食品毒理学课件外源化学物致癌作用

食品毒理学课件外源化学物致癌作用肿瘤(tumor,neoplasm)：具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。人体任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。肿瘤分类：1、良性肿瘤：呈膨胀生长，与周围组织有明显界限，多有包膜，生长具有“自限性”，对机体的破坏性小。2、恶性肿瘤：呈增殖失控，细胞异常分化，且具有侵袭和转移能力。（1）癌（carcinoma）：上皮细胞来源的恶性肿瘤（2）肉瘤（sarcoma）：由间质细胞来源的恶性肿瘤第2页,共105页，2024年2月25日，星期天毒理学中的“癌”是一种广义的概念，包括：癌、肉瘤及良性肿瘤。实际上毒理学中所指的化学致癌作用，是指化学致肿瘤作用。化学致癌作用(chemicalcarcinogenesis)：是指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。化学致癌物(chemicalcarcinogen)：凡是能引起生物体肿瘤，增加其发病率或死亡率的化学物。第3页,共105页，2024年2月25日，星期天1775年由英国的Pott报导煤烟和煤焦油是清扫烟囱工人阴囊癌的主要病因。瑞典的Reher观察到，苯胺染料生产工人膀胱癌的发病率升高，当时认为苯胺为致癌原因，后来发现主要与在其生产中同时存在的联苯胺及β-萘胺有关。英国的Kennaway从焦油沥青中分馏出致癌物苯并（a）芘，又陆续报导了一些多环芳烃类物质可引起肿瘤的发病率提高。第4页,共105页，2024年2月25日，星期天第一节化学致癌过程

细胞癌变的多阶段学说➢肿瘤发生是一个长期的、多阶段、多基因改变累积的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。

➢化学致癌过程至少可分为:

引发（initiation）促长（promotion）进展（progression）第5页,共105页，2024年2月25日，星期天1.引发阶段（Initiation)2.促长阶段（Promotion)3.进展阶段（Progression)DNA损伤损伤固定遗传性状改变

突变细胞在内、外因素的作用下，促进肿瘤细胞的分裂和增生突变细胞生长速度快侵袭性和转移能力强生理生化和免疫性状改变第6页,共105页，2024年2月25日，星期天（进展）第7页,共105页，2024年2月25日，星期天正常上皮结肠癌的多阶段模型上皮过度增殖早期腺瘤中期腺瘤晚期腺瘤原位癌浸润转移引发阶段促长阶段进展阶段由抑癌基因APC丢失开始，癌基因Ras突变促进克隆的发展，导致腺瘤发生。抑癌基因DCC和p53缺失，促进结肠肿瘤从良性到恶性发展。第8页,共105页，2024年2月25日，星期天

1、引发阶段引发（启动）是遗传毒性发生的过程，是化学致癌的第一步。致癌物直接作用于DNA，引起基因突变，使单个或少量细胞发生永久性的、不可逆的遗传性改变，成为突变细胞，或称“启动细胞”，诱发细胞突变的因素称为引发剂（启动剂）。启动细胞的表型可能正常，它必须通过克隆扩增才能形成损伤。在接触致癌物与发生细胞转化之间要有一个相当长的潜伏期，需要启动效应的遗传传递。第9页,共105页，2024年2月25日，星期天1.引发阶段（Initiation)2.促长阶段（Promotion)3.进展阶段（Progression)DNA损伤损伤固定遗传性状改变

突变细胞在内、外因素的作用下，促进肿瘤细胞的分裂和增长突变细胞生长速度快侵袭性和转移能力强生化学和免疫性状改变引发阶段的主要特征➢不可逆➢需要通过细胞分裂加以固定➢剂量-反应显示没有可测定的阈值，无可测定的最大反应➢存在自发的引发作用➢对外源性化学物质和其他化学因素敏感➢引发作用必须发生在促长作用之前，“纯”引发作用在无促长时不导致肿瘤第10页,共105页，2024年2月25日，星期天2、促长阶段细胞在致癌物的作用下变成启动细胞后，在某些因素作用下，以相对于周围正常细胞的选择优势进行克隆扩增，形成镜下或肉眼可见的细胞群，即良性肿瘤（如乳头状瘤或腺瘤）。促长价段癌细胞的表型发生变化，恶性肿瘤细胞的各种性状得以表达。起促进作用的因素称为促长剂或促癌剂。

第11页,共105页，2024年2月25日，星期天促癌剂包括多种人类环境中存在的因子，如TCDD、苯巴比妥，以及高盐高脂饮食、糖精、香烟烟雾等。其中烟雾既是肺癌、胰腺癌、食道癌和其它器官癌的启动剂，同时也是促癌剂。人体内的一些内源性物质也具有促癌作用，如雌激素对乳腺癌有促进作用；胆酸是结肠癌与肝癌的促进剂。第12页,共105页，2024年2月25日，星期天促癌剂的作用机理：①通过细胞毒性或激素作用刺激细胞增殖。如高脂肪饮食可使乳腺癌的发病率增高，原因是高脂肪饮食可使催乳素分泌增多，而催乳素对乳腺癌的发生有促进作用。②抑制细胞间的信息互通，从而解除细胞生长的接触抑制，使启动了的细胞能逃脱周围正常细胞的抑制，出现增殖失控。③免疫抑制。第13页,共105页，2024年2月25日，星期天1.引发阶段（Initiation)2.促长阶段（Promotion)3.进展阶段（Progression)DNA损伤损伤固定遗传性状改变

突变细胞在内、外因素的作用下，促进肿瘤细胞的分裂和增长突变细胞生长速度快侵袭性和转移能力强生化学和免疫性状改变促长阶段的主要特征➢可逆性

➢促长剂通常是非致突变物，需要持续和反复暴露➢促长剂的有效性仅出现在引发作用之后➢促长细胞群的存在取决于促长剂的持续存在➢内源性促长剂可起自发促长作用➢剂量-反应显示有可测定的阈值，有可测定的最大效应➢对饮食和激素等因素敏感➢促长作用的相对效力取决于达到最大效应的时间和剂量速率第14页,共105页，2024年2月25日，星期天引发剂与促癌剂对小鼠皮肤诱发肿瘤的阶段性

组别肿瘤

（1）IIIIIIIII+反复多次给予引发剂可诱发肿瘤（2）I－引发后无促癌剂则不能发生肿瘤（3）PPPPPPPP－无引发剂，仅有促癌剂也不发生肿瘤（4）IPPPPPPP+引发后，多次给予促癌剂则可发生肿瘤（5）IPPPP－引发后，促癌剂接触次数少不发生肿瘤（6）PPPPPI－先促癌剂，后引发剂也不发生肿瘤（7）IPPPPPP+引发后经过一定时间再给予促癌剂可发生肿瘤第15页,共105页，2024年2月25日，星期天3、进展阶段

➢指在肿瘤形成过程中，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恶性肿瘤的生物学特征，如生长速度、侵袭性、转移能力、以及生理生化、免疫性能的改变等。➢当细胞开始失去维持核型稳定的能力并出现染色体畸变时，它们即进入进展期。核型不稳定性进一步促进肿瘤细胞的生长和恶性表型的发展，同时引起细胞代谢调节功能的改变，且逃避机体免疫监视等功能。第16页,共105页，2024年2月25日，星期天1.引发阶段（Initiation)2.促长阶段（Promotion)3.进展阶段（Progression)DNA损伤损伤固定遗传性状改变

突变细胞在内、外因素的作用下，促进肿瘤细胞的分裂和增长突变细胞生长速度快侵袭性和转移能力强生化学和免疫性状改变进展阶段的主要特征➢不可逆➢伴随生长率和侵袭性的增加出现核型异常，核型不稳定性导致细胞基因组结构的形态学改变➢有可测定的和/或形态学可描述的细胞基因组的改变➢进展的早期阶段对环境因素敏感➢可见良性和/或恶性肿瘤➢促进剂可促进细胞进入该阶段，但可能不是引发剂➢可以发生自发的进展作用第17页,共105页，2024年2月25日，星期天第18页,共105页，2024年2月25日，星期天前致癌物终致癌物活化正常细胞致癌物-DNA加合物DNA复制错配修复失败DNA修复细胞死亡细胞含错配碱基引发的细胞分化的细胞不分化的细胞转移促长进展化学致癌过程的主要阶段修复第19页,共105页，2024年2月25日，星期天遗传易感性与化学致癌

单核苷酸多态性特定基因的遗传多态性个体的遗传易感性

肿瘤第20页,共105页，2024年2月25日，星期天

第二节化学致癌机制

化学致癌作用：多因素、多基因参与的多阶段过程。➢体细胞突变致癌学说：即造成DNA损伤而引发肿瘤的遗传毒性机制➢

非突变致癌学说：即对DNA以外靶分子作用的非遗传毒性机制

第21页,共105页，2024年2月25日，星期天一、体细胞突变学说体细胞突变学说的依据：1、致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因突变；2、大多数致癌物在致突变实验中呈阳性；3、DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生；4、许多肿瘤组织中发生染色体畸变和基因组不稳定性；5、肿瘤细胞来源于单细胞克隆；6、癌基因突变及抑癌基因突变和缺失在肿瘤细胞中普遍存在，且突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。第22页,共105页，2024年2月25日，星期天（一）与致癌作用有关的代谢人们接触的大多数致癌物是间接致癌物，必须通过酶系统的代谢活化，形成终致癌物才能发挥其致癌作用。体内正常的生物转化酶的作用：一是解毒（水解、还原、氧化反应），二是使外来化合物的极性增加（结合反应），容易排出体外。在某些情况下，生物转化酶也可作用于外来化合物，产生代谢活化作用，如无活性的间接致癌物，可以在体内生物转化酶系统的作用下，经代谢活化转变为终致癌物。第23页,共105页，2024年2月25日，星期天化学致癌物的代谢特点:（1）代谢以氧化过程为主，所形成的终致癌物具有亲电性，能与DNA、RNA、蛋白质结合，导致损伤效应，引起突变，诱发肿瘤。（2）致癌物的代谢活化可在多种组织、器官中进行，虽有组织特异性，但以肝脏为主。（3）人和动物对化学致癌物的代谢在种属、品系、家族和个体上的差异与遗传因素决定的代谢酶多态性有关，致癌物代谢酶的活性因人而异，个体间的差异可达30-100倍，个别甚至达1000倍。第24页,共105页，2024年2月25日，星期天DNA加合物（DNAadduct）

化学致癌物在体内生物转化酶系统作用下，经代谢活化，产生具有致癌作用的终致癌物，后者含有亲电子结构，能与体内的生物大分子如DNA上的亲核基团发生共价结合，导致DNA的突变，引起DNA损伤。致癌物与DNA大分子的结合具有位点特异性，不同位点的加合物有不同的生物学效应，绝大多数化学致癌物加合物形成位点与基因突变位点密切联系。第25页,共105页，2024年2月25日，星期天支持这一观点的实验依据1.大多数致癌物同时也是致突变物2.许多致癌物的致突变和致癌性质取决于它们是否能转变为亲电子的代谢产物3.DNA加合物的水平通常与致癌性和致突变性成正相关4.DNA和致癌物的相互作用可活化肿瘤基因第26页,共105页，2024年2月25日，星期天亲电性化合物DNA,RNA,蛋白质亲核基团加合物碱基突变、缺失、插入、交联基因结构改变肿瘤细胞、血液、尿共价结合第27页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）DNA修复与化学致癌➢正确修复：受损的DNA完全回复到原有的结构与功能，不发生突变。➢错误修复：经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上存在缺陷，细胞虽能生存，但出现突变。

DNA损伤-----修复-----突变-----肿瘤

化学致癌物能否引发肿瘤既取决于它们对机体生物大分子尤其是DNA的损伤，也取决于机体对损伤DNA的修复能力。第28页,共105页，2024年2月25日，星期天DNA受化学致癌物作用而损伤后，可能通过糖基化酶排除损伤的碱基或切除化学损伤周围的一段碱基，从而迅速修复，接着由DNA聚合酶催化正常序列的合成。DNA修复机制十分复杂，由一些DNA损伤修复基因调控，涉及一些酶系统，如甲基转移酶、糖基转移酶、以及各种类型的损伤特异修复酶。第29页,共105页，2024年2月25日，星期天DNA损伤修复存在不均一性和可诱导性不均一性表现在不同个体、不同器官和不同种类细胞之间的修复能力不同，也表现为同一细胞内不同基因片段上的损伤获得的修复机会不同等，即表达基因优先于静止基因，调控基因优先于功能基因。可诱导性是指细胞修复DNA的能力并不是固定不变的，可被相关因素所诱导。在小剂量损伤因素的连续刺激下，DNA损伤修复的能力会升高。第30页,共105页，2024年2月25日，星期天（三）癌基因、原癌基因及抑癌基因DNA上原（前）癌基因、抑癌基因很可能是化学致癌物的靶分子。第31页,共105页，2024年2月25日，星期天

➢癌基因（oncogene）：一类在自然或实验条件下能引起细胞恶性转化及癌变的基因。➢多数癌基因表达产物都是细胞信号转导系统的组成成分，作为细胞生长因子和细胞生长因子受体、核转录因子或转录调节蛋白，促进细胞有丝分裂，参与细胞周期的调控等。

第32页,共105页，2024年2月25日，星期天❑癌基因是化学致癌物作用的靶分子❑在细胞癌变过程中发挥关健作用❑指导合成的蛋白质能促成细胞恶性表型的形成第33页,共105页，2024年2月25日，星期天原癌基因（proto-oncogene）：

指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息，即癌基因的原型.❑在正常情况下，原癌基因呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能，如生长因子、受体、信号分子、转录因子和细胞周期调节等，癌基因是化学致癌物作用的靶分子。第34页,共105页，2024年2月25日，星期天癌基因通常以原（前）癌基因的形式普遍存在于正常动物细胞的基因组内，原癌基因在进化过程中高度保守，它们在细胞中行使正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信息传递的调控起重要作用。化学、物理或生物等致癌因素作用于细胞后，引起原癌基因突变并使之激活，转变成癌基因后才会导致细胞癌变。第35页,共105页，2024年2月25日，星期天原癌基因癌基因突变致癌物癌变原癌基因与癌基因关系示意图第36页,共105页，2024年2月25日，星期天➢抑癌基因（anti-oncogene）：又称肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgenes）、肿瘤易感基因（tumorsusceptibilitygene)，指对细胞生长、增殖和分化起负性调节的基因，即抑癌作用。➢是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。➢由于含化学致癌因素的作用，抑癌基因发生纯合子缺失或失活，可引起细胞的恶性转化而致癌。第37页,共105页，2024年2月25日，星期天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

第38页,共105页，2024年2月25日，星期天➢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度表达➢癌基因的两个等位基因中单个基因突变可以影响细胞表型➢抑癌基因的产物能阻断肿瘤的细胞生长，抑癌基因突变后丧失其功能➢抑癌基因的两个等位基因都必须失活才能改变细胞的表型第39页,共105页，2024年2月25日，星期天第40页,共105页，2024年2月25日，星期天（四）基因表达调控异常与肿瘤发生➢原癌基因、抑癌基因或其他基因表达、转录、翻译等过程的异常均引起基因表达异常，引发肿瘤。➢基因表达的调控是一个多水平的过程，包括基因组、转录、转录后、翻译及翻译后等复杂过程。第41页,共105页，2024年2月25日，星期天

肿瘤发病机制学说的两大学派：

1、基因学说：即癌变是由于基因的改变；

2、基因外学说：即基因表达调控失常，基因本身不一定有改变。两大学派已逐渐在癌基因发病的理论中趋向统一，目前认为，肿瘤的发生是由于多层次上异常所致，仅从单一方面去认识与解释都将是局限的。第42页,共105页，2024年2月25日，星期天二、非遗传毒性致癌机制一些外源的化合物如免疫抑制剂、激素、苯巴比妥和促癌剂（如佛波酯）等，是通过非遗传机制而产生致癌作用，称为非遗传因子。第43页,共105页，2024年2月25日，星期天非遗传因子并不改变DNA序列，即对遗传物质没有影响，但能改变或抑制某些与细胞增殖和分化有关的基因。它们可作用于转录和翻译等过程，促进基因型已发生改变的细胞，即含有突变或原癌基因已激活成为癌基因的细胞增生，从而使这些改变或启动的细胞克隆增生。促长剂第44页,共105页，2024年2月25日，星期天非遗传因子非遗传毒性致癌机制涉及因素很多，包括：细胞间隙连接通讯、信号转导系统、纺锤丝系统、DNA修复系统以及基因表达调控系统等。第45页,共105页，2024年2月25日，星期天❖非突变致癌学说的主要研究方向➢表观遗传调控失常致癌➢细胞异常持久增生致癌➢内分泌激素失调致癌➢免疫功能抑制致癌➢过氧化物酶体增殖剂激活致癌第46页,共105页，2024年2月25日，星期天外源化学物与人体接触包括各种途径非遗传毒性化学物直接或间接诱导有丝分裂、促进细胞过度增殖引发细胞绝大多数经代谢解毒排泄少数经代谢活化终致癌物作用于生物大分子DNA加合物形成、癌基因与抑癌基因的改变直接致癌物癌前病变肿瘤逃避宿主的免疫监视促癌物DNA损伤修复多阶段致癌理论图解第47页,共105页，2024年2月25日，星期天化学致癌多基因、多因素参与的多阶段理论化学致癌物癌基因抑癌基因DNA修复基因代谢酶基因凋亡基因抗凋亡基因外源性因素

理化生物因素、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。

第48页,共105页，2024年2月25日，星期天第三节化学致癌相关的分子事件一、端粒调控与细胞永生化二、细胞周期的调控紊乱三、细胞凋亡第49页,共105页，2024年2月25日，星期天第50页,共105页，2024年2月25日，星期天第51页,共105页，2024年2月25日，星期天第52页,共105页，2024年2月25日，星期天第四节化学致癌物的分类第53页,共105页，2024年2月25日，星期天一、根据致癌物对人类和动物致癌作用分类

国际癌症研究所（IARC）分类：组1：对人是致癌物。对人类致癌证据充分者属本组。组2：对人类很可能或可能是致癌物。

组2A：对人很可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据充分。

组2B：对人可能是致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性证据并不充分；或对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。组3：现有证据不能对人类致癌性进行分类。指缺乏人类的资料，动物致癌性资料也有限。组4：对人类可能是非致癌物。第54页,共105页，2024年2月25日，星期天二、根据化学致癌作用模式分类

1、遗传毒性致癌物（genotoxiccarcinogen）：

指进入细胞后与DNA发生共价结合，引起机体遗传物质改变，导致癌变的化学物质。第55页,共105页，2024年2月25日，星期天直接致癌物前致癌物间接致癌物近致癌物终致癌物前致癌物近致癌物终致癌物代谢酶代谢酶第56页,共105页，2024年2月25日，星期天

直接致癌物(driectcarcinogen)：

其本身直接具有致癌作用，在体内不需要代谢活化即可致癌。如各种烷化剂，这类物质大多数为亲电子物。第57页,共105页，2024年2月25日，星期天间接致癌物(indirectcaicinogen)：

其本身不能直接致癌，必须在体内经过化谢转化，所形成的代谢物具有致癌作用。如多环芳烃、芳香胺类化合物等。前致癌物（precarcinogens）：

未经代谢活化的间接致癌物。第58页,共105页，2024年2月25日，星期天近致癌物（proximatecarcinogens）:

前致癌物在体内经代谢活化形成的一种或一系列中间代谢产物。其化学性质活泼但寿命短暂，需经代谢活代，转变为带正电子的亲电子物，与DNA等生物大分子发生反应。终致癌物（ultimatecarcinogens）:

不需代谢活化的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产物的总称。第59页,共105页，2024年2月25日，星期天无机致癌物：通过选择性改变DNA复制的保真性，导致DNA的改变，如金属镍、铬或它们的盐类等。第60页,共105页，2024年2月25日，星期天2、非遗传毒性致癌物（epigenotoxiccarcinogen）：指不作用于机体遗传物质的化学致癌物。第61页,共105页，2024年2月25日，星期天（1）促长剂：本身无致癌作用，在给予遗传毒性致癌物后再给予促长剂，可以增强遗传毒性致癌物的致癌作用，也可以促进“自发性”转化细胞发展成癌。如苯巴比妥、二丁基羟基甲苯等。（2）内分泌调控剂：主要改变内分泌系统平衡及细胞的正常分化，常常起促长剂作用。如乙烯雌酚、雌二醇、硫脲等。（3）免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增殖作用，如嘌呤同类物。第62页,共105页，2024年2月25日，星期天（4）细胞毒剂：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌症发展。如次氮基三乙酸、氯仿等。（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、邻苯二甲酸乙基已酯。（6）固态物质：物理状态是关键因素，可能涉及到细胞毒性。如塑料、石棉。第63页,共105页，2024年2月25日，星期天

3、其他：助致癌物：本身既不具有引发作用，也不具有促长作用，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、二氧化硫等。第64页,共105页，2024年2月25日，星期天三、根据对人和动物致癌性的其他分类

➢确定致癌物：指人和动物都有充分明确的证据，表明该化学物质对人有致癌性。➢可疑致癌物：指仅有个别临床报告，但在人群流行病学调查中未得到确切肯定的因果关系；或仅在多种动物、特别是与人类血缘相似的灵长类动物致癌试验阳性的化学物。➢潜在致癌物：指在人群中尚无充分资料说明人有致癌性，但有充分的动物致突变资料的化学物质。第65页,共105页，2024年2月25日，星期天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➢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、过度暴露于阳光、过度脂肪摄入等第66页,共105页，2024年2月25日，星期天第67页,共105页，2024年2月25日，星期天第68页,共105页，2024年2月25日，星期天第五节化学致癌物筛查的基本方法化学致癌物的判别包括两方面的证据：人群流行病学调查：必须具备两项以上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：至少有两项按现行常规设计进行，符合GLP，在不同物种动物中所得结果一致的动物致癌物鉴定资料。第69页,共105页，2024年2月25日，星期天致癌是一种后果严重的毒性效应，因此致癌性评定是一项极其重要、慎重而又复杂的工作。在方法学上需要经过严密设计的、可靠的流行病学调查才能判定对人的致癌性。如果进行动物致癌试验，只有长期的、终生试验才被公认为可得到确切证据，说明对动物有无致癌性。第70页,共105页，2024年2月25日，星期天常用的致癌物判别方法包括三大类短期试验动物致癌试验人类流行病学调查第71页,共105页，2024年2月25日，星期天（一）遗传毒性试验➢依据：化学物致突变性与致癌性紧密相关。➢局限性：无法检出非遗传毒物的致癌性（假阴性）和具有遗传毒性的非致癌物（假阳性）也就是致突变试验。一、短期试验第72页,共105页，2024年2月25日，星期天致癌物筛选试验主要包括：➢基因突变试验：包括用微生物、昆虫、哺乳类动物细胞及啮齿类动物进行体外或体内试验，其中以Ames最常用。➢染色体畸变分析，微核试验。➢直接观察化学物对DNA的损伤：SCE试验。

第73页,共105页，2024年2月25日，星期天目前主张采用几种方法组合试验，减少出现假阴性和假阳性的情况。有人主张用Ames、小鼠细胞基因突变试验、SCE、体外细胞转化试验为一组，若这四种中有一种为阳性，则表明该物质致癌作用值得进一步探讨。第74页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）细胞恶性转化试验细胞恶性转化试验：是指受试物与正常细胞在体外接触，如有致癌作用，可使正常细胞形态、功能发生变化，发生与癌细胞相似的过程。体外培养细胞观察内容：细胞生长自控能力、增殖速度、细胞形态、生化表型以及移植于动物体内形成肿瘤的能力等。第75页,共105页，2024年2月25日，星期天

原理：癌细胞与正常细胞的不同是其核型的改变和因此而导致的生长自控能力的丧失。细胞自控能力丧失可能导致细胞在离体培养时生长特性改变。

正常细胞：在液体培养时，克隆中的细胞排列有序、只能生长成单层；

癌细胞：贴壁生长的克隆失去接触抑制的能力，因而形成的“恶性转化”克隆中的细胞排列杂乱，重叠生长。判断是否出现了细胞的恶变，须将转化的细胞植入试验动物体内，观察转化的细胞是否可发展成肿瘤。第76页,共105页，2024年2月25日，星期天恶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；正常的接触抑制消失，它的克隆是多层细胞且排列紊乱；生长表型改变。第77页,共105页，2024年2月25日，星期天常用的细胞种类细胞选择的主要原则：1、体外容易培养和传代，阴性细胞克隆背景较低；2、细胞自发突变率低，或自发转化能力很弱；3、已获得无限生长能力，但仍保持接触抑制而无致肿瘤性。第78页,共105页，2024年2月25日，星期天原代细胞：如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，BHK-21；病毒感染细胞：如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）。第79页,共105页，2024年2月25日，星期天优点：试验周期短，经济方便；一个细胞克隆或细胞巢就相当于一只受试物；受试物直接与靶细胞作用，便于控制剂量，不受吸收、代谢、分布的影响，并且可不受体内免疫系统等干扰；便于观察。缺点：仍存在假阳性、假阴性等问题。第80页,共105页，2024年2月25日，星期天

（一）哺乳动物短期致癌试验

➢小鼠肺肿瘤诱发试验

➢大鼠肝转变灶诱发试验

➢小鼠皮肤肿瘤诱发试验

➢雌性大鼠乳腺癌诱发试验二、动物致癌试验第81页,共105页，2024年2月25日，星期天

上述任一试验的阳性结果，其意义与长期动物致癌试验相当；但因试验期短、靶器官局限、适用化学物质类型较少，阴性结果意义不大。第82页,共105页，2024年2月25日，星期天（二）哺乳动物长期致癌试验➢化学致癌物最大的特点是有一个较长的潜伏期，对于一个新化学物的致癌性评价，不可能也不容许等到数十年后才取得人肿瘤流行病调查资料方作出判断。动物致癌试验只需相对较短的时间，对动物进行终生染毒，即可取得资料。➢可严格控制受试物进入机体的途径、剂量及动物的生活环境，从而排除其他因素对试验结果的干扰。第83页,共105页，2024年2月25日，星期天（一）动物选择种属：对肿瘤的感受性，特别是对受检物有特定的靶器官尤为重要。品系：①已知对相似化学结构的物质敏感。②肿瘤自发率低。③代谢转化速率和方式与人相似。第84页,共105页，2024年2月25日，星期天性别：一般是雌雄各半，特殊情况用单性。年龄：一般用刚断乳或断乳不久的幼年动物，因为此时动物的感受性高，同时也可以使试验接触时间更长。动物数量：每剂量组不少于雌雄各50只，希望在出现第一个肿瘤时，每组还有不少于25只动物。当对照组肿瘤自发率较高，而染毒组肿瘤发生率较低时，所需动物数增加。第85页,共105页，2024年2月25日，星期天

第86页,共105页，2024年2月25日，星期天

（二）剂量设计

3个染毒剂量组

➢低剂量组——无作用剂量组，不产生任何毒性效应

➢中剂量组——阈剂量组➢高剂量组——发生肿瘤剂量组

1个对照组（必要时另设一个溶剂对照组）

注：为使染毒组肿瘤的发生率显著高于阴性对照组，在设计剂量时应考虑使用尽可能大的量，使试验不至于漏检具有阳性致癌作用的物质。第87页,共105页，2024年2月25日，星期天（三）染毒途径

经胃肠道、皮肤、呼吸道、注射等途径染毒，前提是尽量按人类实际接触情况选用适宜的染毒途径。第88页,共105页，2024年2月25日，星期天（四）实验期限与染毒时间

染毒时间一般要求染毒至实验结束甚至终身染毒。但也有人认为，为了减少中途非肿瘤性死亡，建议在9-10个月后停止染毒。试验的观察期限要长，原则上要求长期甚至终生观察，一般小鼠1.5年，大鼠2年，可能时分别延长至2年和2.5年。第89页,共105页，2024年2月25日，星期天（五）结果观察一般毒性实验所观察的一些指标，如摄食、活动、体重。观察皮肤及全身浅表部位有无肿瘤，并记录发生的部位、数目、性质、大小。病理学检查必不可少。可从肉眼开始，逐一检查每一器官，然后进一步作病理切片。其范围至少包括已出现的肿瘤或可疑肿瘤以及肉眼观察有明显病变和怀疑有某些病变的器官。第90页,共105页，2024年2月25日，星期天1、肿瘤的发生率：肿瘤的发生率=×100%计算时须注意：先计算全部肿瘤的发生率，然后将良性与恶性分开，还应注意统计不同器官组织肿瘤的发生率。当染毒组肿瘤的发生率显著大于对照组，并呈现剂量-反应关系，以及发生与对照组自发肿瘤类型不同的肿瘤等，均认为是阳性。实验结束时患肿瘤动物的总数

有效动物总数（最早出现肿瘤时存活动物总数）（六）结果评定第91页,共105页，2024年2月25日，星期天2、多发性：

肿瘤的多发性是化学物致癌的又一个特征，这包括一个器官出现多个肿瘤或多个器官出现肿瘤。故要计算各组的平均肿瘤数。当染毒组与对照组存在差异，并有剂量-多发性关系，则认为是阳性。第92页,共105页，2024年2月25日，星期天3、潜伏期：

动物从接触受试物起至出现第一个肿瘤的天数，这包括不同染毒时间剖杀的濒死或已死动物的肿瘤发生时间，要求剖杀时要仔细，以防漏检。

致癌指数＝肿瘤发生率（％）/潜伏期（天）×100

当潜伏期缩