化學毒物致突變作用

1、關于化學毒物致突變作用第一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月化學毒物的生殖毒性作用 生殖過程一般是指從配子形成直到胎兒娩出的整個過程。生殖過程是很廣泛的，它包括精子的發(fā)生、卵的形成和發(fā)育、配子的釋放、受精、卵裂和胚泡發(fā)育、著床、胚胎發(fā)生、胎兒發(fā)育、分娩。而胎兒的娩出也并不意味著胎兒發(fā)育成熟的終止。從廣義上講還應包括胎兒娩出后的新生兒期、哺乳期、直到性成熟的整個過程。第二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 生殖毒性是指外源化學物對雄性和雌性生殖功能或能力以及對后代產(chǎn)生的不良效應。生殖毒性既可發(fā)生于生殖細胞、受精卵、胚胎形成期，也可發(fā)生于妊娠、分娩和哺乳期。表現(xiàn)為外源化學物對生殖過程的

2、影響。例如生殖器官及內(nèi)分泌系統(tǒng)的變化，對性周期和性行為的影響，以及對生育力和妊娠結局的影響等。 影響人類生殖功能的環(huán)境因素包括有各種化學物、電離和非電離輻射、物理因素、感染因素、生活方式以及藥物的應用等。第三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 能引起妊娠的人或試驗動物產(chǎn)生畸胎的外源化學物稱為致畸物。它通過胎盤直接作用于發(fā)育的胚胎和胎兒而產(chǎn)生后果。通過動物試驗和體外致畸試驗方法，可檢測外源化學物能否引起胚胎毒性或后代畸形。第四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 概 述 一、基本概念 生物在世代繁衍中存在著遺傳與變異，它是普遍存在于生物界的生命現(xiàn)象。在親子之間或子代個體之間出現(xiàn)不

3、同程度的差異，這種差異稱為變異(variation)。變異是生物物種推陳出新的來源。造成生物變異的原因有：父本、母本產(chǎn)生子體，由于重組而發(fā)生；由于基因突變而發(fā)生，它是新基因產(chǎn)生的根本來源；由于第五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 生物的染色體組成或細胞質(zhì)發(fā)生變化而帶來的變異。 遺傳結構本身的變化及引起的變異稱為突變(mutation)。突變實際上是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。突變可分為自發(fā)突變(spontaneous mutation)和誘發(fā)突變(induced mutation)。誘發(fā)突變是指人為地造成突變，它已被農(nóng)、林、牧、漁業(yè)和園藝學家第六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月

4、 利用來培育和選擇新種或良種。另一方面，突變也會引起人類健康的危害。致突變作用(mutagenesis)的廣義概念是外來因素。特別是化學因子引起細胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力，而且此種改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。突變是致突變作用的后果，其中包括從一個或幾個DNA堿基對的改變，即基因突變(gene mutation)到染色體的結構及數(shù)目改變，第七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 即染色體畸變(chromosome aberration)。簡單地說，突變的發(fā)生及其過程即為致突變作用。能夠引起突變的物質(zhì)稱為致突變物(mutagen)。 二、遺傳學基礎 1.DNA與基因 在真核細胞中，遺傳

5、信息儲存在核內(nèi)的DNA鏈上，DNA是大分子物質(zhì)，由脫氧核糖、磷酸及堿基組成，其基本成分為四種核苷酸，形成雙螺旋結構。基因第八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (gene)是DNA分子中最小的完整功能單位基因的基本作用在于決定蛋白質(zhì)的一級結構，即每個基因決定一條多肽鏈或者說一個基因決定一種酶?；蚴巧镞z傳信息的攜帶者，細胞或生物體的一套完整單體的遺傳物質(zhì)稱基因組(genome)。 2.染色質(zhì)與染色體 在間期細胞的細胞核中，通過光鏡可見一種能被堿性染料著色的物質(zhì)，即染色質(zhì)(chromatin)。它由DNA、組蛋白、非組蛋白及少量的RNA組成，形似串珠狀的復合體。第九張，PPT共一百頁，創(chuàng)

6、作于2022年6月第十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 在間期細胞核中，一般沒有染色體結構，只有在細胞分裂時，染色質(zhì)才螺旋化并折疊成染色體(chromosome)，故染色質(zhì)與染色體是由相同物質(zhì)組成的；染色體存在于細胞中，通常只有在細胞分裂時經(jīng)過特殊染色才能清楚地看到。 染色體與基因有著平行的關系，表現(xiàn)為：染色體可以在顯微鏡下看到，有一定的形態(tài)結構?；蚴沁z傳學的單位，每對基因在雜交中仍保持它們的完整性和獨立性。第十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 染色體成對存在，基因也成對存在。在配子中每對基因只有一個，而每對同源染色體也只有一條

7、。個體中成對的基因一個來自母本，另一個來自父本。染色體也是如此，兩條同源染色體是分別來自母本和父本。不同對基因形成配子時的分離與不同對染色體在減數(shù)分裂期的分離，都是獨立分配的。 3.體細胞和生殖細胞 大多數(shù)真核生物由體細胞和生殖細胞組成。體細胞(somatic cell)多是二倍體(diploid)細胞，含有兩組完全相同的染色體，其遺傳損傷不會遺傳給下一代。第十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 生殖細胞(germ cell)往往是單倍體，其染色體改變即突變可傳給下一代。突變的生殖細胞根據(jù)其在二倍體中的表達，分為顯性或隱性。顯性突變無論純合子，還是雜合子均會出現(xiàn)表型異常；隱性突變?nèi)鐬榧?/p>

8、合子，將出現(xiàn)表型異常，若為雜合子，則為表型正常的攜帶者。第十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 4.基因型與表型 基因型系指控制生物性狀的基因組成，它是生物體的遺傳組成。通過雜交試驗才能鑒定。表型指在發(fā)育過程中由基因所控制的生物性狀的具體表現(xiàn)。它可以用理化方法直接測定。表型是不同基因之間以及基因與環(huán)境之間極其復雜的相互作用結果。第十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 5.細胞周期、有絲分裂與減數(shù)分裂 細胞周期指細胞一次分裂結束，并開始生長，到下一次分裂終了所經(jīng)歷的過程。這過程所需的時間為細胞周期時間。將細胞周期分為四個時期：G1期是細胞進行急劇合成的時期；S期完成DNA復制；G

9、2期為有絲分裂做準備，M期是有絲分裂期。有絲分裂(mitosis)指細胞核分裂的過程，一個細胞由此生成兩個子細胞，每個子細胞各具有與親代細胞完全相同的染色體。第十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 減數(shù)分裂(meiosis)指通過兩個細胞周期使染色體數(shù)目減少一半的細胞分裂方式。它是一種特殊的有絲分裂。其細胞核分裂兩次，而染色體只復制一次，經(jīng)過分裂后染色體數(shù)目減少一半，變成單倍體(haploid)。第十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二節(jié) 化學毒物致突變的類型 有三類遺傳學損傷，即基因突變、染色體畸變及染色體數(shù)目改變。這些損傷多因

10、DNA受損所致，也可能因DNA以外的靶組織受損。通常以光學顯微鏡的分辨率0.2 m，來區(qū)分基因突變和染色體畸變。因突變是用光學顯微鏡觀察不到，須通過生長發(fā)育、生化、形態(tài)等表型改變來判斷，而染色體畸變和數(shù)目變化可用光學顯微鏡進行觀察。第十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 一、基因突變 基因突變指基因中DNA序列的變化。因基因突變限制在一特定的部位，故稱為點突變(point mutation)。傳統(tǒng)的研究突變方法是通過給予致突變物，觀察遺傳學改變。 基因突變可分為兩種類型，即堿基置換和移碼突變。 1.堿基置換：堿基置換(base substitution)指某一堿基配對性第二十張，PPT

11、共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 能改變或脫落所致的突變。當DNA鏈上某一堿基由于致突變物作用而脫落或其配對性能發(fā)生改變，在DNA復制過程中該DNA互補鏈上的相應位點配上一個錯誤的堿基，即錯誤配對(mispairing)。這一錯誤配對上的堿基在下一次DNA復制時，按正常規(guī)律配對，于是原來的堿基對被錯誤堿基對所置換，稱堿基置換。 在堿基置換中，DNA的一對堿基(如G:C)被另一對堿基(如A:T)所取代，如果是嘌呤置換另一嘌呤，或者是嘧啶置換另一嘧啶，第二十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 稱為轉(zhuǎn)換(transition)，如果是嘧啶換成嘌呤，或者嘌呤換成嘧啶，稱為顛換(transvers

12、ion)。 2.移碼突變：移碼突變(frameshift mutation)指發(fā)生一對或幾對(3對除外)的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。第二十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 堿基：DNA分子是腺嘌呤(adenine, A)、鳥嘌呤(guanine, G)、胞嘧啶(cytosine, C)和胸腺嘧啶(thymine,T)。 DNA雙鏈的堿基互補對是A=T、T=A、GC、CG。是堿基互補原則。第二十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于20

13、22年6月 二、染色體畸變 染色體畸變(chromosome aberration)指染色體的結構改變，它是指遺傳物質(zhì)大的改變，一般可用光學顯微鏡檢查適當細胞有絲分裂中期的染色體來發(fā)現(xiàn)。細胞學檢測可發(fā)現(xiàn)染色體斷裂及由斷裂所致的各種重排?；兩婕霸趶椭迫旧w中兩條染色單體中的一條，稱為染色單體型畸變(chromatid-type aberration)，而涉及兩條染色單體，稱為染色體型畸變(chromosome-type aberration)。第二十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 染色體結構異常的類型： (1)缺失(deletion)：染色體上丟失了一個片段。 (2)重復(dupl

14、ication)：在一套染色體里，一個染色體片段出現(xiàn)不止一次。 (3)倒位(inversion)：一個染色體片段被顛倒了，如顛倒的片段包括著絲點，稱為臂間倒位(pericentric inversion)；如不包括著絲點則稱為臂內(nèi)倒位(paracentric inversion)。 第二十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (4)易位(translocation)：一個染色體片段的位置改變了。最常見的是相互易位(reciprocal)，涉及兩個非同源染色體片段的交換。 三、非整倍體和多倍體 非整倍體(aneuploid)和多倍體(polyploid)的細胞的染色體數(shù)目是不同于正常的細胞

15、染色體數(shù)目。非整倍體指增加或減少一條或幾條染色體；而多倍體是超過二體的整倍性畸變，其染色體數(shù)目可成倍增加。第二十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 例如，人類體細胞正常為二倍體(2n)，有46條染色體。如果細胞有45或47條染色體，定義為非整倍體。如果有69條染色體，定義為多倍體，此為三倍體。例如，Dow

16、n綜合征，由21染色體三體(trisome 21)所致，它多了一條染色體，有三條21染色體，染色體數(shù)目為47條，即該病由非整倍體所引起。第三十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 英國醫(yī)生 Langdon Down 首先描述了先天愚型的臨床表現(xiàn)，因此將此病稱為Down綜合征，即唐氏綜合征。在我國，先天愚型一詞較為常用。1959年，法國細胞遺傳學家Lcjeune證實此病的病因是患者多了一個小的G組染色體(后來確定為21號染色體)。故此病又稱為21三體綜合征(trisomg 21)。 據(jù)估計我國目前大約有60萬以上的21三體綜合征患兒，按目前的出生率我國平均20分鐘就有一例21三體綜合征患兒

17、出生，全國每年出生的唐氏綜合征患兒將達27000例左右。 第三十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 47,XY,+21 單純?nèi)w，男性 。Down綜合征第三十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 化學毒物致突變作用的機制及后果 在實驗動物中，用化學物質(zhì)可誘導基因突變、染色體畸變、非整倍體和多倍體。在已檢出的致突變物中，大多數(shù)有不同程度的特異性。 一、引起突變的DNA變化 (一)堿基損傷 1.堿基錯配：烷化劑(alkylating agent)是對DNA和蛋白質(zhì)都有強烈烷化作用的物質(zhì)。第三十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 烷化作用指烷化劑提供甲基或乙基等烷基與DN

18、A共價結合的過程。 烷化劑所致甲基損傷表現(xiàn)為錯配。例如，乙基亞硝基脲(ethylnitrosourea,ENU)上的乙基可與DNA共價結合。 錯配不是烷化劑引起突變的惟一機制，有些烷化堿基可引起DNA二級結構改變。 2.平面大分子嵌入DNA鏈 第三十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 如9-氨基吖啶(9-aminoacridine)致突變作用，是化學物插入DNA的堿基對中所致。 3.堿基類似物取代 有些化學物的結構與堿基非常相似，稱堿基類似物。它們能在S期中可與天然堿基競爭，并取代其位置。例如5-溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，2-氨基嘌呤(2-AP)能取代鳥嘌呤。 4.致突變物改變或

19、破壞堿基的化學結構第四十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 有些化學物可對堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結構，有時還引起鏈斷裂。 例如，亞硝酸根能使腺嘌呤和胞嘧啶發(fā)生氧化性脫氨，相應變?yōu)榇吸S嘌呤和尿嘧啶。羥胺能使胞嘧啶C-6位的氨基變成羥氨基。這些改變都會造成轉(zhuǎn)換型堿基置換。但是亞硝酸雖然也能使鳥嘌呤變?yōu)辄S嘌呤，但是由于黃嘌呤的配對性能與鳥嘌呤一致，故并不發(fā)生堿基置換。第四十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (二)DNA鏈受損 1.二聚體的形成 當細胞或機體受到紫外線刺激，會使DNA發(fā)生化學變化，其主要產(chǎn)生環(huán)丁烷嘧啶二聚體和(4-6)光產(chǎn)物。這些損傷可阻止DNA的復制，

20、并引起細胞的死亡。 2.DNA加合物形成 它是活性化學物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩(wěn)定復合物，通常很難用一般的化學或生物學方法使其解離。例如，烷化的DNA加合物，O6-甲基脫氧鳥苷，可引起堿基置換。第四十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物(DNA-protein croxslinks，DPC)形成 它是致突變物對生物大分子物質(zhì)的一種重要的遺傳損害，也是一種穩(wěn)定的共價結合物。已知許多外來化合物如苯并(a)芘、砷化合物、醛類化合物(如甲醛)及一些重金屬(如鎳、鉻)等，均可引起DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物。DPC一旦形成，必將對DNA構象與功能產(chǎn)生嚴重影響。第四十三張

21、，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、引起突變的細胞分裂過程的改變 非整倍體和多倍體的產(chǎn)生不同于其他致突變作用，因為它們涉及不同的細胞靶分子。非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產(chǎn)生。主要涉及細胞分裂過程的改變?nèi)缂忓N體、微管蛋白的合成與聚合，微管結合蛋白合成與功能發(fā)揮，細胞分裂紡錘纖維的功能發(fā)揮，著絲粒與之有關的蛋白質(zhì)作用，極體復制與分離，減數(shù)分裂時同源染色體聯(lián)合配對和重組等。第四十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 三、其它的改變 對DNA合成和修復有關的酶系統(tǒng)作用可間接導致DNA損傷，誘發(fā)基因突變或染色體畸變。 1.DNA的高保真復制需多種酶類的參與，并且在基因調(diào)控下進行，

22、其過程中的任何一個環(huán)節(jié)損傷，將影響DNA復制的高保真性，有可能引起突變。 2.修復：DNA修復過程是清除受損傷的DNA片段，并合成新的片段來替換的過程。DNA是生命物質(zhì)中唯一具有自身修第四十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 復能力的分子，其修復過程是依賴各種各樣的酶來進行。例如，光修復的光裂合酶，切割修復的DNA糖基酶和切除核酸酶。它們有可能成為化學毒物的靶分子。 四、突變的后果 突變的后果，取決于化學毒物所作用的靶細胞，是生殖細胞，還是體細胞。如是體細胞，其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個體身上表現(xiàn)出來，而不可能遺傳到下一代；如是生殖細胞，其影響才有可能遺傳到下一代。第四十六張，PPT

23、共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (一)生殖細胞突變 基因突變對于健康的意義在于與許多按孟德爾定律遺傳的疾病有關。例如，在新生兒遺傳病中，約有1.3為常染色體顯性遺傳，0.25為常染色體隱性遺傳及0.05與性染色體有關。 許多遺傳病是由隱性突變表達所致，如苯丙酮尿癥(phenylketonuria)，它由上一代遺傳，當父母均有基因突變時，該病即可表現(xiàn)出來。如只有一方的基因突變，后代即是表型正常的攜帶者。第四十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第四十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 基因突變除了引起按孟德爾遺傳規(guī)律遺傳的疾病外，在人類許多復雜病因的疾病中，遺傳因素也起著部分作用。

24、即增加下一代基因庫(gene pool)的遺傳負荷(genetic load)。基因庫指某一物種在特定時期中能將遺傳信息傳至下一代的處于生育年齡的群體所含有的基因總和。遺傳負荷指一種物種的群體中每一個攜帶的可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。第四十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 在遺傳性疾病中，還有一個原因是染色體異常。大約每1000名嬰兒中有4名患有與染色體畸形有關的綜合征。染色體異常估計在受檢的雙親中有5，在死亡的嬰兒有6，在自然流產(chǎn)和死亡胚胎占30。引起遺傳病染色體異常的類型中，非整倍體最常見，多倍體次之，結構異常約占5。 突變除引起遺傳病外，還可造成生殖毒性，表現(xiàn)為胚胎死亡

25、、畸胎、胚胎功能不全及生長遲緩。生殖毒性可由親代生殖細胞突變所致，也可由胚胎細胞突變所致。第五十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (二)體細胞突變 體細胞突變后果有腫瘤、衰老、動脈粥樣硬化及致畸等，最受注意的是腫瘤。 突變與癌發(fā)生過程中，中心作用的重要證據(jù)是來自于癌基因和抑癌基因的分子生物學研究。癌基因指可刺激正常細胞向癌細胞轉(zhuǎn)向的基因，它源于原癌基因。癌的發(fā)生是因為正常細胞生長和發(fā)育發(fā)生了遺傳學改變，正常細胞增殖調(diào)節(jié)需要在促第五十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 進生長因子與限制生長因子之間達到平衡，當原癌基因突變后，可刺激生長的基因過度表達，而抑癌基因的突變，可導致細胞增

26、殖失去抑制作用。 抑癌基因(或稱為腫瘤抑制基因、抗癌基因，antioncogene)的突變失活或缺失在許多腫瘤發(fā)生過程中起著重要作用。與癌基因不同，抗癌基因是隱性遺傳，即為雜合子時，它不能表達。第五十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 在許多人類的腫瘤中，可發(fā)現(xiàn)17號染色體上，稱之為p53抑癌基因的突變。通過深入研究，認為人類腫瘤與p53基因接觸致突變物有一定關系。第五十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 許多腫瘤涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活。觀察到多基因改變都支持癌起源于遺傳變化積累的觀點，說明致癌作用是一多階段、多步驟的過程。它包括引發(fā)(initiation)、促長(p

27、romotion)和進展(progression)三個階段，突變在這三個階段中均有作用。引發(fā)指誘發(fā)遺傳物質(zhì)改變的過程，即細胞突變過程，它是癌變的始發(fā)階段，為一個不可逆過程。具有引發(fā)作用的物質(zhì)稱為引發(fā)劑(initiator)。促長指由癌變細胞開始增殖過程?？纱碳ご匍L過程的物質(zhì)稱促長劑(promotor)。第五十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 由于結腸腫瘤的演進具有很明確的形態(tài)學時相，就有可能確定這種類型的腫瘤中基因突變發(fā)生的順序。正常的結腸黏膜最初由上皮增生發(fā)展成為良性的腺瘤、級，再經(jīng)腺癌發(fā)展成為轉(zhuǎn)移癌。結腸腫瘤的發(fā)生似乎是由于抑癌基因APC的雜合性丟失而開始的，APC的缺失可以發(fā)生

28、于生殖第五十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 細胞或體細胞，導致逐漸增大的良性腺瘤。在良性腺瘤中常常有其中一個細胞發(fā)生Ras癌基因突變而導致進一步的克隆性發(fā)展。隨后發(fā)生的抑癌基因DCC和p53缺失促進了從良性到惡性的發(fā)展過程。從腺瘤到癌的演進過程中還伴有DNA損傷修復基因的突變以及DNA甲基化狀態(tài)的改變，因此，結腸癌變的過程是一個多基因參與、多步驟的過程。第五十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第五十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第四節(jié) 機體對致突變作用的影響 機體修復DNA損傷的機制可分為兩大類：損傷耐受機制和修復機制。損傷耐受指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復

29、制的DNA損傷。例如，細菌的重組修復，其復制機制是繞過一不能配對的嘧啶三聚體或者較大的化學加合物，在受損對應的新DNA鏈上留下一間隙，然后，通過重組過程，將來自母本鏈的DNA片段填上間隙。DNA修復機制可分為直接修復和切除修復。第五十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 直接修復指引起DNA損傷的反應為可逆性的，如光修復。切除修復指將損傷或不正確的甲基去除和替換，如核苷酸去除，它是負責較大范圍損傷的修復。 一、DNA損傷的修復 (一)光復活 光復活是一種依賴光的過程，它通過酶切下DNA上嘧啶二聚體，將毗連的嘧啶接回原結構上。光復活所依賴的酶，為光裂合酶(photolyase)，它廣泛存在

30、于生物體內(nèi)，包括原核生物和真核生物。第五十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (二)“適應性”反應 機體有一種修復功能，依賴烷基轉(zhuǎn)移酶作用，將鳥嘌呤O6位甲基轉(zhuǎn)給蛋白質(zhì)O6-甲基鳥嘌呤-DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶。這樣，鳥嘌呤可恢復其正常的堿基配對特性。 (三)切除修復 切除修復是負責較大范圍損傷的修復機制，它是多步驟修復過程，分為兩種：一是切除核苷酸修復，另一是切除第六十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 堿基修復。切除修復不僅存在于細菌，也存在于真核生物，但它們在某些細節(jié)上有差異。 1.核苷酸切除修復 核苷酸切除是所有生物體內(nèi)最常見的修復機制。它基本上可修復所有種類的DNA損傷，包括

31、紫外線光產(chǎn)物、其他機制不能去除較大的DNA加合物以及由化學毒物所致的DNA鏈問交聯(lián)如順鉑(cisplatin)。修復機制非常復雜，雖已有深入研究，但對于修復中的不均一性解釋在轉(zhuǎn)錄、修復及突變之間關系的不可預見性所知尚少。第六十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.堿基切除修復 由DNA糖基酶(DNA glycosylase)作用于受損的DNA，該酶可識別異常的堿基，通過切斷堿基與脫氧核糖連接的鍵，使受損的堿基脫落，產(chǎn)生一個無嘌呤或無嘧啶位點，即AP位點。AP內(nèi)切酶將DNA鏈切斷，由聚合酶及連接酶作用完成修復過程。 3.誤配修復 誤配修復(mismatch repair)是一類性質(zhì)截然

32、不同的切除修復。第六十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 它可以識別并除去錯配的堿基對，如G:T和A:C。 4.復制后修復 復制后修復(post replication repair，PRR)與前述的修復交聯(lián)不同。PRR嚴格來說，不是修復，而是一種耐受過程，一種以容忍損傷繼續(xù)存在和在高突變率情況下，以換取細胞繼續(xù)生存的耐受過程。 5.呼救性修復(SOS repair) 亦可稱SOS修復，此種修復對致突變作用不能提供完全的保護。第六十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、遺傳因素對致突變作用的影響 化學致突變作用的模式為損傷-修復-突變，只有修復功能飽和或能力不足時才會引起突變

33、。個體因素影響致突變作用有兩個方面，一是先天性，即遺傳因素，也就是遺傳多態(tài)性(genetic polymorphysm)。二是后天性，主要指不同生活方式如吸煙、飲酒、營養(yǎng)缺乏或不平衡、年齡等。一般認為，遺傳多態(tài)性在個體因素影響致突變作用中起決定作用。再者，后天的敏感性亦有可能在一定遺傳背景上出現(xiàn)。第六十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (一)代謝酶遺傳多態(tài)性 遺傳多態(tài)性是一個衡量遺傳變異的數(shù)據(jù)，即群體中多態(tài)基因的比例。多態(tài)性的標準是，當一個基因座位的最常見的等位基因頻率不超過0.95時，這個基因座位即是多態(tài)性。代謝酶遺傳多態(tài)性的生物學意義在于解釋有些人易受致突變作用，是因為其體內(nèi)代謝

34、酶與大多數(shù)人不同，即代謝酶有遺傳多態(tài)性。第六十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 1.氧化代謝酶 細胞色素P-450是機體代謝化學毒物的主要酶類。發(fā)現(xiàn)這些酶的多態(tài)性使代謝功能出現(xiàn)較大差異，并因此而影響機體對某些毒物的敏感性。 2.酯酶 與致突變作用關系密切的是環(huán)氧水化酶(EH)。EH的作用具有三重性，它既是活化酶，如參與苯并(a)芘代謝，使之最后生成終致癌物，也是解毒酶。EH活性存在明顯的個體差異。第六十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.谷胱甘肽硫轉(zhuǎn)移酶(GST) 它是體內(nèi)重要的解毒酶系之一，許多疏水性及親電子物質(zhì)通過GST與谷胱甘肽結合形成硫醚酸，經(jīng)尿排出體外。已知、三

35、種類型GST均有多態(tài)性。GST是GST1位點的產(chǎn)物。這一位點有兩個活躍的等位具有變異型：GST1-1、GST1-2，有些個體完全無活性者(O-等位基因)稱為GST1-O。GST的缺乏與肺癌敏感性有密切關系，即GST1-O的個體是患肺癌的高危人群。第六十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (二)修復功能的個體差異 機體對DNA損傷有多種修復系統(tǒng)，使其遺傳保持高保真度。修復過程由不同功能的酶參與，表現(xiàn)出明顯的個體差異。說明修復酶存在多態(tài)性。即修復能力差異造成機體對損傷的反應不一。 1.O6-甲基鳥嘌呤-DNA-甲基轉(zhuǎn)移酶(MGMT) 它是體內(nèi)一種特異性修復酶。其作用是將嘌吟與嘧啶上的烷基轉(zhuǎn)

36、移到自身胱氨酸的殘基上，而使堿基恢復原有的配對性。該酶有明顯的組織差異和個體差異。第六十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP) PARP的激活為DNA損傷后細胞的早期反應之一，它催化的反應作為DNA損傷的一系列細胞反應的過程之一，可影響DNA修復及損傷的結局；它對外來因素造成基因突變和腫瘤發(fā)生可產(chǎn)生抑制或促進作用，對于PARP的研究具有重要的毒理學意義。第六十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第五節(jié) 觀察化學毒物致突變作用的基本方法 目前已有200多種試驗，但重要的和作為常規(guī)使用的約20種。 一、觀察項目的選擇 1.觀察的效應終點類型

37、將試驗觀察到的現(xiàn)象所反映的各種事件統(tǒng)稱為遺傳學終點(genetic end point)。國際環(huán)境致突變物致癌物防護委員會(ICPEMC)于1983年提出致突變試第七十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 驗的遺傳學終點分為5類：DNA完整性的改變(形成加合物、斷裂、交聯(lián))；DNA重排或交換；DNA堿基序列改變；染色體完整性改變；染色體分離改變。其中實際上指基因突變，指染色體畸變。 2.成套的觀察項目 遺傳毒理學評價程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學試驗。因為：在成套觀察項目中既要用體細胞檢測又要用生殖細胞；除了從分子水平還要從細胞第七十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 水平來檢測

38、化學毒物的遺傳毒性。體內(nèi)試驗具有完整的活化系統(tǒng)，而體外試驗則通過加入模擬代謝系統(tǒng)，如S9來彌補缺乏活化系統(tǒng)的不足。這是體內(nèi)與體外試驗的主要差別。在選擇體內(nèi)、體外試驗時，還需要對其方方面面進行深入的了解?；瘜W毒物的致突變性有強，也有弱；有的在某一檢測系統(tǒng)中是強致突變物，而在另一系統(tǒng)中可能是弱的致突變物。第七十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第七十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 關于遺傳毒理學成套觀察項目中那些試驗可入選的原則有：已知遺傳毒性主要有基因突變、染色體畸變、染色體分離異常及原發(fā)性DNA損傷。一組可靠的試驗系統(tǒng)應包括每一類型的遺傳學終點。通常的實驗材料有病毒、細菌、

39、真菌、培養(yǎng)的哺乳細胞、植物、昆蟲及哺乳動物等。體內(nèi)試驗與體外試驗配合，體內(nèi)試驗接近實際情況，但由于毒性動力學或其他原因，有時會漏檢致突變物。應包括生殖細胞和體細胞。第七十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 為了將動物實驗結果更準確地外推于人，在反映同一遺傳學終點的多種實驗中應盡可能地選擇體內(nèi)試驗，以減少毒性差異，對于體外試驗除應加模擬毒性系統(tǒng)以外，應盡量選用真核細胞而少用原核細胞，因為它們的DNA接觸化學毒物的條件并不相同。 3.觀察方法的新進展第七十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 對這些化學物質(zhì)的危害性作出評價，包括遺傳毒性的評價。對原有的方法提出新的要求，如自動化檢測。

40、此外，隨著科學技術的進步，尤其是分子生物學技術的日新月異，有可能更準確地測定致突變作用，如轉(zhuǎn)基因小鼠致突變檢測系統(tǒng)和熒光原位雜交技術(FISH)。 (1)轉(zhuǎn)基因小鼠致突變檢測系統(tǒng)：利用穿梭載體于原核和真核間往返轉(zhuǎn)移，帶可回收靶基因載體的轉(zhuǎn)基因小第七十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 鼠提供哺乳動物體內(nèi)基因的檢測系統(tǒng)，用以測定自發(fā)和誘發(fā)突變率，分析基因突變的組織專一性和順序變化，闡明DNA修復、基因毒性、突變和癌變的分子機制。 轉(zhuǎn)基因動物是指基因組中整合以實驗方法導入的穩(wěn)定的外源DNA，并能遺傳給后代的一類動物。其優(yōu)點有：可根據(jù)需要導入目的基因，即致突變的靶基因；敏感性高，因為選用的外

41、源基因?qū)z傳損傷敏感性高，導第七十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 入動物體內(nèi)后，仍有高敏感性；結果可靠性高，它是一完整生物體系，繁殖多代后仍能帶有目的基因，具有四維特征，從根本上優(yōu)于以前的體外檢測系統(tǒng)。已建有供致突變試驗用的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，其注冊商品名為Big Blue Mouse和Muta Mouse。此外，轉(zhuǎn)基因細胞也可用于體外毒理學試驗。 (2)微核自動化檢測技術：主要使用流式細胞儀和圖像分析系統(tǒng)兩種儀器。流式細胞儀具有測定精確，定量參數(shù)多，檢測速度快的特點。它利用染色技術，即第七十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 用RNA特異熒光染料和DNA特異染料，在雙激光流式

42、細胞儀上檢測小鼠外周血，可鑒別嗜多染紅細胞(PCE)、成熟紅細胞(NCE)、含微核的嗜多染紅細胞(MPCE)、含微核的成熟紅細胞(MNCE)，計算出受試物的微核率。 (3)熒光原位雜交技術：熒光原位雜交(fluorescence in situ hybridization，F(xiàn)ISH)是原位雜交(in situhybridization，ISH)的一種。ISH是一種在保持組第七十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 織、細胞或染色體原有形態(tài)結構基礎上，對其內(nèi)部特殊核苷酸順序進行檢測及定位的分子生物學手段。 FISH是利用熒光探測劑，將已標記或經(jīng)特殊修飾的核酸探針與已固定的組織、細胞或染色體

43、中DNA、RNA雜交，繼而通過分析標記探針在被檢對象中的顯示狀況而達到對特殊目標順序進行檢測、定位的目的。它在遺傳毒理學中主要有以下兩個方面的應用：一是對染色體精細結構的分析，另一是對非整倍體的檢測。第八十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 二、常用的致突變試驗 (一)細菌回復突變試驗(Ames試驗) 細菌回復突變試驗是利用突變體的測試菌株，觀察受試物能否糾正或補償突變體所攜帶的突變改變，判斷其致突變性。常用的菌株有鼠傷寒沙門菌(Salmonella typhimurium)和大腸桿菌(EColi)。第八十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 Ames試驗是采用鼠傷寒沙門菌組氨酸缺

44、陷型突變株作為指示微生物，檢測受試物的致突變性的試驗。原理是人工誘變的突變株在組氨酸操縱子中有一個突變，突變的菌株必須依賴外源性組氨酸才能生長，而在無組氨酸的選擇性培養(yǎng)基上不能存活，致突變物可使其基因發(fā)生回復突變，使它在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基上也能生長。計數(shù)誘發(fā)的回復菌落數(shù)即可判斷化學毒物的致突變性。第八十二張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 試驗中可供選用的測試菌株有多種，所攜帶的突變是在不同的基因中，各有不同的特性，有的測定堿基置換，有的測定移碼突變，有的兩者都可測定。 已知Ames試驗菌株有不同的突變菌株，其檢出能力也不一，因此在試驗中菌株也要配套。我國普遍采用1983年由Maron和

45、Ames推薦的組合菌株，即TA100、TA98、TA97和TA102。Ames試驗的方法有平板摻入法、點試法及預培養(yǎng)法等。第八十三張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十四張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (二)微核試驗 經(jīng)致突變物作用后，染色體無著絲點斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個染色體在細胞分裂的后期仍留在子細胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一個或幾個規(guī)則的次核，稱為微核(micronucleus)。常用嚙齒類動物骨髓嗜多染紅細胞(PCE)微核試驗。PCE是紅細胞成熟的一個階段，此時紅細胞的主核已排出，微核容易辯認，PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗的首選細胞群。

46、第八十五張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第八十六張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 微核試驗(micronucleus test，MNT)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗。其主要是檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。微核試驗的靈敏度與細胞遺傳學試驗基本相同，但它觀察技術簡易而省時。 (三)染色體畸變分析 觀察染色體形態(tài)結構和數(shù)目改變稱為染色體畸變分析(chromosome aberration analysis)，又稱細胞遺傳學試驗(cytogenetic assay)。第八十七張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 對于結構畸變，一般只觀察到裂隙、斷裂、斷片、微小體、染色體環(huán)、粉

47、碎、雙或多著絲粒染色體和射體。對于缺失，除染色單體缺失外，需作核型分析。即染色體攝影拍片后，再排列進行細微觀察或用電子計算機進行圖象分析。 對于數(shù)目畸變，需在染毒后經(jīng)過一次有絲分裂才能發(fā)現(xiàn)。但是經(jīng)過一次有絲分裂后，一些結構畸變可能因遺傳物質(zhì)的丟失而致細胞死亡，因此不能發(fā)現(xiàn)。第八十八張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (四)姐妹染色單體交換試驗 姐妹染色單體交換(sister-chromatid exchange，SCE)指染色體同源座位上DNA復制產(chǎn)物的相互交換，其頻率與DNA斷裂和修復有關。 原理：對于分裂的細胞，如將5-溴脫氧尿嘧啶核苷(5-BrdU)加入合成DNA的原料中，經(jīng)過兩個

48、分裂周期后，兩條染色單體，其中一條DNA鏈的雙股內(nèi)的胸腺第八十九張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 嘧啶核苷均被BrdU取代，另一條只有一股被取代。此時，用染色劑如吉姆薩和光處理，使雙股含BrdU的染色單體著色淺淡，而單股含BrdU的染色單體著色深。在普通光學顯微鏡下，可清晰分辨出交換的染色單體，計數(shù)SCE數(shù)。借此判斷受試物對DNA是否有損傷作用。第九十張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月第九十一張，PPT共一百頁，創(chuàng)作于2022年6月 (五)果蠅伴性隱性致死試驗 果蠅伴性隱性致死試驗(sex-linked recessive lethal test，SLRL)是利用隱性基因在伴性遺傳中具有交叉遺傳特征，選擇黑腹果蠅(