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1、外源化学物致癌作用(3)第1页，讲稿共104张，创作于星期日主要内容主要内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 化学致癌过程化学致癌过程第三节第三节 化学致癌机制化学致癌机制第四节第四节 有关化学致癌的分子事件有关化学致癌的分子事件第五节第五节 化学致癌物的分类化学致癌物的分类第六节第六节 化学致癌物的基本筛查方法化学致癌物的基本筛查方法第2页，讲稿共104张，创作于星期日掌握掌握基本概念；化学致癌物的代谢活化；基本概念；化学致癌物的代谢活化；直接和间接致癌物；体细胞突变；癌直接和间接致癌物；体细胞突变；癌基因、抑癌基因；化学致癌多阶段过基因、抑癌基因；化学致癌多阶段过程程熟悉熟悉IARC致癌
2、物的分类、化学致癌性的致癌物的分类、化学致癌性的判别；短期致癌实验、动物致癌实验判别；短期致癌实验、动物致癌实验和人群流行病学的观察。和人群流行病学的观察。了解了解致癌作用的影响因素；化学致癌物的致癌作用的影响因素；化学致癌物的危险评价危险评价学习目标学习目标第3页，讲稿共104张，创作于星期日Company LogoWorld Cancer Report 2014第4页，讲稿共104张，创作于星期日Company LogoChina第5页，讲稿共104张，创作于星期日Why？第6页，讲稿共104张，创作于星期日基本概念基本概念v化学致癌作用化学致癌作用(chemical carcinogen
3、esis)：化学物质引起正常化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程过程。-化学致肿瘤作用化学致肿瘤作用v化学致癌物化学致癌物(chemical carcinogen)是指具有化学致癌作用的是指具有化学致癌作用的化学物质。化学物质。第7页，讲稿共104张，创作于星期日外源性化学物致癌过程的认识煤焦油和烟灰煤焦油和烟灰阴囊癌阴囊癌燃料燃料膀胱癌膀胱癌多环芳烃多环芳烃皮肤癌皮肤癌联苯胺联苯胺膀胱癌膀胱癌1775189519221945PottRehnKenne-awayCase第8页，讲稿共104张，创作于星期日化学致癌过程化学致癌过程v肿瘤（肿瘤（Tumo
4、r），），指有分裂潜能的细胞受致癌因素的指有分裂潜能的细胞受致癌因素的作用后发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物，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。在人体任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。v癌症（癌症（Cancer)，亦称恶性肿瘤（亦称恶性肿瘤（Malignant neoplasm），由控制细胞生长增殖机制失常而引），由控制细胞生长增殖机制失常而引起的疾病。起的疾病。第9页，讲稿共104张，创作于星期日癌症发生发展过程癌症发生发展过程营养营养调调控控修修复复增增殖殖分分化化健健康康凋凋亡亡内源、外源性内源、外源性化学物化学物调调控控-修修复
5、复-启启动动细细胞胞固固定定肿肿瘤瘤癌癌启动阶段启动阶段促进阶段促进阶段恶性进展阶段恶性进展阶段第10页，讲稿共104张，创作于星期日癌症发生发展过程癌症发生发展过程-引发阶段引发阶段v引发阶段：指致癌剂诱导细胞的引发阶段：指致癌剂诱导细胞的基因突变或表观遗传变基因突变或表观遗传变异异，导致异常增生的，导致异常增生的单个克隆癌细胞单个克隆癌细胞的生成，从而引发致的生成，从而引发致癌过程。癌过程。v特征：特征：（1）遗传改变的不可逆性；）遗传改变的不可逆性；（2）启动细胞的表型可能正常，不具备自主生长性。）启动细胞的表型可能正常，不具备自主生长性。第11页，讲稿共104张，创作于星期日肠癌发生的
6、各个阶段和肿瘤相关基因的异常肠癌发生的各个阶段和肿瘤相关基因的异常结肠癌发生发展过程结肠癌发生发展过程第12页，讲稿共104张，创作于星期日结肠癌发生发展过程涉及多种基因改变结肠癌发生发展过程涉及多种基因改变第13页，讲稿共104张，创作于星期日v促进阶段促进阶段：是单克隆的癌细胞在一种或多种促癌物质的不：是单克隆的癌细胞在一种或多种促癌物质的不断作用下，断作用下，表型表型发生发生改变改变，恶性肿瘤细胞的各种，恶性肿瘤细胞的各种性状得以性状得以表达的过程表达的过程。癌症发生发展过程癌症发生发展过程-促进阶段促进阶段Promotion:the accumulation of mutations
7、in cell growth or proliferation-related genes 第14页，讲稿共104张，创作于星期日v特征特征：1.在基因表达和细胞水平上有可逆性2.持续给予促长剂可维持促长细胞群3.对衰老、饮食和激素因子敏感4.内源性促长剂可引起自发促长作用5.剂量反应关系显示有可测定的阈值和最大作用6.以能否有效扩大引发细胞群来确定促长剂的强度癌症发生发展过程癌症发生发展过程-促进阶段促进阶段第15页，讲稿共104张，创作于星期日v进展阶段进展阶段：是指良性肿瘤转变为恶性肿瘤，并进一步演变成：是指良性肿瘤转变为恶性肿瘤，并进一步演变成更具恶性表型或具有侵袭特性的肿瘤的过程。细
8、胞表现出更具恶性表型或具有侵袭特性的肿瘤的过程。细胞表现出高高增殖率增殖率和和低凋亡率低凋亡率。癌症发生发展过程癌症发生发展过程-进展阶段进展阶段Progression:a gain in tumor mass through increased rates of cell proliferation and/or reduced rates of apoptosis第16页，讲稿共104张，创作于星期日v特征特征：1.不可逆性2.核型不稳定导致细胞基因组结构的形态学改变3.在进展阶段早期，已改变的细胞对环境因子敏感4.在进展阶段可观察到良性或恶性肿瘤5.进展剂使已促长的细胞进入此期癌症发生发
9、展过程癌症发生发展过程-进展阶段进展阶段第17页，讲稿共104张，创作于星期日 体细胞基因组突变（自发、环境因素、化学品、辐射、病毒）肿瘤基因激活（促进增殖）细胞凋亡调控基因改变（增加存活）肿瘤抑制基因激活（促进增殖和存活）异常蛋白质的表达和生长负调控蛋白表达的缺失克隆增殖体体细细胞突胞突变变的的积积累累恶性肿瘤（癌症）癌症发生发展过程癌症发生发展过程第18页，讲稿共104张，创作于星期日肿瘤抑制基因肿瘤基因第19页，讲稿共104张，创作于星期日l不死性l迁移性l失去接触抑制l生长信号的自给自足l对程序性细胞死亡的逃逸第20页，讲稿共104张，创作于星期日每个人身上都有癌细胞？第21页，讲稿共
10、104张，创作于星期日化学致癌机制化学致癌机制-肿瘤相关基因肿瘤相关基因v原癌基因原癌基因：被激活或者异常表达后可使细胞发生恶性转：被激活或者异常表达后可使细胞发生恶性转化的基因。化的基因。v抑癌基因抑癌基因：正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码蛋：正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码蛋白质能降低细胞分裂活性，对细胞的生长、增殖、分化起白质能降低细胞分裂活性，对细胞的生长、增殖、分化起负性调节作用。负性调节作用。v化学致癌机制与致突变有关，且致癌模式可以分为化学致癌机制与致突变有关，且致癌模式可以分为损伤损伤-修复修复-突变突变-肿瘤模式肿瘤模式。第22页，讲稿共104张，创作于星期日细胞
11、癌变的多阶段学说细胞癌变的多阶段学说v化学致癌作用化学致癌作用多因素、多基因参与的多阶段多因素、多基因参与的多阶段过程过程致癌过程有致癌过程有多个与癌有关多个与癌有关的基因参与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同地区所见的遗传变化遗传变化是不同的是不同的多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用多种环境致癌物、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个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响第23页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo第24页，讲稿共10
12、4张，创作于星期日多阶段致癌的形态学和生物学特征多阶段致癌的形态学和生物学特征第25页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo化学致癌机制化学致癌机制v化学致癌机制其中最经典的是化学致癌机制其中最经典的是体细胞突变学说体细胞突变学说或称遗传损伤或称遗传损伤机制学说机制学说.v与之对应的与之对应的是非突变致癌学说是非突变致癌学说，泛指所有不涉及碱基序列改，泛指所有不涉及碱基序列改变的致癌机制。变的致癌机制。v目前普遍认为致癌物诱导肿瘤的形成是上述两种机制共目前普遍认为致癌物诱导肿瘤的形成是上述两种机制共同作用的结果。同作用的结果。第26页，讲稿共104张，创作于星期日体细胞突变学说
13、体细胞突变学说致癌物代谢活化后生成的致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因突变加合物诱导基因突变癌基因的突变以及抑癌基因的癌基因的突变以及抑癌基因的突变或缺失在肿瘤中普遍存在，突变或缺失在肿瘤中普遍存在，并且可以传递给子代细胞并且可以传递给子代细胞大多数致癌物在致突变大多数致癌物在致突变试验中呈阳性试验中呈阳性DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生修复缺陷可以导致肿瘤发生发生染色体畸变发生染色体畸变基因组不稳定基因组不稳定肿瘤细胞来源于单细胞克隆肿瘤细胞来源于单细胞克隆理论依据理论依据第27页，讲稿共104张，创作于星期日Company LogoDNA的改变成了体细胞突变机制的分子基础第28页，讲
14、稿共104张，创作于星期日非突变致癌机制非突变致癌机制Company Logov基因结构未发生改变而是其基因结构未发生改变而是其调控出现异常调控出现异常。v 有些致癌物对有些致癌物对细胞细胞DNA并并无致突变无致突变作用。作用。因此，有学者提出因此，有学者提出非突变致癌学说非突变致癌学说或表观遗传致癌学说。或表观遗传致癌学说。第29页，讲稿共104张，创作于星期日非突变致癌机制非突变致癌机制第30页，讲稿共104张，创作于星期日表观遗传变异表观遗传变异v表观遗传现象：表观遗传现象：是指是指基因表达发生改变基因表达发生改变但不涉及但不涉及DNA序序列的变化，列的变化，能够在代与代之间传递。能够在
15、代与代之间传递。v表观遗传变异包括表观遗传变异包括基因沉默基因沉默、DNA甲基化甲基化、核仁显性核仁显性、休眠转座子激活休眠转座子激活和和基因组印记基因组印记等方面，周围的环境也很等方面，周围的环境也很重要。重要。基因表达模式基因表达模式基因表达模式基因表达模式第31页，讲稿共104张，创作于星期日DNA甲基化vDNADNA甲基化甲基化是指在是指在DNADNA甲基化转移酶的作用甲基化转移酶的作用下，在基因组下，在基因组CpGCpG二核苷酸的胞嘧啶二核苷酸的胞嘧啶55碳位碳位共价键结合一个甲基基团，生成共价键结合一个甲基基团，生成m5CpGm5CpG。vDNADNA的不同甲基化状态的不同甲基化状
16、态(过甲基化与去甲基化过甲基化与去甲基化)与基因的活性和功能有关。与基因的活性和功能有关。第32页，讲稿共104张，创作于星期日CpG岛v位于多种动物已知基因转录起始位点周围、由胞嘧啶位于多种动物已知基因转录起始位点周围、由胞嘧啶(C)(C)和鸟嘧啶和鸟嘧啶(G)(G)组成的串联重复序列。组成的串联重复序列。v在结构基因的在结构基因的55端调控区域端调控区域,CpG,CpG二连核苷常常以成簇串联形式二连核苷常常以成簇串联形式排列，这种富含排列，这种富含CpGCpG二连核苷的区域称为二连核苷的区域称为CpGCpG岛岛(CpG islands)(CpG islands)，其，其大小为大小为500-
17、1000bp500-1000bp，约，约56%56%的编码基因含该结构。的编码基因含该结构。v启动子区中启动子区中CpGCpG岛的未甲基化状态岛的未甲基化状态是基因转录所必需的。是基因转录所必需的。第33页，讲稿共104张，创作于星期日遗传学和表观遗传学遗传学和表观遗传学基因序列基因序列发生发生改变改变基因序列基因序列不不发生发生改变改变，可遗传可遗传第34页，讲稿共104张，创作于星期日表观遗传变异特点表观遗传变异特点v可遗传可遗传的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细的，即这类改变通过有丝分裂或减数分裂，能在细胞或个体世代间遗传；胞或个体世代间遗传；v可逆性的基因表达调节可逆性的基因
18、表达调节，也有较少的学者描述为基因活，也有较少的学者描述为基因活性或功能的改变；性或功能的改变；v没有没有DNADNA序列的改变序列的改变或不能用或不能用DNADNA序列变化来解释序列变化来解释第35页，讲稿共104张，创作于星期日表观遗传学机制表观遗传学机制第36页，讲稿共104张，创作于星期日DNADNA甲基化和肿瘤甲基化和肿瘤Company Logo甲基化甲基化甲基化甲基化第37页，讲稿共104张，创作于星期日细胞异常增生细胞异常增生v肿瘤肿瘤是正常细胞在致癌因素长期作用下，出现过度增生是正常细胞在致癌因素长期作用下，出现过度增生或异常分化而形成的新生物。与正常细胞相比，肿瘤细或异常分化
19、而形成的新生物。与正常细胞相比，肿瘤细胞具有超常的增生能力。胞具有超常的增生能力。v反复炎症刺激可使良性增生发展成异常增生，临床研究证实反复炎症刺激可使良性增生发展成异常增生，临床研究证实细胞增生是许多癌前病变的共同特征。细胞增生是许多癌前病变的共同特征。第38页，讲稿共104张，创作于星期日免疫抑制免疫抑制研究发现，某些肿瘤细胞能通过自分泌或旁分泌形式分泌免疫抑制因子，如转化生长因子（TGF-）、白细胞介素-6（IL-6）和前列腺素E（PGE2）等，能抑制机体对肿瘤细胞的杀伤。第39页，讲稿共104张，创作于星期日内分泌激素失衡内分泌激素失衡v长期使用激素可以导致肿瘤发生。长期使用激素可以导
20、致肿瘤发生。v环境内分泌干扰物（环境内分泌干扰物（EEDs):EEDs):存在于环境中并能干扰体存在于环境中并能干扰体内天然激素的合成、分泌、运输、结合、作用、代谢内天然激素的合成、分泌、运输、结合、作用、代谢及消除的外源性化学物质，表现出拟天然激素或抗天及消除的外源性化学物质，表现出拟天然激素或抗天然激素的作用，通过干扰机体的内分泌功能而致病。然激素的作用，通过干扰机体的内分泌功能而致病。Company Logo第40页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logov世界卫生组织早在世界卫生组织早在20022002年就指出年就指出EEDsEEDs污染呈现污染呈现全球性全球性EEDsE
21、EDs三大特点三大特点-分布广泛分布广泛第41页，讲稿共104张，创作于星期日Company LogoEEDsEEDs三大特点三大特点-种类繁多种类繁多第42页，讲稿共104张，创作于星期日EEDsEEDs三大特点三大特点-危害严重危害严重v危害严重危害严重：生殖与发育毒性、：生殖与发育毒性、致癌致癌、神经毒性、免疫、神经毒性、免疫毒性等。毒性等。v已知的已知的EDCsEDCs和相关肿瘤和相关肿瘤乳腺癌乳腺癌：双酚：双酚A A、雌二醇、二噁英、雌二醇、二噁英、DTTDTT、毒杀芬、邻苯二、毒杀芬、邻苯二甲酸酯甲酸酯前列腺癌前列腺癌：双酚：双酚A A、镉、雌二醇、乙烯雌酚、镉、雌二醇、乙烯雌酚睾
22、丸癌睾丸癌：邻苯二甲酸酯、镉：邻苯二甲酸酯、镉阴道癌、卵巢癌阴道癌、卵巢癌：乙烯雌酚：乙烯雌酚 第43页，讲稿共104张，创作于星期日化学致癌相关事件化学致癌相关事件基因突变基因突变基因异常基因异常表达表达干扰细胞干扰细胞凋亡凋亡端粒调控端粒调控异常异常细胞周期细胞周期紊乱紊乱化学致癌相关事件化学致癌相关事件第44页，讲稿共104张，创作于星期日基因突变基因突变原癌原癌基因基因抑癌抑癌基因基因凋亡相凋亡相关基因关基因肿瘤易肿瘤易感基因感基因活化活化为癌基因，为癌基因，与膜有关的与膜有关的G G蛋白蛋白rasras基因、基因、核转录因子的核转录因子的mycmyc基因基因失活失活，调节，调节转录的
23、转录的RbRb基基因，错配因，错配DNADNA修复的修复的hMLH1hMLH1基因基因促凋亡基因：促凋亡基因：mycmyc、P53P53、BaxBax抗凋亡基因：抗凋亡基因：RasRas、Bcl-2Bcl-2、RbRb主要见于乳腺主要见于乳腺癌患者家属：癌患者家属：BRCA1BRCA1和和BRCA2BRCA2TEXT转移相转移相关基因关基因特定转移基因特定转移基因Mst1Mst1为代表；为代表；一些癌基因：一些癌基因：Ras Ras、mycmyc第45页，讲稿共104张，创作于星期日端粒调控与细胞永生化端粒调控与细胞永生化Company Logov端粒（端粒（telomeretelomere）
24、：是真核细胞染色体末端的一个特殊的：是真核细胞染色体末端的一个特殊的DNA-DNA-蛋白质结构，其蛋白质结构，其DNADNA由由5 5TTAGGG-3TTAGGG-3六个碱基六个碱基的重复序列组成，能稳定和保护染色体，在每次细胞的重复序列组成，能稳定和保护染色体，在每次细胞分裂后，该重复序列都要缩短分裂后，该重复序列都要缩短50-100bp50-100bp，最终导致细胞，最终导致细胞衰老、死亡。衰老、死亡。v端粒酶（端粒酶（telomerase):telomerase):是一种核糖核酸蛋白酶，能在染色体是一种核糖核酸蛋白酶，能在染色体末端合成端粒序列，以维持端粒的长度。端粒酶的活性存在末端合成
25、端粒序列，以维持端粒的长度。端粒酶的活性存在于生殖细胞、永生细胞、癌细胞及活化的淋巴细胞中，大多于生殖细胞、永生细胞、癌细胞及活化的淋巴细胞中，大多数人原发肿瘤中含有端粒酶活性。数人原发肿瘤中含有端粒酶活性。第46页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo荧光原位杂交显示的端粒和端粒序列荧光原位杂交显示的端粒和端粒序列第47页，讲稿共104张，创作于星期日端粒酶具有逆转录功能，能以自身端粒酶具有逆转录功能，能以自身为为RNARNA为模板合成端粒为模板合成端粒DNADNA，从，从而维持端粒长度。而维持端粒长度。被称为被称为细胞分裂计时器，细胞分裂计时器，在细胞在细胞永生化过程中起着
26、重要的作用。永生化过程中起着重要的作用。第48页，讲稿共104张，创作于星期日细胞周期调控紊乱细胞周期调控紊乱细胞周期细胞周期（cell cycle）是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程，分为间期与分裂期两个阶段第49页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logou细胞周期调控的核心成员：细胞周期素（cyclin），周期素依赖性蛋白激酶（cyclin dependent kinase，CDK）和CDK抑制蛋白（CDK inhibitor）第50页，讲稿共104张，创作于星期日Company LogouG1-S转换和G2-M转换关卡；u细胞周期监控：DNA损伤感应、
27、细胞生长阻滞、DNA修复和细胞凋亡启动。第51页，讲稿共104张，创作于星期日细胞凋亡与肿瘤发生v细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosisapoptosis）：细胞在一定的生理或病理条件下，：细胞在一定的生理或病理条件下，受内在遗传机制的控制自动结束生命的过程，是一种自然的受内在遗传机制的控制自动结束生命的过程，是一种自然的生理过程。生理过程。v细胞坏死（细胞坏死（Necrosis):Necrosis):在种种不利因素下，由于细胞正常代在种种不利因素下，由于细胞正常代谢活动受损或中断引起的细胞死亡。谢活动受损或中断引起的细胞死亡。第52页，讲稿共104张，创作于星期日细胞凋亡和细胞坏死区别Com
28、pany Logo第53页，讲稿共104张，创作于星期日细胞凋亡过程促进细胞凋亡基因：p53、Rb、p16;抑制细胞凋亡基因：c-Myc、Ras、Bcl-2第54页，讲稿共104张，创作于星期日细胞凋亡检测方法-Tunel第55页，讲稿共104张，创作于星期日细胞凋亡检测方法-FACS第56页，讲稿共104张，创作于星期日证据缺乏致癌性证据缺乏致癌性致癌证据不足致癌证据不足致癌证据不足致癌证据不足致癌证据充分致癌证据充分无结果提示致癌性或者无相关研究数据无法明确化学物与致癌作用的关系部分动物诱癌实验阳性肿瘤发生率高，并有剂量-反应关系化学致癌物的分类-4级（IARC）第57页，讲稿共104张，
29、创作于星期日根据对人和动物致癌作用分类107582495121明确致癌性明确致癌性可能致癌性可能致癌性可能致癌性可能致癌性现现有有证证据不足据不足可能非致癌物可能非致癌物第58页，讲稿共104张，创作于星期日按化学致癌作用模式分类直接致癌物直接致癌物间接致癌物间接致癌物促癌剂促癌剂不需要代谢活化即具有亲电子活性，能与大分子物质共价结合形成加和物：内酯类、氮芥、镍、镉、砷需要代谢活化后才具有致癌作用：芳香烃、亚硝胺类、烟草、酒精、苯并蒽等单独作用不致癌，却可使启动的突变细胞克隆扩增，促进肿瘤的发展：DDT、多氯联氨、二噁英其他分类方法：引发物、促癌物和催展物第59页，讲稿共104张，创作于星期日
30、化学致癌物筛查的基本方法v定量构定量构-效关系分析效关系分析v遗传毒性实验遗传毒性实验v细胞恶性转化实验细胞恶性转化实验v哺乳动物致癌实验哺乳动物致癌实验v哺乳动物长期致癌实验哺乳动物长期致癌实验v促癌剂的检测促癌剂的检测v转基因或基因敲除动物在致癌筛查中的应用转基因或基因敲除动物在致癌筛查中的应用v人群肿瘤流行病学研究人群肿瘤流行病学研究短期实验第60页，讲稿共104张，创作于星期日定量构象关系分析vQSAR（quantitative structure-activity relationship)是是利用理论计算和统计分析工具研究化和物与其生物学效应之利用理论计算和统计分析工具研究化和物与
31、其生物学效应之间的定量关系间的定量关系。v该方法是集生物、化学和统计学为一体的一项综合技该方法是集生物、化学和统计学为一体的一项综合技术，它的理论基础是影响化学反应速率的能力将体现术，它的理论基础是影响化学反应速率的能力将体现为不同的活性指数或可量化的响应指数为不同的活性指数或可量化的响应指数。Company Logo第61页，讲稿共104张，创作于星期日vHansch方法方法：以生理活性物质的半数有效量作为活性参数，：以生理活性物质的半数有效量作为活性参数，以分子的电性参数、立体参数和疏水参数作为线性回归分析以分子的电性参数、立体参数和疏水参数作为线性回归分析的变量。的变量。vFree-Wi
32、lson方法方法：方法均是将分子作为一个整体考虑：方法均是将分子作为一个整体考虑其性质，并不能细致地反应分子的三维结构与生理活其性质，并不能细致地反应分子的三维结构与生理活性之间的关系，因而又被称作二维定量构效关系性之间的关系，因而又被称作二维定量构效关系Company Logo第62页，讲稿共104张，创作于星期日优点：快速、经济、有效，是人类最早的合理药物设计方法之一。QSAR缺点：物理意义模糊，且在分析是没有涉结合“生物学因素”，精准度收到质疑因此，必须建立高效、精准且功能强大的分析系统第63页，讲稿共104张，创作于星期日遗传毒性实验v许多化学致癌物具有诱导突变的作用，因此目前致突变实
33、许多化学致癌物具有诱导突变的作用，因此目前致突变实验是毒理学安全评价应用最多的实验。验是毒理学安全评价应用最多的实验。基因突变试验：鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验基因突变试验：鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验(Ames(Ames试试验验););染色体畸变试验：体外细胞系细胞遗传学分析，小鼠骨染色体畸变试验：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髓微核试验，大鼠骨髓染色体畸变试验;原发性原发性DNADNA损伤：损伤：DNADNA加合物，加合物，DNADNA链断裂，链断裂，DNADNA修复诱修复诱导试验；导试验；体外细胞转化：叙利亚地鼠胚胎细胞，体外细胞转化：叙利亚地鼠胚胎细胞，
34、Balb/c 3T3Balb/c 3T3细胞。细胞。第64页，讲稿共104张，创作于星期日v优点优点：简单、快速、费用低廉、无需特殊检测仪器：简单、快速、费用低廉、无需特殊检测仪器v缺点缺点：无法检出非遗传毒性致癌物。：无法检出非遗传毒性致癌物。致致突突变变实实验验阳阳性性阴阴性性遗传毒性致癌物遗传毒性致癌物 具有致突变性的非致癌物具有致突变性的非致癌物 非致突变性的非致癌物非致突变性的非致癌物 非致突变性的致癌物非致突变性的致癌物第65页，讲稿共104张，创作于星期日细胞恶性转化实验v细胞恶性转化细胞恶性转化（cell malignant transformation)cell malign
35、ant transformation)是指外源性是指外源性因素对体外培养的细胞所诱发的恶性表型改变，包括因素对体外培养的细胞所诱发的恶性表型改变，包括细细胞形态、细胞增殖速度、生长特性、染色体畸变胞形态、细胞增殖速度、生长特性、染色体畸变等变化，等变化，目的在于揭示体外培养细胞在接触受试物后，细胞生长自控目的在于揭示体外培养细胞在接触受试物后，细胞生长自控能力的丧失，接触抑制消失，细胞排列紊乱或呈灶状生长。能力的丧失，接触抑制消失，细胞排列紊乱或呈灶状生长。v观察终点观察终点：细胞恶性变，可以筛查遗传毒性致癌物质，：细胞恶性变，可以筛查遗传毒性致癌物质，也可检测非遗传毒性致癌物。也可检测非遗传
36、毒性致癌物。Company Logo第66页，讲稿共104张，创作于星期日v细细胞系胞系1 1）细胞株，）细胞株，叙利亚仓鼠胚胎细胞（叙利亚仓鼠胚胎细胞（SHESHE），），最早应用的原最早应用的原代细胞系；代细胞系；2 2）细胞系，）细胞系，C3H/10T1/2C3H/10T1/2、BALB/C-3T3BALB/C-3T3；3 3）病毒感染的）病毒感染的Bhas 42Bhas 42细胞系，将细胞系，将v-Ha-rasv-Ha-ras癌基因转染的癌基因转染的BALB/c 3T3BALB/c 3T3细胞，被认为是已经启动的了的细胞，可以直细胞，被认为是已经启动的了的细胞，可以直接检测促癌剂接检测
37、促癌剂Company Logo第67页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo结果分析方法光镜光镜电镜电镜SEM其他：其他：RT-PCR，WBHE&ICH评价方法评价方法转化灶转化灶细胞密集堆积，周围交叉排列；集落中有圆形细胞，外围少数交叉；整个击落均可见交叉排列和重叠生长。第68页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo软琼脂克隆法细胞转化分析细胞转化分析CytoSelect第69页，讲稿共104张，创作于星期日哺乳动物短期致癌v动物短期致癌实验（动物短期致癌实验（limited in vivo bioassay):limited in vivo bioassay
38、):实验观察实验观察不是不是终身终身而是在有限的时间范围内，而且观察的而是在有限的时间范围内，而且观察的靶器官靶器官限定为限定为一个一个而不是全部而不是全部。国内外常用的有以下四种：国内外常用的有以下四种：1 1、小鼠肿瘤诱发实验、小鼠肿瘤诱发实验 2 2、雌性、雌性SDSD大鼠诱发实验大鼠诱发实验 3 3、大鼠肝转变灶实验、大鼠肝转变灶实验 4 4、小鼠皮肤肿瘤诱发实验、小鼠皮肤肿瘤诱发实验观察终点观察终点：癌前病变癌前病变如腺瘤、瘤性增生结界如腺瘤、瘤性增生结界Company Logo第70页，讲稿共104张，创作于星期日小鼠肿瘤诱发实验-肺乌拉坦乌拉坦i.p injection30 w氨
39、基甲酸乙酯在体内的代谢途径至少有三种：氨基甲酸乙酯在体内的代谢途径至少有三种：超过超过90%90%的它可被分解为乙醇，氨和淡水化合物。的它可被分解为乙醇，氨和淡水化合物。约约0.5%0.5%的它被细胞色素的它被细胞色素P450P450氧化成氧化成DNADNA加聚物，造成加聚物，造成DNADNA双链双链破坏破坏，可导致癌变。，可导致癌变。约约0.1%0.1%的它被细胞色素的它被细胞色素P450P450氧化为氧化为N-N-羟基羟基-氨基甲酸乙酯，后者氨基甲酸乙酯，后者能诱导铜离子调控的能诱导铜离子调控的DNADNA损伤损伤第71页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo大鼠肿瘤诱发实
40、验第72页，讲稿共104张，创作于星期日小鼠皮肤诱发肿瘤实验Company Logov 哺乳动物短期致癌试验：哺乳动物短期致癌试验：于小鼠皮肤局部连续涂抹受试物，以观察皮肤瘤和癌的发生；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)，巴豆油。第73页，讲稿共104张，创作于星期日大鼠肝转化灶实验v对大鼠进行肝大部切除，给以受试物，二乙基亚对大鼠进行肝大部切除，给以受试物，二乙基亚硝胺硝胺(DEN)(DEN)，促长剂为苯巴比妥，促长剂为苯巴比妥(PB)(PB)。一般可在。一般可在8 8
41、1414周结束实验，观察肝转化灶生成。周结束实验，观察肝转化灶生成。v转化灶可用组织化学或免疫化学方法鉴定。转化灶可用组织化学或免疫化学方法鉴定。v此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。活性。第74页，讲稿共104张，创作于星期日何时应考虑进行致癌性评价When and Why?人体可能长期暴露于该化学物；该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似；反复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。通常应该在申请上市之前进行第75页，讲稿共104张，创作于星期日哺乳动物长期致癌实验v动物选择：断乳或断乳不久的动物选择：断乳或断乳不久的大鼠和小鼠
42、，雌雄各半。大鼠和小鼠，雌雄各半。v动物数量：每组至少有雌雄各动物数量：每组至少有雌雄各5050只动物，共只动物，共100100只。在只。在出现第一个肿瘤时，每组还应有不少于出现第一个肿瘤时，每组还应有不少于5050只动物只动物v染毒途径和时间：染毒途径和时间：原则上原则上试验期限要求试验期限要求长期或终生长期或终生，一，一般小鼠般小鼠1.51.5年，大鼠年，大鼠2 2年。年。第76页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logov剂量：致癌试验一般设三个试验组。剂量：致癌试验一般设三个试验组。vICH(1995)ICH(1995)提出，提出，高剂量高剂量选择可以根据：选择可以根据：毒
43、性终点，即最毒性终点，即最大耐受剂量大耐受剂量(MTD);(MTD);药代动力学终点，啮齿动物血浆药代动力学终点，啮齿动物血浆AUC(AUC(时时量曲线下面积量曲线下面积)为人的为人的2525倍；倍；选择吸收饱和剂量选择吸收饱和剂量;药效学药效学终点，不应产生生理学和内稳态紊乱终点，不应产生生理学和内稳态紊乱;最大可行剂量，受试最大可行剂量，受试物在饲料中最高含量为物在饲料中最高含量为5 5。限制剂量为。限制剂量为1500mg1500mg(kg(kg体重体重d)d)。第77页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logov剂量：致癌试验一般设三个试验组。剂量：致癌试验一般设三个试验组。
44、vICH(1995)ICH(1995)提出，提出，高剂量高剂量选择可以根据：选择可以根据：毒性终点，即最毒性终点，即最大耐受剂量大耐受剂量(MTD);(MTD);药代动力学终点，啮齿动物血浆药代动力学终点，啮齿动物血浆AUCAUC(时量曲线下面积时量曲线下面积)为人的为人的2525倍；倍；选择吸收饱和剂量选择吸收饱和剂量;药药效学终点，不应产生生理学和内稳态紊乱效学终点，不应产生生理学和内稳态紊乱;最大可行剂量，最大可行剂量，受试物在饲料中最高含量为受试物在饲料中最高含量为5 5。限制剂量为。限制剂量为1500mg1500mg(kg(kg体重体重d)d)。第78页，讲稿共104张，创作于星期日
45、v中及低剂量组则按等比级数下推，如分别为上一个剂中及低剂量组则按等比级数下推，如分别为上一个剂量水平的量水平的1/21/2或或1/31/3。低剂量组应不影响动物的正常生。低剂量组应不影响动物的正常生长、发育和寿命，即不产生任何毒性效应。长、发育和寿命，即不产生任何毒性效应。v但但低剂量组低剂量组应应高于人的接触剂量高于人的接触剂量，一般不低于高剂量的，一般不低于高剂量的1010。v中剂量组介于高、低剂量之间，如有可能按受试物的毒物动中剂量组介于高、低剂量之间，如有可能按受试物的毒物动力学性质来确定。力学性质来确定。Company Logo第79页，讲稿共104张，创作于星期日结果观察、分析和评
46、定-肿瘤发生率u肿瘤发生率肿瘤发生率（）（实验结束时患肿瘤动物总数有效动物总数）100，有效动物总数指最早发现肿瘤时存活动物总数。第80页，讲稿共104张，创作于星期日结果观察、分析和评定-肿瘤多发性v肿瘤多发性：肿瘤多发性：是指一个动物出现多个器官肿瘤或一个器官出现多个是指一个动物出现多个器官肿瘤或一个器官出现多个肿瘤。一般计算每一组的平均肿瘤数和每一组中出现肿瘤。一般计算每一组的平均肿瘤数和每一组中出现2 2、3 3个或多个肿个或多个肿瘤的动物数或比例。瘤的动物数或比例。第81页，讲稿共104张，创作于星期日v肿瘤潜伏期肿瘤潜伏期即从摄入受试物起到发现肿瘤的时间，因为内脏肿瘤不易即从摄入受
47、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。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。v应对试验结果进行仔细的统计学分析，并研究剂量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反应关系结果观察、分析和评定-潜伏期第82页，讲稿共104张，创作于星期日Company Logo致癌试验阳性的判定标准阳性4321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；试验组发生对照组没有的肿瘤类型；与对照组比较，试验组每个动物的平均肿瘤数增加。试验组肿瘤发生早于对照组第83页，讲稿共104张，创作于星期日人群流行病学研究Com
48、pany Logov（一）接触标记（一）接触标记 v（二）生物效应标记（二）生物效应标记v （三）敏感性标记（三）敏感性标记 流行病学调查时确定人类致癌物的唯一手段。流行病学调查时确定人类致癌物的唯一手段。第84页，讲稿共104张，创作于星期日转基因小鼠在致癌筛查中的应用Company Logo1 1转癌基因小鼠。转癌基因小鼠。与转录启动子连接的癌基因转入后可与转录启动子连接的癌基因转入后可直接在某些特定的组织中高效表达，使该组织细胞处于引直接在某些特定的组织中高效表达，使该组织细胞处于引发状态，这类转基因动物是研究化学物致癌作用的敏感体发状态，这类转基因动物是研究化学物致癌作用的敏感体系。系
49、。携带癌基因的转基因动物可用于致癌试验，试验周期仅携带癌基因的转基因动物可用于致癌试验，试验周期仅3 3个月左右，有希望发展成代替长期动物致癌试验的试个月左右，有希望发展成代替长期动物致癌试验的试验系统。验系统。这些携带有癌基因的转基因动物，可用来研究外源这些携带有癌基因的转基因动物，可用来研究外源化学物与肿瘤相关基因的作用及外源化学物在致癌化学物与肿瘤相关基因的作用及外源化学物在致癌不同阶段中的作用机制。不同阶段中的作用机制。第85页，讲稿共104张，创作于星期日2 2肿瘤抑制基因敲除小鼠。肿瘤抑制基因敲除小鼠。在在P53-/-P53-/-小鼠，肿瘤小鼠，肿瘤(特别是淋巴肉瘤特别是淋巴肉瘤)
50、的发生比正常小鼠的发生比正常小鼠(P53+/+)(P53+/+)增加增加而且提前。由于而且提前。由于P53-/-P53-/-小鼠的肿瘤发生具有组织特异性，小鼠的肿瘤发生具有组织特异性，进一步研究这些肿瘤的遗传学基础有助于鉴定进一步研究这些肿瘤的遗传学基础有助于鉴定P53P53基因基因的功能。而半合子小鼠的功能。而半合子小鼠(P53+/-)(P53+/-)在出生后在出生后6 6个月内自发个月内自发癌发生率低，但在之后发生淋巴瘤和软组织肉瘤，其中癌发生率低，但在之后发生淋巴瘤和软组织肉瘤，其中大部分丢失大部分丢失P53P53野生型等位基因。这种小鼠对遗传毒野生型等位基因。这种小鼠对遗传毒性致癌物敏