化學(xué)毒物致突變作用

化學(xué)毒物致突變作用第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五遺傳毒理學(xué)第一節(jié)基本概念第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型第三節(jié)致突變作用機(jī)制和后果第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法2第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)是毒理學(xué)的一個(gè)分支，研究外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素對(duì)生物體遺傳機(jī)構(gòu)的損害作用及其規(guī)律。其主要目的是檢測那些能引起DNA損傷的環(huán)境因素，研究其遺傳毒作用的特點(diǎn)及對(duì)人類的潛在危害。3第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念突變(mutation)遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異稱為突變，突變實(shí)際上是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。自發(fā)突變(spontaneousmutation)

由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的自制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時(shí)的堿基配對(duì)錯(cuò)誤所產(chǎn)生的突變。誘發(fā)突變(inducedmutation)誘變劑誘發(fā)的突變。4第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五致突變作用或誘變作用(mutagenesis)

廣義概念是外來因素，特別是化學(xué)因子引起細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力，而且此種改變可隨同細(xì)胞分裂過程而傳遞。簡單地說，突變的發(fā)生及其過程即為致突變作用?；瘜W(xué)誘變劑(chemicalmutagen)基因突變(genemutation)

一個(gè)或幾個(gè)DNA堿基對(duì)的改變

染色體畸變(chromosomeaberration)

染色體的結(jié)構(gòu)及數(shù)目改變

基本概念5第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五DNA與基因:

基因(gene)

基因組(genosome)

染色質(zhì)(chromatin)與染色體(chromosome)

體細(xì)胞(somaticcell)和生殖細(xì)胞(germcell)

基因型(genotype)與表型(pheotype)細(xì)胞周期(cellcycle)、有絲分裂(mitosis)與減數(shù)分裂(meiosis)

基本概念6第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念7第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念8第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念9第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基本概念10第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五基因突變（genemutation）染色體畸變（chromosomeaberration）非整倍體和多倍體(aneuploidyandpolyloid)化學(xué)毒物致突變的類型11第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五化學(xué)毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)

1．堿基置換(base—pairsubstitution)指某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變。

轉(zhuǎn)換(transition)顛換(transvertion)2．移碼突變(frameshiftmutation)指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)（三對(duì)除外）的堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。

12第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、基因突變(genemutation)化學(xué)毒物致突變的類型13第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五化學(xué)毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)14第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、染色體畸變(chromosomeaberration)

指染色體的結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧珕误w型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosomeaberration)染色體畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)

無著絲點(diǎn)環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點(diǎn)染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(fù)(duplication)輻射體

化學(xué)毒物致突變的類型15第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

染色體缺失及環(huán)狀染色體的形成圖

染色體插入和重復(fù)示意圖

16第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五

染色體的臂間倒位

染色體相互易位示意圖

17第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、染色體畸變(chromosomeaberration)化學(xué)毒物致突變的類型18第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、基因組突變

1．非整倍體非整倍體(aneuploid)指細(xì)胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時(shí)稱為單體(monosome)，增加一條染色體時(shí)稱為三體(trisome)。染色體數(shù)目的改變會(huì)導(dǎo)致基因平衡的失調(diào)，可能影響細(xì)胞的生存或造成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導(dǎo)致先天愚型(Down氏綜合征)。2．整倍體整倍體(euploid)指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體(triploid)、四倍體(tetroploid)等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細(xì)胞及人類自然流產(chǎn)的胎兒細(xì)胞中可有三倍體細(xì)胞的存在。發(fā)生于生殖細(xì)胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的?；瘜W(xué)毒物致突變的類型19第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五致突變作用的機(jī)制一、DNA損傷與突變(一)堿基損傷1.堿基錯(cuò)配2.嵌入DNA鏈3.堿基類似物的取代4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞

20第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、DNA損傷與突變（二）DNA鏈?zhǔn)軗p

1.二聚體的形成2.DNA加合物（DNAadducts）形成3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物(DNA-Proteincrosslinks，DPC)形成二、引起突變的細(xì)胞分裂過程的改變（對(duì)紡鍾體的毒作用）三、其他的改變

對(duì)DNA合成和修復(fù)有關(guān)的酶系統(tǒng)作用可間接導(dǎo)致

DNA損傷，誘發(fā)基因突變或染色體畸變。

致突變作用的機(jī)制21第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五突變的不良后果突變的不良后果

體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變癌變致畸衰老配子死亡死胎自發(fā)流產(chǎn)先天畸形22第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五一、機(jī)體修復(fù)DNA損傷的機(jī)制可分為兩大類：1.損傷耐受機(jī)制：指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷。

2.修復(fù)機(jī)制：DNA修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)O6甲基鳥嘌呤修復(fù)光修復(fù)錯(cuò)配堿基修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響復(fù)制后修復(fù)呼救性修復(fù)23第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五機(jī)體對(duì)致突變作用的影響二、遺傳因素對(duì)致突變作用的影響：

(一)代謝酶遺傳多態(tài)性

(二)修復(fù)功能的個(gè)體差異

24第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法一、觀察項(xiàng)目的選擇

1．觀察的效應(yīng)終點(diǎn)類型基因突變和染色體畸變的檢測可直接反映化學(xué)毒物的致突變性，是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物致突變性唯一可靠的方法。還有許多試驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象并不反映基因突變、染色體畸變和染色體分離異常，而僅反映致突變過程中發(fā)生的其他事件。因此，將試驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象所反映的各種事件統(tǒng)稱為遺傳學(xué)終點(diǎn)(geneticendpoint)。25第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法一、觀察項(xiàng)目的選擇遺傳學(xué)終點(diǎn)分為5類：①DNA完整性的改變(形成加合物，斷裂，交聯(lián))；②DNA重排或交換；③DNA堿基序列改變；④染色體完整性改變；⑤染色體分離改變。其中③實(shí)際上指基因突變，④指染色體畸變。26第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法2．成套的觀察項(xiàng)目遺傳毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)。因?yàn)椋孩倩瘜W(xué)毒物的種類和結(jié)構(gòu)多種多樣，其致突變的機(jī)制不盡相同，作用的靶細(xì)胞也不一樣，有的是體細(xì)胞，或生殖細(xì)胞，或兩者兼而有之，故在成套觀察項(xiàng)目中既要用體細(xì)胞檢測又要用生殖細(xì)胞；除了從分子水平還要從細(xì)胞水平來檢測化學(xué)毒物的遺傳毒性。②致突變物中僅少數(shù)具有直接致突變作用，大多數(shù)為間接致突變作用，即需要在體內(nèi)代謝活化后，才具有致突變作用。體內(nèi)試驗(yàn)具有完整的活化系統(tǒng)，而體外試驗(yàn)則通過加入模擬代謝系統(tǒng)，如S9來彌補(bǔ)缺乏活化系統(tǒng)的不足。這是體內(nèi)與體外試驗(yàn)的主要差別。③化學(xué)毒物的致突變性有強(qiáng)，也有弱；有的在某一檢測系統(tǒng)中是強(qiáng)致突變物，而在另一系統(tǒng)中可能是弱的致突變物。對(duì)于弱致突變物在某些系統(tǒng)中比較容易漏檢，即出現(xiàn)假陰性。27第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五2．成套的觀察項(xiàng)目關(guān)于遺傳毒理學(xué)成套觀察項(xiàng)目中那些試驗(yàn)可入選的原則有：①選擇的遺傳毒性試驗(yàn)應(yīng)包括5種類型的遺傳學(xué)終點(diǎn)。②通常的實(shí)驗(yàn)材料有病毒、細(xì)菌、真菌、培養(yǎng)的哺乳細(xì)胞、植物、昆蟲及哺乳動(dòng)物等。③體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)配合。④應(yīng)包括生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。通常，對(duì)于一種受試物應(yīng)當(dāng)先用原核細(xì)胞或體細(xì)胞的體外試驗(yàn)按遺傳學(xué)終點(diǎn)合理配套進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)有陽性結(jié)果的遺傳學(xué)終點(diǎn)驗(yàn)證其在體內(nèi)的真實(shí)性，再行選用生殖細(xì)胞致突變?cè)囼?yàn)進(jìn)行遺傳危害的評(píng)價(jià)。觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法28第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變?cè)囼?yàn)

(一)細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames試驗(yàn))

鼠傷寒沙門氏菌原養(yǎng)型(his+)組氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株。(his-)正向突變回復(fù)突變代謝活化系統(tǒng)受試物觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法29第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變?cè)囼?yàn)(二)微核試驗(yàn)

微核(Micronucleus)的產(chǎn)生與染色體損傷有關(guān)，是染色體或染色單體的無著絲點(diǎn)斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個(gè)染色體，在細(xì)胞分裂后期遺留在細(xì)胞質(zhì)中，末期之后，單獨(dú)形成一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核，包含在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，因比主核小，故稱微核。在細(xì)胞質(zhì)中微核來源有二：斷片或無著絲粒染色體在細(xì)胞分裂后期不能定向移動(dòng)，而遺留在細(xì)胞質(zhì)中；有絲分裂毒物的作用使個(gè)別染色體或帶苔絲粒的染色體環(huán)和斷片在細(xì)胞分裂后期被留在細(xì)胞質(zhì)中。微核試驗(yàn)(Micronucleustest，MNT)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗(yàn)。其主要可檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。

觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法30第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法(二)微核試驗(yàn)31第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五MNNCE觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法32第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變?cè)囼?yàn)(三)染色體畸變分析

(四)姐妹染色單體交換試驗(yàn)（SCE）

觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法33第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五二、常用的致突變?cè)囼?yàn)(五)果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)(六)顯性致死試驗(yàn)(七)程序外DNA合成試驗(yàn)

(八)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物致突變?cè)囼?yàn)(九)哺乳動(dòng)物細(xì)胞基因突變?cè)囼?yàn)(十)SCCE試驗(yàn)(十一)熒光原位雜交技術(shù)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法34第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變?cè)囼?yàn)中的一些問題

(一)陰性和陽性對(duì)照的設(shè)立

1．陰性對(duì)照它是空白對(duì)照，即不加任何處理。或者是溶劑對(duì)照。陰性對(duì)照除了無處理因素外，與實(shí)驗(yàn)組完全相同。其目的是獲得實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。例如，Ames試驗(yàn)的陰性對(duì)照可了解所用的細(xì)菌的自發(fā)回復(fù)突變率；證實(shí)除處理因素外無任何使回復(fù)突變率增加或減少的因素。2．陽性對(duì)照是用某種已知能產(chǎn)生陽性反應(yīng)的物質(zhì)作為對(duì)照。其目的是通過對(duì)陽性物質(zhì)的試驗(yàn)證明實(shí)驗(yàn)方法的可靠；驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)者在本實(shí)驗(yàn)條件下，完成技術(shù)和鑒定致突變物的能力；證實(shí)經(jīng)一段時(shí)間后，本實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性。例如，Ames試驗(yàn)中陽性對(duì)照未出現(xiàn)陽性結(jié)果，應(yīng)考慮突變菌株可能發(fā)生問題，另一種可能是代謝活化能力不足。所以，當(dāng)陽性對(duì)照結(jié)果未呈陽性，其實(shí)驗(yàn)組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠性亦大大降低。觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法35第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變?cè)囼?yàn)中的一些問題(二)體外試驗(yàn)的活化系統(tǒng)

1．哺乳動(dòng)物細(xì)胞介導(dǎo)使用完整的細(xì)胞，特別是大鼠肝原代細(xì)胞，與測試細(xì)菌或細(xì)胞一起培養(yǎng)。這也是一種活化系統(tǒng)。它有完整的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和各種酶及內(nèi)源性輔助因子，代謝能力優(yōu)于無細(xì)胞系統(tǒng)如S9，但不如體內(nèi)活化系統(tǒng)。2．S9S9指經(jīng)酶誘導(dǎo)劑處理后制備的肝勻漿，再經(jīng)9000g離心分離所得上清液，加上適當(dāng)?shù)木彌_液和輔助因子。它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是國內(nèi)常規(guī)應(yīng)用于體外致突變?cè)囼?yàn)的代謝活化系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是S9隨實(shí)驗(yàn)動(dòng)物種屬或器官不同而有差異；S9含有的大量親核物質(zhì)有可能影響試驗(yàn)的敏感性。3．純化酶和基因工程應(yīng)用純化細(xì)胞色素P-450、谷胱苷肽轉(zhuǎn)移酶及過氧化物水解酶，可嚴(yán)格控制代謝產(chǎn)物誘發(fā)突變的條件，但技術(shù)難度大。利用基因工程，將人的細(xì)胞色素P-450基因，插入組合細(xì)胞內(nèi)，用上述細(xì)胞進(jìn)行致突變?cè)囼?yàn)，使細(xì)胞具有代謝活化系統(tǒng)。觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法36第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期五三、致突變?cè)囼?yàn)中的一些問題(三)致突變?cè)囼?yàn)與致癌試驗(yàn)的關(guān)系

①已知大多數(shù)化學(xué)致癌物具有致突變作用，遺傳學(xué)改變?cè)谠┗蚣せ詈鸵职┗蚴Щ钌掀鹬饕饔?，致癌物誘致關(guān)鍵靶基因遺傳改變的直接作用等在哺乳動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中證實(shí)。②發(fā)現(xiàn)人類接觸致癌