药物毒理学：第十五章 药物遗传毒性作用

1、第十五章 药物遗传毒性作用Exposure to target sitesDrugskin、oral、inhalation、injectionExposure routeTarget siteTerminate toxicantTarget molecularAbsorptionDistributionMetabolismRe-absorptionIntoxicationEliminationDistributionExcretionDetoxicationIntensity of toxicity：property 、dose、duration体内的靶部位一般毒性特殊毒性（三致）一般药理（安

2、全性药理）长期毒性全身毒性局部毒性免疫毒性急性毒性致突变性致畸性致癌性遗传毒理学(genetic toxicology)基本概念意义机制检测问题一、基本概念遗传毒性(genotoxicity)由遗传毒物引起生物细胞基因组分子结构特异改变或使遗传信息发生变化的有害效应不可逆性无作用阈值遗传毒性的两个特征遗传毒性是临床前阶段导致或主要致使药物研发失败的重要原因引起可遗传性疾病引发肿瘤、出生缺陷等外源物的遗传毒性已评价的致癌物中有93%(515/554)至少在三项标准遗传毒性试验中有一项呈阳性遗传毒性的测试在预测化学致癌性起了重要作用在候选药物选择阶段遗传毒性筛选试验阳性的药物约占25-30% 致突

3、变作用 (mutagenesis)外来因素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。突变的发生及其过程即为致突变作用基因突变(gene mutation)染色体畸变(chromosome aberration)1、基因突变(gene mutation)指基因中DNA序列的改变. 碱基置换(base-pair substitution) 指DNA序列上某个碱基被其他碱基所取代移码突变(frameshift mutation) 指mRNA 到蛋白翻译过程中遗传物质密码子读码顺序的突变 自发突变(spontaneous mutation)由于自然界中诱变剂的作用或由

4、于偶然的自制、 转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变诱发突变(induced mutation) 诱变剂诱发的突变致突变因素2、染色体畸变（chromosome aberration)A、数目畸变 (numerical aberration)B、结构畸变 (structural aberration)（1）整倍体( euploid),二倍以上为多倍体( polyploid),（2）非整倍体(aneuploid)（3）嵌合体(mosaic)A、染色体数目畸变类型以二倍体（diploid)为标准，若出现染色体数目单条、多条或成倍增减称为染色体数目畸变。2n, 3n21三体两性嵌合体：xo/xyy

5、 染色体结构畸变： 指染色体发生断裂(breakage)和再接合（reunion)而形成各种类型重组的结果。（1）裂隙(gap) （2）断裂(break)（3）断片(fragment)（4）微小体(minute body)（5）无着丝点环(acentric ring)（6）环状染色体(ring chromosome)B.结构畸变（structural aberration）结构畸变类型：（7）双着丝点染色体(dicentric chromosome) （8）倒位(inversion)（9）异位(translocation)（10）插入和重复(insersion and duplication)

6、（11）辐射体 (triradical, quadriradical)二、遗传改变的意义与后果遗传与变异突变三、可能的作用机制染色体畸变、微小损害DNA和非DNA相互作用遗传毒物的作用机制四、遗传毒理学试验遗传毒性测试或评价要回答的一个关键问题是受试物是否是一致突变物。目的是测试受试物是否有能力到达DNA或染色体部位并与其相互作用。(一). 遗传毒理学试验的分类根据检测的遗传学终点不同，可将遗传毒理学试验分为四类：1.基因突变试验（assays for gene mutation）2.染色体损伤试验（assays for chromosome damage）3.非整倍体试验（assays fo

7、r aneuploidy）4.反映DNA损伤的试验（assays for DNA damage） (二). 常用的遗传毒理学试验1.细菌回复突变试验（bacterial reverse mutation assay)2.哺乳动物基因突变试验（mammalian cell gene mutation assay）3.染色体畸变试验（chromosome aberration）1）in vitro：中国仓鼠卵巢（CHO）细胞，中国仓鼠肺（CHL）细胞及外周血淋巴细胞等。2）in vivo：啮齿动物骨髓细胞染色体畸变试验（chromosome aberration assay of bone mar

8、row cells)及啮齿动物睾丸细胞染色体畸变试验（chromosome aberration assay of tests cells)4. 微核试验（micronucleus assay)1、鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷型回复突变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菌株：TA97TA98TA100TA1535TA102用于检测组氨酸靶基因中（G-C）位点碱基置换或移码突变 用于检测组氨酸靶基因中（A-T）位点碱基置换或移码突变 检验诱变物诱变强度的Ames实验示意图对照组检测组纯化的哺乳动物肝脏微粒体酶待检测化合物His-

9、沙门氏菌少量的回复突变菌落大量的回复突变菌落Ames试验最新进展一般情况下，不再要求必须进行重复试验细菌毒性受试物（如抗生素）仍需进行此试验，此外还应进行一项体外哺乳动物细胞试验2、哺乳动物培养细胞染色体畸变试验CHO秋水仙碱中期相细胞分散均匀的染色体低渗固定染色哺乳动物培养细胞染色体畸变最新进展最高浓度从10 mM降低至1 mM毒性限制的要求发生改变：CA最高浓度细胞生长抑制不超过50%3、啮齿动物微核试验(micronucleus assay in bone marrow polychromatic erythrocytes)啮齿动物微核试验微核试验最新进展可以不再需要设置平行阳性对照在方

10、法学达到测定要求时，大鼠外周血也可用于体内微核分析可使用经充分验证的自动化系统检测微核，如图像分析和流式细胞术 五、致突变试验中的一些问题一).阴性和阳性对照组的意义:减少因实验动物个体差异、实验条件等的影响，使得到的数据具有可比性、可靠性。二).体外试验的活化系统：微生物和培养的哺乳动物细胞缺乏整体动物体内的许多代谢能力，在遗传学试验中，必须加入代谢活化系统，才能检出间接致突变剂。三).体外试验结果阳性应考虑的问题：（1）与阴性或溶剂对照数据及背景数据比较，是否有意义？（2）是否有剂量相关性？（3）弱或可疑的阳性结果是否可重现？（4）阳性结果是否由于体外独特的代谢活化途径或体外特殊的活性代谢

11、物所致（5）结果是否可归因于体内不存在的体外极端培养条件，如极端的pH值、渗透压、细胞悬液中的沉淀物？（6）哺乳类动物细胞试验中，阳性结果是否仅出现在存活率极低的浓度？（7）阳性结果是否归因于某种污染物？（8）某种特定遗传终点的试验结果是否与同类化合物中其他化合物的试验结果一致？四).体外试验结果阴性应考虑的问题：（1）受试物的化学结构或已知代谢是否提示采用的标准体外代谢活化技术（如啮齿类动物肝脏S9）可能不合适？（2）化合物的结构或已知反应性是否提示采用其他检测方法或系统更合适？ 五).如何解释体外遗传毒性试验结果和评估其危险度近年来研究发现，用体外哺乳动物细胞突变和/染色体损伤试验阳性的大多数上市药物其致癌性资料呈阴性；有研究发现遗传毒性可以通过非DNA反应机制的细胞毒性而出现。表观遗传学：概念的引入与成为研究的热点小结一、遗传毒性与致突变作用:基本概念二、常用致突变试验方法 1、鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷型回复突变试验 2、哺乳动物培养细胞染色体畸变试验 3、啮齿动物微核试验 参考书1.现代毒理学