26化学物的致突变、致癌变及致畸作用

1、环境化学诱变剂的分类毒作用效应谱死亡死亡中毒，患病中毒，患病亚临床变化亚临床变化体内过量负荷体内过量负荷致突变作用致突变作用致癌作用致癌作用致畸作用致畸作用一、化学物的致突变作用一、化学物的致突变作用u物种的遗传稳定性：dna的特殊结构，精确复制、高保真修复。u变异(variation)：在物种的各个体和各代之间的种种差异。u突变(mutation):可遗传的变异。(源于基因和染色体的变异)。研究发展umendel(18221884):19世纪下半叶发现遗传物质；ude vries correns和tschermark 1900年独立发现。umendel发现的遗传物质被de vries 称为基

2、因；ude vries：1901年首先提出了基因突变（mutation)理论，奠定了基因毒理学的基础。umuller:1927年首次成功应用x-线使果蝇发生突变；uauerback和robson:1943年首次阐明化学物可诱发果蝇突变。ucattanck:1966首次报道化学物可引起乳动物（小鼠）突变（一）诱发突变的类型（一）诱发突变的类型基因突变、染色体畸变、染色体分离异常（base-pair substitution)：碱基：腺嘌呤（a, adenine) 鸟嘌呤（g, guanine) 胞嘧啶（c, cytosine) 胸腺嘧啶（t, thymine)a-t; g-c, 三个碱基对构成一

3、个密码子。引起碱基置换的方式：u类碱基的引入：u正常碱基对的化学改变；u化学物与碱基结合u碱基对的自发突变atcggcgtgacgatcatatat（2）移码： dna中增加或减少一对或几对不等于3的倍数的碱基对导致的突变。 化学物：氮蒽（杀菌剂）、二氨基丫啶（3）dna大段损伤 dna链大段缺少或插入。 dna链断裂后修复错误； 减数分裂过程中错误连接。2、染色体畸变(chromosome mutation )： 染色体结构异常：染色体或染色单体断裂或错误修复。3、染色体分离异常 不同物种动物的染色体数目估计的人类内源性估计的人类内源性dnadna损伤和修复过程损伤和修复过程 损伤类型 损伤

4、发生率 最大修复速度 脱嘌呤 1 000 a 脱嘧啶 55 a 胞嘧啶脱氨 15 a 单链断裂 5000 2105 n7甲基化鸟嘌呤 3500 a o6甲基化鸟嘌呤 130 104 氧化性产物 120 105注：损伤发生率以每小时每细胞发生次数计，最大修复速度以每小时每细注：损伤发生率以每小时每细胞发生次数计，最大修复速度以每小时每细 胞修复的碱基对数计，胞修复的碱基对数计，a指虽已测出实际的指虽已测出实际的值，但估计最大修复速度值，但估计最大修复速度 为发生率的为发生率的2倍以上倍以上 1、复制前修复u 光复活： 最常见的紫外线对dna的损伤：相邻2个胸腺嘧啶形成二聚体。 修复：在长波紫外线

5、或短波可见光诱导下，光裂合酶可催化嘧啶二聚体进行单体化。在人类未得到充分证明。u “适应性”反应 低剂量烷化剂可诱导一种专一蛋白质（酶）的合成，这种酶称为烷基转移酶或烷基受体蛋白。 可将结合到碱基上（鸟嘌呤）的烷基转移到酶本身的半光氨酸-sh基上，恢复嘌呤本身的结构。 多种细胞中存在。 u切除修复 多步骤修复过程。在多种酶的作用下，将受损伤的碱基或异常核苷酸切除。 包括损伤部位识别外切酶、内切酶、连接酶等。 能修复uv、加合等多种形式的dna损伤。2、复制过程中的修复 损伤保留至复制时修复，容易发生错误。有些损伤保留至复制时才得以修复。 3-5外切核酸酶，具有校正读码功能，修复复制过程中的错误

6、。3、复制后修复（sos修复) 仅限于原核生物。哺乳动物诱发突变 体细胞突变 生殖细胞突变 肿瘤 畸胎 显性致死 隐性致死 可遗传的改变 （如果胚胎 （不可遗传 基因突变 接触毒物） 的改变） 平衡易位 小的缺失给有效剂量的诱变剂化学因素物理因素生物因素环境因素原癌基因原癌基因 癌基因癌基因 原癌基因点突变 原癌基因扩增 染色体易位与基因重排 原癌基因抑制解除 原癌基因缺失 人类单基因遗传病病种历年增加趋势人类单基因遗传病病种历年增加趋势 1966 1968 1971 1975 1978 1983 1986 常染色体显性 837 793 943 1 215 1 489 1 827 2 201

7、常染色体隐性 531 629 783 947 1 117 1 298 1 420 x连锁 119 123 150 171 205 243 286合 计 1 487 1 545 1 876 2 336 2 811 3 368 3 907 化学致癌作用化学致癌作用u第二类，对人类很可能或可能是致癌物： a组：对人类很可能是致癌物(即对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据充分)； b组：对人类可能是致癌物(即对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分)。u第三类，现有证据末能对人类致癌性进行分级评价。u第四类，对人类很可能是非致癌物。 2

8、、 按作用方式分类（1）直接致癌物：化学物本身直接致癌，一般是烷化剂。 （2 ）间接致癌物（前致癌物）：本身不直接致癌，代谢产物致癌。大多数致癌物为间接致癌物。前致癌物前致癌物：经代谢活化后才具有致癌活性的致癌物近致癌物近致癌物：活化过程中接近致癌物的中间产物。终致癌物终致癌物：经代谢转化最后产生的代谢产物3、按作用机理分类 （1） 遗传毒性致癌物：主要由亲电子的致癌物组成，与dna产生相互化学作用； （2）非遗传毒性致癌物：没有与遗传物质相互作用的证据，从其它生物学效应揭示作为致病性的证据。这类物质中很多能增加dna合成、有丝分裂和细胞复制。 因 素占全部癌症死亡的咽烟酒精饮食食品添加剂生育

9、与性行为职业各种污染工业产品药物和医疗措施地球物理因素感染不明原因30335174211310?年代 研究者事 件1761177518881895191519251932193219331935193619381941194119411944194419471947j hillp portj hutchinsonludwig rehnk yamagiwa和k ichikawal kennaw等a lacassagnet yoshidar kinositawc heuperrh wilson等i berenblump rous等jc mottrami berenblum和p shubikec m

10、iller和ja miller提出使用鼻烟可能会诱发鼻咽癌提出扫烟囱男童阴囊癌的发生与煤烟过度暴露有关报道长期服用亚砷酸钾可引起皮肤癌首次报道从事苯胺染料生产的工人会发生膀胱癌长期给兔耳涂煤焦油成功地诱发出皮肤癌(实验性化学致癌研究的开端)从煤焦油中分离出多种多环芳烃，其中有些对实验动物有致癌性发现给雄性小鼠注射雌激素能诱发乳腺癌通过慢性饲喂偶氮染料o-氨基偶氮甲苯，成功地诱发出大鼠肝癌发现一致肝癌作用更强的偶氮染料4二甲基偶氮苯使用-萘胺诱发狗膀胱癌获得成功发现农药2-乙酰氨基芴为强烈的大鼠致癌剂发现巴豆油有促进小鼠皮肤癌发生的作用，提出致癌过程分为三个阶段发现刺激能促进兔耳皮肤癌的发生，首

11、次提出启动(initiation)和促进(promotion)的概念根据多次使用巴豆油能促使小剂量苯并芘诱发大量小鼠皮肤癌这一现象，提出小鼠皮肤癌两阶段致癌模型完善jc mottram提出的小鼠皮肤癌两阶段致癌理论发现肝脏致癌剂氨基偶氮染料能与肝脏蛋白共价结合，注意到致癌性化学物质能与细胞生物大分子起化学反应年代 研究者 事 件1949195019591956195819641960196519611962196819651965196819701971197119811984l fouldspn magee 和jm barnesj miller 等y berwald 和l sachse he

12、cker 和b l duure 等c peraino 等a balmain 等提出肿瘤演变(progression)的概念大量流行病学研究表明人类肺癌与吸烟之间的相关关系发现二甲基亚硝胺为大鼠肝脏致癌物明确2乙酰氨基芴及其类似物的化学反应和代谢过程，发现在大鼠体内该化合物的n羟基化反应是其活化过程的第一步发现人类不常见的恶性肿瘤间皮瘤的发生与暴露于石棉有关发现黄曲霉毒素发现dna 和rna 是致癌性化学代谢产物牢固结合的靶分子第一次利用化学致癌物使离体培养的哺乳类胚胎细胞恶性转化成功分别从巴豆油中分离鉴定出佛波酯类促癌物，包括tpa首次报道怀孕时期服用过乙烯雌酚的母亲，其女儿成年后易患阴道透明

13、细胞腺癌发现小鼠皮肤癌发生的两阶段致癌理论同样适用于大鼠肝癌的发生情况；随后建立了适用于各种脏器肿瘤的多阶段癌变理论首次报道在化学致癌物诱发的小鼠皮肤良性乳头状瘤中的c-ha-ras 基因被激活；随后发现多种致癌物可使不同的癌基因活化和抑癌基因失活（二）化学物致癌作用机理（二）化学物致癌作用机理两大学派：两大学派：基因外机理学派基因外机理学派/遗传外机制学派：遗传外机制学派： 认为正常细胞恶性变时细胞dna的一级结构即基因本身并没有发生改变，而是基因表达的调控失常，从而出现了异常的表型(恶性变细胞)。常见动物非遗传毒性化学致癌物常见动物非遗传毒性化学致癌物 化 合 物 动物种属靶器官 促癌作用

14、 苯 丁羟基茴香醚( butylated hydroxyanisole，bht) 杀螨酯(chlorobenzilate) 三氯甲烷 氯苯丁酯(clofibrate) 六氯萘(dieldrin) 双乙基己基酞酸酯(diethylhexyl phthalate) 二氯二苯二氯乙烯(p，p-dichorodiphenyldichloroethylene) 1-4-二恶烷(1，4-dioxane) 糠醛(furfural) 高丙体六六六(1indane) 美沙吡啉(methapyrilene) 多氯联苯(polychlorinated biphenyls) 利血平(reserpine) 糖精 2，3

15、，7，8-四氯联苯-p-二恶英(tcdd) 三氯乙烯(trichloroethylene) 大、小鼠zymbal腺 大鼠肝 大鼠肝 大、小鼠肝 大鼠肝 小鼠肝 大鼠肝 大鼠肝 小、大鼠肝、鼻甲 小鼠肝 小鼠肝 大鼠肝 大、小鼠肝 小鼠 / 乳腺组织 大鼠膀胱 大鼠肝、肺 小鼠肝 - + + + + + + 未试验 + + + + 未试验 + + + 基因机理学派：基因机理学派：认为正常细胞恶性变的根本原因在于细胞遗传结构在基因或染色体水平上发生了突变；u亲电子剂学说亲电子剂学说 u体细胞突变学说体细胞突变学说u 癌基因学说癌基因学说u 多阶段学说多阶段学说(目前得到多数人公认目前得到多数人公认

16、). 原癌基因的功能分类（原癌基因的功能分类（1）癌基因蛋白产物功能活化机制肿瘤类型1生长因子类hstiht2ks3iht-1v-sis2生长因子受体类egfrerbbhererbb-2/neu/her-2v-fmsv-kitv-rosmettrkneuv-searet成纤维细胞生长因子家族成员成纤维细胞生长因子家族成员成纤维细胞生长因子家族成员类成纤维细胞生长因子家族成员血小板衍生生长因子 链(pdgf- )生长因子受体表皮生长因子受体转化生长因子 受体表皮生长因子受体突变的集落刺激因子-1受体干细胞因子受体酪氨酸激酶orphan受体酪氨酸激酶肝细胞生长因子受体酪氨酸激酶神经生长因子受体酪氨

17、酸蛋白激酶酪氨酸激酶，肝细胞生长因子受体酪氨酸激酶orphan受体dna转染插入突变dna转染前病毒插入猴肉瘤病毒扩增扩增重排重排点突变扩增逆转录病毒同源性易位与点突变胃癌乳腺癌、胃癌卡波西肉瘤乳腺癌神经胶质纤维肉瘤神经胶质瘤，鳞状上皮癌鳞状上皮癌，成胶质细胞瘤乳腺癌、卵巢癌、胃癌肉瘤 肉瘤 肉瘤 mnng处理人骨癌细胞株结肠癌神经母细胞瘤/乳腺癌甲状腺癌，多种内分泌肿瘤原癌基因的功能分类（原癌基因的功能分类（2）癌基因蛋白产物功能活化机制肿瘤类型3细胞内信号传导分子类(1)非受体蛋白酪氨酸激酶类v-srcv-yesv-fgrv-fpsv-fesbcrabllck(2)膜 g 结合蛋白类ha-

18、faski-rasn-rasgspgipbcl-2(3)胞浆蛋白丝氨酸苏氨酸激酶类v-mosv-rafpim-1膜相关酪氨酸激酶，具信号功能酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶嵌合型非受体酪氨酸激酶属 src 家族，t 细胞信号传导，与 t 细胞 cd4cd8 反应gtp 结合gtp 酶蛋白gtp 结合gtp 酶蛋白gtp 结合gtp 酶蛋白gsa 突变激活gia 突变激活细胞膜信号传递抗凋亡因子细胞抑制因子丝氨酸苏氨酸激酶丝氨酸苏氨酸激酶，ras通路讯号禽 rous 肉瘤病毒，被受体激酶激活禽 y73 病毒禽 fujinami 病毒禽 fujinami 病毒染色体易位鼠白

19、血病病毒(mulv)促进剂插入点突变点突变点突变点突变点突变染色体易位逆转录病毒同源性逆转录病毒同源性插入突变结肠癌肉瘤肉瘤肉瘤肉瘤慢性粒细胞性白血病(oml)膀胱癌等直肠、肺、胰腺癌，急性粒细胞性白血病黑色素瘤甲状腺癌卵巢、肾上腺癌b 淋巴细胞瘤 肉瘤肉瘤t 淋巴细胞瘤 癌 基 因蛋 白 产 物 功 能活 化 机 制肿 瘤 类 型4 转 录 因 子 类 (核 蛋 白 家 族 )erbav-mycn-mykl-mykv-mybv-fosv-junv-skiv-relv-ets甲 状 腺 素 受 体 突 变 体dna 结 合 蛋 白 ： 调 节 细 胞 周 期 调 节 蛋白 ， 与rb反 应 ?

20、调 节 凋 亡 ?转 录 因 子 ， 序 列 特 异 性dna结 合 蛋 白转 录 因 子 ， 序 列 特 异 性dna结 合 蛋 白转 录 因 子 ， 序 列 特 异 性dna结 合 蛋 白与jun形 成ap-1转 录 因 子与fas形 成ap-1转 录 因 子转 录 因 子nf- b突 变 体 ， dna结 合 蛋 白转 录 因 子 ， dna结 合 蛋 白 逆 转 录 病 毒 同 源易 位 、 扩 增基 因 扩 增基 因 扩 增逆 转 录 病 毒 同 源逆 转 录 病 毒 同 源逆 转 录 病 毒 同 源逆 转 录 病 毒 同 源逆 转 录 病 毒 同 源逆 转 录 病 毒 同 源成 红

21、 细 胞 增 多 症burkitt淋 巴 瘤 ， 小细 胞 肺 癌神 经 母 细 胞 瘤 、 小细 胞 肺 癌小 细 胞 肺 癌成 髓 细 胞 白 血 病骨 肉 瘤骨 肉 瘤癌淋 巴 白 血 病成 髓 细 胞 白 血 病基因染色体定位基因产物定位蛋白与功能主要肿瘤 apc bcns brcal brca2 -catenindccdpc4e-cadherinfhithnpcchmsh2hmlhlhpmsihpms2krevl5q21-q229q1317q2113q18q21.318q21.116q3p14.22p222p163p212p7p221p胞质 胞核 胞浆胞浆(近胞膜处)跨膜胞浆跨膜胞浆

22、胞浆信号传递调节( -catenin)功能转录因子，dna 修复dna 修复细胞骨架连接蛋白netrin 受体，编码膜表面糖蛋白tgf- 信号通路细胞连接编码 ap3a 水解酶dna 错配修复dna 错配修复dna 错配修复dna 错配修复拮抗 k-ras 的转化作用家族性多发性腺瘤、结肠癌、直肠癌、胃癌、胰腺癌髓母细胞瘤、皮肤癌乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、结肠癌、直肠癌乳腺癌、卵巢癌、其他肿瘤前列腺癌、肺癌、其他肿瘤结肠癌、直肠癌、神经细胞瘤胰腺癌、结肠癌卵巢癌、乳腺癌、子宫内膜癌、膀胱癌、胃癌消化道肿瘤、肾癌、肺癌等遗传性非息肉性结肠癌遗传性非息肉性结肠直肠癌、结肠直肠癌、子宫内膜癌遗传性非

23、息肉性结肠直肠癌、结肠直肠癌、子宫内膜癌遗传性非息肉性结肠直肠癌、结肠直肠癌、子宫内膜癌遗传性非息肉性结肠直肠癌、结肠直肠癌、子宫内膜癌纤维母细胞瘤 基因染色体定位基因产物定位蛋白与功能主要肿瘤menlmlmlnblnflnf2p16(cdkn2、mtsl)p53p15(mts2)ptenptpgrairbrcctgf-b11rtsc2vhlwtl1lql39q21lp3617q11.222q129p2117p139p2110q23.33p2113q143p143p25-p261lpl3胞浆胞浆(近胞膜处)胞核胞核胞浆胞浆胞浆胞核跨膜高尔基体胞核胞核编码 gap 族蛋白，gtp 酶激活剂编码

24、merlin，细胞支架-膜联系 细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂转录因子，调节细胞周期与凋亡细胞周期素依赖性激酶(cdk4)的抑制蛋白编码 dna 结合蛋白转录调节因子tgf- 信号受体p21-ras-gtp 酶激活剂调节转录延伸转录因子，锌指蛋白垂体腺瘤黑色素瘤神经母细胞瘤i 型神经纤维瘤，肉瘤、结肠癌、神经胶质瘤型神经纤维瘤、神经鞘瘤、脑膜瘤多种肿瘤多种肿瘤多种肿瘤胶质母细胞瘤等肾细胞癌、肺癌食管癌视 网 膜 母 细 胞 瘤 、 li-fraumeni 肿瘤家族综合征、视网膜细胞瘤、骨肉瘤、膀胱癌、乳癌、食道癌、肺癌肾癌结肠直肠癌肾、脑肿瘤肾癌、嗜铬细胞瘤、血管瘤wilm 瘤、神经母细胞瘤原癌基因肿瘤抑制基因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 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、体细胞重组而灭活5. 有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 a、引发阶段(initiating):