共189页。Transitionsaremorecommonthantransversions41第四十一页，共189页。42第四十二页，共189页。后果同义突变(synonymousmutation)：指没有改变基因产物氨基酸序列的突变。GGG和GGA均编码(glycine,Gly,甘氨酸)

43第四十三页，共189页。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单核苷酸替代44第四十四页，共189页。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。终止密码子：UAAUAGUGA45第四十五页，共189页。终止密码的突变链终止突变：指无义突变使肽链过早终止。延长突变：指如果终止密码子因突变而为氨基酸编码，结果产生过长的肽链的现象。46第四十六页，共189页。指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译为不正常的氨基酸。由于碱基序列所形成的一系列三联体密码子相互间并无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读框架完全改变。（二）移码突变（frameshiftmutation)47第四十七页，共189页。48第四十八页，共189页。结果是从原始损伤的密码子开始一直到信息末端的氨基酸序列完全改变。使读码框架改变其中某一点形成无义密码，于是产生一个无功能的肽链片段。移码突变较易成为致死性突变。49第四十九页，共189页。单碱基置换单碱基缺失50第五十页，共189页。基因突变的案例——白化病突变--黑色素生成缺陷--眼、毛发色素缺乏发病率，2/1000常染色体隐性遗传51第五十一页，共189页。全色盲，双色盲，色弱（红绿蓝三原色）发病率，男性7%，女性0.49%X染色体隐性遗传（交叉遗传）尚无有效的治疗方法（色盲矫正隐形眼镜，改善色觉,提高色调分辨能力）基因突变的案例——色盲症52第五十二页，共189页。53第五十三页，共189页。基因突变的案例——多毛症23岁的墨西哥男子丹尼·出生后就患有一种罕见的多毛症，全身都被浓厚的黑色毛发覆盖，看起来就像传说中的恐怖“狼人”。据悉，丹尼一家五代人都患有这种“狼人综合征”，他和26岁的哥哥拉里从小便被当成“怪物”，被关进笼子中四处展出。祖母携带这种变异基因，将它传给了后代。哥哥拉里、堂姐妹莉莉和卡拉、亲妹妹贾米、6岁侄女丹尼拉等54第五十四页，共189页。‘狼人综合征’和月亮以及狼没有任何联系，而是与基因有关。多毛症基因曾是人类身上的一种“失传基因”。当远古时代的人类还是长满毛发的灵长类动物时，身上就存在着这种基因，但当人类渐渐进化后，这种基因变得不再需要，就开始发生突变而“关闭”。然而丹尼的家族不知何故，他们体内被“关闭”的多毛症基因现在又被“打开来了”。“狼人综合征”非常罕见，患病概率只有100亿分之一，且没有根治办法。

55第五十五页，共189页。二、染色体畸变(chromosomeaberration)56第五十六页，共189页。染色体结构异常（畸变）（structuralchromosomeaberration)：是指由于染色体或染色单体断裂，造成染色体或染色单体缺失或引起各种重排，从而出现染色体结构异常。断裂剂：凡能引起染色体断裂的物质。57第五十七页，共189页。染色体畸变又可分为染色体畸变（chromosome-typeaberrations)：指染色体中两条染色单体同一位点受损后所产生的结构异常染色单体畸变（chromatid-typeaberrations)：指畸变涉及复制染色体中两条染色单体中的一条58第五十八页，共189页。染色体结构异常的类型类型：缺失重复倒位易位59第五十九页，共189页。(1)缺失（deletion)：染色体上丢失了一个片段。一个染色体发生一次或多次断裂而不重接，就会出现一个或多个无着丝粒断片和一个缺失了部分染色质并带有着丝粒的异常染色体。60第六十页，共189页。(2)重复：在一套染色体里，一个染色体片段出现不止一次。61第六十一页，共189页。(3)倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了。倒转180

再重接臂间倒位：如果颠倒的片段包括着丝点，称为臂间倒位；臂内倒位：如不包括着丝点，称为臂内倒位。

染色体的臂间倒位

62第六十二页，共189页。(4)易位(translocation)：从某个染色体断下的节段接到另一染色体上称为易位。相互易位63第六十三页，共189页。染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。当断端不发生重接或虽重接而不在原处，即可出现染色体结构异常。64第六十四页，共189页。三、染色体数目异常NormalhumanKaryotype:46,XY65第六十五页，共189页。动物正常体细胞染色体数目2n为标准，为二倍体。染色体数目异常可表现为整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变可能出现单倍体、三倍体或四倍体。超过二倍体的整倍性畸变也统称为多倍体。非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体(2n+1,2n-1)。66第六十六页，共189页。整倍性畸变67第六十七页，共189页。非整倍性畸变68第六十八页，共189页。缺体是指缺少一对同源染色体；单体或三体系指某一对同源染色体相应地少或多一个四体则指其比同源染色体多一对。人类中常见有三种三体：（1）21-三体，即Down氏综合征；（2）18-三体，即Edward综合征（3）13-三体，即Patau综合征。

69第六十九页，共189页。患儿具明显的特殊面容体征：眼距宽，鼻根低平，眼裂小，眼外侧上斜，有内眦赘皮，外耳小，舌胖，常伸出口外，流涎多。3.男性唐氏婴儿长大至青春期，也不会有生育能力。4.易患各种感染，如存活至成人期，则常在30岁以后即出现老年性痴呆症状。70第七十页，共189页。突出的面部特征包括枕骨突出，外耳旋转有畸形，眼裂短，嘴巴小

桡骨发育不全，半椎骨，手握拳呈手指交错，并指(趾)

71第七十一页，共189页。突变的类型突变基因突变染色体数目变化碱基置换移码突变密码子插入或丢失转换颠换碱基插入碱基丢失非整倍体多倍性染色体畸变缺失、断片重复倒位易位……72第七十二页，共189页。第三节化学毒物致突变作用的机制及后果73第七十三页，共189页。（一）碱基损伤1.碱基错配烷化剂(alkylatingagent):是指对DNA和蛋白质具有强烈烷化作用的物质一般情况下甲基化＞乙基化＞高碳烷基化烷化剂所致甲基化易产生碱基错配一、引起突变的DNA变化74第七十四页，共189页。目前认为最常受到烷化的是鸟嘌呤的N－7位，其次是O－6位腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化腺嘌呤鸟嘌呤胸腺嘧啶胞嘧啶75第七十五页，共189页。76第七十六页，共189页。AP位点（apurinicorapyrimidinicsite)：是指丢失碱基的DNA留下了一个无嘌呤或无嘧啶的位点77第七十七页，共189页。嵌入剂（intercalatingagent)：指能以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间的物质常见的嵌入物：多环芳烃的环氧化物，吖啶（ādìng）类化合物，联苯胺等。其共同的结构特征为：平面多环状结构，一般是三个环，长度极为相似约6.8Å。2.平面大分子嵌入DNA链3.4Å78第七十八页，共189页。AGGATCCT解链AGGAAGGAAGGATCACT插入一个碱基嵌入嵌入AGGA模板链嵌入嵌入AGGATCT缺失一个碱基编码链79第七十九页，共189页。有些化学物的结构与碱基非常相似，称碱基类似物它们能在S期中可与天然碱基竞争，并取代其位置例如5-溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶；2-氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤3.碱基类似物取代A＝T→A＝5BU80第八十页，共189页。化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏或改变碱基的结构，进而引起链断裂；有些化学物质可在体内形成有机过氧化物或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡碱等，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现DNA链断裂。4.碱基的化学结构的改变或破坏81第八十一页，共189页。（二）DNA链受损1.二聚体的形成：紫外线环丁烷嘧啶和4-6光产物阻止DNA复制引起细胞死亡82第八十二页，共189页。活性化学物质与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物如生物毒素、多环芳烃和芳香胺类致癌物可使DNA形成大加合物，使DNA的立体构象发生明显变化，阻断受损部位的半保留复制和转录2.DNA加合物形成83第八十三页，共189页。4.DNA-蛋白质交联（DNA-proteincrosslinks，DPC）：如亚硝酸、丝裂霉素C、氮和硫的芥子气以及各种铂的衍生物3.DNA-DNA交联（DNA-DNAcrosslinks，DDC）：DNA分子上一条链的碱基与互补链上的相应碱基形成共价连接84第八十四页，共189页。二、引起突变的细胞分裂过程改变a是中心粒，b是纺锤丝，c是染色体，d是着丝点。纺锤丝把着丝点（内部已经一分为二）拉开，复制过的染色体就一分为二了。85第八十五页，共189页。一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞器，从而干扰有丝分裂过程诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂86第八十六页，共189页。秋水仙碱是典型的引起细胞分裂完全抑制的物质，因此这种效应又称秋水仙碱效应或细胞有丝分裂。有些干扰剂仅使细胞群体的有丝分裂数减少，被称之为抗有丝分裂剂。87第八十七页，共189页。引起非整倍性的原因不分离（nondisjunction)一种是同源染色体在第一次减数分裂中联会复合中不分离（可能联会复合体受损）另一种是姊妹染色单体在有丝中或第二次减数分裂中因着丝粒受损未纵裂而不分离88第八十八页，共189页。不分裂的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。89第八十九页，共189页。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，而在另一个子细胞中将少一条或一对梁色体。90第九十页，共189页。染色体丢失（chromosomeloss)纺缍体形成的不完全障碍或着丝粒受损使细胞分裂过程中个别染色体行动滞后没有进入子细胞核联会复合体形成障碍和第一次减数分裂时着丝粒早熟分离而产生非整倍性91第九十一页，共189页。引起整倍体的原因核内复制（endoreduplication)第一次有丝分裂染色体及其着丝粒虽已完成正常复制，但纺缍体形成受到完全的障碍，全部姊妹染色单体不能分开，细胞也不能进行分裂，形成间期四倍体细胞核第二次有丝分裂：恢复正常的复制和分开，中期便可见每四条染色单体整齐排列的现象92第九十二页，共189页。1、在细胞增殖过程，细胞周期正常染色体复制，但在接下来的有丝分裂期，染色体分裂时，染色单体不能分离，产生一个4倍体细胞。93第九十三页，共189页。2、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。94第九十四页，共189页。非整倍体和多倍体是由于染色体分离异常而产生的95第九十五页，共189页。(二）不以DNA为靶的损伤机制1.对DNA合成和修复有关的酶系统的作用一些氨基酸类似物可使与DNA合成有关的酶系统遭受破坏从而诱发突变，脱氧核糖核苷三磷酸在DNA合成时的不平衡也可诱发突变铍和锰除可直接与DNA相互作用外，还可与酶促防错修复系统相作用而产生突变96第九十六页，共189页。2.对纺缍体的毒作用与微管蛋白二聚体结合与微管上的巯基结合破坏已组装的微管妨碍中心粒移动其他作用97第九十七页，共189页。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体细胞：其影响仅能在直接接触该物质的个体身体上表现出来，不可能遗传到下一代（肿瘤）生殖细胞：其影响有可能遗传到下一代（遗传性疾病）98第九十八页，共189页。DNA损伤修复的效率体细胞突变生殖细胞突变良性肿瘤恶性转化细胞衰老未分化的胚胎细胞分化的胚胎细胞受损显性致死隐性致死存活突变动脉硬化未知疾病癌变老化出生缺陷（流产/死胎）癌变出生缺陷（功能或结构畸形）流产死产出生缺陷基因负荷先天性疾病化学物和遗传危害示意图99第九十九页，共189页。（1）致死性突变：显性致死：精子不能受精，或突变配子与正常配子结合后，在着床前或着床后的早期胚胎死亡。基因的致死作用在杂合子中即可表现的称为显性致死。

隐性致死：需要纯合子或半合子才能出现死亡效应，杂合子则不出现死亡。1.生殖细胞突变的后果100第一百页，共189页。（2）非致死性突变（可遗传的改变）先天畸形等遗传性疾病遗传易感性改变致死性突变将导致死胎，它影响后代的数量而非质量。非致死性突变主要影响后代的质量。101第一百零一页，共189页。生物个体生殖细胞发生突变或染色体畸变后，有些可能会在世代传递、选择过程中在人群中固定下来，增加人类的遗传负荷

遗传负荷（geneticload)：指人群中每个个体所携带有害基因或致死基因的平均水平102第一百零二页，共189页。（1）癌变：体细胞突变是细胞癌变的重要基础，在许多肿瘤中，都可观察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色体畸变2.体细胞突变的后果103第一百零三页，共189页。104第一百零四页，共189页。（2）致畸胎：致突变物可透过胎盘作用于胚胎体细胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是亲代生殖细胞突变的后果（3）其他不良后果：动脉粥样硬化、衰老

105第一百零五页，共189页。第四节机体对致突变作用的影响106第一百零六页，共189页。DNA执行高保真的复制

修复DNA损伤

损伤耐受机制:是指DNA遗传可绕过那些阻止DNA复制的DNA损伤机制修复机制：直接修复和切除修复遗传信息代代相传，并且高度保真

107第一百零七页，共189页。DNA损伤、修复及后果108第一百零八页，共189页。一、DNA损伤的修复(直接修复)1.光复活（photoreactivation)：修复紫外线损伤产生的胸腺嘧啶二聚体，广泛存在原核和真核生物体内(光裂合酶)2.“适应性”反应：主要是O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（MGMT)修复鸟嘌呤O6位的烷基化损伤。109第一百零九页，共189页。（1）识别：糖基化酶识别异常的碱基，随后使异常嘌呤的N-9位或异常嘧啶的N-3位与脱氧核糖之间的键发生水解，形成无嘌呤或嘧啶的位点（apurinic-apyrimidinicsite,AP位点）。3.切除修复110第一百一十页，共189页。（2）插入酶将正确碱基插入AP位点（3）DNA聚合酶合成DNA片段，填补空缺（4）DNA连接酶将新合成的补片接上111第一百一十一页，共189页。112第一百一十二页，共189页。切除修复分为：碱基切除修复（BER)：核苷酸切除修复（NER)：总基因组修复（GGR)；转录偶联修复（TCR)错配修复（mismatchrepair，MMR)：识别并切除错配的碱基对，如G:T和A:C113第一百一十三页，共189页。114第一百一十四页，共189页。115第一百一十五页，共189页。116第一百一十六页，共189页。4.DNA双链断裂修复同源重组修复（homologyrecombination，HR)

非同源末端连接(non-homologyendjoining，NHEJ)117第一百一十七页，共189页。易错修复（error-pronerepair)：是指突变作为修复的结果或作为损伤旁路发生的DNA修复光复活、适应性修复和切除修复倾向于无误修复双链断裂修复就是易错修复118第一百一十八页，共189页。1.DNA损伤不仅可因外源性因素所致，也可因内源性因素所致2.不同类型DNA损伤通过不同的DNA修复途径修复DNA损伤修复的一般特点119第一百一十九页，共189页。3.不同类型DNA损伤修复速度是不同的4.DNA损伤修复机制有些是基本的，有些是可诱导的5.DNA损伤修复功能存在物种和个体差异120第一百二十页，共189页。突变模式：

DNA损伤----修复----突变任何DNA损伤，只要修复无误，突变就不会发生，如果修复错误或未经修复，损伤就固定下来，于是发生突变121第一百二十一页，共189页。遗传毒物终致突变物+DNA解毒

加合物DNA损伤修复无错易错修复复制后修复细胞死亡、静止状态的细胞DNA复制加合的碱基错配损伤正在复制的DNA

突变细胞存活细胞存活122第一百二十二页，共189页。第五节观察化学毒物致突变作用

的基本方法123第一百二十三页，共189页。致突变试验的应用中国预防医学博士张学明:煎炸鱼中合有强致癌物———杂环胺。杂环胺的形成量主要受煎炸、烤的温度影响，其次是煎烤时间。煎炸温度小于２００℃，杂环胺的形成量就很少；如果煎炸温度超过２００℃，煎炸时间少于２分钟，杂环胺的形成量也很少；在煎炸的鱼外面挂上一层淀粉糊再炸，也能预防杂环胺形成。美国加州科研人员发现，高温烹调或油炸的肉食中合有突变源，对经过高温烹调的牛肉、鸡、鱼等进行检验，结果测出１０种致癌化合物，这次研究证实，突变源不是由于炭火等热源将肉烧糊所致，而是肉食本身成分在加温２００℃以上时的产物。

124第一百二十四页，共189页。（1）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（2）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致突变试验的目的125第一百二十五页，共189页。一、观察项目的选择1.观察效应终点的类型：（1）DNA完整性改变（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（非整倍体和多倍体）126第一百二十六页，共189页。试验组应包括每一类型的遗传学终点，如细胞回复突变试验、微核试验、细菌DNA修复试验和体外姐妹染色单体交换试验（SCE)，这一组试验包括主要类型遗传学终点2.试验组合的原则127第一百二十七页，共189页。试验组应包括体内试验与体外试验，体外试验（+S9和-S9)和体内试验细胞突变试验为阳性者有必要进行生殖细胞突变试验试验组中的指示生物应包括几个进化阶段，至少要包括原核细胞与真核细胞两个系统128第一百二十八页，共189页。二、常用的致突变试验1.鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验）原理：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129第一百二十九页，共189页。组氨酸突变菌(his-)：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(his+)：可在不含组氨酸的最低营养平皿上生长130第一百三十页，共189页。131第一百三十一页，共189页。132第一百三十二页，共189页。标准试验菌株有四种：TA97和TA98检测移码突变、TA100检测碱基置换突变、TA102对醛、过氧化物及DNA交联剂较敏感这四个试验菌株除了含有his-突变，还有一些附加突变，以提高敏感性133第一百三十三页，共189页。只要在一种试验菌株得到阳性结果，即认为受试物是致突变物仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才认为受试物是非致突变物结果判断134第一百三十四页，共189页。不加S9混合液得到阳性结果，说明受试物是直接致突变物加S9混合液才得到阳性结果，说明该受试物是间接致突变物135第一百三十五页，共189页。2.微核试验（micronucleustest，MNT)微核（micronucleus):是指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期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核136第一百三十六页，共189页。137第一百三十七页，共189页。

正常细胞、微核细胞138第一百三十八页，共189页。

正常细胞、微核细胞和核异常细胞

指示正常细胞；指示微核细胞；指示核异常细胞（2.5×100）139第一百三十九页，共189页。常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)做微核试验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，PCE胞质含RNA染色与成熟红细胞易于区别，故为骨髓微核试验的首选细胞群140第一百四十页，共189页。3.单细胞凝胶电泳（singlecellgelelectrophoresis，SCGE)在单细胞水平上定量检测DNA损伤141第一百四十一页，共189页。原理：在电泳槽中，DNA断片在电场的作用下，由细胞核中移出，并向阳极泳动，经荧光染色后见到细胞核和移出的DNA断片，形成有如彗星一样的彗星头和彗星尾，故又称彗星试验（comettest)142第一百四十二页，共189页。NaAsO2染毒SCGE观察细胞DNA损伤彗星图

0.0µmol/L1.0µmol/L2.5µmol/L5.0µmol/L10.0µmol/L143第一百四十三页，共189页。4、染色体畸变分析

chromosomeaberrationassay观察染色体形态结构和数目改变，又称细胞遗传学试验。将观察细胞停留在细胞分裂中期相，用显微镜检查染色体畸变和染色体分离异常。144第一百四十四页，共189页。人类染色体G显带示意图

口诀：

一秃二蛇三蝶飘四像鞭炮五黑腰

六号ｐ似小白脸七上八下九两条

十号ｑ三深带好十一低来十二高

十三四五一个样着色深带一二一

十六深带连着点十七深带跑得远

十八人小肚子大十九中间一点腰

二十头重脚轻二十一像葫芦瓢

二十二两两一点Y黑脚，Xｐｑ一担挑

145第一百四十五页，共189页。146第一百四十六页，共189页。常染色体异常147第一百四十七页，共189页。常染色体异常Downsyndrome

(trisomy21):先天愚型或唐氏综合征

148第一百四十八页，共189页。149第一百四十九页，共189页。Patausyndrome(trisomy13):seriouseye,brain,circulatorydefectsaswellascleftpalate.Childrenrarelylivemorethanafewmonths.150第一百五十页，共189页。151第一百五十一页，共189页。Edward'ssyndrome(trisomy18):almosteveryorgansystemaffected.ChildrenwithfullTrisomy18generallydonotlivemorethanafewmonths.

152第一百五十二页，共189页。染色体结构改变153第一百五十三页，共189页。染色体结构改变Deletion:cryofthecatAspecificdeletionofasmallportionofchromosome5;thesechildrenhaveseverementalretardation,asmallheadwithunusualfacialfeatures,andacrythatsoundslikeadistressedcat.154第一百五十四页，共189页。一条染色体的两条单体在同一位置发生同源片段的变换，称为姐妹染色单体交换。由于交换是对等的，所以染色体的形成没有改变，但用特殊的培养液和处理方法可以显示出来5、姐妹染色单体交换Sister-chromatidexchange,SCE155第一百五十五页，共189页。156第一百五十六页，共189页。SCE的遗传学意义还不完全清楚，是否存在自发的SCE也还有争议，交换的机理尚未完全阐明，但它显然与DNA损伤和修复过程有关。作为一种简便和敏感的遗传学指标，它在诱变和肿瘤研究等领域中的应用十分广泛。例如，目前已知许多环境诱变剂、职业有害因素、抗肿瘤药物、病毒等都可以引起SCE率增加，Bloom综合征患者和某些肿瘤患者的SCE率也明显上升。157第一百五十七页，共189页。6、果蝇伴性隐性致死试验

Sex-linkedrecessivelethaltest,SLRL利用隐性基因在伴性遗传中具有交叉遗传特征，选择黑腹果蝇，给雄蝇受试物，如雄蝇的X染色体有突变，传给F1代雌蝇，再通过F1代雌蝇传给F2代雄蝇，使位于X染色体上的隐性基因在半合型雄蝇表现出来。158第一百五十八页，共189页。159第一百五十九页，共189页。160第一百六十页，共189页。7、显性致死试验

Dominantlethaltest显性致死突变指哺乳动物生殖细胞染色体发生结构和数目变化，出现的受精卵在着床前死亡和胚胎早期死亡。它是评价化学毒物对雄性动物的生殖细胞遗传毒性较好的方法之一。161第一百六十一页，共189页。8、荧光原位杂交技术

Fluorescenceinsituhybridization,FISH利用荧光探针，将已标记或经特殊修饰的核酸探针与已固定的组织、细胞或染色体中DNA、RNA杂交，继而通过分析标记探针在被检对象中的显示状况而达到对特殊目标顺序进行检测、定位的目的。162第一百六十二页，共189页。AnexampleofFISH-treatedmetaphasechromosomes

chromosomes1,2,and4werelabeledyellowwithFISHandtheotherchromosomeswerestainedred.Translocationsbetweenyellowandredchromosomesaredetected.Theleftpicturerepresentsanormalcellandtherightpictureisanexampleofreciprocaltranslocationwithtwobi-colorchromosomes(indicatedbytwoarrows).163第一百六十三页，共189页。致突变试验的应用实例——如何设计？分组（化合物）选择致突变实验组合体外，体内观察遗传学终点做出评价164第一百六十四页，共189页。致突变实验的应用实例165第一百六十五页，共189页。166第一百六十六页，共189页。167第一百六十七页，共189页。168第一百六十八页，共189页。169第一百六十九页，共189页。170第一百七十页，共189页。致突变实验的应用实例——空气污染家庭装潢有害气体致小鼠遗传毒性实验

171第一百七十一页，共189页。172AmesTest(oneprokaryotemutagenicity)FounderoftheAmestest:BruceAmesandhiscoworkersoftheCaliforniaUniversity.

BruceAmes

(1928–)

Abacteriologistwhodevelopeda

methodtotestchemicalsforthemutationratetheyinducedinbacteria.172172第一百七十二页，共189页。Salmonellatyphimuriumstrains鼠伤寒沙门氏菌wildtype:cansynthesizehistidineandhencecangrowinitsabsence.Auxotroph(营养缺陷型):

willnotgrowintheabsenceofhistidine.173173第一百七十三页，共189页。174174第一百七十四页，共189页。175175第一百七十五页，共189页。PrincipleofAmestestItdependsontheabilityofmutagenicchemicalstobringaboutreversemutationsinmutantSa