化学毒物致突变作用

关于化学毒物致突变作用第一页，共一百页，2022年，8月28日化学毒物的生殖毒性作用

生殖过程一般是指从配子形成直到胎儿娩出的整个过程。生殖过程是很广泛的，它包括精子的发生、卵的形成和发育、配子的释放、受精、卵裂和胚泡发育、着床、胚胎发生、胎儿发育、分娩。而胎儿的娩出也并不意味着胎儿发育成熟的终止。从广义上讲还应包括胎儿娩出后的新生儿期、哺乳期、直到性成熟的整个过程。第二页，共一百页，2022年，8月28日

生殖毒性是指外源化学物对雄性和雌性生殖功能或能力以及对后代产生的不良效应。生殖毒性既可发生于生殖细胞、受精卵、胚胎形成期，也可发生于妊娠、分娩和哺乳期。表现为外源化学物对生殖过程的影响。例如生殖器官及内分泌系统的变化，对性周期和性行为的影响，以及对生育力和妊娠结局的影响等。影响人类生殖功能的环境因素包括有各种化学物、电离和非电离辐射、物理因素、感染因素、生活方式以及药物的应用等。第三页，共一百页，2022年，8月28日

能引起妊娠的人或试验动物产生畸胎的外源化学物称为致畸物。它通过胎盘直接作用于发育的胚胎和胎儿而产生后果。通过动物试验和体外致畸试验方法，可检测外源化学物能否引起胚胎毒性或后代畸形。第四页，共一百页，2022年，8月28日第一节概述

一、基本概念生物在世代繁衍中存在着遗传与变异，它是普遍存在于生物界的生命现象。在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，这种差异称为变异(variation)。变异是生物物种推陈出新的来源。造成生物变异的原因有：①父本、母本产生子体，由于重组而发生；②由于基因突变而发生，它是新基因产生的根本来源；③由于第五页，共一百页，2022年，8月28日生物的染色体组成或细胞质发生变化而带来的变异。

遗传结构本身的变化及引起的变异称为突变(mutation)。突变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。突变可分为自发突变(spontaneousmutation)和诱发突变(inducedmutation)。诱发突变是指人为地造成突变，它已被农、林、牧、渔业和园艺学家第六页，共一百页，2022年，8月28日利用来培育和选择新种或良种。另一方面，突变也会引起人类健康的危害。致突变作用(mutagenesis)的广义概念是外来因素。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。突变是致突变作用的后果，其中包括从一个或几个DNA碱基对的改变，即基因突变(genemutation)到染色体的结构及数目改变，第七页，共一百页，2022年，8月28日

即染色体畸变(chromosomeaberration)。简单地说，突变的发生及其过程即为致突变作用。能够引起突变的物质称为致突变物(mutagen)。二、遗传学基础1.DNA与基因

在真核细胞中，遗传信息储存在核内的DNA链上，DNA是大分子物质，由脱氧核糖、磷酸及碱基组成，其基本成分为四种核苷酸，形成双螺旋结构。基因第八页，共一百页，2022年，8月28日

(gene)是DNA分子中最小的完整功能单位基因的基本作用在于决定蛋白质的一级结构，即每个基因决定一条多肽链或者说一个基因决定一种酶。基因是生物遗传信息的携带者，细胞或生物体的一套完整单体的遗传物质称基因组(genome)。2.染色质与染色体在间期细胞的细胞核中，通过光镜可见一种能被碱性染料着色的物质，即染色质(chromatin)。它由DNA、组蛋白、非组蛋白及少量的RNA组成，形似串珠状的复合体。第九页，共一百页，2022年，8月28日第十页，共一百页，2022年，8月28日第十一页，共一百页，2022年，8月28日

在间期细胞核中，一般没有染色体结构，只有在细胞分裂时，染色质才螺旋化并折叠成染色体(chromosome)，故染色质与染色体是由相同物质组成的；染色体存在于细胞中，通常只有在细胞分裂时经过特殊染色才能清楚地看到。染色体与基因有着平行的关系，表现为：①染色体可以在显微镜下看到，有一定的形态结构。基因是遗传学的单位，每对基因在杂交中仍保持它们的完整性和独立性。第十二页，共一百页，2022年，8月28日

②染色体成对存在，基因也成对存在。在配子中每对基因只有一个，而每对同源染色体也只有一条。③个体中成对的基因一个来自母本，另一个来自父本。染色体也是如此，两条同源染色体是分别来自母本和父本。④不同对基因形成配子时的分离与不同对染色体在减数分裂期的分离，都是独立分配的。3.体细胞和生殖细胞大多数真核生物由体细胞和生殖细胞组成。体细胞(somaticcell)多是二倍体(diploid)细胞，含有两组完全相同的染色体，其遗传损伤不会遗传给下一代。第十三页，共一百页，2022年，8月28日生殖细胞(germcell)往往是单倍体，其染色体改变即突变可传给下一代。突变的生殖细胞根据其在二倍体中的表达，分为显性或隐性。显性突变无论纯合子，还是杂合子均会出现表型异常；隐性突变如为纯合子，将出现表型异常，若为杂合子，则为表型正常的携带者。第十四页，共一百页，2022年，8月28日

4.基因型与表型

基因型系指控制生物性状的基因组成，它是生物体的遗传组成。通过杂交试验才能鉴定。表型指在发育过程中由基因所控制的生物性状的具体表现。它可以用理化方法直接测定。表型是不同基因之间以及基因与环境之间极其复杂的相互作用结果。第十五页，共一百页，2022年，8月28日

5.细胞周期、有丝分裂与减数分裂细胞周期指细胞一次分裂结束，并开始生长，到下一次分裂终了所经历的过程。这过程所需的时间为细胞周期时间。将细胞周期分为四个时期：G1期是细胞进行急剧合成的时期；S期完成DNA复制；G2期为有丝分裂做准备，M期是有丝分裂期。有丝分裂(mitosis)指细胞核分裂的过程，一个细胞由此生成两个子细胞，每个子细胞各具有与亲代细胞完全相同的染色体。第十六页，共一百页，2022年，8月28日第十七页，共一百页，2022年，8月28日

减数分裂(meiosis)指通过两个细胞周期使染色体数目减少一半的细胞分裂方式。它是一种特殊的有丝分裂。其细胞核分裂两次，而染色体只复制一次，经过分裂后染色体数目减少一半，变成单倍体(haploid)。第十八页，共一百页，2022年，8月28日第二节化学毒物致突变的类型

有三类遗传学损伤，即基因突变、染色体畸变及染色体数目改变。这些损伤多因DNA受损所致，也可能因DNA以外的靶组织受损。通常以光学显微镜的分辨率0.2µm，来区分基因突变和染色体畸变。因突变是用光学显微镜观察不到，须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断，而染色体畸变和数目变化可用光学显微镜进行观察。第十九页，共一百页，2022年，8月28日

一、基因突变

基因突变指基因中DNA序列的变化。因基因突变限制在一特定的部位，故称为点突变(pointmutation)。传统的研究突变方法是通过给予致突变物，观察遗传学改变。

基因突变可分为两种类型，即碱基置换和移码突变。

1.碱基置换：碱基置换(basesubstitution)指某一碱基配对性第二十页，共一百页，2022年，8月28日

能改变或脱落所致的突变。当DNA链上某一碱基由于致突变物作用而脱落或其配对性能发生改变，在DNA复制过程中该DNA互补链上的相应位点配上一个错误的碱基，即错误配对(mispairing)。这一错误配对上的碱基在下一次DNA复制时，按正常规律配对，于是原来的碱基对被错误碱基对所置换，称碱基置换。在碱基置换中，DNA的一对碱基(如G:C)被另一对碱基(如A:T)所取代，如果是嘌呤置换另一嘌呤，或者是嘧啶置换另一嘧啶，第二十一页，共一百页，2022年，8月28日称为转换(transition)，如果是嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧啶，称为颠换(transversion)。

2.移码突变：移码突变(frameshiftmutation)指发生一对或几对(3对除外)的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。第二十二页，共一百页，2022年，8月28日

碱基：DNA分子是腺嘌呤(adenine,A)、鸟嘌呤(guanine,G)、胞嘧啶(cytosine,C)和胸腺嘧啶(thymine,T)。DNA双链的碱基互补对是A=T、T=A、G≡C、C≡G。是碱基互补原则。第二十三页，共一百页，2022年，8月28日第二十四页，共一百页，2022年，8月28日第二十五页，共一百页，2022年，8月28日

二、染色体畸变

染色体畸变(chromosomeaberration)指染色体的结构改变，它是指遗传物质大的改变，一般可用光学显微镜检查适当细胞有丝分裂中期的染色体来发现。细胞学检测可发现染色体断裂及由断裂所致的各种重排。畸变涉及在复制染色体中两条染色单体中的一条，称为染色单体型畸变(chromatid-typeaberration)，而涉及两条染色单体，称为染色体型畸变(chromosome-typeaberration)。第二十六页，共一百页，2022年，8月28日

染色体结构异常的类型：(1)缺失(deletion)：染色体上丢失了一个片段。(2)重复(duplication)：在一套染色体里，一个染色体片段出现不止一次。(3)倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了，如颠倒的片段包括着丝点，称为臂间倒位(pericentricinversion)；如不包括着丝点则称为臂内倒位(paracentricinversion)。第二十七页，共一百页，2022年，8月28日

(4)易位(translocation)：一个染色体片段的位置改变了。最常见的是相互易位(reciprocal)，涉及两个非同源染色体片段的交换。三、非整倍体和多倍体非整倍体(aneuploid)和多倍体(polyploid)的细胞的染色体数目是不同于正常的细胞染色体数目。非整倍体指增加或减少一条或几条染色体；而多倍体是超过二体的整倍性畸变，其染色体数目可成倍增加。第二十八页，共一百页，2022年，8月28日第二十九页，共一百页，2022年，8月28日第三十页，共一百页，2022年，8月28日第三十一页，共一百页，2022年，8月28日第三十二页，共一百页，2022年，8月28日第三十三页，共一百页，2022年，8月28日第三十四页，共一百页，2022年，8月28日例如，人类体细胞正常为二倍体(2n)，有46条染色体。如果细胞有45或47条染色体，定义为非整倍体。如果有69条染色体，定义为多倍体，此为三倍体。例如，Down综合征，由21染色体三体(trisome21)所致，它多了一条染色体，有三条21染色体，染色体数目为47条，即该病由非整倍体所引起。第三十五页，共一百页，2022年，8月28日

英国医生LangdonDown首先描述了先天愚型的临床表现，因此将此病称为Down综合征，即唐氏综合征。在我国，先天愚型一词较为常用。1959年，法国细胞遗传学家Lcjeune证实此病的病因是患者多了一个小的G组染色体(后来确定为21号染色体)。故此病又称为21三体综合征(trisomg21)。据估计我国目前大约有60万以上的21三体综合征患儿，按目前的出生率我国平均20分钟就有一例21三体综合征患儿出生，全国每年出生的唐氏综合征患儿将达27000例左右。

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47,XY,+21单纯三体，男性。Down综合征第三十七页，共一百页，2022年，8月28日第三节化学毒物致突变作用的机制及后果

在实验动物中，用化学物质可诱导基因突变、染色体畸变、非整倍体和多倍体。在已检出的致突变物中，大多数有不同程度的特异性。一、引起突变的DNA变化(一)碱基损伤1.碱基错配：烷化剂(alkylatingagent)是对DNA和蛋白质都有强烈烷化作用的物质。第三十八页，共一百页，2022年，8月28日

烷化作用指烷化剂提供甲基或乙基等烷基与DNA共价结合的过程。

烷化剂所致甲基损伤表现为错配。例如，乙基亚硝基脲(ethylnitrosourea,ENU)上的乙基可与DNA共价结合。

错配不是烷化剂引起突变的惟一机制，有些烷化碱基可引起DNA二级结构改变。2.平面大分子嵌入DNA链第三十九页，共一百页，2022年，8月28日

如9-氨基吖啶(9-aminoacridine)致突变作用，是化学物插入DNA的碱基对中所致。3.碱基类似物取代有些化学物的结构与碱基非常相似，称碱基类似物。它们能在S期中可与天然碱基竞争，并取代其位置。例如5-溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，2-氨基嘌呤(2-AP)能取代鸟嘌呤。4.致突变物改变或破坏碱基的化学结构第四十页，共一百页，2022年，8月28日

有些化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏或改变碱基的结构，有时还引起链断裂。例如，亚硝酸根能使腺嘌呤和胞嘧啶发生氧化性脱氨，相应变为次黄嘌呤和尿嘧啶。羟胺能使胞嘧啶C-6位的氨基变成羟氨基。这些改变都会造成转换型碱基置换。但是亚硝酸虽然也能使鸟嘌呤变为黄嘌呤，但是由于黄嘌呤的配对性能与鸟嘌呤一致，故并不发生碱基置换。第四十一页，共一百页，2022年，8月28日

(二)DNA链受损1.二聚体的形成当细胞或机体受到紫外线刺激，会使DNA发生化学变化，其主要产生环丁烷嘧啶二聚体和(4-6)光产物。这些损伤可阻止DNA的复制，并引起细胞的死亡。2.DNA加合物形成它是活性化学物与细胞大分子之间通过共价键形成的稳定复合物，通常很难用一般的化学或生物学方法使其解离。例如，烷化的DNA加合物，O6-甲基脱氧鸟苷，可引起碱基置换。第四十二页，共一百页，2022年，8月28日3.DNA-蛋白质交联物(DNA-proteincroxslinks，DPC)形成它是致突变物对生物大分子物质的一种重要的遗传损害，也是一种稳定的共价结合物。已知许多外来化合物如苯并(a)芘、砷化合物、醛类化合物(如甲醛)及一些重金属(如镍、铬)等，均可引起DNA-蛋白质交联物。DPC一旦形成，必将对DNA构象与功能产生严重影响。第四十三页，共一百页，2022年，8月28日

二、引起突变的细胞分裂过程的改变非整倍体和多倍体的产生不同于其他致突变作用，因为它们涉及不同的细胞靶分子。非整倍体和多倍体是由于染色体分离异常而产生。主要涉及细胞分裂过程的改变如纺锤体、微管蛋白的合成与聚合，微管结合蛋白合成与功能发挥，细胞分裂纺锤纤维的功能发挥，着丝粒与之有关的蛋白质作用，极体复制与分离，减数分裂时同源染色体联合配对和重组等。第四十四页，共一百页，2022年，8月28日

三、其它的改变

对DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。

1.DNA的高保真复制需多种酶类的参与，并且在基因调控下进行，其过程中的任何一个环节损伤，将影响DNA复制的高保真性，有可能引起突变。2.修复：DNA修复过程是清除受损伤的DNA片段，并合成新的片段来替换的过程。DNA是生命物质中唯一具有自身修第四十五页，共一百页，2022年，8月28日

复能力的分子，其修复过程是依赖各种各样的酶来进行。例如，光修复的光裂合酶，切割修复的DNA糖基酶和切除核酸酶。它们有可能成为化学毒物的靶分子。四、突变的后果

突变的后果，取决于化学毒物所作用的靶细胞，是生殖细胞，还是体细胞。如是体细胞，其影响仅能在直接接触该物质的个体身上表现出来，而不可能遗传到下一代；如是生殖细胞，其影响才有可能遗传到下一代。第四十六页，共一百页，2022年，8月28日

(一)生殖细胞突变

基因突变对于健康的意义在于与许多按孟德尔定律遗传的疾病有关。例如，在新生儿遗传病中，约有1.3％为常染色体显性遗传，0.25％为常染色体隐性遗传及0.05％与性染色体有关。

许多遗传病是由隐性突变表达所致，如苯丙酮尿症(phenylketonuria)，它由上一代遗传，当父母均有基因突变时，该病即可表现出来。如只有一方的基因突变，后代即是表型正常的携带者。第四十七页，共一百页，2022年，8月28日第四十八页，共一百页，2022年，8月28日

基因突变除了引起按孟德尔遗传规律遗传的疾病外，在人类许多复杂病因的疾病中，遗传因素也起着部分作用。即增加下一代基因库(genepool)的遗传负荷(geneticload)。基因库指某一物种在特定时期中能将遗传信息传至下一代的处于生育年龄的群体所含有的基因总和。遗传负荷指一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。第四十九页，共一百页，2022年，8月28日

在遗传性疾病中，还有一个原因是染色体异常。大约每1000名婴儿中有4名患有与染色体畸形有关的综合征。染色体异常估计在受检的双亲中有5％，在死亡的婴儿有6％，在自然流产和死亡胚胎占30％。引起遗传病染色体异常的类型中，非整倍体最常见，多倍体次之，结构异常约占5％。

突变除引起遗传病外，还可造成生殖毒性，表现为胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全及生长迟缓。生殖毒性可由亲代生殖细胞突变所致，也可由胚胎细胞突变所致。第五十页，共一百页，2022年，8月28日

(二)体细胞突变

体细胞突变后果有肿瘤、衰老、动脉粥样硬化及致畸等，最受注意的是肿瘤。

突变与癌发生过程中，中心作用的重要证据是来自于癌基因和抑癌基因的分子生物学研究。癌基因指可刺激正常细胞向癌细胞转向的基因，它源于原癌基因。癌的发生是因为正常细胞生长和发育发生了遗传学改变，正常细胞增殖调节需要在促第五十一页，共一百页，2022年，8月28日进生长因子与限制生长因子之间达到平衡，当原癌基因突变后，可刺激生长的基因过度表达，而抑癌基因的突变，可导致细胞增殖失去抑制作用。

抑癌基因(或称为肿瘤抑制基因、抗癌基因，antioncogene)的突变失活或缺失在许多肿瘤发生过程中起着重要作用。与癌基因不同，抗癌基因是隐性遗传，即为杂合子时，它不能表达。第五十二页，共一百页，2022年，8月28日

在许多人类的肿瘤中，可发现17号染色体上，称之为p53抑癌基因的突变。通过深入研究，认为人类肿瘤与p53基因接触致突变物有一定关系。第五十三页，共一百页，2022年，8月28日

许多肿瘤涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活。观察到多基因改变都支持癌起源于遗传变化积累的观点，说明致癌作用是一多阶段、多步骤的过程。它包括引发(initiation)、促长(promotion)和进展(progression)三个阶段，突变在这三个阶段中均有作用。引发指诱发遗传物质改变的过程，即细胞突变过程，它是癌变的始发阶段，为一个不可逆过程。具有引发作用的物质称为引发剂(initiator)。促长指由癌变细胞开始增殖过程。可刺激促长过程的物质称促长剂(promotor)。第五十四页，共一百页，2022年，8月28日由于结肠肿瘤的演进具有很明确的形态学时相，就有可能确定这种类型的肿瘤中基因突变发生的顺序。正常的结肠黏膜最初由上皮增生发展成为良性的腺瘤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，再经腺癌发展成为转移癌。结肠肿瘤的发生似乎是由于抑癌基因APC的杂合性丢失而开始的，APC的缺失可以发生于生殖第五十五页，共一百页，2022年，8月28日细胞或体细胞，导致逐渐增大的良性腺瘤。在良性腺瘤中常常有其中一个细胞发生Ras癌基因突变而导致进一步的克隆性发展。随后发生的抑癌基因DCC和p53缺失促进了从良性到恶性的发展过程。从腺瘤到癌的演进过程中还伴有DNA损伤修复基因的突变以及DNA甲基化状态的改变，因此，结肠癌变的过程是一个多基因参与、多步骤的过程。第五十六页，共一百页，2022年，8月28日第五十七页，共一百页，2022年，8月28日第四节机体对致突变作用的影响

机体修复DNA损伤的机制可分为两大类：损伤耐受机制和修复机制。损伤耐受指DNA遗传可绕过那些阻止DNA复制的DNA损伤。例如，细菌的重组修复，其复制机制是绕过一不能配对的嘧啶三聚体或者较大的化学加合物，在受损对应的新DNA链上留下一间隙，然后，通过重组过程，将来自母本链的DNA片段填上间隙。DNA修复机制可分为直接修复和切除修复。第五十八页，共一百页，2022年，8月28日

直接修复指引起DNA损伤的反应为可逆性的，如光修复。切除修复指将损伤或不正确的甲基去除和替换，如核苷酸去除，它是负责较大范围损伤的修复。

一、DNA损伤的修复

(一)光复活

光复活是一种依赖光的过程，它通过酶切下DNA上嘧啶二聚体，将毗连的嘧啶接回原结构上。光复活所依赖的酶，为光裂合酶(photolyase)，它广泛存在于生物体内，包括原核生物和真核生物。第五十九页，共一百页，2022年，8月28日

(二)“适应性”反应

机体有一种修复功能，依赖烷基转移酶作用，将鸟嘌呤O6位甲基转给蛋白质O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基化转移酶。这样，鸟嘌呤可恢复其正常的碱基配对特性。

(三)切除修复

切除修复是负责较大范围损伤的修复机制，它是多步骤修复过程，分为两种：一是切除核苷酸修复，另一是切除第六十页，共一百页，2022年，8月28日

碱基修复。切除修复不仅存在于细菌，也存在于真核生物，但它们在某些细节上有差异。

1.核苷酸切除修复

核苷酸切除是所有生物体内最常见的修复机制。它基本上可修复所有种类的DNA损伤，包括紫外线光产物、其他机制不能去除较大的DNA加合物以及由化学毒物所致的DNA链问交联如顺铂(cisplatin)。修复机制非常复杂，虽已有深入研究，但对于修复中的不均一性解释在转录、修复及突变之间关系的不可预见性所知尚少。第六十一页，共一百页，2022年，8月28日

2.碱基切除修复

由DNA糖基酶(DNAglycosylase)作用于受损的DNA，该酶可识别异常的碱基，通过切断碱基与脱氧核糖连接的键，使受损的碱基脱落，产生一个无嘌呤或无嘧啶位点，即AP位点。AP内切酶将DNA链切断，由聚合酶及连接酶作用完成修复过程。

3.误配修复误配修复(mismatchrepair)是一类性质截然不同的切除修复。第六十二页，共一百页，2022年，8月28日它可以识别并除去错配的碱基对，如G:T和A:C。4.复制后修复复制后修复(postreplicationrepair，PRR)与前述的修复交联不同。PRR严格来说，不是修复，而是一种耐受过程，一种以容忍损伤继续存在和在高突变率情况下，以换取细胞继续生存的耐受过程。5.呼救性修复(SOSrepair)亦可称SOS修复，此种修复对致突变作用不能提供完全的保护。第六十三页，共一百页，2022年，8月28日

二、遗传因素对致突变作用的影响

化学致突变作用的模式为损伤-修复-突变，只有修复功能饱和或能力不足时才会引起突变。个体因素影响致突变作用有两个方面，一是先天性，即遗传因素，也就是遗传多态性(geneticpolymorphysm)。二是后天性，主要指不同生活方式如吸烟、饮酒、营养缺乏或不平衡、年龄等。一般认为，遗传多态性在个体因素影响致突变作用中起决定作用。再者，后天的敏感性亦有可能在一定遗传背景上出现。第六十四页，共一百页，2022年，8月28日

(一)代谢酶遗传多态性

遗传多态性是一个衡量遗传变异的数据，即群体中多态基因的比例。多态性的标准是，当一个基因座位的最常见的等位基因频率不超过0.95时，这个基因座位即是多态性。代谢酶遗传多态性的生物学意义在于解释有些人易受致突变作用，是因为其体内代谢酶与大多数人不同，即代谢酶有遗传多态性。第六十五页，共一百页，2022年，8月28日

1.氧化代谢酶

细胞色素P-450是机体代谢化学毒物的主要酶类。发现这些酶的多态性使代谢功能出现较大差异，并因此而影响机体对某些毒物的敏感性。

2.酯酶

与致突变作用关系密切的是环氧水化酶(EH)。EH的作用具有三重性，它既是活化酶，如参与苯并(a)芘代谢，使之最后生成终致癌物，也是解毒酶。EH活性存在明显的个体差异。第六十六页，共一百页，2022年，8月28日

3.谷胱甘肽硫转移酶(GST)

它是体内重要的解毒酶系之一，许多疏水性及亲电子物质通过GST与谷胱甘肽结合形成硫醚酸，经尿排出体外。已知α、π、μ三种类型GST均有多态性。GSTβ是GST1位点的产物。这一位点有两个活跃的等位具有变异型：GST1-1、GST1-2，有些个体完全无活性者(O-等位基因)称为GST1-O。GSTμ的缺乏与肺癌敏感性有密切关系，即GST1-O的个体是患肺癌的高危人群。第六十七页，共一百页，2022年，8月28日

(二)修复功能的个体差异

机体对DNA损伤有多种修复系统，使其遗传保持高保真度。修复过程由不同功能的酶参与，表现出明显的个体差异。说明修复酶存在多态性。即修复能力差异造成机体对损伤的反应不一。

1.O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)

它是体内一种特异性修复酶。其作用是将嘌吟与嘧啶上的烷基转移到自身胱氨酸的残基上，而使碱基恢复原有的配对性。该酶有明显的组织差异和个体差异。第六十八页，共一百页，2022年，8月28日

2.聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP)

PARP的激活为DNA损伤后细胞的早期反应之一，它催化的反应作为DNA损伤的一系列细胞反应的过程之一，可影响DNA修复及损伤的结局；它对外来因素造成基因突变和肿瘤发生可产生抑制或促进作用，对于PARP的研究具有重要的毒理学意义。第六十九页，共一百页，2022年，8月28日第五节观察化学毒物致突变作用的基本方法

目前已有200多种试验，但重要的和作为常规使用的约20种。

一、观察项目的选择1.观察的效应终点类型

将试验观察到的现象所反映的各种事件统称为遗传学终点(geneticendpoint)。国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)于1983年提出致突变试第七十页，共一百页，2022年，8月28日

验的遗传学终点分为5类：①DNA完整性的改变(形成加合物、断裂、交联)；②DNA重排或交换；③DNA碱基序列改变；④染色体完整性改变；⑤染色体分离改变。其中③实际上指基因突变，④指染色体畸变。

2.成套的观察项目

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：①在成套观察项目中既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平还要从细胞第七十一页，共一百页，2022年，8月28日

水平来检测化学毒物的遗传毒性。②体内试验具有完整的活化系统，而体外试验则通过加入模拟代谢系统，如S9来弥补缺乏活化系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。在选择体内、体外试验时，还需要对其方方面面进行深入的了解。③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的致突变物。第七十二页，共一百页，2022年，8月28日第七十三页，共一百页，2022年，8月28日

关于遗传毒理学成套观察项目中那些试验可入选的原则有：①已知遗传毒性主要有基因突变、染色体畸变、染色体分离异常及原发性DNA损伤。一组可靠的试验系统应包括每一类型的遗传学终点。②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。③体内试验与体外试验配合，体内试验接近实际情况，但由于毒性动力学或其他原因，有时会漏检致突变物。④应包括生殖细胞和体细胞。第七十四页，共一百页，2022年，8月28日

为了将动物实验结果更准确地外推于人，在反映同一遗传学终点的多种实验中应尽可能地选择体内试验，以减少毒性差异，对于体外试验除应加模拟毒性系统以外，应尽量选用真核细胞而少用原核细胞，因为它们的DNA接触化学毒物的条件并不相同。

3.观察方法的新进展第七十五页，共一百页，2022年，8月28日

对这些化学物质的危害性作出评价，包括遗传毒性的评价。对原有的方法提出新的要求，如自动化检测。此外，随着科学技术的进步，尤其是分子生物学技术的日新月异，有可能更准确地测定致突变作用，如转基因小鼠致突变检测系统和荧光原位杂交技术(FISH)。

(1)转基因小鼠致突变检测系统：利用穿梭载体于原核和真核间往返转移，带可回收靶基因载体的转基因小第七十六页，共一百页，2022年，8月28日鼠提供哺乳动物体内基因的检测系统，用以测定自发和诱发突变率，分析基因突变的组织专一性和顺序变化，阐明DNA修复、基因毒性、突变和癌变的分子机制。

转基因动物是指基因组中整合以实验方法导入的稳定的外源DNA，并能遗传给后代的一类动物。其优点有：可根据需要导入目的基因，即致突变的靶基因；敏感性高，因为选用的外源基因对遗传损伤敏感性高，导第七十七页，共一百页，2022年，8月28日入动物体内后，仍有高敏感性；结果可靠性高，它是一完整生物体系，繁殖多代后仍能带有目的基因，具有四维特征，从根本上优于以前的体外检测系统。已建有供致突变试验用的转基因小鼠模型，其注册商品名为BigBlueMouse和MutaMouse。此外，转基因细胞也可用于体外毒理学试验。(2)微核自动化检测技术：主要使用流式细胞仪和图像分析系统两种仪器。流式细胞仪具有测定精确，定量参数多，检测速度快的特点。它利用染色技术，即第七十八页，共一百页，2022年，8月28日

用RNA特异荧光染料和DNA特异染料，在双激光流式细胞仪上检测小鼠外周血，可鉴别嗜多染红细胞(PCE)、成熟红细胞(NCE)、含微核的嗜多染红细胞(MPCE)、含微核的成熟红细胞(MNCE)，计算出受试物的微核率。

(3)荧光原位杂交技术：荧光原位杂交(fluorescenceinsituhybridization，FISH)是原位杂交(insituhybridization，ISH)的一种。ISH是一种在保持组第七十九页，共一百页，2022年，8月28日织、细胞或染色体原有形态结构基础上，对其内部特殊核苷酸顺序进行检测及定位的分子生物学手段。

FISH是利用荧光探测剂，将已标记或经特殊修饰的核酸探针与已固定的组织、细胞或染色体中DNA、RNA杂交，继而通过分析标记探针在被检对象中的显示状况而达到对特殊目标顺序进行检测、定位的目的。它在遗传毒理学中主要有以下两个方面的应用：一是对染色体精细结构的分析，另一是对非整倍体的检测。第八十页，共一百页，2022年，8月28日

二、常用的致突变试验

(一)细菌回复突变试验(Ames试验)

细菌回复突变试验是利用突变体的测试菌株，观察受试物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变，判断其致突变性。常用的菌株有鼠伤寒沙门菌(Salmonellatyphimurium)和大肠杆菌(E．Coli)。第八十一页，共一百页，2022年，8月28日

Ames试验是采用鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型突变株作为指示微生物，检测受试物的致突变性的试验。原理是人工诱变的突变株在组氨酸操纵子中有一个突变，突变的菌株必须依赖外源性组氨酸才能生长，而在无组氨酸的选择性培养基上不能存活，致突变物可使其基因发生回复突变，使它在缺乏组氨酸的培养基上也能生长。计数诱发的回复菌落数即可判断化学毒物的致突变性。第八十二页，共一百页，2022年，8月28日

试验中可供选用的测试菌株有多种，所携带的突变是在不同的基因中，各有不同的特性，有的测定碱基置换，有的测定移码突变，有的两者都可测定。

已知Ames试验菌株有不同的突变菌株，其检出能力也不一，因此在试验中菌株也要配套。我国普遍采用1983年由Maron和Ames推荐的组合菌株，即TA100、TA98、TA97和TA102。Ames试验的方法有平板掺入法、点试法及预培养法等。第八十三页，共一百页，2022年，8月28日第八十四页，共一百页，2022年，8月28日

(二)微核试验

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体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核，称为微核(micronucleus)。常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验。PCE是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出，微核容易辩认，PCE胞质含RNA染色与成熟红细胞易于区别，故为骨髓微核试验的首选细胞群。第八十五页，共一百页，2022年，8月28日第八十六页，共一百页，2022年，8月28日

微核试验(micronucleustest，MNT)是观察受试物能否产生微核的试验。其主要是检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。微核试验的灵敏度与细胞遗传学试验基本相同，但它观察技术简易而省时。

(三)染色体畸变分析

观察染色体形态结构和数目改变称为染色体畸变分析(chromosomeaberrationanalysis)，又称细胞遗传学试验(cytogeneticassay)。第八十七页，共一百页，2022年，8月28日

对于结构畸变，一般只观察到裂隙、断裂、断片、微小体、染色体环、粉碎、双或多着丝粒染色体和射体。对于缺失，除染色单体缺失外，需作核型分析。即染色体摄影拍片后，再排列进行细微观察或用电子计算机进行图象分析。

对于数目畸变，需在染毒后经过一次有丝分裂才能发现。但是经过一次有丝分裂后，一些结构畸变可能因遗传物质的丢失而致细胞死亡，因此不能发现。第八十八页，共一百页，2022年，8月28日

(四)姐妹染色单体交换试验

姐妹染色单体交换(sister-chromatidexchange，SCE)指染色体同源座位上DNA复制产物的相互交换，其频率与DNA断裂和修复有关。

原理：对于分裂的细胞，如将5-溴脱氧尿嘧啶核苷(5-BrdU)加入合成DNA的原料中，经过两个分裂周期后，两条染色单体，其中一条DNA链的双股内的胸腺第八十九页，共一百页，2022年，8月28日

嘧啶核苷均被BrdU取代，另一条只有一股被取代。此时，用染色剂如吉姆萨和光处理，使双股含BrdU的染色单体着色浅淡，而单股含BrdU的染色单体着色深。在普通光学显微镜下，可清晰分辨出交换的染色单体，计数SCE数。借此判断受试物对DNA是否有损伤作用。第九十页，共一百页，2022年，8月28日第九十一页，共一百页，2022年，8月28日

(五)果蝇伴性隐性致死试验

果蝇伴性隐性致死试验(sex-linkedrecessivelethaltest，SLRL)是利用隐性基因在伴性遗传中具有交叉遗传特征，选择黑腹果蝇(drosophilamelanogaster)为实验动物，给予雄蝇受试物，如雄蝇的