化学致癌作用专家讲座

化学致癌作用ChemicalCarcinogenesis年10月化学致癌作用第1页讲授内容肿瘤流行病学和病因学化学致癌多阶段学说化学致癌机制与化学致癌相关分子事件致癌物分类

化学毒物致癌性判别毒理学试验策略转变化学致癌作用第2页近三十年以来，癌症发病数以年均3-5%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；癌症已成为人类第一或第二位死因，超出艾滋病、结核、疟疾致死病例总和。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

癌症发病化学致癌作用第3页我国癌症死亡年份死亡数1994130万

140万2025270万现今活着12亿人口中预计2亿将死于癌症化学致癌作用第4页肿瘤细胞正常细胞为何会转化成肿瘤细胞？肿瘤细胞正常细胞基因异常外源性原因内源性原因化学原因物理原因致瘤病毒霉菌毒素遗传原因化学致癌作用第5页病因学化学原因：多环芳烃、芳香胺及偶氮染料类、亚硝胺类、植物毒素和金属类物理原因：电离辐射、阳光与紫外线、热辐射、机械剌激生物原因：病毒（宫颈癌、鼻咽癌）、霉菌毒素（肝癌）、寄生虫（大肠癌、肝癌）遗传原因化学致癌作用第6页化学致癌过程一个多原因、多基因参加多阶段过程致癌过程大致分为三个阶段：

开启(initiation)

促进(promotion)

进展(progression)组织细胞病理改变从增生、异型变、良性肿瘤、原位癌发展到浸润癌和转移癌；而在体外细胞水平上则要经过永生化、分化逆转、转化等多个阶段。化学致癌作用第7页致癌过程有各种基因参加：1.原癌基因：Ras,Myc2.肿瘤抑制基因：P53,pRB3.凋亡相关基因：Bcl-24.DNA修复基因：BRCA1,MSH1,ATM化学致癌作用第8页人类结肠癌多阶段模型Vogelstein,B.,etal.Geneticalterationsduringcolorectal-tumordevelopment.N.Engl.J.Med.319:525,1988.

化学致癌作用第9页化学致癌作用机制表观遗传变异DNA损伤增殖异常凋亡抑制化学致癌作用第10页化学致癌学说： 一、亲电子剂学说

二、体细胞突变学说 三、癌基因学说 四、癌变阶段学说化学致癌作用第11页体细胞突变学说

理论依据：致癌物活化代谢后生成DNA加合物诱导基因突变；大多数致癌物在致突变试验中呈阳性；DNA修复缺点能够造成肿瘤发生，如着色性干皮病、毛细血管扩张性共济失调等；在许多肿瘤组织中发生染色体畸变或基因组不稳定性；肿瘤细胞起源于单细胞克隆；癌基因突变以及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，而且突变基因型能够经过细胞分裂传递给子代细胞。化学致癌作用第12页肿瘤细胞群体来自单一细胞克隆

最初一个关键基因或一系列事件造成某一细胞向肿瘤方向转化，形成不可控制细胞增殖，最终形成肿瘤。肿瘤发生单克隆学说化学致癌作用第13页癌变二阶段学说：

细胞必须发生两次突变才能形成肿瘤。遗传性肿瘤第一次突变发生在生殖细胞内，并遗传给后代，后代体细胞又一次发生突变，使细胞转化。遗传性视网膜母细胞瘤散发性视网膜母细胞瘤双侧早发家族性单侧晚发散发性Knudson：

twohithypothesis

化学致癌作用第14页化学致癌物诱发肿瘤与特定基因改变相关与化学致癌物类型相关烷化剂引发GA置换苯并芘引发GT颠换与肿瘤类型相关肺癌K-Ras基因常见GT颠换结肠癌K-Ras基因常见GA置换原发肝癌P53基因常见249GT颠换结肠癌P53基因常见GA置换化学致癌作用第15页

不一样器官起源、不一样组织类型、临床阶段以至同一个肿瘤在不一样地域所见遗传改变是不一样。

各种环境致癌物，致癌因子或条件可协同作用：体内：活性氧或感染等+体外：致癌物

累积作用或协同效应

个体不一样遗传背景对肿瘤发生发展有主要影响：DNA修复能力缺点→肿瘤易感

化学致癌作用第16页什么是癌基因（oncogene）?细胞中与v-src基因近缘基因；指机体内正常细胞所含有能致癌遗传信息，即癌基因原型；在正常情况下，原癌基因呈静止状态，对细胞无害且含有主要生物学功效，如调整细胞生长、分化、增殖等功效。癌基因突变学说化学致癌作用第17页癌基因分类与功效按功效分：1、生长因子家族v-Sis2、跨膜酪氨酸激酶v-Ros3、膜相关酪氨酸激酶v-Src4、丝氨酸-苏氨酸激酶v-Raf5、RAS家族v-H-Ras,v-K-Ras6、核蛋白-v-Myc,v-Fos化学致癌作用第18页按细胞内定位和生物学功效分类：1.生长因子,Int-22.生长因子受体,EGFR3.信号传导分子,Fas4.转录因子,Myc5.细胞凋亡基因,Bcl-26.细胞周期蛋白,CDK4化学致癌作用第19页正常功效：

1．与细胞生长相关可促进生长2．潜在致癌性特定条件下：

原癌基因Proto-Oncogene化学致癌物、病毒、放射线等

突变Mutation“激活”Activation重排Rearrangement

过量表Over-expression癌基因Oncogene扩增Amplification3．个体生长、发育所必需“看家基因”HouseKeeperGenes进化上高度保守性4．仅在特定组织中含有潜在致癌性促进生长功效癌基因激活与肿瘤发生化学致癌作用第20页抑癌基因

(TumorSuppressorGene）又称肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene），指对细胞生长、增殖和分化起负性调整基因;参加DNA修复和细胞凋亡等过程。化学致癌作用第21页抑癌基因：P53基因生物学特征P53是细胞生长周期中负调整因子，与细胞周期调控、DNA修复、细胞分化、细胞凋亡等主要生物学功效相关。化学致癌作用第22页低氧P53DNA损伤（如辐射）癌基因激活P21抑制周期蛋白依赖性激酶（CDK)阻断细胞周期运行DNA修复DNA不能修复细胞重新进入细胞周期细胞凋亡化学致癌作用第23页ExonCodonPAHadductsCigarettemutationsSmokycoalmutations5154156157158159++++++++7237245248249+++++++8273+++CancerResearch61:6679-6681,P53基因突变热点化学致癌作用第24页肿瘤型突变频率（%）突变热点肿瘤型突变频率（%）突变热点肺癌56157，248，273前列腺癌30不确定结肠癌50175，245，248，273肝细胞癌45249食道癌45不确定胶质癌25175、248卵巢癌44273乳腺癌22175、248、273胰腺癌44273子宫内膜癌22248皮肤癌44248、278甲状腺癌13248、273胃癌41不确定白血病12175、248头颈鳞癌37248宫颈癌7273膀胱癌34280软组织肉瘤31不确定人类肿瘤P53基因突变热点和频率化学致癌作用第25页非致突变致癌机制：表观遗传变异

细胞异常增生免疫抑制激素调控异常过氧化酶体增殖剂激活受体

化学致癌作用第26页表观遗传主要调控方式

DNA甲基化组蛋白修饰染色质重塑非编码RNA(microRNA,siRNA)化学致癌作用第27页FeinbergA,Nature.May24;447(7143):433-40表观遗传调控化学致癌作用第28页整个基因组普遍低甲基化部分基因开启子区CpG岛高甲基化基因异常激活或抑制基因组不稳定性增加印记丢失肿瘤细胞DNA甲基化特征和后果化学致癌作用第29页与化学致癌相关分子事件基因突变端粒调控与细胞永生化细胞增殖细胞周期调控紊乱细胞凋亡与肿瘤发生化学致癌作用第30页人体细胞转化试验

ST人体细胞动物细胞正常细胞永生化细胞转化细胞HahnWCNature,1999化学致癌作用第31页细胞永生化是癌变过程中主要阶段细胞周期失调、端粒酶活化、癌抑基因失活端粒假说化学致癌作用第32页TelomereGeneticClock化学致癌作用第33页Telomerase化学致癌作用第34页2.细胞周期失调

细胞周期关卡(cellcyclecheckpoint)

化学致癌作用第35页SMG2G1Cellcycle静止期(G0)化学致癌作用第36页G2G1SMCellcyclecyclinscyclinsCDKcyclinsCDKCDKI化学致癌作用第37页G2G1SMCellcycleDPE2FDNAsynthesis-relatedgenesE2FRbPE2FCyclinD1CDK4RbPPPPPRbPPPPPE2FE2FE2FE2FDPE2FDNAsynthesis-relatedgenes化学致癌作用第38页细胞增殖与肿瘤发生细胞增殖分化异常与相关疾病增殖异常分化异常增殖分化异常再生障碍性贫血肥胖症恶性肿瘤白癜风遗传性血红蛋白病银屑病前列腺肥大肌营养不良畸胎瘤动脉粥样硬化先天畸形家族性红细胞增多症X-连锁-球蛋白缺乏症高IgM血症细胞过分增殖本质是细胞周期调控异常化学致癌作用第39页细胞凋亡与肿瘤凋亡概念

凋亡（apoptosis)

是活体内单个细胞死亡。与基因调整相关，也称为程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD)，是因为细胞增殖与/或细胞死亡调控功效失调所致。化学致癌作用第40页细胞死亡模式坏死凋亡凋亡生理意义确保胚胎发生、器官发育调控正常细胞数量机体本身保护和防御机制凋亡病理意义凋亡过分Alzheimer病、肌萎缩凋亡不足恶性肿瘤化学致癌作用第41页化学致癌物分类■致癌物：（carcinogen）组1：确证人类致癌物:人类流行病+动物致癌组2A：动物致癌物(可能致癌物)：充分动物试验证据组2B：可疑致癌物：动物试验与人类流行病不确证组3：组4：非致癌物：当前无致癌证据化学致癌作用第42页

国际癌症研究中心（Internationalagencyforresearchoncancer，IARC）最新公布对人致癌性总评价表显示，已确证人类致癌物为107种。http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/index.phpAgentsClassifiedbytheIARCMonographs,Volumes1–100（May,）致癌物（IARC)字母次序.pdfGroup1Carcinogenictohumans107agentsGroup2AProbablycarcinogenictohumans

58Group2B

Possiblycarcinogenictohumans249Group3Notclassifiableastoitscarcinogenicitytohumans

512Group4Probablynotcarcinogenictohumans

1

化学致癌作用第43页致癌物分类（续）◆按作用机制

诱导突变致癌物：以DNA为作用靶子致癌物；非诱导突变致癌物:不改变DNA碱基序列

◆按作用模式机制

直接致癌物(directcarcinogens)间接致癌物(indirectcarcinogens)促癌物（promotor）：如TPA化学致癌作用第44页已知致癌物或生产方式

靶器官黄曲霉毒素

肝（肺）4-氨基酚

膀胱砷及砷化合物

肺、皮肤石棉

肺、胸膜、腹膜（胃肠、咽部）硫酸嘌呤

淋巴系统、间质、肝胆系统、皮肤苯

造血系统联苯胺

膀胱N-N-双（2-氯乙基）-2-苯胺

膀胱双氯甲醚及工业级氯甲甲醚

肺1,4,丁二醇-二甲磺酸盐

造血系统口服避孕药（复合）

肝口服避孕药（连续）

子宫氡及其裂变产物

肺含石棉纤维滑石

肺硫替哌

造血系统Treosulphan造血系统氯乙烯

肝、血管（肺、脑、淋巴系统）酒精饮料

咽、食管、肝、喉、口腔（乳房）含非那西丁退热剂

膀胱、肾含烟草槟榔

口腔、咽喉、食管煤焦油沥青

皮肤、肺、膀胱（咽、口腔）煤焦油

皮肤、肺（膀胱）化学致癌作用第45页矿物油（轻度处理或不处理）皮肤（肺、膀胱、胃肠道）页岩油皮肤（胃肠道）烟炱皮肤、肺烟草制品（无烟）口腔、咽、食管烟草制品（有烟）肺、膀胱、口腔、咽喉、食管、胰、肾铝生产肺、膀胱（淋巴系统）金胺生产膀胱（前列腺）鞋制造与修理鼻腔、造血系统（咽、肺、肝、胃、肠道、膀胱）煤气生产皮肤、肺、膀胱焦煤生产皮肤、肺、肾硬木家俱生产鼻腔钢铁冶炼肺（胃肠、生殖泌尿系统、造血系统）异丙醇生产鼻腔（咽）品红生产膀胱职业油漆工肺橡胶业膀胱、造血系统（肺、胃肠道、皮肤、淋巴系统）已知致癌物或生产方式

靶器官化学致癌作用第46页化学毒物致癌性判别必须具备两个方面证据：1.人群流行病学调查要求：不一样地点、不一样对象、不一样调查方法2.动物试验要求：不一样地点、不一样动物种属GLP认证试验室进行从定性和定量两个方面进行化学致癌作用第47页致癌物判断基本方法一、短期试验致突变试验组合细胞转化试验哺乳动物短期致癌试验：小鼠肺、皮肤肿瘤诱导、大鼠乳腺癌诱导、大鼠肝转变灶试验化学致癌作用第48页1485种化学物致突变试验和致癌试验结果一致性比较美国致癌性数据库

TheCarcinogenicPotencyDatabase(CPDB)

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化学致癌作用第49页Ames试验致癌试验（大鼠）Ames试验和致癌试验都进行阳性阴性阳性率阳性阴性阳性率Ames阳性致癌阳性二者阳性34355638.15％34582529.49％343345238共899种共1170种共721种大鼠试验检测出致癌物中Ames试验检出率为69.0%