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1、致突变作用食品毒理学第1页，此课件共20页哦一、基本概念一、基本概念zz突变突变(mutation)(mutation)遗传结遗传结构本身的构本身的变变化及其引起的化及其引起的变变异异称称为为突突变变，突，突变实际变实际上是上是遗传遗传物物质质的一种可的一种可遗传遗传的的变变异异。zz突变发生原因分为：突变发生原因分为：1 1、自发突变、自发突变(spontaneous mutation)(spontaneous mutation)：由于自然界中诱变剂的作用或：由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。转录、修复时的碱基配对错误所产生的突
2、变。2 2、诱发突变、诱发突变(induced mutation)(induced mutation)：诱变剂诱发的突变。：诱变剂诱发的突变。第2页，此课件共20页哦二、化学毒物致突变的类型二、化学毒物致突变的类型第3页，此课件共20页哦（一）基因突变（一）基因突变(gene mutation)(gene mutation)1 1碱基置换碱基置换(base(basepair substitution)pair substitution)指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。转换转换(transition)(transition)颠换颠换(transve
3、rtion)(transvertion)2 2移码突变移码突变 (frameshift mutation)(frameshift mutation)指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。3 3、大段损伤、大段损伤 是是DNADNA链缺失或插入，这种损伤有时可跨越两个甚至数个基链缺失或插入，这种损伤有时可跨越两个甚至数个基因。因。二、化学毒物致突变的类型二、化学毒物致突变的类型第4页，此课件共
4、20页哦（二）染色体畸变(chromosome aberration)1、指染色体的结构改变 染色单体型畸变(chromatid-type aberration)染色体型畸变(chromosome aberration)染色体畸变染色体畸变裂裂隙隙(g ga ap p)断断裂裂(b br re ea ak k)断断片片(f fr ra ag gm me en nt t)和和缺缺失失(d de el le et ti io on n)微微小小体体(m mi in nu ut te e b bo od dy y)无无着着丝丝点点环环环环状状染染色色体体 双双着着丝丝点点染染色色体体 倒倒位位(i
5、in nv ve er rs si io on n)易易位位(t tr ra an ns sl lo oc ca at ti io on n)插插入入(i in ns se er rt ti io on n)和和重重复复(d du up pl li ic ca at ti io on n)辐辐射射体体 第5页，此课件共20页哦2、染色体数目异常、染色体数目异常体细胞二倍体（2n）；生殖细胞单倍体。正常体细胞染色体数目2n为标准，分整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体。第6页，此课件共20页哦(1)(1)非
6、非整整倍倍体体 非非整整倍倍体体(aneuploid)(aneuploid)指指细细胞胞丢丢失失或或增增加加一一条条或或几几条条染染色色体体。缺缺失失一一条条染染色色体体时时称称为为单单体体(monosome)(monosome)，增增加加一一条条染染色色体体时时称称为为三三体体(trisome)(trisome)。染染色色体体数数目目的的改改变变会会导导致致基基因因平平衡衡的的失失调调，可可能能影影响响细细胞胞的的生生存存或或造造成成形形态态及及功功能上的异常。如能上的异常。如2121三体导致先天愚型三体导致先天愚型(Down(Down氏综合征氏综合征)。（2 2）整整倍倍体体 整整倍倍体体
7、(euploid)(euploid)指指染染色色体体数数目目的的异异常常是是以以染染色色体体组组为为单单位位的的增增减减，如如形形成成三三倍倍体体(triploid)(triploid)、四四倍倍体体(tetroploid)(tetroploid)等等。在在人人体体，3n3n为为6969条条染染色色体体，4n4n为为9292条条染染色色体体。在在肿肿瘤瘤细细胞胞及及人人类类自自然然流流产产的的胎胎儿儿细细胞胞中中可可有有三三倍倍体体细细胞胞的的存存在在。发发生生于于生生殖殖细细胞胞的的整整倍倍体体改改变变，几几乎乎都都是是致致死性的。死性的。第7页，此课件共20页哦三、化学毒物致突变作用机制及
8、后果三、化学毒物致突变作用机制及后果（一）化学毒物致突变作用机制一）化学毒物致突变作用机制1、直接以直接以DNA为靶的诱变为靶的诱变 DNA加合物形成加合物形成 碱基类似物取代：如碱基类似物取代：如 5溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺溴脱氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，嘧啶，2氨基嘌呤氨基嘌呤(2-AP）能取代鸟嘌呤）能取代鸟嘌呤 烷化剂的影响：甲基化乙基化高碳烷基化烷化剂的影响：甲基化乙基化高碳烷基化 致突变物改变或破坏碱基的化学结构致突变物改变或破坏碱基的化学结构 化学物破坏或改变碱化学物破坏或改变碱基的结构，基的结构，有时还引起链断裂。有时还引起链断裂。平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNA链链 DN
9、ADNA蛋白质交联物蛋白质交联物 二聚体的形成二聚体的形成第8页，此课件共20页哦(二二)、不以、不以DNA 为靶的间接诱变（纺锤体为靶的间接诱变（纺锤体抑制、对酶促过程的作用）抑制、对酶促过程的作用）化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作化学物的间接诱变可能是通过对纺锤体作用或干扰与用或干扰与DNA合成和修复有关的酶系统。合成和修复有关的酶系统。1、纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤纺锤体抑制：一些化学物能作用于纺锤体，中心粒或其他核内细胞体，中心粒或其他核内细胞 器，从而干扰器，从而干扰有丝分裂过程。诱发这种作用的物质称为有丝分裂过程。诱发这种作用的物质称为有丝分裂毒物，又称干扰剂。有丝分裂
10、毒物，又称干扰剂。2、对酶促对酶促过程的作用：过程的作用：对对DNA合成和复制有关的酶合成和复制有关的酶系统作用也可间系统作用也可间 接影响遗传物质。接影响遗传物质。第9页，此课件共20页哦(二二)突变后果突变后果1 1、体细胞突变的后果、体细胞突变的后果 、最受注意的是致癌问题；、最受注意的是致癌问题；、胚胎体细胞突变可能导致畸胎；、胚胎体细胞突变可能导致畸胎；、致突、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。2 2、生殖细胞突变的后果、生殖细胞突变的后果 、致死性影响：可能是显、致死性影响：可能是显性致死或隐性致死。性致死或隐性致死。、非致死性影响：出
11、现显性或、非致死性影响：出现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。、将使基、将使基因库的遗传负荷增加。因库的遗传负荷增加。（三）突变的修复机制（三）突变的修复机制修复修复(repairing)(repairing)：是对已发生分子改变的补偿措施，是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有的天然状态。使其回复为原有的天然状态。修复的主要类型：修复的主要类型：1 1 光修复光修复 2 2 切除修复切除修复 3 3重组修复重组修复 4 SOS4 SOS修复修复第10页，此课件共20页哦四、致突变试验方法（一）回复突变试验 1 细菌回复突变试验(1)细菌回复突变 假如
12、有致突变物存在，则营养缺陷型的细菌回复突变成原养型，因而能在营养缺乏的培养基上生长形成菌落，根据此判断受试物是否致突变物。如鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株。（2）真核微生物回复突变试验 真核微生物可以检测基因突变和染色体损伤。常用的酿造酵母菌株有：D3,D4,D7等。第11页，此课件共20页哦2、哺乳动物细胞细胞基因突变试验 试验原理试验原理 在加入和不加入代谢活化系统的条件下，使细胞暴露于受试物一定时间，然后将细胞再传代培养，突变细胞在含有6-硫代鸟嘌呤（6-thioguanine，6-TG）或三氟胸苷（trifluorothymidine，TFT）的选择性培养液中能继续分裂并形成集落。
13、基于突变集落数，计算突变频率以评价受试物的致突变性。第12页，此课件共20页哦3、果蝇伴性隐性致死试验 果蝇伴性隐性致死试验：是利用隐性基因在伴性遗传中的交叉特征检出各类点突变的试验。试验原理：隐性基因在伴性遗传中的交叉遗传特征，即雄蝇的X染色体传给F1代雌蝇，又通过F1代传给F2代雄蝇。X染色的隐性突变基因在F1代雌蝇为杂合体，不能表达，而在F2代雄蝇为半合体，能表达出来。如果雄蝇接着受试物后X染色体出现隐性致死性突变，结果其F2代雄蝇数目较少雌蝇少一半。据此推断致死突变的存在。第13页，此课件共20页哦4、染色体分析（1）染色体畸变分析（chromosome assy)主要观察染色体的结构
14、畸变和数目畸变（2)微核试验(micronucleus test,MNT)能检察出断裂剂和有丝分裂毒物（3）姐妹染色体交换试验（sister chromatid exchange assay,SCE)现在以广泛用于筛选食品中化学物致突变。第14页，此课件共20页哦5、显性致死试验显性致死试验：使雄性大鼠或小鼠接着受试物，然后使之与未接着该物质的雌性大鼠或小鼠交配，观察胚胎死亡情况。6、小鼠可遗传易位试验用于检测受试物引起雄性小鼠生殖细胞染色体相互易位的作用。7、细菌DNA修复试验本试验对检测能与DNA形成加合物或嵌入作用的化学物较为敏感；对于阻滞DNA促旋酶（gyrase);诱发DNA与蛋白质
15、交联、碱基置换和移码的化学物也可出。第15页，此课件共20页哦8、非程序性DNA合成试验（USD试验）原理正常情况下，于细胞有丝分裂周期中，仅S期是DNA合成期。当DNA受损伤时，损伤修复的DNA合成主要在其他细胞周期，称程序外DNA合成，即UDS，因此发现UDS增高，即表明DNA发生过损伤。9、精子畸形试验原理：原理：已知精子畸形是决定精子形成的基因发生突变的结果。常染色体和Y-性连锁基因突变及某些染色体重排，如性-常染色体易位，也可使精子发生畸形。小鼠精子畸形试验能评价受试物对精子生成、发育的影响，可检测受试物在体内对生殖细胞的遗传毒性作用。第16页，此课件共20页哦10、小鼠特异基因座试
16、验特异基因座试验(SLT)是利用两种品系的小鼠，一种为T型，其有几个与毛色、眼色和耳型有关的隐性突变基因的纯合子；另一种为3H1或C57BL系，不具有这些基因的野生型，使后一种小鼠接触受试物，使之与T系交配。如果受试物未能使相应位点发生突变，则杂交一代为杂合子，T系的隐性基因不能表达，如果发生了突变，则相应的隐性基因可于出生时或断乳时表达。第17页，此课件共20页哦五、致突变作用评价美国EPA毒物处(1936)提出了一个三阶段的试验方案，把遗传毒性检测和生殖细胞致突变性验证分阶段进行。第一阶段测试化学物的遗传毒性，包括Ames试验、体外哺乳动物细胞基因突变试验、体内骨髓染色体损伤试验(微核试验
17、或染色体畸变试验)；第二阶段测试对生殖细胞的致突变作用；第三阶段为哺乳动物生殖细胞致突变性标准试验。在遗传危害性评价时，在体外基因突变试验中呈阳性的化学物应进行与哺乳类性腺DNA相互作用的试验，包括睾丸细胞的SCE、UDS、染色体畸变及碱性洗脱试验等，也可进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，需进行小鼠特异座位试验，可观察形态改变或生化改变；在体内骨髓细胞染色体畸变试验或微核试验中呈阳性的化学物需进行显性致死试验，在第二阶段中出现阳性反应，再进行小鼠可遗传易位试验。第18页，此课件共20页哦五、致突变作用评价国际协调组织(1CH)(1997)对于药品的遗传毒性评价建议的检测试验组合为细菌
18、基因突变试验；体外哺乳动物细胞染色体畸变试验或体外小鼠淋巴瘤细胞比试验；体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验(骨髓细胞染色体畸变试验或骨髓或外周血多染红细胞微核试验)。在对经标准试验组合得到的致突变作用结果进行进一步研究时，其他试验如DNA加合物测定、DNA链断裂检测、DNA修复和重组试验等都可作为供选择的试验。对于在三项标准试验中为阴性的化学物，通常可认为其无遗传毒性作用。但对于构效关系显示有可能具致癌性或致突变性，但在三项标准试验中为阴性的化学物，还需要改进试验方法或再增加试验项目。对于在三项标准试验中为阴性，但致癌试验显示有致癌效应，又无明确的证据说明该化学物是通过非遗传毒性机制发挥作用时，
19、为了了解其作用方式，可再进行改变代谢活化系统的体外试验或应用肿瘤发生的靶器官进行遗传损伤试验(如肝脏UDS试验、DNA加合物检测、转基因突变检测、肿瘤相关基因的遗传改变检测)。第19页，此课件共20页哦五、致突变作用评价我国卫生部在食品安全性毒理学评价程序(1994)中对遗传毒理学试验的要求是：根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验 以及体细胞和生殖细胞的原则，在Ames路试验、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸形试验和睾丸染色体畸变试验中选择四项，如其中一项试验为阳性，还应在其他备选试验(V79细胞HGPRT基因突变试验，显性致死试验，果蝇伴性隐性致死试验，UDS试验)中再选择两项试验进行。我国农药安全性毒理学评价程序(1991)中对遗传毒理学试验的要求则为：Ames试验和大肠杆菌回复突变试验，骨髓细胞微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验，睾丸细胞染色体畸变试验或显性致死试验为必做项目，若有一项出现阳性，还需从精子畸形试验、体外培养细胞染色体畸变试验、UDS、果蝇伴性隐性致死试验等试验中再选择两项进行。第20页，此课件共20页哦