第8章 致癌作用(3h)

1、第八章 化学(huxu)致癌作用2012年9月共六十五页第一节、背景(bijng)近年来肿瘤发病率和死亡率不断(bdun)增高，发癌年龄年轻化；查明了遗传因素和病毒的生物学因素虽与肿瘤发生有关。但并非是导致肿瘤发病率增高的主要原因；发现环境化学污染和某些物理有害因素（如紫外线）与肿瘤发病率密切相关。WHO指出, 人类癌症90%与环境因素有关，其中主要是化学因素。共六十五页 恶性肿瘤已成为人类(rnli)死亡的第一位或第二位 原因，每年全世界约有700万人死于癌症 近些年，我国恶性肿瘤在各种死因中排列第一位。共六十五页共六十五页共六十五页认识(rn shi)化学致癌的历史1775年 珀西瓦尔波特

2、（percival pott）扫烟囱工阴囊癌;1875年 德国 褐煤干馏工人肺癌高发;1919年 动物实验证实煤焦油诱发兔耳上皮癌。 1930年 3-4苯并芘，动物实验可引起皮肤癌、肉瘤等。 生产合成染料膀胱癌高发 在手表指针上涂抹发冷光的镭的妇女，因为常常舔刷毛(shu mo)，经诊断患有舌癌。共六十五页20世纪50年代早期 吸烟人群的肺癌(fi i)发病率日渐上升，比不抽烟的人群高上20至30倍。 共六十五页020406080100120140160肿瘤死亡率（1/10万）19451960197519902005年份36.9115.34123.92135.59114.2346.121950

3、-2005年间(ninjin)我国肿瘤死亡率趋势共六十五页5.178.5918.8420.5722.3924.930153045607590105构成比（）195719631975198219912001年份恶性肿瘤其他死因1950-2001年间我国肿瘤死亡人数(rn sh)占总死亡人数(rn sh)的构成比变化趋势共六十五页第二节、基本概念致癌作用(carcinogenesis)是指环境(hunjng)有害因素引起或增进正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起或增进正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。具有这类作

4、用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。共六十五页第三节、化学(huxu)致癌物的分类 按化学性质1 烷化剂 直接烷化剂：芥子气、氯甲甲醚、环氧乙烷等； 间接烷化剂：氯乙烯、苯、丁二烯等；2 多环芳烃：苯并芘、煤焦油、沥青等3 芳香(fngxing)胺类：联苯胺、硝基联苯、氨基联苯等4 金属和类金属：镍、铬、镉、砷等5 霉菌和植物毒素6 药物：环磷酰胺、己烯雌酚等。共六十五页 按作用形式1 直接致癌物：有些致癌物可以不经过代谢活化就具有活性，称为(chn wi)直接致癌物2 间接致癌物：大多数致癌物必须经过代谢活化才具有致癌活性，这些致癌物称为间接致癌物。 前致癌

5、物、近致癌物、终致癌物。共六十五页苯并芘联苯胺2-乙酰氨基(nj)芴共六十五页前致癌物近致癌物终致癌物代谢酶代谢酶前致癌物: 化学物原型无致癌作用，须在体内经代谢转化(zhunhu)才具有致癌作用，尚未代谢活化的形式，即母体化合物。如亚硝胺类，多环芳烃共六十五页前致癌物近致癌物终致癌物代谢酶代谢酶近致癌物: 指前致癌物经代谢活化过程形成的中间产物，必须(bx)进一步代谢活化才具有致癌作用的物质。共六十五页前致癌物近致癌物终致癌物代谢酶代谢酶终致癌物: 不需代谢活化的直接致癌物和间接致癌物经过代谢转化最后(zuhu)产生的活性代谢产物的统称。共六十五页黄曲霉毒素B1（aflatoxin AFB1

6、） 代谢：脱甲基、羟化、环氧化反应 羟化代谢产物：与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸、硫酸结合 由尿和胆汁(dnzh)排出 环氧化反应产物：黄曲霉毒素B1，2，3-环氧化物 可与DNA 脱氧鸟嘌呤第7位N结合 形成加合物共六十五页多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH） 苯并（a）芘 benzo ( a ) pyrene，BaP 代谢：羟化、环氧化(ynghu)反应 羟化代谢：产物与谷胱甘肽结合排出 环氧化反应：主要终致癌物7，8-二醇9，10-环氧苯并（a）芘可与DNA结合共六十五页N-亚硝胺（nitrosamines） 二甲基亚硝胺 （dimethynitr

7、osamine DMA） 代谢：脱甲基、脱亚硝基反应 脱亚硝基代谢：P450催化(cu hu)下生成醛和胺 脱甲基代谢：终致癌物甲基碳鎓离子 可使核酸和蛋白质的亲核部位甲基化共六十五页3 遗传毒性致癌物：化学物进入细胞后与 DNA共价结合，引起基因突变或染色体畸变(jbin)，从而导致肿瘤形成，称遗传毒性致癌物。4 非遗传毒性致癌物：以非遗传物质为靶的致癌物，称非遗传毒性致癌物。 按作用(zuyng)机制共六十五页 按作用结果WHO下属的国际癌症研究所（International Agency for Research on Cancer, IARC）按动物实验、临床观察和人群流行病学资料，将

8、致癌物分为四类 人类致癌物。对人类致癌证据充分，三方面(fngmin)证据充分。107种。a 对人类很可能是致癌物。人类致癌证据有限（临床观察到但无流行病学资料或无直接因果关系证据）、动物致癌证据充分。58种。b 对人类可能是致癌物。人类致癌证据有限、动物也不充分。249种。 对人类致癌性未定。现有资料不能进行分类。512种。 人类非致癌物。1种（己内酰胺）。 共六十五页第四节、化学(huxu)致癌机制是多因素(yn s)、多基因参与的多阶段过程致癌过程与多个肿瘤基因有关；不同器官来源、不同组织类型、临床阶段乃至同一肿瘤在不同地区所见的遗传变化是不同的；多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用

9、；个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响。共六十五页 遗传损伤致癌 DNA加合物形成 癌基因激活(j hu)与抑癌基因失活 修复功能受损 非遗传损伤致癌 细胞信号传导障碍 免疫抑制 内分泌失衡 纺锤丝功能受损 共六十五页1. DNA加合物亲电性化合物DNA, RNA, 蛋白质亲核基团(j tun)加合物基因突变(j yn t bin)结构改变肿瘤细胞，血液，尿等共价结合共六十五页共六十五页共六十五页2. 癌基因与抑癌基因 共六十五页共六十五页共六十五页3. DNA损伤的修复能力正常细胞使受损伤的DNA分子迅速恢复正常，使细胞的遗传(ychun)稳定性和正常功能得以保持而不致发生恶变；化学

10、致癌物可使机体对损伤DNA的修复能力减弱；DNA损伤修复缺陷在化学致癌机制中也起重要作用。共六十五页前致癌物终致癌物细胞含错配碱基细胞死亡不分化的癌分化的肿瘤致癌物-DNA加合物引发的细胞正常细胞活化转移DNA结合修复DNA复制错配修复失败DNA修复促长进展共六十五页共六十五页第五节、化学(huxu)致癌过程引发阶段(Initiation)主要涉及三种细胞(xbo)功能：致癌物代谢活化致癌物DNA修复 修复错误细胞增殖 “固定”错误，产生引发细胞，因为引发细胞不具有自主生长性，因此不是肿瘤细胞。共六十五页促长阶段(Promotion)引发细胞(xbo)增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂：

11、影响引发细胞增殖，引起良性局灶性病理损害。如结节、息肉、乳头瘤。促长剂本身为非致突变物，单独使用不具有致癌性。共六十五页主要(zhyo)促癌剂佛波酯(TPA)促进(cjn)细胞增殖、信号转导灭蚁灵皮肤、肝癌苯巴比妥肝癌胆酸结肠癌共六十五页促长阶段(jidun)特点：引发剂作用之后，在促癌剂慢性作用下引起(ynq)肿瘤；引发剂单独作用不会引起肿瘤；促癌剂单独作用也不会引起肿瘤；必须先引发剂作用，再促癌剂作用；引发作用是不可逆的，早期促长作用可逆。共六十五页进展阶段(jidun)(progression) 引发细胞群转变成恶性肿瘤的过程，是不可逆的。共六十五页共六十五页第六节、致癌作用的影响因素联

12、合作用() 致癌性的增强1增强致癌物的吸收；2增强遗传毒性致癌物的代谢活化或使其解毒减弱；3抑制DNA修复；4选择性增强DNA受损细胞的增殖(zngzh)。(二) 致癌性的抑制1在靶器官中发生竞争性的取代；2活化作用酶系统活力发生改变；共六十五页营养因素 1 蛋白质 2 脂肪 动物试验中高脂肪饲料(slio)可使致癌作用增强。 3 碳水化合物 人类结肠癌的发生与低渣易消化食物有关。动物试验证实麦麸、米糠和果胶能降低某些大肠致癌物的致癌性。高溶解度的碳水化合物可增加饲料中致癌物的吸收。 4 矿物质与维生素共六十五页宿主因素 1物种、品系和器官特异性如豚鼠对芳香(fngxing)胺、2-AAF有抗

13、性，其原因是该致癌物仅能小量转化为近致癌物N-羟化衍生物，而大量转化为不致癌的7-羟化衍生物。再如2-萘胺可诱导人、犬、猴和仓鼠膀胱癌，但对小鼠仅诱发肝癌和肺癌，在大鼠和兔几乎对各器官均不能诱发肿瘤。 共六十五页2年龄如多环芳烃类在新生大鼠或小鼠能很快诱发肝脏肿瘤(zhngli)，但在初成年者则不易诱发。同样，黄曲霉毒素B1可对新生小鼠诱发肝脏肿瘤(zhngli)，对断奶小鼠则不能诱发。 共六十五页3性别和内分泌平衡如2-AAF主要在雄性大鼠诱发肝癌；邻氨基(nj)偶氮甲苯对雌性小鼠比雄性更易诱发肝癌。如孕妇用大量的二乙基已烯雌酚可使其女儿青春期前的阴道癌危险性增高。共六十五页第七节、致癌作用

14、评价(pngji)方法一、构效关系分析 从一种同系物着手，找出该系物质(wzh)化学结构中与致癌性关系最密切的结构成份，以及其它结构成份改变时所产生的影响。 构效关系分析结果可靠性的关键在于样本含量。 共六十五页二、筛检试验(致突变试验) 主要用于遗传毒性致 癌物检测 灵敏度、特异度、预报价值、总符合率 目前常用的致突变试验还不能可靠(kko)地检测出： 非整倍性或重组所导致的隐性癌基因的纯合子或半合子； 可使癌基因截短的重组； 能活化原癌基因的基因扩增； 线粒体DNA突变。 共六十五页三、细胞转化(zhunhu)试验: 可检出遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。1 原代细胞：SHE细胞、人成纤

15、维细胞2 细胞系：BALB/C-3T3、BHK-213 病毒感染细胞：RLV/RE、SA7/SHE共六十五页四、哺乳动物短期(dun q)诱癌试验1小鼠皮肤肿瘤诱发试验：于小鼠皮肤局部连续(linx)涂抹受试物，以观察皮肤乳头瘤和癌的发生，一般20周可结束实验，较敏感的小鼠为SENCAR小鼠。此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引发剂为致癌性多环芳烃； 促长剂为佛波醇酯(TPA)。共六十五页2小鼠肺瘤诱发试验(shyn)染毒途径常用腹腔注射，也可灌胃或吸入，一般30周可结束实验，观察肺肿瘤的发生。较敏感的小鼠为A系小鼠。此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引

16、发剂为乌拉坦； 促长剂为二丁基羟基甲苯(BHT)。共六十五页3大鼠肝转化灶诱发试验对大鼠进行肝大部切除术后，给予受试物，一般可在814周结束实验，观察肝转化灶生成(shn chn)。肝转化灶是癌前病变，有-谷氨酰转肽酶活性升高，G6P酶和ATP酶活性降低，以及铁摄取能力降低。转化灶可用组织化学或免疫化学方法鉴定。此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引发剂为二乙基亚硝胺(DEN)，促长剂为苯巴比妥(PB)。共六十五页4雌性大鼠乳腺癌诱发试验：一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，实验(shyn)周期为6个月。以上四个试验不是成组试验，应根据受试物的特点选择使用。此四个试验任一

17、试验得到阳性结果的意义与长期动物致癌试验相似，但阴性结果并不能排除受试物的致癌性。共六十五页五、哺乳动物长期(chngq)致癌试验 化学物长期致癌试验优先(yuxin)原则 人体可能长期暴露于该化学物； 该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似； 重复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。共六十五页药物进行长期致癌试验(shyn)的优先原则 临床上连续应用6个月以上的药品； 已知属于对人具有潜在致癌性的同类化合物； 具有遗传毒性的物质往往具有致癌性，如拟长期使用，应进行慢性毒性试验(1年)，检测早期致癌反应 拟用于病人预期寿命少于3年的药品不必进行致癌试验，如肿瘤治疗药等。 局部使用吸

18、收很差的药物不必进行经口致癌试验 下列生物制品可考虑进行致癌试验： 生物学作用明显不同于天然相应物质的制品； 结构明显不同于天然相应物质的制品； 在人体引起局部或全身(qun shn)浓度明显增加的制品。 共六十五页1 动物选择 物种和品系：要求用两种实验动物，常规(chnggu)选用大鼠和小鼠，在选择品系时应选择较敏感、自发肿瘤率低、生活力强及寿命较长的品系。 性别：雌雄两种性别的动物。年龄：使用刚断乳的动物，以保证有足够长的染毒和发生癌症的时间，而且幼年动物解毒酶及免疫系统尚未完善，对致癌作用比较敏感。 共六十五页2 剂量选择 致癌试验(shyn)一般设三个试验(shyn)组。即无作用剂量

19、、阈剂量和发生肿瘤剂量。美国癌症研究所（NCI）推荐以最大耐受剂量(MTD)为高剂量。共六十五页3 动物数 每组至少(zhsho)有雌雄各50只动物，在出现第一例肿瘤时，每组还有不少于25只存活动物。共六十五页共六十五页4 染毒途径 经口染毒：一般把受试物掺人饲料或饮水中连续给予动物(57天/周)。掺入浓度要定期(dngq)监测，观察其均匀性和稳定性，掺入的浓度一般不超过5。经皮染毒，涂敷受试物的面积一般不少于动物体表总面积的10。必须保证受试物与皮肤良好接触，并防止动物舔食。每天涂抹一次，每周37次。吸入染毒，每天染毒4小时，每周57天。染毒柜内受试物浓度应定期或连续监测，其分布应均匀、恒定

20、。其他注射途径可根据需要采用。 共六十五页5 试验期限 ICH(1997)建议参考下面几条准则：一般情况下，试验期限小鼠和仓鼠应为18个月，大鼠为24个月；然而对于某些生命期较长或自发肿瘤率低的动物品系，小鼠和仓鼠可持续24个月，大鼠可持续30个月。当最低剂量组或对照组存活的动物只有25时，也可以结束试验，对于有明显性别差异的试验，则试验结束的时间对不同的性别应有所不同，在某种情况下因明显的毒性作用(zuyng)，只造成高剂量组动物过早死亡，此时不应结束试验。共六十五页观察和结果分析一般观察 1 外表、活动、摄食情况等。 2 在实验最初三个月每周称体重一次，以后每两周称体重一次。 3 观察时要注意有无肿瘤(zhngli)出现、肿瘤(zhngli)出现时间及死亡时间。共六十五页病理检查 动物自然死亡或处死后必须及时进行病理检查:包括肉眼和组织切片检查。组织切片检查应包括已出现肿瘤或可疑肿瘤的器官(qgun)和肉眼检查有明显病变的器官(qgun)，应注意观察癌前病变。通过病理检查确定肿瘤的性质和靶器官(qgun)。共六十五页结果分析 统计各种肿瘤的数量(包括良性和恶性肿瘤)及任何少见的肿瘤、患肿瘤的动物(dngw)数、每只动物的肿瘤数及肿瘤潜伏期。1 肿瘤发生率