毒理绪论课件

1、现 代 毒 理 学-绪 论Modern toxicology 毒理学教研室内 容第一节 毒理学概述第二节 毒理学研究内容第三节 毒理学的研究方法第四节 毒理学的发展趋势第五节 毒理学学术机构、专业杂志、专著、相关 网页第一节 毒理学概述反应停灾难英国伦敦SO2烟尘污染、美国洛杉矶光化学烟雾、日本水俣病和痛痛病、切尔诺贝利核电站放射性物质泄漏等公害发生 苏丹红、三聚氰胺奶粉事件海 豹 儿 童反应停（Thalidomide 沙利度胺） 前苏联基辅地区 放射性物质 13人死亡 切尔诺贝利核电站 13万居民迫散 反应堆爆炸 核尘飘至邻国洛杉矾在40年代就拥有250万辆汽车，每天大约消耗1100吨汽油，

2、排出1000多吨碳氢（CH）化合物，3O0多吨氮氧（NOx）化合物，700多吨一氧化碳（CO）。另外，还有炼油厂、供油站等其他石油燃烧排放，这些化合物被排放到阳光明媚的洛杉矶上空，制造了一个毒烟雾工厂。 二恶英是指含有二个或一个氧键连结二个苯环的含氯有机化合物。由于氯原子在19的取代位置不同，构成75种异构体多氯代二苯（PCDD）和135种异构体多氯二苯并呋喃（PCDF）通常总称为二恶英（Dioxin），其中有17种（2、 3、7、8位被氯取代的）被认为对人类和生物危害最为严重。 二恶英被称为“地球上毒性最强的毒物”。它是一种含氯的强毒性有机化学物质，在自然界中几乎不存在，只有通过化学合成才能

3、产生，是目前人类创造的最可怕的化学物质。例如：0.1克的二恶英毒量就能致数十人死亡，致上千只禽类于死地。该化合物可经皮肤、粘膜、呼吸道、消化道进入体内，有致癌、致畸形及生殖毒性，可造成免疫力下降、内分泌紊乱。高浓度二恶英可引起人的肝、肾损伤，变应性皮炎及出血。它一般用皮克（10-12克）或纳克（10-9克）来计量。越战期间，美国在越南撒下大量除草剂，其中混入了二恶英，受害地区出生了大量的畸形儿，事后被证实为二恶英所致。 二恶英在环境中已存在了数千万年，通常浓度很低。环境中的二恶英主要来源于人类的生产活动。在工业化国家，环境中二恶英浓度于七十年代达到峰值，其后下降。垃圾焚化、氯气脱色、香烟燃烧、

4、六氯酚和五氯酚的生产过程、燃烧用五氯酚或三氯苯酚处理过的木材都可产生二恶英。二恶英性质稳定，土壤中的半衰期为12年，气态二恶英在空气中光化学分解的半衰期为8.3天，在人体内降解缓慢，主要蓄积在脂肪组织中。 第二节 毒理学研究内容descriptivemechanisticregulatory whatwhyhow机理毒理学有害因子与生物体相互作用/毒作用的细胞、生物学分子机制。1.治疗、预防（危险评定）有机磷杀虫剂抑制胆碱酯酶活性2.机制的研究还可为设计和生产更安全的替代化学物、临床解毒和治疗药物研究提供理论基础。如孕妇早期服用反应停导致新生儿出生缺陷被禁用，其机制研究发现该药有明显抑制血管生

5、成的作用，用于治疗某些肿瘤和感染性疾病有很好的效果。3.毒理学机制研究，还有助于生理学、生物化学、细胞生物学和药理 学等基础学科的发展。如河豚毒素和DDT（dichlorodiphenylreichloroethane）用于神经轴突膜离子梯度调节的研究。3. 生物学标志物分子毒理学作为机制研究的工具为发现和保护易感人群免受环境有害因素的影响、筛选特征性生物学标志物以及根据个体遗传背景定制药物治疗方案提供了重要的平台。分子毒理学还可以比较准确地预测个体对毒物的易感性，个体对某种毒物的易感性完全是由所在的基因型决定的。因此，测定某一个体的基因型对预测个体对毒物的易感性至关重要。如通过基因克隆对P4

6、50 lAl基因的研究表明，P450lAl有两种类型，即Ml和M2型，两者之间只有一个碱基不一样。M2型被认为是P450lAl的高诱导型，因此M2型与肺癌的发生关系更为密切。有流行病学资料表明，M2型纯合子，在日本肺癌患者中的百分率为正常人群中的2倍，在瑞典肺癌患者中的百分率为正常人群中的13倍，说明在这两国的人群中，M2型是吸烟诱发肺癌的易感性基因。 管理毒理学政府有关机构根据描述性和机理研究资料，作出是否允许人工合成的新化学物进入人类环境的判断和决定，提出相应的安全使用（接触）标准和管理措施，按照政策法令对外源性毒物进行管理和控制，参与政策法令的制定并且履行监督和执法职能。现代毒理学 科学

7、（硬件） 观测和搜集资料即获得论据和事实 应用毒性资料（事实和依据），来预测对人群、动物和其它环境生物的 潜在危害，提出相应的安全使用标准和管理措施。 描述毒理学机制毒理学管理毒理学 艺术（软件）第三节 毒理学的研究方法毒理学常用的研究方法有化学分析、体外试验、体内试验、人体观察和流行病学调查以及危险度评定。可以根据研究的目的或毒理学安全性评价/危险度评定要求选择相应的试验方法。 现代毒理学的研究方法实验室方法临床观察和流行病学调查综合危险度评定实验室的方法化学方法生物学方法 化学物组成 化学物理化特性 化学物、代谢产物浓度 体外试验 整体动物试验体外试验(in vitro) PCRSSCP(

8、Polymerase chain reaction Single strand conformation polymorphism ) 荧光原位杂交 单细胞凝胶电泳 Ames 微核 UDS(Unscheduled DNA synthesis test ) 染色体畸变彗星试验照片嗜多染红细胞微核荧光原位杂交体外试验方法的主要优点是:简单、快速、经济，因此能在一段时间内对大量化学物的潜在毒性进行筛选； 实验条件比较容易控制，可以用来测量生物体的某一特异性毒性，而不受机体多种复杂因素的影响； 由于体外试验有以上优点，加之动物实验不符合伦理学要求，受动物保护组织反对，已有国家和国际组织要求减少动物实验

9、、寻找体外替代实验方法。 体外试验方法的主要缺点： 各种微生物或细胞的培养都是在离体条件下，难以精确地模拟或反映外源物在生物体内的生物转运和生物转化过程，也无法得到毒效学和毒代动力学的资料。 整体动物试验（in vivo）一般毒性试验特殊毒性试验急性毒性亚急性毒性亚慢性毒性慢性毒性致突变致癌致畸生殖毒性整体动物试验的发展趋势：根据3R原则，选择科学合理的动物试验方法是今后毒理学试验的一个发展方向。3R即减少(reduction)、优化(refinement)和替代(replacement)的简称。减少是在满足实验要求，又不损失应得信息的前提下，尽可能减少实验动物的数量；选择合适的方法，如采用1

10、0只动物实验的上、下法(up and down method)进行急性毒性测定。 优化是在动物实验时，尽可能选择和改良实验操作技术，减轻动物可能遭受的痛苦，如采用非致死终点或浓缩样品减少灌胃次数。替代是不通过与动物相关的实验或过程去获取所需的资料，如采用体外细胞和组织培养替代整体动物实验。但目前动物替代实验方法的研究和应用主要取决于有效性验证，在验证过程中，少数方法获得通过；由于绝大多数的毒性试验都不能在人身上进行；而体外试验又是在离体条件而不能反映整体情况；因此多数整体动物试验有不可替代的作用。规范性的常规动物试验方法进一步国际化。例如，国际协调组织（ICH）已经颁布了一些试验规范和指导原则

11、：良好实验室规范（ Good Laboratory Practice ，GLP）、标准操作规程（standard operating procedure，SOP）转基因动物在毒理学中的应用 转基因动物是指其基因组中含有外来遗传物质的动物，它被广泛应用于科学研究的各个方面。由于转基因动物集整体、细胞和分子水平于一体，更能体现生命整体研究的效果。例如，携带激活的H-ras原癌基因小鼠、P53(+/-)基因删除动物、含乳糖操纵子的噬菌体的转基因动物，用于特定组织毒性研究。临床观察 药物临床前试验研究 药物毒副作用 中毒病人的治疗处理流行病 学调查 暴露环境卫生学调查 暴露人群健康状况监测综合危险度评

12、定综合实验室和人群流行病学资料，分析归纳作出危险度的结论，制定安全限值并加以实施和管理第四节 毒理学的发展趋势一、分子生物学等新技术的应用将加速毒理学的发展过程毒理学是研究外源物对生物体的不良影响，或称毒效应。毒效应本质即外源物或其代谢产物与机体生物化学分子相互作用的结果。“组学（-omicsProteomics，Genomics，Metabonomics）”作为生命科学的前沿学科，具有“通量化”、“整合”优势。毒理学将“组学”作为工具，通过大通量的基因、转录、代谢谱、蛋白质谱分析，鉴定毒性以及毒作用模式。为更准确、整合、快速测试外源物（如环境化学物、药物、农药、化妆品等）毒性和毒作用机制以及

13、安全性评价和危险性评定工作展示了良好的应用前景。生物学反应以基因表达、蛋白表达、代谢表达数据库描述，当然，需要接纳多学科的参与，如生物信息学、数学统计学等。二、 “二极”分化现象更为突出1. 研究水平越来越精细，从细胞、分子和基因水平研究毒理学问题将是普通的科学工作。2. 近30年来毒理学由于发展迅速及与相关学科的交叉而形成了许多分支。如根据工作任务可分为临床毒理学、环境毒理学、工业毒理学、管理毒理学、生态毒理学与法医毒理学等；根据研究手段与终点不同可分为免疫毒理学、分子毒理学、膜毒理学、遣传毒理学、分析毒理学等；根据研究对象可分为昆虫毒理学、兽医毒理学、人体毒理学与植物毒理学； 根据不同外源

14、性化学物可分为金属毒理学、农药毒理学、食品毒理学、放射毒理学、药物毒理学；根据研究工作性质可分为描述毒理学(指常规毒性试验和安全评价)、机理毒理学和管理毒理学等。近年来还出现更多的毒理学分支，如比较毒理学、急症毒理学等。可以预见，本世纪还将出现一些新的分支。3. 毒理学的软件部分管理毒理学仍将是毒理学的研究热点之一，这将从宏观上为化学毒物的管理提供科学依据。三、低剂量兴奋（hormesis）剂量反应（效应）关系对毒理学的影响毒物引起的反应/效应程度随着剂量的加大而增强的剂量反应关系是毒理学的基本原理。毒性评价的重要参数“阈剂量”即建立在此剂量反应曲线的基础上。人们很早就观察到低剂量范围的生物效

15、应不同于高剂量范围的生物效应，如，低剂量的各种抗生素能促进细菌生长，剂量增加到一定程度才表现出抑菌作用。后来将抗生素作用于细菌表现出的低剂量兴奋（促进细菌生长）和高剂量抑制的双相生物效应称为“毒物兴奋效应模型”。现已发现多种外源化学物作用于不同的生物体普遍存在低剂量兴奋效应关系。目前有关低剂量兴奋效应的生物学意义，多认为是一种适应性反应，机理有待研究。过去各种原因低剂量的兴奋效应往往被忽略。近来聚焦低剂量兴奋效应关系，意味着重新审视公认的毒理学基本原理，影响深远。 四、表观基因组学（epigenomics）对研究人类环境相关疾病的影响经典遗传学认为：遗传的分子基础是核酸，生命的遗传信息储存在核

16、酸的碱基序列上。近年兴起的“表观遗传学”（epigenetics）和有关研究工作进展，使经典的遗传观念面临着巨大的挑战。许多研究发现，DNA被直接或间接甲基化、乙酰化或磷酸化等化学方法修饰，可以导致基因活性的改变。重要的是，这些改变不仅影响着个体的发育与生长，而且还可以在不改变DNA序列的情况下遗传给下一代。Michael Skinner等（Science 2005 ）报道，怀孕大鼠短期暴露于高浓度甲氧滴滴涕，子代雄性大鼠精子数目减少，不孕率增加。继续观察四代雄性大鼠，均出现相同的情况。进一步研究发现雄性大鼠精子数目减少和两个基因的甲基化有关。最近10多年来，通过对DNA甲基化模式的研究，人们

17、发现许多种类的癌细胞都有着异常的DNA甲基化行为，肿瘤抑制基因常常被过量地甲基化而导致失去活性，而基因的DNA序列并不发生变化。表观遗传学使人们对基因组的认识又增加了一个新视点。尽管确切的机理有待进一步探讨，但无疑为环境与人类疾病的研究常开一扇大门。总之，毒理学与人类日常生活和生产劳动关系日益密切，如环境污染、生态环境的恶化、药物的不良反应、食品的安全性、兽药及农药的危害，以及作业环境的有毒物质是世界范围内的严重问题。可以预见，在21世纪毒理学将会获得更大的发展，为人类做出更大的贡献。虽然近年来细胞、分子水平的研究取得了很大的进展，但仅从基因分子水平研究外源性化学物的毒性及其机制是不够的，因为

18、机体还有宏观的一面，必须把微观研究与宏观研究紧密结合起来，也就是将整体试验与体外细胞、分子水平的研究结合起来才能得出正确结论。 学术机构国际毒理学会国际环境诱变剂学会国际畸胎学会中国毒理学会中国环境诱变剂学会中华预防医学会卫生毒理专业委员会中国药理学会药物毒理专业委员会专业杂志Toxicology Experimental and Human ToxicologyMutation Research Parmacology &Applied ToxicologyTeratology Comparative Parmocology & ToxicologyToxicological Science 毒理学杂志Toxicology Letter 中国药理学和毒理学杂志Reproductive Toxicology 致癌、致畸、致突变毒理学专著Casarett &Doull Toxicology: The Basic S