食品毒理学·外源化学物的致癌作用

食品毒理学

（40学时）肿瘤指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，在人体的任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。第九章外源化学物的致癌作用第九章外源化学物的致癌作用第一节化学致癌物质第二节化学致癌过程第三节化学毒物致癌性的判别化学致癌物：指凡能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。化学致癌作用：指化学致癌物在体内引起肿瘤的过程。第一节化学致癌物质第一节化学致癌物质人类化学致癌物分类：

2002年（IARC）对878种化合物进行了分类：(1)Ⅰ组对人类确实致癌物，有87种；(2)Ⅱ组对人类是很可能或可能是致癌物。①Ⅱ组2A：对人类很可能是致癌物，有63种；②Ⅱ组2B：对人类是可能致癌物，有234种；(3)Ⅲ组可疑致癌物，现有的证据不能对人类致癌性进行分类，有493种；(4)Ⅳ组非致癌物，对人类可能是无致癌作用，有1种。肿瘤的分类：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：则包括癌和肉瘤。由上皮细胞来源的恶性肿瘤称为癌。由间质细胞来源的恶性肿瘤称为肉瘤

第一节化学致癌物质化学致癌作用是一个多因素、多基因参与的多阶段过程。化学致癌物的代谢活化DNA修复与致癌癌基因有关的致癌分子机制化学致癌过程某些致癌机制的新进展第一节化学致癌物质(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①直接致癌物②间接致癌物③无机致癌物(2)非遗传毒性致癌物化学致癌物或其代谢物不直接作用遗传物质，而作用于遗传物质以外的生物大分子，称为非遗传毒性致癌物①促长剂②内分泌调控剂③免疫抑制剂④细胞毒剂⑤过氧化物酶体增殖剂⑥固体物质第一节化学致癌物质在人们接触的大多数化学致癌物中，如多环芳烃、亚硝胺类均是间接致癌物。它们必须经过酶系统的代谢激活，形成终致癌物才能作用于细胞的遗传物质DNA，使细胞转化为恶性细胞。二、化学致癌物的活化与灭活机体在进化过程中形成保护机体免受有毒化学物损伤的酶系统也可催化本身并不直接致癌的化学物产生活性致癌物，即终致癌物。前致癌物：本身并不直接致癌，必须在体内经代谢转化，其所形成的代谢产物才具致癌作用。前致癌物是指还未经代谢活化的形式，即母体化合物。近致癌物：指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。近致癌物必须经进一步代谢活化，才能形成终致癌物。终致癌物：指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物的统称。二、化学致癌物的活化与灭活三、化学致癌作用的分子机制（一）DNA加合物遗传毒性致癌机制主要与DNA发生作用，其结果是DNA加合物的形成。化学致癌物在生物转化酶系统作用下，经代谢活化，产生有致癌活性的终致癌物，即含有亲电子结构基团的化合物，它能与细胞靶分子―生物大分子如DNA、RNA及蛋白质的亲核基团，DNA中的N-，C-8-鸟嘌呤，N-，N-腺嘌呤，Ｏ-2-，Ｏ-4-，N-3-胸腺嘧啶发生共价结合，形成加合物使这些生物大分子烷基化，导致DNA的突变。三、化学致癌作用的分子机制（二）DNA修复与化学致癌化学致癌物对于人体内DNA损伤的同时，机体也要对其修复。修复的目的是将受损的部分去掉，再补上被除去部分的空缺。通常，经错误修复的细胞，尽管能够生存并保持了部分功能，但其代价是出现突变。三、化学致癌作用的分子机制癌基因指一类在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜在基因，它们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。抑癌基因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，或称为肿瘤抑制基因原癌基因指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）。（三）癌基因、原癌基因及抑癌基因三、化学致癌作用的分子机制癌基因的表达只有在受到化学致癌物作用或其他致癌因素作用后，发生点突变、DNA重排、外源或内源启动子顺序插入、基因扩增，原癌基因被激活为β活性形式的癌基因时，才引起细胞癌变。癌基因的激活表达是许多肿瘤细胞发生发展的重要步骤。而抑癌基因，正常时可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达。只有当它自身不能表达或其基因产物去活化才允许肿瘤性状的表达。（四）基因表达调控异常与肿瘤发生癌细胞染色体的数量和质量的变化是特征。基因学说，即癌变是由于基因的改变；基因外学说，即基因表达调控失常，基因本身不一定有改变。随着研究的广泛和深入，两大学派已在癌基因发病的理论中走向了统一，癌的发生是在多层次上异常所致，仅从单一方面去认识与解释都将是局限的。第三节化学致癌过程人类或动物的正常细胞如何在化学致癌物的作用下，逐步转化成癌细胞。在体内如何逐步发展成可见肿瘤，并转移到机体其他组织。肿瘤的发生是一个长期的、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。癌细胞大小不等。胞浆着蓝色，边缘有少许细小紫红色颗粒，含空泡。核行不规则，染色质粗点状排列。核仁明显，多少不一，有空泡，此外可见裸核细胞。右上瘤细胞有血小板附着。肿瘤发生的三个阶段1、引发阶段或称启动阶段，为化学致癌作用的第一步骤。它通常是一相对迅速的过程，化学致癌物对靶细胞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，即成为突变细胞，或称为“启动细胞”

。肿瘤发生的三个阶段2、促长阶段即促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段。阶段特点：①引发物作用之后，促癌物的作用是长期、慢性，才能引起肿瘤；②引发物单独作用一般不会引起肿瘤；③只有促癌物而没有引发物也不会引起肿瘤；④引发物必须作用于发生在促癌物之前；⑤引发产生的作用是不可逆改变，促长在早期阶段的改变是可逆的。肿瘤发生的三个阶段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。四、非遗传毒性致癌机制传统上将致癌过程中致癌因素对于DNA所引起的一系列启动作用列为遗传机制，而对于DNA外靶子所起的作用称为非遗传毒性机制非遗传毒性致癌机制的证据是一部分致癌物用目前已有的常用致突变试验不能检出其致突变性，常见的非遗传毒性致癌物有石棉、激素、免疫抑制剂、多氯联苯及TCDD等。1．遗传毒性致癌物

(l）直接致癌物本身直接具有致癌作用，在体内不需要经过代谢活化即可致癌。如各种烷化剂，其大多为亲电子反应物。(2）间接致癌物本身并不直接致癌，必须在体内经代谢转化，其所形成的代谢产物才具致癌作用。如，多环芳烃、芳香胺类化合物等。(3）无机致癌物有些可能是亲电子剂，但有些是通过选择性改变DNA复制保真性，导致DNA的改变，如金属镍、铬。2．非遗传毒性致癌物(l）促长剂：本身无致癌性，可促进“自发性”转化细胞发展成癌。(2）内分泌调控剂：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。(3）免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。(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。(5）过氧化物酶体增殖剂：过氧化物酶体增殖可导致细胞内氧自由基过量生成。(6）固态物质：物理状态是关键性因素，可能涉及细胞毒性。3．未分类如二恶烷、美舍吡伦有些化合物，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，故称为助致癌物。如乙醇、二氧化硫等。一是人群流行病学调查，此项中必须具备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；二是动物实验证据，要求至少也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。第三节化学致癌性的判别常用的致癌物判别方法：短期试验动物致癌试验人类流行病学调查。第三节化学致癌性的判别一、短期试验（一）致突变试验致突变试验主要是对致癌物的筛选，其依据是化学物的致突变性与致癌性相联系，即大多数化学致癌物具有致突变性，而大多数非致癌物无致突变性。利用致突变试验进行致癌物的筛查的毒理学意义是可检出基因遗传毒性的致癌物。Ames试验是应用筛检致癌物最广泛和最敏感的致突变试验。

一、短期试验（二）细胞转化试验细胞转化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。细胞转化试验的目的是了解体外培养细胞接触受试物后，细胞生长是否发生癌变，其观察内容包括生长自控能力、细胞形态、细胞生长能力、生化表型以及移植于动物体内形成肿瘤的能力等。有三类细胞可应用于细胞转化试验：①原代细胞，如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；②细胞系，常用细胞系BAIJB/C-3T2，C3H10T1/2和BHK-1；③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）。一、短期试验一、短期试验（三）哺乳动物短期致癌试验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。常用的哺乳动物短期致癌试验有：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等。二、哺乳动物诱癌试验目前公认的确认动物致癌物的经典方法是哺乳动物长期致癌试验，又称哺乳动物终生试验。化学致癌的一个最大特点是潜伏期长。如利用人类接触致癌物确认方法―流行病学调查，一般需要人类接触受试物20年后才能进行。利用大鼠致癌试验，试验期为2年，相当于人类大半生的时间。（一）动物选择在致癌试验中选择动物最重要依据是对诱发肿瘤的易感性，肿瘤易感性可在物种、品系、年龄和性别等方面有不同的表现。试验动物的选择：大鼠对诱发肝癌敏感；小鼠对诱发呼吸道或肺肿瘤敏感；金黄地鼠或犬对诱发膀胱癌敏感；大、小鼠对诱发膀胱癌均不敏感。（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。一般认为最高剂量应尽可能加大，这样才不至于漏检致癌物。（三）试验期限与染毒时间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。所谓长期，因不同物种寿命长短不一，观察时间要求不同。一般情况下小鼠最少1.5年，大鼠2年。（四）结果的观察、分析和评定1、肿瘤发生率它是最重要的指标，可计算肿瘤总发生率、恶性肿瘤总发生率、各器官或组织肿瘤发生率和恶性肿瘤发生率，以及各种类型肿瘤发生率。2、多发性肿瘤的多发性计算每一组中出现2个、3个或多个肿瘤的动物数或比例。3、潜伏期通常用各组第一个肿瘤出现的时间作为该组潜伏期。三、人群流行病学调查它是确定人类致癌物惟一手段。通常方法是，一般先通过动物致癌试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物，或先进行描述流行病学调查或临床观察发现怀疑人类致癌物，再进行分析性流行病学调查，即定群调查（或称队列调查）和病例对照调查。四、作为致癌作用模型的转基因小鼠和基因敲除小鼠基因工程技术为研究肿瘤提供了良好的模型，如转基因动物和基因敲除小鼠等。转基因动物系指借助基因工程技术将确定的外源基因通过生殖细胞或早期胚胎导人动物个体的染色体上，在其基因组内稳定地整合经导入的外源基因，并能遗传给后代的一类动物。基因敲除小鼠指将小鼠基因组中特定内源基因定点