食品毒理学-第九章-外源化学物的致癌作用汇总课件

第九章外源化学物的致癌作用

ChemicalCarcinogenesis第九章外源化学物的致癌作用

ChemicalCarci1癌症癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。据有关部门统计：全世界每年因癌症死亡的人数高达630万人，而我国每年因癌症死亡的人数已达130万人，并且癌症患者每年以3％的速度递增。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位，甚至第一位。我国占第二位（20%）。我国城市人口癌症死亡率占癌症死亡率占死因顺位的第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。据有关部门统计：全世2癌症林晓旭付彪梅艳芳癌症林晓旭付彪梅艳芳3癌症的病因很复杂，主要有遗传因素和环境因素。①近年来肿瘤发病率和死亡率不断增高，发癌年龄年轻化；②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；③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。癌症的病因很复杂，主要有遗传因素和环境因素。①近年来肿瘤发病4基本概念肿瘤指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物，在人体任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。恶性增生转移基本概念肿瘤指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生恶性转化5肿瘤与癌的区别tumor,neoplasm,Cancer,carcinomatumor：是指所有的肿瘤，无论其良恶性和组织来源，任何的肿瘤都可以泛称为tumorcancer是指所有的恶性肿瘤的总称，其范围较tumor为小。carcinoma是指所有上皮组织来源的恶性肿瘤肿瘤与癌的区别6在毒理学中，“癌”的概念广泛，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变（肉瘤）及良性肿瘤。这是因为迄今为止尚未发现只诱发良性肿瘤的致癌物，而且，良性肿瘤有恶变的可能。基本概念在毒理学中，“癌”的概念广泛，包括上皮的恶性变(癌)，也包括7致癌作用(carcinogenesis)是指环境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。基本概念重要致癌作用(carcinogenesis)基本概念重要8化学致癌(chemicalcarcinogenesis)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。具有这类作用的化学物质称为化学致癌物(chemicalcarcinogen)。基本概念化学致癌(chemicalcarcinogenesis)基9第一节化学致癌过程及机制在化学致癌机制研究中形成了多种学说，如体细胞突变学说、癌基因学说、亲电子剂学说、癌变多阶段学说、表观遗传机制学说等。其中最经典的是体细胞突变学说，而与之相应的非突变致癌学说泛指所有不涉及碱基序列改变的致癌机制，目前普遍认为外源化学致癌物诱导的肿瘤发生可能是上述两种主要机制共同作用的结果，即两者协同作用，共同控制细胞癌变过程。重要第一节化学致癌过程及机制在化学致癌机制研究中形成了多种学说10细胞癌变的多阶段学说虽然目前化学致癌机制还未彻底阐明，但一致认为：化学致癌是多因素、多基因参与的多阶段过程。化学致癌物原癌基因抑癌基因DNA修复基因代谢酶基因凋亡基因抗凋亡基因外因性因素：

理化和生物因素、营养等内源性因素遗传、免疫、激素、精神等生物体

引起癌基因、抑癌基因等发生点突变、扩增、易位、重排、缺失等使癌基因活化，抑癌基因失活，导致细胞的增殖、分化、凋亡异常引起肿瘤。

重要多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用细胞癌变的多阶段学说虽然目前化学致癌机制还未彻底阐明，但一111与肿瘤有关的因素已鉴定的人类主要环境致癌因素：化学致癌物：如香烟烟雾中的化学致癌物、药物饮食中的污染物：如黄曲霉毒素B1物理因素：如紫外线、石棉、氡致病菌和病毒：如幽门螺旋菌、人乳头状瘤病毒、人乙肝和丙肝病毒某些生活方式：如吸烟、熬夜、过度暴露于阳光、过度脂肪摄入等癌症是可以预防的！1与肿瘤有关的因素已鉴定的人类主要环境致癌因素：癌症是可以12Doll和Peto于1981年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分率(范围)；烟草30％(25％～40％)，酒精3％(2％～4％)，饮食35％(10％～70％)，食品添加剂＜1％，生殖和性行为7％(1％～13％)，职业4％，污染2％，工业产品＜1％，药品和医学处置1％，感染10％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，未知7％。其中，化学因素约占77％。研究化学致癌作用具有重要意义！Doll和Peto于1981年报告了归因于环境因素的癌症死亡132与肿瘤有关的基因原癌基因（100多种）正常细胞中也存在着在核酸水平及蛋白质产物水平与病毒癌基因高度相似的DNA序列抑癌基因（30种）肿瘤抑制基因可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达，只有当它自己不能表达或其基因产物去活化才容许肿瘤性状的表达。凋亡基因及抗凋亡基因DNA修复基因表观遗传机制代谢酶基因：2与肿瘤有关的基因原癌基因（100多种）143化学致癌作用的多阶段过程癌变的阶段学说是在上世纪40年代，Rous、Mottram和Bemblum等分别研究利用致癌性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动，initiation)和促长(promotion)两个阶段。3化学致癌作用的多阶段过程癌变的阶段学说是在上世纪40年代15其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20周后不发生乳头瘤或很少发生。但如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周2次，共20周)则有约1／3～1／2的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂(initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得到证实。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿瘤发生的剂量)16激发和促进图示激发和促进图示17激发和促进图示激发和促进图示18进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进展(progression)阶段。在引发和进展阶段有细胞基因组(DNA)的结构改变。在促长阶段虽不涉及细胞基因组的结构改变，但依赖于基因的表达改变。目前较为公认的学说认为：化学致癌过程至少包括3个阶段：引发阶段（initiation）、促长阶段（promotion）、进展阶段（progression）。重要进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变19（1）引发阶段（initiation）引发阶段是指化学物或其活性代谢物(亲电子剂)与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA修复和细胞增殖。终致癌物引起DNA损伤可诱导DNA修复，DNA修复可能是无误的，也可能将错误的碱基引入基因组，而细胞增殖对于产生基因组可遗传的改变是必需的。（1）引发阶段（initiation）引发阶段是指化学物或其20引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分裂来“固定”引发事件，引发所确定的基因型和／或表型是不可逆的。引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发是不可逆的，但并非所有的引发细胞都将构成肿瘤，因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋亡)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分21引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，引发作用是不可逆的并且是累积性的。引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征是取决于细胞对致癌物的代谢、DNA修复及细胞增殖／凋亡的平衡。引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，引22（２）促长阶段（promotion）促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂单独使用不具致癌性，必须在引发剂后使用才发挥促长作用，促长剂通常是非致突变物，存在阈剂量和最大效应，其剂量反应关系呈S形曲线。（２）促长阶段（promotion）促长阶段是引发细胞增殖成23促长剂作用的可能机制：促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部增殖并引起良性局灶性病理损害如乳头瘤、结节或息肉。这些病损很多会消退，仅少数细胞发生进一步突变引成恶性肿瘤。促长剂可能经特异的受体中介干扰细胞信号转导途径、改变基因表达；促长剂可能在细胞和分子水平上通过改变细胞周期控制，选择性促进引发细胞的增殖；促长剂还可能抑制程序性细胞死亡(凋亡)。促长剂作用的可能机制：促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部24促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，因此在促长阶段(特别是在早期)持续给以促长剂是必需的。促长阶段的另一个特点是对生理因素调节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促长作用。促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，因此在促长阶25（３）进展阶段（progression）进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程，在进展期肿瘤获得生长、侵袭和转移。在进展期中可观察到恶性肿瘤(癌)的多种特征，包括生长率增加、侵袭、转移、对激素无反应性、形态特征随疾病的发展独立地变异等。这些特征是由于在进展阶段的核型不稳定性。环境因素在早期可影响进展阶段，但随恶性肿瘤的生长和核型不稳定性的发展，对环境因素的反应可能丧失。作用于促长阶段的细胞转变成进展期的化学物称为进展剂(progressor)，进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。（３）进展阶段（progression）进展阶段是从引发细胞26进展剂导致核型不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端粒功能改变、DNA低甲基化、重组、基因易位和基因扩增等。进展阶段主要的特征是核型不稳定性，肿瘤的染色体发生断裂和断片易位，存在多复本或部分／整个缺失。染色体结构改变伴有细胞癌基因和／或肿瘤抑制基因的突变，这些突变可能反映了适于恶性生长的细胞选择并也可能反过来增加了核型不稳定性。这些突变可能来自于癌基因／肿瘤抑制基因的功能改变或由于化学致癌物暴露。进展剂导致核型不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端27兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物(completecarcinogen)。综上所述，化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定性。正常细胞经过遗传学改变的积累才能转变为癌细胞。兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物(28第二节化学致癌物质凡是能引起动物和人类肿瘤，增加其发病率或死亡率的化合物即为化学致癌物。第二节化学致癌物质凡是能引起动物和人类肿瘤，增加其发病率或29人类化学致癌物的分类2002年，国际癌症研究所(IARC)对已进行致癌研究的化学物分为四类：1类，对人致癌性证据充分；有87种2类，对人类很可能或可能是致癌物A组对人致癌性证据有限，但对动物致癌性证据充分（63种），B组人致癌性证据有限，对动物致癌性证据也不充分（234种）；3类，可疑致癌物现有证据未能对人类致癌性进行分级评价（493种）；4类，对人可能是非致癌物（1种）美舍吡伦。重要人类化学致癌物的分类2002年，国际癌症研究所(IARC)对30自1981年起，Weisburger和Williams等主要按照致癌物的作用特点提出致癌物的分类表，以后又多次修改该表。现在认为致癌物可分为三大类。1、遗传毒性致癌物2、非遗传毒性致癌物3、暂未确定遗传毒性的致癌物自1981年起，Weisburger和Williams等主要311、遗传毒性致癌物大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一大类。（1）直接致癌物（2）间接致癌物（3）无机致癌物1、遗传毒性致癌物大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一32(1)直接致癌物直接致癌物(directactingcarcinogen)可以不经过代谢活化即具有活性的致癌物；其化学结构的固有特性是不需要代谢活化即具有亲电子活性，能与亲核分子(包括DNA)共价结合形成加合物(adduct)。(1)直接致癌物直接致癌物(directactingc33这类物质绝大多数是合成的有机物，包括有：内酯类（如β-丙烯内酯，丙烷磺内酯和a,β-不饱和六环丙酯类）；烯化环氧化物（如1,2,3,4-丁二烯环氧化物）；硫酸类酯；芥子气和氮芥等；活性卤代烃类（如双氯甲醚、苄基氯、甲基碘和二甲氨基甲酰氯），其中双氯甲醇的高级卤代烃同系物随着烷基的碳原子增多，致癌活性下降。除前述烷化剂外，一些铂的配位络合物(如二氯二氨基铂，二氯(吡咯烷)铂，以及二氧-1、2-二氨基环己烷铂)也有直接致癌活性，通常其顺式异构体的活性较反式异构体高。这类物质绝大多数是合成的有机物，包括有：内酯类（如β-丙烯内34(2)间接致癌物间接致癌物(indirectactingcarcinogen)本身并不直接致癌，必须经代谢活化才具有致癌活性的致癌物，(2)间接致癌物间接致癌物(indirectactin35这类致癌物往往不能在接触的局部致癌，而在其发生代谢活化的组织中致癌。包括：多环或杂环芳烃：如苯并(a)芘、苯并(a)蒽、3-甲基胆蒽、7,12-H甲苯并(a)蒽、二苯并(a,h)蒽等；芳香胺：单环芳香胺（如邻甲苯胺、邻茴香胺）；双环或多环芳香胺（如2-萘胺、联苯胺等）；偶氮化合物(如二甲氨基偶氮苯等)；亚硝胺类。这类致癌物往往不能在接触的局部致癌，而在其发生代谢活化的组织36天然物质及其加工产物在国际癌症研究中心(IARC)1978年公布的34种人类致癌物中占5种，黄曲霉毒素、环孢素A、烟草和烟气、槟榔及酒精性饮料。黄曲霉毒素B1已知最强烈的致癌物之一，主要在肝内代谢，环氧化产物，可与DNA形成加合物。也可通过羟化和去甲基化形成羟化产物，使致癌活性降低。天然物质及其加工产物在国际癌症研究中心(IARC)1978年37一些毒菌的产物，如环孢素A、阿霉素、道诺霉素、更生霉素也是前致癌物。这些物质常作为药物使用。烟草即使未经燃烧和热解也会含有亚硝基去甲菸碱等致癌物。烟草的烟气中更含有多种致癌物，如多环芳烃、杂环化合物、酚类衍生物等致癌物。烟草的烟气中还含有大量促癌物，这就是提倡戒烟的原因之一。嚼食烟叶和使用鼻烟时所含的亚硝胺能诱发口腔癌和上呼吸道癌。槟榔中的槟榔碱可形成亚硝胺，口嚼槟榔使口腔癌和上消化道发癌率和死亡率增高。一些毒菌的产物，如环孢素A、阿霉素、道诺霉素、更生霉素也是前38（3）无机致癌物钴、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、铬、铅、铍及其某些盐类均可在一定条件下致癌，其中镍和钛的致癌性最强。（3）无机致癌物钴、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、铬、392、非遗传毒性致癌物指根据目前的试验证明不能与DNA发生反应的致癌物（6类）。（1）促长剂虽然促长剂单独不致癌，却可促进亚致癌剂量的致癌物与机体接触启动后致癌，所以认为促癌作用是致癌作用的必要条件。巴豆油（佛波脂，TPA）是二阶段小鼠皮肤癌诱发试验中的典型促癌剂，在体外多种细胞系统中有促癌作用。苯巴比妥对大鼠或小鼠的肝癌发生有促癌作用。色氨酸及其代谢产物和糖精对膀胱癌也有促癌作用。2、非遗传毒性致癌物指根据目前的试验证明不能与DNA发生反40（2）细胞毒物最老的理论认为慢性刺激可以致癌，目前认为导致细胞死亡的物质可引起代偿性增生，以致发生肿瘤。其确切机理尚不清楚，但可能涉及机体对环境有害因素致癌作用的易感性增高。一些氯代烃类促癌剂作用机理可能与细胞毒性作用有关。（2）细胞毒物41氮川三乙酸氮川三乙酸（nitrilotriaceticacid,NTA）可致大鼠和小鼠肾癌和膀胱癌，初步发现其作用机理是将血液中的锌带入肾小管超滤液，并被肾小管上皮重吸收。由于锌对这些细胞具有毒性，可造成损伤并导致细胞死亡，结果是引起增生和肾肿瘤形成。在尿液中NTA还与钙络合，使钙由肾盂和膀胱的移行上皮渗出，以致刺激细胞增殖，并形成肿瘤。氮川三乙酸氮川三乙酸（nitrilotriaceticac42（3）激素40年前就发现雌性激素可引起动物肿瘤。以后发现多数干扰内分泌器官功能的物质可使这些器官的肿瘤增多。雌激素的致癌机理尚不清楚，但很可能与促癌作用有关；一般认为需要长期在体内维持高水平激素才能在内分泌敏感器官中诱发肿瘤。孕妇使用人工合成的雌激素（已烯雌酚，DES）保胎时，可能使下一代的青春期女子发生阴道透明细胞癌。其机理相当复杂。（3）激素43（4）免疫抑制剂免疫抑制过程从多方面影响肿瘤形成。硫唑嘌呤、6-巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使动物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。环孢素A是近年器官移植中使用的免疫抑制剂，曾认为不致癌。但现已查明，使用过该药患者的淋巴瘤的发生率增高。（4）免疫抑制剂44（5）固态物质啮齿动物皮下包埋塑料后，经过较长的潜伏期，可导致肉瘤形成。其化学成分并不重要，只要是薄片，即使是金属也和各种塑料同样可导致肿瘤形成。关键是大小和形状，而且光滑者比粗糙者更有效，有孔的比无孔的效果差。其作用机理可能是固态物质可对上皮成纤维细胞增殖提供基底。石棉和其他矿物粉尘，如铀矿或赤铁矿粉尘，可增强吸烟致肺癌的作用。（5）固态物质45（6）过氧化物酶体增生剂具有使啮齿动物肝脏中的过氧化物酶体（一种单层膜的亚细胞器）增生的各种物质都可诱发肝肿瘤。目前认为，肝过氧化物酶体及H202增多，可导致活性氧增多，发生信号转导作用，造成DNA损伤并启动致癌过程。已发现的过氧化物酶体增生剂有：降血脂药物安妥明、邻苯二甲酸乙基己酯。（6）过氧化物酶体增生剂463、暂未确定遗传毒性的致癌物还有一些则致癌方式尚未完全阐明，例如四氯化碳、某些多氯烷烃和烯烃等。这些物质在致突变试验中为阴性或可疑，体内和体外研究又未显示出能转化为活性亲电子性代谢产物。3、暂未确定遗传毒性的致癌物还有一些则致癌方式尚未完全阐明，47第三节化学毒物致癌性的判别第三节化学毒物致癌性的判别481用于致癌物筛选的短期试验致突变试验：①基因突变试验：鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames试验);②染色体畸变试验：体外细胞系细胞遗传学分析，小鼠骨髓微核试验，大鼠骨髓染色体畸变试验;③原发性DNA损伤：DNA加合物，链断裂，DNA修复诱导(细菌SOS反应，大鼠肝UDS诱导)，SCE试验；④体外细胞转化：叙利亚地鼠胚胎细胞，Balb/c3T3细胞。1用于致癌物筛选的短期试验致突变试验：49Ames试验对于诱变作用的致癌性可以检出大部分，但对于无诱变性的致癌物则不能准确判定。重要Ames试验对于诱变作用的致癌性可以检出大部分，但对于无诱变502动物诱癌实验（1）小鼠皮肤肿瘤诱发试验：于小鼠皮肤局部连续涂抹受试物，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)。2动物诱癌实验（1）小鼠皮肤肿瘤诱发试验：于小鼠皮肤局部连51（2）哺乳动物长期致癌试验：试验动物物种和品系：要求用两种实验动物，常规选用大鼠和小鼠，也可用仓鼠。啮齿类动物对多数致癌物易感性较高，寿命相对较短，费用也较低，生理和病理学资料较完备，因此使用最广泛。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：为接近人类情况，应使用同等数量的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。（2）哺乳动物长期致癌试验：52动物数量：每组至少有雌雄各50只动物，希望在出现第一个肿瘤时，每组还有不少于25只动物。染毒途径

试验期限小鼠和仓鼠在18个月，大鼠在24个月时各组存活的动物不能少于50％。动物数量：每组至少有雌雄各50只动物，希望在出现第一个肿瘤时53致癌试验阳性的判定标准[WHO(1969)]：(1)对于对照组也出现的一种或数种肿瘤，试验组肿瘤发生率增加；(2)试验组发生对照组没有的肿瘤类型；(3)试验组肿瘤发生早于对照组；(4)与对照组比较，试验组每个动物的平均肿瘤数增加。在进行试验的两个物种两种性别动物中，有一种结果为阳性，即认为该受试物有致癌性。两个物种两种性别动物试验结果均为阴性时，方能认为未观察到致癌作用。致癌试验阳性的判定标准[WHO(1969)]：543人群流行病学观察人群流行病学观察，在判别人类致癌物中具有决定意义。只根据完整的人类流行病学资料，即可判断某种物质是否为人类致癌物。3人群流行病学观察人群流行病学观察，在判别人类致癌物中具有551775年——英国PercivallPott阴囊癌童年时当过烟囱清扫工的工人易患阴囊癌，并推测致癌物质可能是煤燃烧后产生的煤焦油。1895年——德国Rehn职业性膀胱癌染料工人比普通人群易发生膀胱癌1915年——日本山极和市川试验性皮肤癌用煤焦油涂抹兔子的耳朵诱导皮肤癌。1945年——英国Case职业性膀胱癌，证实了接触β-萘胺和联苯胺是致癌物。1775年——英国PercivallPott阴囊癌563.1接触标记检查在细胞、组织或体液内某些致癌物的含量，衡量接触的水平。生物有效剂量：DNA加合物和蛋白质加合物3.1接触标记检查在细胞、组织或体液内某些致癌物的含量，573.2生物效应标记微核形成染色体畸变肿瘤抑制基因突变癌基因活化3.2生物效应标记微核形成583.3敏感性标记衡量致癌物反应性个体差异的标记，用于检出肿瘤高危个体。P-450亚型谷胱甘肽S-转移酶（GST）3.3敏感性标记衡量致癌物反应性个体差异的标记，用于检出肿59本章重点1、基本概念：化学致癌物，化学致癌作用，终致癌物2、如何理解化学致癌是多因素、多基因参与的多阶段过程？3、简述化学致癌过程的3个阶段。本章重点1、基本概念：化学致癌物，化学致癌作用，终致癌物60ThanksThanks61第九章外源化学物的致癌作用

ChemicalCarcinogenesis第九章外源化学物的致癌作用

ChemicalCarci62癌症癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。据有关部门统计：全世界每年因癌症死亡的人数高达630万人，而我国每年因癌症死亡的人数已达130万人，并且癌症患者每年以3％的速度递增。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位，甚至第一位。我国占第二位（20%）。我国城市人口癌症死亡率占癌症死亡率占死因顺位的第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。据有关部门统计：全世63癌症林晓旭付彪梅艳芳癌症林晓旭付彪梅艳芳64癌症的病因很复杂，主要有遗传因素和环境因素。①近年来肿瘤发病率和死亡率不断增高，发癌年龄年轻化；②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；③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。癌症的病因很复杂，主要有遗传因素和环境因素。①近年来肿瘤发病65基本概念肿瘤指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物，在人体任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。恶性增生转移基本概念肿瘤指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生恶性转化66肿瘤与癌的区别tumor,neoplasm,Cancer,carcinomatumor：是指所有的肿瘤，无论其良恶性和组织来源，任何的肿瘤都可以泛称为tumorcancer是指所有的恶性肿瘤的总称，其范围较tumor为小。carcinoma是指所有上皮组织来源的恶性肿瘤肿瘤与癌的区别67在毒理学中，“癌”的概念广泛，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变（肉瘤）及良性肿瘤。这是因为迄今为止尚未发现只诱发良性肿瘤的致癌物，而且，良性肿瘤有恶变的可能。基本概念在毒理学中，“癌”的概念广泛，包括上皮的恶性变(癌)，也包括68致癌作用(carcinogenesis)是指环境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。基本概念重要致癌作用(carcinogenesis)基本概念重要69化学致癌(chemicalcarcinogenesis)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。具有这类作用的化学物质称为化学致癌物(chemicalcarcinogen)。基本概念化学致癌(chemicalcarcinogenesis)基70第一节化学致癌过程及机制在化学致癌机制研究中形成了多种学说，如体细胞突变学说、癌基因学说、亲电子剂学说、癌变多阶段学说、表观遗传机制学说等。其中最经典的是体细胞突变学说，而与之相应的非突变致癌学说泛指所有不涉及碱基序列改变的致癌机制，目前普遍认为外源化学致癌物诱导的肿瘤发生可能是上述两种主要机制共同作用的结果，即两者协同作用，共同控制细胞癌变过程。重要第一节化学致癌过程及机制在化学致癌机制研究中形成了多种学说71细胞癌变的多阶段学说虽然目前化学致癌机制还未彻底阐明，但一致认为：化学致癌是多因素、多基因参与的多阶段过程。化学致癌物原癌基因抑癌基因DNA修复基因代谢酶基因凋亡基因抗凋亡基因外因性因素：

理化和生物因素、营养等内源性因素遗传、免疫、激素、精神等生物体

引起癌基因、抑癌基因等发生点突变、扩增、易位、重排、缺失等使癌基因活化，抑癌基因失活，导致细胞的增殖、分化、凋亡异常引起肿瘤。

重要多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用细胞癌变的多阶段学说虽然目前化学致癌机制还未彻底阐明，但一721与肿瘤有关的因素已鉴定的人类主要环境致癌因素：化学致癌物：如香烟烟雾中的化学致癌物、药物饮食中的污染物：如黄曲霉毒素B1物理因素：如紫外线、石棉、氡致病菌和病毒：如幽门螺旋菌、人乳头状瘤病毒、人乙肝和丙肝病毒某些生活方式：如吸烟、熬夜、过度暴露于阳光、过度脂肪摄入等癌症是可以预防的！1与肿瘤有关的因素已鉴定的人类主要环境致癌因素：癌症是可以73Doll和Peto于1981年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分率(范围)；烟草30％(25％～40％)，酒精3％(2％～4％)，饮食35％(10％～70％)，食品添加剂＜1％，生殖和性行为7％(1％～13％)，职业4％，污染2％，工业产品＜1％，药品和医学处置1％，感染10％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，未知7％。其中，化学因素约占77％。研究化学致癌作用具有重要意义！Doll和Peto于1981年报告了归因于环境因素的癌症死亡742与肿瘤有关的基因原癌基因（100多种）正常细胞中也存在着在核酸水平及蛋白质产物水平与病毒癌基因高度相似的DNA序列抑癌基因（30种）肿瘤抑制基因可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达，只有当它自己不能表达或其基因产物去活化才容许肿瘤性状的表达。凋亡基因及抗凋亡基因DNA修复基因表观遗传机制代谢酶基因：2与肿瘤有关的基因原癌基因（100多种）753化学致癌作用的多阶段过程癌变的阶段学说是在上世纪40年代，Rous、Mottram和Bemblum等分别研究利用致癌性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动，initiation)和促长(promotion)两个阶段。3化学致癌作用的多阶段过程癌变的阶段学说是在上世纪40年代76其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20周后不发生乳头瘤或很少发生。但如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周2次，共20周)则有约1／3～1／2的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂(initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得到证实。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿瘤发生的剂量)77激发和促进图示激发和促进图示78激发和促进图示激发和促进图示79进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进展(progression)阶段。在引发和进展阶段有细胞基因组(DNA)的结构改变。在促长阶段虽不涉及细胞基因组的结构改变，但依赖于基因的表达改变。目前较为公认的学说认为：化学致癌过程至少包括3个阶段：引发阶段（initiation）、促长阶段（promotion）、进展阶段（progression）。重要进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变80（1）引发阶段（initiation）引发阶段是指化学物或其活性代谢物(亲电子剂)与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA修复和细胞增殖。终致癌物引起DNA损伤可诱导DNA修复，DNA修复可能是无误的，也可能将错误的碱基引入基因组，而细胞增殖对于产生基因组可遗传的改变是必需的。（1）引发阶段（initiation）引发阶段是指化学物或其81引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分裂来“固定”引发事件，引发所确定的基因型和／或表型是不可逆的。引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发是不可逆的，但并非所有的引发细胞都将构成肿瘤，因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋亡)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分82引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，引发作用是不可逆的并且是累积性的。引发剂作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征是取决于细胞对致癌物的代谢、DNA修复及细胞增殖／凋亡的平衡。引发剂本身有致癌性，大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量，引83（２）促长阶段（promotion）促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂单独使用不具致癌性，必须在引发剂后使用才发挥促长作用，促长剂通常是非致突变物，存在阈剂量和最大效应，其剂量反应关系呈S形曲线。（２）促长阶段（promotion）促长阶段是引发细胞增殖成84促长剂作用的可能机制：促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部增殖并引起良性局灶性病理损害如乳头瘤、结节或息肉。这些病损很多会消退，仅少数细胞发生进一步突变引成恶性肿瘤。促长剂可能经特异的受体中介干扰细胞信号转导途径、改变基因表达；促长剂可能在细胞和分子水平上通过改变细胞周期控制，选择性促进引发细胞的增殖；促长剂还可能抑制程序性细胞死亡(凋亡)。促长剂作用的可能机制：促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部85促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，因此在促长阶段(特别是在早期)持续给以促长剂是必需的。促长阶段的另一个特点是对生理因素调节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促长作用。促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，因此在促长阶86（３）进展阶段（progression）进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程，在进展期肿瘤获得生长、侵袭和转移。在进展期中可观察到恶性肿瘤(癌)的多种特征，包括生长率增加、侵袭、转移、对激素无反应性、形态特征随疾病的发展独立地变异等。这些特征是由于在进展阶段的核型不稳定性。环境因素在早期可影响进展阶段，但随恶性肿瘤的生长和核型不稳定性的发展，对环境因素的反应可能丧失。作用于促长阶段的细胞转变成进展期的化学物称为进展剂(progressor)，进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。（３）进展阶段（progression）进展阶段是从引发细胞87进展剂导致核型不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端粒功能改变、DNA低甲基化、重组、基因易位和基因扩增等。进展阶段主要的特征是核型不稳定性，肿瘤的染色体发生断裂和断片易位，存在多复本或部分／整个缺失。染色体结构改变伴有细胞癌基因和／或肿瘤抑制基因的突变，这些突变可能反映了适于恶性生长的细胞选择并也可能反过来增加了核型不稳定性。这些突变可能来自于癌基因／肿瘤抑制基因的功能改变或由于化学致癌物暴露。进展剂导致核型不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端88兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物(completecarcinogen)。综上所述，化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定性。正常细胞经过遗传学改变的积累才能转变为癌细胞。兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为完全致癌物(89第二节化学致癌物质凡是能引起动物和人类肿瘤，增加其发病率或死亡率的化合物即为化学致癌物。第二节化学致癌物质凡是能引起动物和人类肿瘤，增加其发病率或90人类化学致癌物的分类2002年，国际癌症研究所(IARC)对已进行致癌研究的化学物分为四类：1类，对人致癌性证据充分；有87种2类，对人类很可能或可能是致癌物A组对人致癌性证据有限，但对动物致癌性证据充分（63种），B组人致癌性证据有限，对动物致癌性证据也不充分（234种）；3类，可疑致癌物现有证据未能对人类致癌性进行分级评价（493种）；4类，对人可能是非致癌物（1种）美舍吡伦。重要人类化学致癌物的分类2002年，国际癌症研究所(IARC)对91自1981年起，Weisburger和Williams等主要按照致癌物的作用特点提出致癌物的分类表，以后又多次修改该表。现在认为致癌物可分为三大类。1、遗传毒性致癌物2、非遗传毒性致癌物3、暂未确定遗传毒性的致癌物自1981年起，Weisburger和Williams等主要921、遗传毒性致癌物大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一大类。（1）直接致癌物（2）间接致癌物（3）无机致癌物1、遗传毒性致癌物大部分“经典”的有机致癌物基本上属于这一93(1)直接致癌物直接致癌物(directactingcarcinogen)可以不经过代谢活化即具有活性的致癌物；其化学结构的固有特性是不需要代谢活化即具有亲电子活性，能与亲核分子(包括DNA)共价结合形成加合物(adduct)。(1)直接致癌物直接致癌物(directactingc94这类物质绝大多数是合成的有机物，包括有：内酯类（如β-丙烯内酯，丙烷磺内酯和a,β-不饱和六环丙酯类）；烯化环氧化物（如1,2,3,4-丁二烯环氧化物）；硫酸类酯；芥子气和氮芥等；活性卤代烃类（如双氯甲醚、苄基氯、甲基碘和二甲氨基甲酰氯），其中双氯甲醇的高级卤代烃同系物随着烷基的碳原子增多，致癌活性下降。除前述烷化剂外，一些铂的配位络合物(如二氯二氨基铂，二氯(吡咯烷)铂，以及二氧-1、2-二氨基环己烷铂)也有直接致癌活性，通常其顺式异构体的活性较反式异构体高。这类物质绝大多数是合成的有机物，包括有：内酯类（如β-丙烯内95(2)间接致癌物间接致癌物(indirectactingcarcinogen)本身并不直接致癌，必须经代谢活化才具有致癌活性的致癌物，(2)间接致癌物间接致癌物(indirectactin96这类致癌物往往不能在接触的局部致癌，而在其发生代谢活化的组织中致癌。包括：多环或杂环芳烃：如苯并(a)芘、苯并(a)蒽、3-甲基胆蒽、7,12-H甲苯并(a)蒽、二苯并(a,h)蒽等；芳香胺：单环芳香胺（如邻甲苯胺、邻茴香胺）；双环或多环芳香胺（如2-萘胺、联苯胺等）；偶氮化合物(如二甲氨基偶氮苯等)；亚硝胺类。这类致癌物往往不能在接触的局部致癌，而在其发生代谢活化的组织97天然物质及其加工产物在国际癌症研究中心(IARC)1978年公布的34种人类致癌物中占5种，黄曲霉毒素、环孢素A、烟草和烟气、槟榔及酒精性饮料。黄曲霉毒素B1已知最强烈的致癌物之一，主要在肝内代谢，环氧化产物，可与DNA形成加合物。也可通过羟化和去甲基化形成羟化产物，使致癌活性降低。天然物质及其加工产物在国际癌症研究中心(IARC)1978年98一些毒菌的产物，如环孢素A、阿霉素、道诺霉素、更生霉素也是前致癌物。这些物质常作为药物使用。烟草即使未经燃烧和热解也会含有亚硝基去甲菸碱等致癌物。烟草的烟气中更含有多种致癌物，如多环芳烃、杂环化合物、酚类衍生物等致癌物。烟草的烟气中还含有大量促癌物，这就是提倡戒烟的原因之一。嚼食烟叶和使用鼻烟时所含的亚硝胺能诱发口腔癌和上呼吸道癌。槟榔中的槟榔碱可形成亚硝胺，口嚼槟榔使口腔癌和上消化道发癌率和死亡率增高。一些毒菌的产物，如环孢素A、阿霉素、道诺霉素、更生霉素也是前99（3）无机致癌物钴、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、铬、铅、铍及其某些盐类均可在一定条件下致癌，其中镍和钛的致癌性最强。（3）无机致癌物钴、镭、氡可能由于其放射性而致癌。镍、铬、1002、非遗传毒性致癌物指根据目前的试验证明不能与DNA发生反应的致癌物（6类）。（1）促长剂虽然促长剂单独不致癌，却可促进亚致癌剂量的致癌物与机体接触启动后致癌，所以认为促癌作用是致癌作用的必要条件。巴豆油（佛波脂，TPA）是二阶段小鼠皮肤癌诱发试验中的典型促癌剂，在体外多种细胞系统中有促癌作用。苯巴比妥对大鼠或小鼠的肝癌发生有促癌作用。色氨酸及其代谢产物和糖精对膀胱癌也有促癌作用。2、非遗传毒性致癌物指根据目前的试验证明不能与DNA发生反101（2）细胞毒物最老的理论认为慢性刺激可以致癌，目前认为导致细胞死亡的物质可引起代偿性增生，以致发生肿瘤。其确切机理尚不清楚，但可能涉及机体对环境有害因素致癌作用的易感性增高。一些氯代烃类促癌剂作用机理可能与细胞毒性作用有关。（2）细胞毒物102氮川三乙酸氮川三乙酸（nitrilotriaceticacid,NTA）可致大鼠和小鼠肾癌和膀胱癌，初步发现其作用机理是将血液中的锌带入肾小管超滤液，并被肾小管上皮重吸收。由于锌对这些细胞具有毒性，可造成损伤并导致细胞死亡，结果是引起增生和肾肿瘤形成。在尿液中NTA还与钙络合，使钙由肾盂和膀胱的移行上皮渗出，以致刺激细胞增殖，并形成肿瘤。氮川三乙酸氮川三乙酸（nitrilotriaceticac103（3）激素40年前就发现雌性激素可引起动物肿瘤。以后发现多数干扰内分泌器官功能的物质可使这些器官的肿瘤增多。雌激素的致癌机理尚不清楚，但很可能与促癌作用有关；一般认为需要长期在体内维持高水平激素才能在内分泌敏感器官中诱发肿瘤。孕妇使用人工合成的雌激素（已烯雌酚，DES）保胎时，可能使下一代的青春期女子发生阴道透明细胞癌。其机理相当复杂。（3）激素104（4）免疫抑制剂免疫抑制过程从多方面影响肿瘤形成。硫唑嘌呤、6-巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使动物和人发生白血病或淋巴瘤，但很少发生实体肿瘤。环孢素A是近年器官移植中使用的免疫抑制剂，曾认为不致癌。但现已查明，使用过该药患者的淋巴瘤的发生率增高。（4）免疫抑制剂105（5）固态物质啮齿动物皮下包埋塑料后，经过较长的潜伏期，可导致肉瘤形成。其化学成分并不重要，只要是薄片，即使是金属也和各种塑料同样可导致肿瘤形成。关键是大小和形状，而且光滑者比粗糙者更有效，有孔的比无孔的效果差。其作用机理可能是固态物质可对上皮成纤维细胞增殖提供基底。石棉和其他矿物粉尘，如铀矿或赤铁矿粉尘，可增强吸烟致肺癌的作用。（5）固态物质106（6）过氧化物酶体增生剂具有使啮齿动物肝脏中的过氧化物酶体（一种单层膜的亚细胞器）增生的各种物质都可诱发肝肿瘤。目前认为，肝过氧化物酶体及H202增多，可导致活性氧增多，发生信号转导作用，造成DNA损伤并启动致癌过程。已发现的过氧化物酶体增生剂有：降血脂