毒理学 第八章外源化学物致癌作用

第八章

外源化学物致癌作用CarcinogenesisofXenobiotics第一节概述1775年——英国Pott阴囊癌1895年——德国Rehn职业性膀胱癌1915年——日本山极和市川试验性皮肤癌1922年——英国Kennway动物皮肤癌1945年——英国Case职业性膀胱癌22023/3/30近三十年以来，癌症发病数以年均3-5%的速度递增；3/4新增病例发生在新兴工业国家及发展中国家；癌症已成为人类第二位死因，超过艾滋病、结核、疟疾致死病例的总和；WHO要求各会员国制定国家癌症防控规划，指出“Ifyou’renotplanning,you’replanningtofail”—Dr.JohnR.Seffrin癌症已成为一个全球性公共健康问题32023/3/30全球癌症状况2002年,(IARC报告)全球恶性肿瘤新发病例1090万死亡病例670万带瘤生存患者2460万发病率最高：肺癌、乳腺癌和大肠癌死亡率最高：肺癌、胃癌和肝癌患病率最高：乳腺癌

42023/3/30预计2020

年1000万死亡1500万新发病例

3000万带瘤生存52023/3/30我国改革开放以来，经济、社会、环境和生活方式发生了快速变化人口结构快速向老龄化转变在这一特定历史时期，中国癌谱将呈现特征性变化开始进入老龄化老龄社会中国癌症现状（1）62023/3/30IARC报告:2002年220万新发病例160万死亡病例J.Ferlay,F.Bray,P.PisaniandD.M.Parkin.GLOBOCAN2002中国癌症现状（2）72023/3/30肿瘤是可以预防的要降低肿瘤的发病率，首先必须识别、鉴定化学致癌因素和有害的生活方式，阐明其作用机理，然后采取措施加以防治研究化学物致癌作用具有非常主要意义82023/3/30目的要求掌握致癌作用概念及其机制熟悉致癌化学物分类熟悉致癌作用评价方法92023/3/30化学致癌物（chemicalcarcinogen）:指能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化学物,如黄曲霉毒素、3,4-苯并(a)芘及苯等。

化学致癌作用（chemicalcarcinogensis）:化学物质引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。102023/3/30动物或人的正常细胞如何在化学致癌物的作用下，逐步转化成恶性癌细胞?在体内如何逐步发展成可见肿瘤并转移到机体其它部分组织?有哪些因素参与?通过哪些机制获得不同阶段的发展?这过程一旦开始是否有可能加以阻止或使之逆转?癌变早期可能出现哪些可以加以识别和利用的特异性标记?第二节化学致癌过程112023/3/30肿瘤(tumor，neoplasm)

：有分裂潜能的细胞受致癌因素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良性肿瘤：呈膨胀生长，与周围组织有明显的界限，多有包膜，它们生长常有“自限性”，对机体破坏较小恶性肿瘤：癌和肉瘤癌(carcinoma)：由上皮细胞来源的恶性肿瘤肉瘤(sarcoma)：由间质细胞来源的恶性肿瘤化学致癌概念122023/3/30前致癌物一、与致癌作用有关的代谢近致癌物终致癌物代谢酶代谢酶多态性多态性132023/3/30代谢酶须在体内代谢活化（母体化合物）a.直接致癌物b.间接致癌物的活化代谢产物142023/3/30

不直接致癌，必须在体内经代谢转化，其代谢产物才具致癌作用的化合物

前致癌物经代谢活化过程形成一种或一系列中间代谢产物，必须经进一步代谢活化，才能形成终致癌物前致癌物(precarcinogen)近致癌物(proximatecarcinogen)

直接致癌物和间接致癌物经代谢活化所形成的具有致癌作用的代谢物的统称终致癌物(ultimatecarcinogen)152023/3/30162023/3/30主要解毒物终致癌物亲电子代谢物172023/3/301920年Roreri提出恶性肿瘤细胞起源于一个染色体不平衡的细胞

一个世纪前,两位德国科学家发现,染色体紊乱可能是癌症的直接成因,但这一发现没有得到应有的关注,因为科学界的主流观点认为,基因突变才是引起癌症的真正原因,染色体紊乱只是癌症发生的结果。随着检测技术的进步,越来越多的发现和证据与主流理论背道而驰。

致癌剂的实际作用是导致非整倍化

染色体的改变方式只与长出肿瘤的组织有关,而与患者没有太大的关系。这就是说,某一组织的细胞要发生癌变,染色体必须发生一定的改变,才能使细胞摆脱遗传程序的束缚。因此,非整倍体细胞要走上恶变之路,染色体变异就是最基本的条件。182023/3/30192023/3/30细胞基因组内有一些基因的突变与细胞的恶性转化有关1911年P.Rous发现了Rous肉瘤病毒,（Roussarcomavirus）。1970年H.Temi和Dulbecco发现致癌的RNA病毒中存反转录酶，提出了原病毒假设，认为RNA病毒通过反向转录和正向转录以及与宿主细胞DNA发生交换或重组，能形成癌基因。202023/3/30Martin发现“有条件突变”的肉瘤病毒基因称为src基因1974年Voger缺少src基因的病毒不能引起细胞恶性转化进一步的发现:在动物(包括人类)的DNA中,存在有src极其类似的基因!一个新的癌症理论模型诞生了:如果受到外界刺激,人类基因组里的src基因发生了突变,它就会像病毒基因一样,拥有强大的致癌能力

212023/3/30化学致癌过程

引发阶段(initiation)

促长阶段(promotion)

进展阶段(progression)222023/3/30化学致癌作用——多因素、多基因参与的多阶段过程致癌过程有多个与癌肿有关的基因参与不同器官来源、不同组织类型、临床阶段以至同一种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个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响232023/3/30

目前所知有关的基因可分为四类：

第一类是前癌基因，包括生长与增殖基因、各种转录因子或信号传递功能的基因；第二类是肿瘤抑制基因；第三类是程序性死亡有关的基因；第四类是新近发现的如肿瘤易感基因，常见于乳腺癌患者家属这几类基因相互作用，增加细胞的生长与增殖固然可能是肿瘤形成的途径，减少细胞死亡亦可造成细胞的过度扩增。242023/3/301．引发阶段/启动阶段

致癌物对靶细胞DNA产生损伤作用，经细胞分裂增殖固定下来，造成单个或少量细胞发生永久性、不可逆的遗传性改变突变细胞（启动细胞，initiatedcell）引发剂（启动剂，initiator）具有引发作用的化学物质252023/3/30促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段2．促长阶段

引发物作用之后，促癌物长期、慢性作用引发物单独作用一般不会引起肿瘤只有促癌物的慢性作用不会引起肿瘤引发物与促长物的作用有先后次序引发作用不可逆，促长在早期可逆具有促长作用的化学物质，称为促长剂(promotor)262023/3/30

在促进之中或之后，细胞表现出不可逆的遗传学改变，其标志为遗传不稳定性增加和恶性变化，在形态上或功能代谢和行为方面逐渐表现出肿瘤的特征，如生长速度、侵袭性、转移能力及生化、免疫性能改变3．进展阶段分化程度高低表皮干细胞的分化272023/3/30外来化学物与人体接触大多数经代谢解毒排泄非遗传毒性化合物直接致癌物少数经代谢活化终致癌物直接或间接诱导有丝分裂、促进细胞过度增殖作用于大分子DNA损伤修复DNA加合物形成、癌基因与抑癌基因的改变引发细胞逃避细胞免疫监视促癌物癌前病变肿瘤多阶段致癌理论图解282023/3/30292023/3/30

一、体细胞突变学说

第三节化学致癌机制302023/3/30化学致癌作用的分子机制（一）DNA加合物

有致癌活性的终致癌物，含有亲电子结构基团的化合物，它能与细胞靶分子发生共价结合，形成加合物使这些生物大分子烷基化，导致DNA的突变

接触环境致癌物的标志312023/3/30（二）DNA修复与化学致癌

正确修复，使机体内受损的DNA完全回复原有的结构和功能

错误修复，经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上有缺陷322023/3/30

在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜在基因，是化学致癌物作用的主要靶分子，在细胞癌变过程中起着关键作用1．癌基因(oncogene)（三）癌基因、原癌基因及抑癌基因

是一类被激活的基因，所指导合成的蛋白质能够促成细胞恶性表型的形成332023/3/30

机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。正常情况下它呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能（调控细胞生长分化，促进细胞分裂、增殖等）原癌基因在进化过程中高度保守原癌基因(proto-oncogene)342023/3/30在50多种前癌基因中，研究得最深入的是ras基因族。它在多种人类肿瘤或化学致癌物诱导的动物肿瘤均见出现活化。主要活化型或是在第12、13、16、117与146密码出现点突变。

在50多种原癌基因中，研究得最深入的是ras基因族。它在多种人类肿瘤或化学致癌物诱导的动物肿瘤均见出现活化。主要活化型或是在第12、13、16、117与146密码出现点突变。352023/3/30

当发生突变、缺失、病毒整合、染色体易位、基因扩增或促长剂插入时，原癌基因发生改变，失去正常的调控细胞生长和分化功能，使细胞发生恶性转化。发生恶性转化的原癌基因即是癌基因

化学、物理或生物等致癌因素作用于细胞后，引起原癌基因突变使之激活，转变成癌基因后才会导致细胞癌变362023/3/30原癌基因与癌基因关系372023/3/30

正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性，或称为肿瘤抑制基因(tumorsuppressorgene)、肿瘤易感基因(tumorsusceptibilitygene)

抑癌基因对细胞的生长、增殖和分化起负调节作用，即抑癌作用2．抑癌基因(anti-oncogene)382023/3/30

抑癌基因正常时可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达。当其自身不能表达或其产物去活化才允许肿瘤性状的表达

正常细胞转化为肿瘤细胞最少涉及两类基因的遗传学改变，即癌基因和抑癌基因的改变392023/3/30抑癌基因失活→→肿瘤细胞增殖失控正常情况抑癌基因具有多种多样的细胞功能，如P53癌基因激活，导致肿瘤的阳性增殖，原癌基因突变为癌基因后通常过渡表达402023/3/30不同器官来源、不同组织类型、临床阶段以至同一种肿瘤在不同地区所见的遗传变化是不同的。例如K-ras突变常见于胰腺癌、结肠癌，但是乳腺癌及肝癌则少见。胃的肠型腺癌见c-erbB-2扩增，但在硬化型则见不到这种变化。K-fas癌基因(编码酪氨酸激酶受体)在硬化型胃腺癌、图章戒指型胃癌出现扩增，而在肠型腺癌则不见有在50％食道癌与15％乳腺癌见HSTI与INT2基因扩增。在胃癌从未见有。同属肝癌在高度污染区与低度污染区所见p53基因突变类型不一。412023/3/30

P53

p53蛋白是一种肿瘤抑制物，一半以上的癌变都与P53的缺失或突变有关。

p53蛋白是四聚体，

突变具有显性失活的效应422023/3/30（1）一种可能是野生型p53与细胞中某些T抗原的类似物结合，抑制了它们的活性;（2）p53也是一种DNA结合蛋白，它能识别长10bp(basepair碱基对)两侧对称的模体，并激活含多拷贝这种基序的启动子的转录。

(3)在有的座位上它可能阻遏其靶基因。

(4)p53通过调节基因的表达来控制细胞周期，缺乏这种调节就会导致细胞无限制生长。

(5)p53突变具有显性失活的效应。p53的功能432023/3/30野生型限制细胞生长

缺乏p53细胞生长不受控制突变亚基因阻碍四聚体功能，细胞生长不受限制P53等位基因的缺失或突变都可使细胞生长不受限制442023/3/30452023/3/30（四）基因表达调控异常与肿瘤发生

基因学说：癌变是由于基因的改变基因外学说：基因表达调控失常理论统一462023/3/30

部分致癌物用目前常用致突变试验不能检出其致突变性二、非突变(遗传毒性)致癌机制

常见的非遗传毒性致癌物：石棉、激素、免疫抑制剂、多氯联苯等472023/3/30482023/3/30

细胞间隙连接通讯（gapjunctionintracellularcommunication，GJIC）信号传导系统纺锤丝系统

DNA修复系统基因表达调控系统非遗传毒性致癌机制492023/3/30（一）表观遗传变异DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑、非编码RNA等形式组成的表观遗传修饰网络，能动地调控着具有组织和细胞特异性的基因表达模式表观遗传变异的特征：全基因组的低甲基化、抑癌基因和DNA修复基因的高甲基化，见P175DNA甲基化水平改变时肿瘤发展过程中最早观察到的分子事件环境因素可以通过改变表观遗传模式产生毒作用效应502023/3/30多种环境致癌物、致癌因子或条件协同作用人类接触致癌物、致癌因子或条件都不可能是单一的例如，接受环境致癌物的同时会接受到内源性致癌因素的作用。体内氧化过程产生的各种活性氧可导致DNA损伤并引起突变。这些遗传改变亦可能参与致癌过程感染亦在某些肿瘤发展中起着重要作用。以肝炎C型病毒(HCV)感染为例，它一方面使肝细胞死亡，继而使之出现代偿性再生。肝细胞通过多次细胞分裂，可使已有遗传改变逐渐积累扩大，同时形成局部老化。正常成人肝细胞很少分裂，可能最多是一年一次。若HCV感染后出现30次分裂，这就意味着比正常人老化速度快30倍。512023/3/30个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响高癌家族现象已为人所熟知。近年对于着色性干皮病(XP)、家族性多发性肠道息肉、Wilm瘤（肾胚胎瘤）以及视网膜母细胞瘤的遗传学及有关基因已基本弄清楚。DNA正确修复能力与突变发生有直接关系，而DNA修复能力缺陷者往往对肿瘤有易感倾向。因此，多种DNA修复缺陷与肿瘤敏感性关系已越来越受到重视。522023/3/30（二）细胞异常增生慢性炎症和感染可使良性增生发展为异常增生油门螺旋杆菌与胃癌、乙肝丙肝病毒与肝癌、人乳头瘤病毒与宫颈癌细胞增生是许多癌前病变的共同特征，如乳腺囊性小叶增生、粘膜白斑病、大肠多发型息肉、肝硬化等与恶性肿瘤密切相关532023/3/30（三）免疫抑制肿瘤免疫逃避：肿瘤细胞通过多种机制逃避机体免疫系统识别和攻击，从而得以在体内生存和增殖的现象机体对肿瘤的免疫应答反应处于低能状态，从而使肿瘤逃避免疫监视而发生、发展肿瘤可通过多条途径使机体处于免疫功能低下或耐受状态，包括：干扰树突状细胞的抗原提呈、阻碍T细胞的活化及免疫应答、自身抗原表达的异常、抗凋亡因子的作用、产生有利其生长的微环境等对肿瘤免疫逃逸机理的研究有助于人们寻找和设计新的肿瘤免疫治疗方法和途径542023/3/30外源化学物可通过抑制免疫功能促进肿瘤发生硫唑嘌呤、6-巯基嘌呤等免疫抑制剂或免疫血清均能使人或动物发生白血病或淋巴瘤化学致癌物多氯联苯、二噁英、苯并(a)芘、镉、砷具有免疫抑制作用552023/3/30（四）内分泌激素失衡常见的环境内分泌干扰物如：洗涤剂：壬基酚、辛基酚、DDT等；塑料制品焚烧产物：四氯联苯、二恶英等；绝缘材料：阻燃剂、多氯联苯、多溴联苯等能通过干扰激素功能、人工合成雌激素：这类物质常被作为药物使用，如己烯雌化学物、己烷雌酚、炔雌醇、炔雌醚等口服避孕药562023/3/30第四节有关化学致癌的分子事件一、端粒调控细胞永生化有关端粒及端粒酶活性与癌的关系的研究是国内外文献的热点端粒是真核细胞染色体末端的一种特殊结构，由端粒DNA和端粒蛋白质组成正常机体细胞DNA的端粒随着DNA每复制一次，染色体末端就有明显缩短，当缩短到一定长度时细胞将停止增殖并死亡癌细胞和永生化细胞则可维持其端粒长度572023/3/30细胞永生化是癌变的必经途径，所有肿瘤细胞都具备无限分裂的特征这是因为癌细胞和永生化细胞以及生殖细胞等表达一种重要的核糖蛋白(ribonucleoprotein)酶即端粒酶端粒酶的RNA和蛋白成分对端粒DNA的合成很重要，它可维持端粒的长度而使细胞永生化或成癌辐射或化学物作用后，细胞分裂次数限制机制和DNA检查-自毁机制失灵，导致细胞具有无限分裂生长的能力大量研究证实人体大多数癌和其他的恶性肿瘤中均能检测到端粒酶活性582023/3/30Shay等总结3500例恶性肿瘤及其对照的端粒酶活性，90%以上的恶性肿瘤表达端粒酶活性而相应的良性肿瘤则为阴性或仅有少数阳性端粒酶活性强的肿瘤有小细胞肺癌、胃癌、结直肠癌、肝细胞癌、胰腺癌、乳腺癌、宫颈癌、卵巢癌、前列腺癌、膀胱癌、皮肤鳞癌和基底细胞癌、神经母细胞瘤和高度恶性的淋巴瘤等592023/3/30端粒酶的阳性表达不仅与肿瘤的良恶性有关，而且可能与肿瘤分化、复发和转移有关，因而许多学者认为端粒酶活性可以作为恶性肿瘤的标志和预测预后的指标由此设想用抑制端粒酶活性的方法将有可能达到抑制恶性肿瘤生长的目的，为肿瘤的基因治疗开辟新的前景602023/3/30二、细胞周期调控紊乱细胞周期(cellcycle)是细胞生命活动的基本过程,指从细胞分裂结束开始,到下一次细胞分裂结束为止的过程,DNA合成和细胞分裂是细胞周期的两个主要事件。Cyclin、CDK、CKI是细胞周期调控的内源性分子,三者在细胞周期中相互协调并与细胞信号转导通路之间形成复杂的调控网络,与细胞增殖、细胞分化及细胞凋亡相关联。现发现肿瘤中存在相应基因的突变和表达失调,如p53这些改变直接、间接导致细胞周期紊乱,与肿瘤发生密切相关,是分子遗传学和肿瘤生物学研究的热点。612023/3/30三、细胞凋亡与肿瘤发生

细胞凋亡(Apoptosis)是指为维持内环境稳定，由基因控制的细胞自主的有序的死亡。细胞凋亡与细胞坏死不同，细胞凋亡不是一件被动的过程，而是主动过程，它涉及一系列基因的激活、表达以及调控等的作用，它并不是病理条件下自体损伤的一种现象，而是为更好地适应生存环境而主动争取的一种死亡过程。细胞凋亡及组织的变化与坏死有明显的不同622023/3/30凋亡细胞的形态学变化

细胞凋亡往往涉及单个细胞，即便是一小部分细胞也是非同步发生的首先出现的是细胞体积缩小，连接消失，与周围的细胞脱离，然后是细胞质密度增加，线粒体膜电位消失，通透性改变，释放细胞色素C到胞浆，核质浓缩，核膜核仁破碎，DNA降解成为约180bp-200bp片段；胞膜有小泡状形成，膜内侧磷脂酰丝氨酸外翻到膜表面，胞膜结构仍然完整，最终可将凋亡细胞遗骸分割包裹为几个凋亡小体，无内容物外溢，因此不引起周围的炎症反应，凋亡小体可迅速被周围专职或非专职吞噬细胞吞噬632023/3/30细胞坏死的形态学变化

细胞坏死(necrosis)是细胞受到强烈理化或生物因素作用引起细胞无序变化的死亡过程。表现为细胞胀大，胞膜破裂，细胞内容物外溢，核变化较慢，DNA降解不充分，引起局部严重的炎症反应642023/3/30肿瘤的发生是由于凋亡受阻所致恶性转化的肿瘤细胞是因为失控生长，过度增殖，从细胞凋亡的角度看则认为是肿瘤的凋亡机制受到抑制不能正常进行细胞死亡清除的结果肿瘤细胞中有一系列的癌基因和原癌基因被激活，并呈过度表达状态。这些基因的激活和肿瘤的发生发展之间有着及为密切的关系652023/3/30诱导细胞凋亡的内源性因素内源性的因素包括细胞凋亡诱发机制（如Ｆas配体、肿瘤坏死因子等）的激活和抑制机制（生长因子、激素、受体因子等增殖性因子）的失活。癌基因中一大类属于生长因子家族，也有一大类属于生长因子受体家族，这些基因的激活与表达，直接刺激了肿瘤细胞的生长，这些癌基因及其表达产物也是细胞凋亡的重要调节因子许多种类的癌基因表达以后，即阻断了肿瘤细胞的凋亡过程，使肿瘤细胞数目增加，因此，从细胞凋亡角度来理解肿瘤的发生机制，是由于肿瘤细胞的凋亡机制，肿瘤细胞减少受阻所致。662023/3/30内源性的因素包括细胞凋亡诱发机制（如Ｆas配体、肿瘤坏死因子等）的激活和抑制机制（生长因子、激素、受体因子等增殖性因子）的失活。因此，通过细胞凋亡角度和机制来设计对肿瘤的治疗方法就是重建肿瘤细胞的凋亡信号转递系统，即抑制肿瘤细胞的生存基因的表达，激活死亡基因的表达。672023/3/30诱导细胞凋亡的外源性因素外源性的因素包括放射线、热休克等物理性因素，药物、毒物等化学性因素以及病毒、04细菌等生物学因素。近年来还发现活性氧以及一氧化氮在神经系统疾病、心血管疾病、免疫性疾病及老化等方面的作用都不同程度地与细胞凋亡有关。

682023/3/30砒霜治疗白血病的作用机理是诱导细胞凋亡

现代药理研究表明砒霜具有原浆毒作用，有选择性细胞毒作用，作用于线粒体，抑制含巯基酶的活性，诱导跨膜电位下降，促使凋亡因子自线粒体内膜腔释放进人胞浆激活一些凋亡效应分子，引起级链式凋亡反应，其机理还可能与半胱氨酸蛋白酶的激活有关。砒霜还影响各种抑癌和原癌基因的表达，干扰DNA及RNA的合成、克隆及增殖能力，从而诱导白血病细胞产生凋亡。692023/3/30第二节化学致癌物分类

IRAC分类 致癌机理分类

按对人和动物致癌性的其它分类712023/3/30根据致癌物对人类和动物的致癌性分类

（国际癌症研究中心IARC，2002年共评价878种）

组1，对人类是致癌物。对人类致癌性证据充分。有87种；组2，对人类是很可能或可能致癌物。组2A，对人类很可能是致癌物。对人类致癌性证据有限，对动物致癌性证据充分。有63种；组2B，对人类是可能致癌物。对人类致癌性证据有限，对动物致癌性证据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对动物致癌性证据充分。有234种；组3，现有证据不能对人类致癌性分类。有493种；组4，对人类可能是非致癌物，有1种。722023/3/30732023/3/30根据致癌物作用机制的分类

1、遗传毒性致癌物化学致癌物或其代谢物与DNA共价结合，引起基因突变或染色体结构和数量的改变导致癌变，称为遗传毒性致癌物(genotoxiccarcinogens)。这类致癌物占化学致癌物的大多数，因其作用机制是损伤遗传物质，可利用遗传毒理学试验来检测该类致癌物。742023/3/301971年Miller提出直接致癌物（directcarcinogen）间接致癌物（前致癌物）终致癌物(ultimatecarcinogen)752023/3/30

直接致癌物（directcareinogens）：在体内不需要经过代谢活化即可致癌，如，各种烷化剂，大多数为亲电子反应物。

间接致癌物（indirectcareinogens）：在体内经代谢转化，其产物具致癌作用762023/3/30终致癌物：经过代谢转化最后产生的活性代谢产物无机致癌物：亲电子剂或通过选择性改变DNA复制保真性，导致DNA的改变772023/3/302．非遗传毒性致癌物不作用于机体遗传物质的化学致癌物（epigenotoxiccarcinogens）782023/3/30(1)促长剂

本身无致癌性，在给以遗传毒性致癌物之后再给以促长剂可增强遗传毒性致癌物的致癌作用，也可促进“自发性”转化细胞发展成癌

佛波酯(TPA及其衍生物)、苯巴比妥、二丁基羟基甲苯(BHT)、1,8,9-蒽三醇、DDT、Alkanes及胆盐792023/3/30(2)内分泌调控剂(3)免疫抑制剂

主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用。如乙烯雌酚、雌二醇、硫脲

主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。如嘌呤同型物802023/3/30(4)细胞毒剂

可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展。如次氮基三乙酸、氯仿(5)过氧化物酶体增殖剂

可导致细胞内氧自由基过量生成。如祛脂乙酯、邻苯二甲酸乙基己酯(6)固态物质

物理状态是关键性因素，可能涉及细胞毒性。如塑料、石棉812023/3/303.未分类

二恶烷、美舍吡伦

助致癌物（cocarcinogens）：不具有引发和促长作用，但可以促进引发作用和增强促长作用，即能促进或增强全部致癌过程。如乙醇、二氧化硫822023/3/30第三节

观察化学毒物致癌作用的基本方法目前所使用的系统大致可分为三大类：短期试验、动物诱癌试验和人类流行病学观察。它们在判别化学物质致癌性方面各有其长短处，往往需要互为补充才能作出可靠的结论定性：定量：剂量－反应分析推算可接受的危险度的剂量人体实际可能接触剂量下的危险度842023/3/30化学致癌物的判别

人群流行病学调查：两项以上由不同研究者在不同地点、不同对象中以不同调查方法获得的结论相符的证据；

动物实验证据：两项按现行常规设计进行，符合GLP（goodlaboratorypractice），在不同物种动物中所得结果一致的动物致癌物鉴定资料。852023/3/30化学致癌物的判别

定性判别：受试物能否致癌；定量判别：剂量-反应关系分析致癌物判别方法

短期试验；动物致癌试验；人类流行病学调查862023/3/30一、短期试验

依据是致突变性与致癌性相联系（一）致突变试验

对致癌物的筛选需一组致突变试验，最好每一遗传学终点均有一个试验

若一项阳性，即可认为该受试物为致突变物，因而就可能是遗传毒性致癌物872023/3/30

国际环境致突变物致癌物防护委员会(ICPEMC)于1983年提出致突变试验的遗传学终点分为5类DNA完整性的改变

DNA重排或交换

DNA碱基序列改变染色体完整性改变染色体分离改变882023/3/30短期致突变试验①基因突变试验：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，SCE试验；④体外细胞转化试验892023/3/30应用于细胞转化试验的细胞

原代细胞：叙利亚仓鼠胚胎细胞(SHE细胞)、人类成纤维细胞、小鼠皮肤或大鼠支气管上皮细胞等细胞系：BALB/C-3T3，C3H10T1/2和BHK-21

病毒感染细胞：RLV/RE细胞(劳舍尔白血病病毒感染的Fisher大鼠胚胎细胞)和SA7/SHE细胞(猿猴腺病毒感染的SHE细胞)902023/3/30恶性变的细胞表现

细胞偏大，且大小不等核大而畸形，染色质深染而粗糙，核浆比例倒置，核膜粗厚，核仁增生而肥大核仁核胞浆因RNA增多而偏酸性，呈嗜碱性染色而偏蓝多见核分裂现象接触抑制消失生长表型的改变912023/3/30

一种有限的动物试验（limitedinvivobioassay）。它是在有限的短时间内完成而不是终生，其观察的靶器官也限定为一个而不是全部器官和组织（三）哺乳动物短期致癌试验922023/3/30常用的哺乳动物短期致癌试验

小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠皮肤肿瘤诱发试验雌性大鼠乳腺癌诱发试验大鼠肝转变灶试验在给予受试物后，多次持续给予促长剂932023/3/301．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)。942023/3/302．小鼠肺瘤诱发试验：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)b检测受试物的引发活性或促长活性。典型的引发剂为乌拉坦，促长剂为二丁基经基甲苯(BHT)。952023/3/303．大鼠肝转化灶诱发试验对大鼠进行肝大部切除术后，给以受试物，一般可在8～14周结束实验，观察肝转化灶生成。肝转化灶是癌前病变，有γ-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)。962023/3/304．雌性大鼠乳腺癌诱发试验一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，实验周期为6个月。此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。972023/3/30

阳性结果：与长期动物致癌试验相当。由于试验期较短，又未检查其他器官和系统，特别是皮肤肿瘤和乳腺癌的诱发试验似乎仅适用于较小范围的化学物质阴性结果：意义较差982023/3/30短期试验的局限性目前已建立的短期试验为数近百种。在发展这些方法的早期由于对于致癌过程的复杂性认识还不充分，有些学者认为诱变性与致癌性关系密切，单纯利用短期的诱变试验就可以预测致癌性(Ames，1973)。但经过大量的试验表明：一些化合物可对于啮齿类动物具有致癌作用，而在Ames试验或其它诱变试验系统则呈现阴性。992023/3/30四个短期试验系统分别与动物诱癌试验结果相对比可见Ames试验与动物试验相关显著性最高，特异性亦最高(91％)，但敏感性最低(48％)。Ames试验阳性预测率亦最高(89％)。姐妹染色体交换与小鼠淋巴瘤试验则敏感性较高(分别为69％与72％)，但阳性预测率低(64％，63％)。由此可见Ames试验对于诱变作用的致癌性可检出大部分，但对于无诱变性的致癌物则不能准确判定。1002023/3/30当前短期试验在预测致癌性方面所遇到的最大问题是如何检出非诱变性致癌物。一些化合物可通过影响细胞的自稳状态，或代谢，通过引起炎症或抑制修复过程，或者影响细胞增殖周期、细胞分化、基因表达程度等方面作用于致癌过程。这些作用利用现有的短期试验无法检出。迄今为止，只有动物诱癌试验可以准确判别人类致癌物的致癌性。1012023/3/30何时应考虑进行致癌性评价：

①人体可能长期暴露于该化学物；②该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似；③反复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。如在3种遗传毒理学短期试验均得到阳性结果，可预测为遗传毒性致癌物；如在3种遗传毒理学短期试验均得到阴性结果，可预测为非遗传毒性非致癌物；如经5种遗传毒理学短期试验仍不能预测其致癌性的化学品，应优先进行哺乳动物致癌试验。1022023/3/30(一)动物选择二、哺乳动物长期致癌试验易感性是选择动物最重要依据

物种：特定靶器官品系：年龄：刚断乳性别：雌雄各半数量：各50只1032023/3/30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。1042023/3/30（二）剂量设计

一般设3个染毒剂量组和1个对照组，必要时另设一个溶剂对照组。3个染毒剂量组包括无作用剂量组、阈剂量组、发生肿瘤的剂量组（此为最高剂量组），以求出明确的剂量反应关系1052023/3/30

原则上试验期限要求长期或终生。致癌试验通常与慢性毒性试验结合起来进行（三）试验期限与染毒时间

小鼠最少1.5年大鼠2年1062023/3/30致癌试验常用的指标1．肿瘤发生率（四）结果的观察、分析和评定3．潜伏期2．多发性1072023/3/30观察和结果分析1．一般观察每天观察受试动物一次，主要观察其外表、活动、摄食情况等。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。经饲料或饮水给以受试物时，应记录食物消耗量或饮水量，以计算受试物的摄入量。观察时要注意有无肿瘤出现、肿瘤出现时间及死亡时间。老年动物多病易死，应加强巡视，防止动物死亡后未及时刻验，发生尸体组织自溶。

2．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和肉眼检查有明显病变的器官，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。1082023/3/303．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、患肿瘤的动物数、每只动物的肿瘤数及肿瘤潜伏期。肿瘤发生率(％)＝(实验结束时患肿瘤动物总数/有效动物总数)×100％式中，有效动物总数指最早发现肿瘤时存活动物总数。肿瘤潜伏期即从摄入受试物起到发现肿瘤的时间，因为内脏肿瘤不易觉察，通常将肿瘤引起该动物死亡的时间定为发生肿瘤的时间。应对试验结果进行仔细的统计学分析，并研究剂量—反应关系。

1092023/3/30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。1102023/3/30结果报告：应着重报告发现肿瘤的部位、数量、性质、癌前病变，以及其他毒性效应；应报告剂量—反应关系及统计学分析结果。如在动物组织中观察到良性和恶性肿瘤，并有良性肿瘤向恶性化进展的证据，在进行统计学分析之前将良性和恶性肿瘤合并是适宜的，但仍希望分别对良性和恶性肿瘤分别进行统计学处理。评价该试验不同剂量良性肿瘤和恶性肿瘤的相对数量可有助于确定该受试动物对受试物的剂量反应关系。另一方面，如果仅观察到良性肿瘤，并无恶性化进展的证据，则将此受试物认为是致癌物是不适宜的，此仅提示在该试验条件下需要进一步研究。1112023/3/30

对于阴性结果的认定应非常慎重两个物种，两种性别，至少三个剂量水平且其中一个接近最大耐受量每组有效动物数至少50只（动物数量与其自发肿瘤率成正比）注意事项1122023/3/30三、人群流行病学观察：（一）接触标记

（二）生物效应标记（三）敏感性标记

1132023/3/30三、人群流行病学调查

动物致癌试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物

描述流行病学调查或临床观察发现怀疑人类致癌物

病例-对照研究

队列研究1142023/3/30要判别人类致癌物，流行病学资料是具有决定意义的，甚至只根据完整的人类流行病学资料，即可判别某种物质是否为人类致癌物。砷化物即为一例。完整的、可信的流行病学材料来之不易。过去流行病调查都以肿瘤发病数或死亡作为观察单位，其判别的准确性是无疑的。但这是属最后期的结果，不能用于早期发现、早期阻断。近年在流行病学研究中引进了生物标记，其中包括一些早期、中期生物标记(intermediatebiomarkers)，特别是分子水平标记的方法。使分子流行病学在一定条件下应用于判别某些化合物对于人类的致癌性、致癌危险性评价以及肿瘤化学预防的干预试验等方面。1152023/3/30目前已在使用的化学致癌生物标记有以下几类：(1)接触标记可检查在细胞、组织或体液内某些致癌物的含量，用以衡量接触的水平，例如检查血清及脂肪组织内DDT、多氯联苯的浓度等。这类标记测定结果只说明机体接触情况，不说明所接触物质对机体，特别是靶细胞是否已起作用。另一方面可检查生物有效剂量，即检查致癌物到达细胞的剂量或反映与细胞大分子相互作用的程度。虽然所作用的细胞不一定是靶细胞而是它的替代物(surrogate)，但二者之间有一致的关系。1162023/3/30目前常用的有各种致癌物-DNA加合物或致癌物-蛋白质加合物。由于这是致癌物经历体内一系列吸收、分布、排泄以及生物转化后在靶分子上所呈现的结果，比一般内剂量有更直接的生物学意义。近年已有使用这类标记观察接触环氧乙烷、氨基酚、黄曲霉毒素、多环芳烃、4-(甲基亚硝胺)-1-(3-吡啶)-1-丁氮酮(NNK)等物质后在体内作用于靶子上的水平。11