毒理学第06章__食物中化学物质的致突变作用及评价

1、第第六六章章 致突变作用致突变作用 第六章第六章 食物中化学物质的食物中化学物质的 致突变作用及评价致突变作用及评价 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 化学毒物致突变的类型化学毒物致突变的类型 第三节第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果化学毒物致突变作用的机制及后果 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 第五节第五节 化学毒物致突变作用化学毒物致突变作用评价评价方法方法 6.1 概述概述 一、基本概念一、基本概念 二、遗传学基础二、遗传学基础 一、一、基本概念基本概念 一、一、基本概念基本概念 一、一、基本概念基本概念 一、一、基本概念基本概念 致突变作用致突变作用

2、（mutagenesis）：是外来因素，：是外来因素， 特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生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，而且这种改变可随同细胞的分裂改变的能力，而且这种改变可随同细胞的分裂 过程而遗传。过程而遗传。( (诱变作用诱变作用 突变突变是致突变作用的后果。是致突变作用的后果。 能引起突变的物质叫致能引起突变的物质叫致突变物突变物。 二二、遗传性基础遗传性基础 二二、遗传性基础遗传性基础 二二、遗传性基础遗传性基础 3、染色体与基因有着平行的关系染色体与基因有着平行的关系 二二、遗传性基础遗传性基础 二二、遗传性基础遗传性基础 二二、遗传性基础遗传性基础

3、二二、遗传性基础遗传性基础 二二、遗传性基础遗传性基础 6.2 化学毒物致突变的类型化学毒物致突变的类型 一一、基因突变基因突变 一一、基因突变基因突变 一一、基因突变基因突变 一一、基因突变基因突变 一一、基因突变基因突变 一一、基因突变基因突变 根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以 分为：分为： 错义突变错义突变：由于一对或几对碱基对的改变而：由于一对或几对碱基对的改变而 使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种 氨基酸的密码子的基因突变。氨基酸的密码子的基因突变。 同义突变同义突变：没有引起编码氨基酸错误的基因：

4、没有引起编码氨基酸错误的基因 突变。突变。 无义突变无义突变：由于一对或几对碱基对的改变而：由于一对或几对碱基对的改变而 使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密 码子的基因突变。码子的基因突变。 二二、染色体畸变染色体畸变 二二、染色体畸变染色体畸变 指染色体的结构发生改变。指染色体的结构发生改变。 n染色体型畸变染色体型畸变：指两条染色单体都受损。：指两条染色单体都受损。 n染色单体型畸变染色单体型畸变：指组成染色体的两条染：指组成染色体的两条染 色单体中仅一条受损。色单体中仅一条受损。 产生何种畸变，取决于损伤发生在产生何种畸变，取决于损伤发生在DNA

5、复制复制 前还是复制后。前还是复制后。 二二、染色体畸变染色体畸变 二二、染色体畸变染色体畸变 三三、非整倍体与多倍体非整倍体与多倍体 6.3 化学毒物致突变作用的机制及后果化学毒物致突变作用的机制及后果 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 烷化剂的影响烷化剂的影响 烷化剂是对烷化剂是对DNA和蛋白质都有强烈烷化作用的和蛋白质都有强烈烷化作用的 物质。物质。 常见的有：烷基硫酸酯、常见的有：烷基硫酸酯、N-亚硝基化合物、氮亚硝基化合物、氮 芥和硫芥等环状烷化剂和卤代亚硝基脲等。芥和硫芥等环状烷化剂和

6、卤代亚硝基脲等。 烷化活性：甲基化乙基化高碳烷基化烷化活性：甲基化乙基化高碳烷基化 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNA链链 有些大分子能以静电吸附形式嵌入有些大分子能以静电吸附形式嵌入DNA单链的单链的 碱基之间或碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链双螺旋结构的相邻多核苷酸链 之间，称为嵌入剂。之间，称为嵌入剂。 平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNA链造成移码突变。链造成移码突变。 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 碱基类似物取代碱基类似物取代 与碱基非常相似的化学物，称碱基类似物。与碱基非常

7、相似的化学物，称碱基类似物。 碱基类似物能在碱基类似物能在S期中可与天然碱基竞争，并期中可与天然碱基竞争，并 取代其位置。取代其位置。 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 致突变物改变或破坏碱基的化学结构致突变物改变或破坏碱基的化学结构 有些化学物可对碱基产生有些化学物可对碱基产生氧化作用氧化作用，从而破，从而破 坏或改变碱基的结构，有时还引起坏或改变碱基的结构，有时还引起链断裂链断裂。 有些化学物质可在体内形成有机有些化学物质可在体内形成有机过氧化物或过氧化物或 自由基自由基，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易 出现出现DNA链断

8、裂。链断裂。 1、碱基损伤碱基损伤 一、引起突变的一、引起突变的DNA老化老化 共价结合形成加合物共价结合形成加合物 许多化学诱变剂或其活化产物是亲电子化学物，可许多化学诱变剂或其活化产物是亲电子化学物，可 与与DNA、RNA或蛋白质等大分子亲核物质发生共价或蛋白质等大分子亲核物质发生共价 结合，形成稳定的加合物（结合，形成稳定的加合物（adduct），通常很难用），通常很难用 化学的或生物的方法使其解离。化学的或生物的方法使其解离。DNA加合物的形成被加合物的形成被 普遍认为是诱变作用的重要事件。普遍认为是诱变作用的重要事件。 2、DNA链受损链受损 二、引起突变的二、引起突变的细胞分裂过程

9、的改变细胞分裂过程的改变 非整倍性和多倍体的产生是由于染色体分离异常所至非整倍性和多倍体的产生是由于染色体分离异常所至。 1. 非整倍体是由于正常细胞未分裂而产生的。非整倍体是由于正常细胞未分裂而产生的。 原因是由于细胞在第一次减数分裂时同源染色体不分原因是由于细胞在第一次减数分裂时同源染色体不分 离，或在第二次减数分裂或有丝分裂过程中，姐妹染离，或在第二次减数分裂或有丝分裂过程中，姐妹染 色单体不分离而形成。色单体不分离而形成。 2.多倍体涉及整个染色体组。在有丝分裂过程中，若多倍体涉及整个染色体组。在有丝分裂过程中，若 染色体己正常复制，但由于纺锤体受损，染色单体不染色体己正常复制，但由于

10、纺锤体受损，染色单体不 能分离到子细胞中，这时染色体数目就会加倍，能分离到子细胞中，这时染色体数目就会加倍， 形成四倍体。减数分裂的异常也可使配子形成二倍形成四倍体。减数分裂的异常也可使配子形成二倍 体，若二倍体的配子受精，可形成多倍体的受精卵。体，若二倍体的配子受精，可形成多倍体的受精卵。 二、引起突变的二、引起突变的细胞分裂过程的改变细胞分裂过程的改变 三、其他的三、其他的改变改变 四、突变的后果四、突变的后果 1、生殖细胞突变生殖细胞突变 1、生殖细胞突变生殖细胞突变 不同发育阶段的生殖细胞发生突变的意义不同。不同发育阶段的生殖细胞发生突变的意义不同。 精原干细胞、卵原细胞和休止期的卵母

11、细胞如果精原干细胞、卵原细胞和休止期的卵母细胞如果 发生突变，就存在整个生育年龄将排出突变生殖发生突变，就存在整个生育年龄将排出突变生殖 细胞的可能性。细胞的可能性。 精原干细胞以后的发育阶段或正在成熟与成熟了精原干细胞以后的发育阶段或正在成熟与成熟了 的卵母细胞如果发生突变，那么仅在很短一段时的卵母细胞如果发生突变，那么仅在很短一段时 间中（男性间中（男性8周左右，女性周左右，女性1次排卵周期），才有次排卵周期），才有 排出突变生殖细胞的可能。排出突变生殖细胞的可能。 1、生殖细胞突变生殖细胞突变 致死性突变致死性突变 显性致死：使卵子不能受精或突变配子与正显性致死：使卵子不能受精或突变配子

12、与正 常配子结合后，在着床前或着床常配子结合后，在着床前或着床 后的早期胚胎死亡。后的早期胚胎死亡。 隐性致死：需要纯合子或半合子才能出现死隐性致死：需要纯合子或半合子才能出现死 亡效应。亡效应。 1、生殖细胞突变生殖细胞突变 非致死突变非致死突变 产生遗传病。产生遗传病。 对基因库的遗传负荷产生不良影响。对基因库的遗传负荷产生不良影响。 n基因库是指某一物种的生育年龄群体于特基因库是指某一物种的生育年龄群体于特 定时期能将遗传信息传至下一代的基因的定时期能将遗传信息传至下一代的基因的 总和。总和。 n遗传负荷指基因库中携带的一定量的有害遗传负荷指基因库中携带的一定量的有害 基因。基因。 1、

13、生殖细胞突变生殖细胞突变 我国新生儿染色体异常人数的估算我国新生儿染色体异常人数的估算 2、体细胞突变体细胞突变 2、体细胞突变体细胞突变 2、体细胞突变体细胞突变 6.4 机体对机体对致突变作用的致突变作用的影响影响 6-5 致突变试验致突变试验 一、观察项目的选择一、观察项目的选择 1. 观察效应终点观察效应终点 遗传学终点：指试验观察到的现象所反映的遗传学终点：指试验观察到的现象所反映的 各种事件。各种事件。 分分5类：类：DNA完整性的改变。完整性的改变。 DNA重排或交换。重排或交换。 DNA碱基序列改变。（基因突变）碱基序列改变。（基因突变） 染色体完整性改变。（染色体畸变）染色体

14、完整性改变。（染色体畸变） 染色体分离改变。（染色体组畸变）染色体分离改变。（染色体组畸变） 原发性原发性DNA损伤损伤 2. 致突变试验项目的组合致突变试验项目的组合 遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理学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：试验。因为： 化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制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。不尽相同，作用的靶细胞也不一样。 致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为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，才具间接致突变作用，即需

15、要在体内代谢活化后，才具 有致突变作用。有致突变作用。 化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检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。的致突变物。 入选原则：入选原则： 选择的遗传毒性试验应包括选择的遗传毒性试验应包括5 5种类型的遗传学终点。种类型的遗传学终点。 实验指示生物应包括若干进化阶段的物种，既要包实验指示生物应包括若干进化阶段的物种，既要包 括原核生物，又要包括真核生物。括原核生物，又要包括真核生物。 体内试验与体外试验配合。体内试验与体外试验配合。 应包括生殖细胞和体

16、细胞。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，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。再行选用生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价。 二、常用的致突变试验二、常用的致突变试验 1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 2微核试验微核试验 3. 染色体畸变分析染色体畸变分析 姐妹染色单体交换试验（姐妹染色单体交换试验（SCE

17、） 果蝇伴性隐性致死试验果蝇伴性隐性致死试验 显性致死试验显性致死试验 程序外程序外DNA合成试验合成试验 单细胞凝胶电泳（单细胞凝胶电泳（SCGE）试验）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 又称又称Ames试验，检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌试验，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组氨酸营养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型回复突变成野生型 (his+)的能力。的能力。 标准试验菌株有四种：标准试验菌株有四种： TA97和和TA98：检测移码突变；：检测移码突变； TA100：检测硷基置换突变；：检测硷基置换突变； TA102：对醛、过氧化物及：

18、对醛、过氧化物及DNA交联剂较敏感。交联剂较敏感。 试验方法：点试验试验方法：点试验(预试验预试验)， 掺入试验掺入试验(标准试验标准试验) 。 鼠伤寒沙门氏鼠伤寒沙门氏 菌原养型菌原养型 (his+) 组氨酸营养缺陷型突变株。组氨酸营养缺陷型突变株。(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 微核：经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或微核：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，成为一分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，成为一 个或几个

19、规则的次核，称为微核。个或几个规则的次核，称为微核。 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。 主要可检出主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。断裂剂和非整倍体诱变剂。 方法：啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞方法：啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核微核 试验。试验。 剂量分组：剂量分组：1/2LD50、1/4LD50、1/8LD50。同时设阴。同时设阴 性对照和阳性对照组。性对照和阳性对照组。 MN NCE 三、试验结果的评定三、试验结果的评定 1.在评定阳性或阴性结果之前，应首先检查在评定阳性或阴性结果之前，应首先检查 实验的质量控制情况。实验的质量

20、控制情况。 通过：通过： 盲法观察；盲法观察； 阴性对照和阳性对照的设立；阴性对照和阳性对照的设立； 资料的统计学分析；资料的统计学分析； 试验结果的重现性。试验结果的重现性。 2.阴性结果的判定条件阴性结果的判定条件 ： 最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃 量许可的最大剂量。量许可的最大剂量。 各剂量的组间差距不应过大，以防漏检仅各剂量的组间差距不应过大，以防漏检仅 在非常狭窄范围内才有突变能力的某些外来化在非常狭窄范围内才有突变能力的某些外来化 合物。合物。 3.阳性结果的判定条件：阳性结果的判定条件： 应当具有剂量反应关系应当具有剂量反应关系 。 在

21、一个或多个剂量组的观察值与阴性对照在一个或多个剂量组的观察值与阴性对照 组比较有显著性差异。组比较有显著性差异。 如果低剂量组或低、中两剂量组与对照组之如果低剂量组或低、中两剂量组与对照组之 间的差异有显著性，而高剂量组差异无显著间的差异有显著性，而高剂量组差异无显著 性，则阳性结果不可信或无意义。性，则阳性结果不可信或无意义。 4. 无论阳性还是阴性结果都要求有重现性，无论阳性还是阴性结果都要求有重现性， 即重复试验能得到相同结果。即重复试验能得到相同结果。 四、致突变试验中的一些问题四、致突变试验中的一些问题 1.阴性、阳性对照组的设立阴性、阳性对照组的设立 阴性对照：即未处理对照或溶剂对照。阴性对照：即未处理对照或溶剂对照。 目的：获得试验的基础数据。目的：获得试验的基础数据。 阳性对照：是用某种已知能产生阳性反应阳性对照：是用某种已知能产生阳性反应 的物质作对照。的物质作对照。 目的：目的： *通过对阳性物质的试验通过对阳性物质的试验证明实验方法的可靠；证明实验方法的可靠； *验证实验者在本实验条件下，完成技术和鉴定致突验证实验者在本实验条件下，完成技术和鉴定致突 变物的能力；变物的能力