環(huán)境化學(xué)物的特殊毒性及其評(píng)價(jià)遺傳毒性

環(huán)境化學(xué)物的特殊毒性及其評(píng)價(jià)遺傳毒性第1頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日一般毒性和特殊毒性急性毒性亞慢性毒性慢性毒性蓄積毒性局部毒性致突變作用致癌作用生殖和發(fā)育毒性一般毒性特殊毒性安全性評(píng)價(jià)第2頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.污染物致突變作用機(jī)理

4.污染物致突變的不良后果5.污染物致突變作用的評(píng)價(jià)2.遺傳損傷的類(lèi)型第一節(jié)環(huán)境化學(xué)物的致突變性及其評(píng)價(jià)小鼠骨髓細(xì)胞微核實(shí)驗(yàn)環(huán)境毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)

1.引言第3頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日

突變(mutation)是一種遺傳狀態(tài)、可以通過(guò)復(fù)制而遺傳的DNA結(jié)構(gòu)的任何永久性改變。遺傳變異1.父、母DNA重組2.基因突變3.染色體組成或細(xì)胞質(zhì)變化突變自發(fā)突變誘發(fā)突變1.引言第4頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.1環(huán)境致突變作用(environmentalmutagenesis)化學(xué)物質(zhì)及其他環(huán)境因素導(dǎo)致生物體遺傳機(jī)構(gòu)的改變，可以導(dǎo)致人類(lèi)的某些遺傳性疾病且與癌癥的發(fā)生有關(guān)1.引言自發(fā)突變(spontaneousmutation)：自然條件下發(fā)生，概率極低，生物進(jìn)化的基礎(chǔ)誘發(fā)突變(inducedmutation)：人為地或由各種因素誘發(fā)產(chǎn)生化學(xué)因素環(huán)境致突變作用物理因素生物因素第5頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.引言時(shí)間事件作者1904發(fā)現(xiàn)X射線(xiàn)可以改變生殖細(xì)胞的遺傳物質(zhì)deVries一些氧化劑對(duì)細(xì)菌和真菌誘變作用的研究Franz&Elizabeth1927用X射線(xiàn)照射發(fā)現(xiàn)可以引起果蠅基因突變Müller1942發(fā)現(xiàn)芥子氣可誘發(fā)果蠅基因和染色體畸變Charlotte&Robson1943發(fā)現(xiàn)氨基甲酸乙酯有誘變性Franzoechlkers1946-48發(fā)現(xiàn)環(huán)氧乙烷、乙烯亞胺、重氮甲烷、縮水甘油等具有誘變性Rapoport1969成立國(guó)際環(huán)境誘變劑學(xué)會(huì)1.2環(huán)境致突變作用研究簡(jiǎn)史第6頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)

化學(xué)性和放射性因素的致突變作用和機(jī)理、對(duì)人類(lèi)接觸致突變物引起的健康效應(yīng)和預(yù)防措施的科學(xué)。研究?jī)?nèi)容潛在的致突變作用致突變作用機(jī)制建立新的檢測(cè)方法評(píng)價(jià)致突變物對(duì)人類(lèi)健康的威脅第7頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日1.引言1.3環(huán)境致突變劑(EnvironmentalMutagen）分組特點(diǎn)類(lèi)別第一組

人工合成，僅在一定條件下應(yīng)用的誘變劑1.藥品：抗癌藥、抗菌素、麻醉劑和避孕藥等2.農(nóng)藥：殺蟲(chóng)劑、滅鼠劑、除銹劑、除霉劑及其殘留物3.食品添加劑4.化妝品5.生物污染第二組

工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用或生產(chǎn)的環(huán)境誘變劑1.工業(yè)烷化劑2.有機(jī)溶劑及有機(jī)金屬化合物3.水體污染物4.空氣污染物5.重金屬及其化合物第三組

自然誘變劑與食品加工過(guò)程中產(chǎn)生的誘變劑1.生物堿2.微生物代謝產(chǎn)物3.食品加工中產(chǎn)生的誘變劑第8頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.遺傳損傷的類(lèi)型機(jī)制以DNA為靶不以DNA為靶基因突變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變?nèi)旧w數(shù)目畸變細(xì)胞水平分子水平損傷牽涉范圍顯微鏡可見(jiàn)度基因突變?nèi)旧w突變基因組突變堿基置換移碼突變大段損傷染色體數(shù)目畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)畸變9第9頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日DNA鏈中正常的堿基配對(duì)A:腺嘌呤T:胸腺嘧啶C:胞嘧啶G:鳥(niǎo)嘌呤第10頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日A:腺嘌呤T:胸腺嘧啶G:鳥(niǎo)嘌呤C:胞嘧啶2.遺傳損傷的類(lèi)型2.1基因突變基因突變(genemutation)：基因中DNA序列的改變，又稱(chēng)為點(diǎn)突變。堿基置換轉(zhuǎn)換

AGTC顛換

AorGCorT同義突變：未改變基因產(chǎn)物氨基酸序列錯(cuò)義突變：引起產(chǎn)物氨基酸序列改變無(wú)義突變：使蛋白質(zhì)合成中止第11頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.1基因突變移碼突變：從mRNA到蛋白質(zhì)翻譯過(guò)程中遺傳密碼子讀碼順序的突變。使基因產(chǎn)物發(fā)生大的改變，引起明顯的表型效應(yīng)，常導(dǎo)致致死性突變第12頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日大段損傷：DNA序列上有較長(zhǎng)的一段序列的重排分布，也叫DNA重排。2.1基因突變第13頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.2染色體突變?nèi)旧w突變(chromosomalmutation)：染色體結(jié)構(gòu)的改變，又稱(chēng)為染色體畸變。斷裂劑(clastogen)：能引起染色體畸變的外源化學(xué)物。染色單體型畸變?nèi)旧w型畸變第14頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日a染色單體斷裂b三輻射體c.染色體斷片d.雙著絲點(diǎn)染色體e.環(huán)狀染色體f-g.無(wú)著絲點(diǎn)斷片2.2染色體突變第15頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.3基因組突變基因組突變(genomicmutation)：基因組中染色體數(shù)目的改變，又稱(chēng)為染色體數(shù)目畸變。類(lèi)型公式染色體組整倍體單倍體二倍體三倍體四倍體非整倍體單體三體四體雙三體缺體n2n3n4n2n-12n+12n+22n+1+12n-2(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABCD)(ABC)(ABCD)(ABCD)(A)(ABCD)(ABCD)(AA)(ABCD)(ABCD)(AB)(ABC)(ABC)第16頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日(1)大加合物代表物：多環(huán)芳烴、生物毒素、黃曲霉毒素B和芳香胺類(lèi)后果：DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位DNA的半保留復(fù)制和轉(zhuǎn)錄。2.化合物的致突變機(jī)理2.1DNA加合物和交聯(lián)分子的形成苯并(a)芘芳香胺黃曲霉毒素B(2)小加合物代表物：烷化劑、亞硝基化合物后果：對(duì)DNA的構(gòu)象影響較小，易導(dǎo)致堿基錯(cuò)誤配對(duì)。

DNA甲基化、乙基化第17頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.1DNA加合物和交聯(lián)分子的形成(3)DNA-DNA交聯(lián)：DNA分子上一條鏈的堿基與互補(bǔ)鏈上的相應(yīng)堿基形成共價(jià)連接.代表物：如亞硝酸、絲裂霉素C、氮和硫的芥子氣、各種鉑的衍生物

后果：DNA在復(fù)制中不能解鏈，螺旋局部形成，DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄完全停止，細(xì)胞死亡絲裂霉素C第18頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日堿基類(lèi)似物：與天然堿基的結(jié)構(gòu)非常相似的外源化合物

后果：引發(fā)堿基替代突變2.2堿基類(lèi)似物在DNA復(fù)制時(shí)的摻入第19頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日亞硝基引起的氧化脫氨反應(yīng)

NH2OH的致突變作用

作用機(jī)制復(fù)雜，不同PH、NH2OH濃度，產(chǎn)物不同

烷化劑的致突變作用

硫酸二甲酯、甲基磺酸乙酯、乙基磺酸乙酯、MNNG2.3DNA分子上堿基的化學(xué)修飾第20頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日2.4嵌合劑的致突變作用原黃素丫啶橙代表物：丫啶橙、原黃素等丫啶類(lèi)染料分子方式：以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰核苷酸之間后果：移碼突變第21頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日化合物的致突變機(jī)理1.堿基損傷

致突變物改變或破壞堿基的正常結(jié)構(gòu)。

(1)堿基錯(cuò)配

(2)平面大分子嵌入DNA鏈

(3)堿基類(lèi)似物取代

(4)堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)改變或破壞

2.DNA鏈結(jié)構(gòu)損傷

(1)形成嘧啶二聚體

(2)形成DNA加合物和DNA—蛋白質(zhì)交聯(lián)物3.影響細(xì)胞分裂過(guò)程4.對(duì)修復(fù)酶的影響第22頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日激活原癌基因或滅活抑癌基因化學(xué)、物理、生物因素

原癌基因點(diǎn)突變?cè)┗驍U(kuò)增染色體易位與基因重排原癌基因抑制解除抑癌基因缺失原癌基因抑癌基因癌基因致突變因素第23頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日機(jī)體對(duì)突變的修復(fù)DNA修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)O6甲基鳥(niǎo)嘌呤甲基轉(zhuǎn)移酶二聚體光解酶錯(cuò)配堿基修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)復(fù)制后修復(fù)呼救性修復(fù)嘌呤插入酶DNA連接酶第24頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日遺傳毒性的后果及其形成機(jī)制致突變作用體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變

良性腫瘤惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞衰老分化的胚胎細(xì)胞受損

未分化的胚胎細(xì)胞顯性致死隱性致死存活突變動(dòng)脈硬化未知疾病癌變老化出生缺陷(流產(chǎn)/死胎)癌變出生缺陷(功能或結(jié)構(gòu)畸形)

流產(chǎn)死產(chǎn)

出生缺陷基因負(fù)荷先天性疾病第25頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.遺傳毒性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)2染色體畸變?cè)囼?yàn)哺乳動(dòng)物細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)微核試驗(yàn)顯性致死試驗(yàn)小鼠遺傳易位試驗(yàn)3DNA損傷與重組試驗(yàn)細(xì)菌DNA修復(fù)試驗(yàn)程序外DNA合成試驗(yàn)姊妹染色單體交換(SCE)試驗(yàn)

SOS顯色試驗(yàn)(SOSchromotest)1基因突變?cè)囼?yàn)原核細(xì)胞微生物試驗(yàn)真核微生物試驗(yàn)昆蟲(chóng)試驗(yàn)哺乳動(dòng)物體細(xì)胞體外試驗(yàn)小鼠基因突變?cè)囼?yàn)第26頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.1原核細(xì)胞微生物試驗(yàn)(Ames試驗(yàn))

利用鼠傷寒沙門(mén)氏菌組氨酸缺陷型突變株，根據(jù)受試物是否誘發(fā)沙門(mén)氏菌突變型(his－)回復(fù)為野生型(his＋)的形成菌落的能力，測(cè)定受試物。正向突變回復(fù)突變野生型his+突變型his—±代謝活化系統(tǒng)(S-9mix)受試物

第27頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日Ames試驗(yàn)方法沙門(mén)氏菌突變型(his－)受試物大鼠肝微粒體酶(S-9)頂層瓊脂培養(yǎng)基混勻37℃,48h低劑量中劑量高劑量對(duì)照組第28頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日Ames試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)菌株和敏感性標(biāo)準(zhǔn)菌株

TA97

移碼突變

TA98

移碼突變

TA100

堿基置換突變

TA102堿基置換突變、對(duì)醛類(lèi)、過(guò)氧化物及DNA交鏈劑比較敏感脂多糖突變(rfa)

增加細(xì)胞壁的通透性u(píng)vrB缺失

DNA損傷后修復(fù)力降低R因子增高誘變率第29頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日哺乳動(dòng)物細(xì)胞（正向）突變?cè)囼?yàn)細(xì)胞株：小鼠淋巴瘤細(xì)胞(L5178Y)

中國(guó)倉(cāng)鼠肺細(xì)胞(V79)

中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢(CHO)

人成纖維細(xì)胞或淋巴細(xì)胞哺乳動(dòng)物細(xì)胞野生型BrDU死亡哺乳動(dòng)物細(xì)胞野生型BrDU正向突變受試物生長(zhǎng)（抗藥性）3.2

哺乳動(dòng)物體細(xì)胞致突變體外試驗(yàn)第30頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.3染色體畸變?cè)囼?yàn)

細(xì)胞受到誘變劑的作用后，染色體數(shù)目和較大范圍的結(jié)構(gòu)改變。在細(xì)胞分裂中期，利用光學(xué)顯微鏡下直接觀察到這些變化。體外實(shí)驗(yàn)中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞中國(guó)倉(cāng)鼠肺細(xì)胞外周血淋巴細(xì)胞體內(nèi)實(shí)驗(yàn)小鼠骨髓細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)小鼠睪丸細(xì)胞*細(xì)胞分裂周期原理第31頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日染色體畸變?cè)囼?yàn)方法急性試驗(yàn)染毒一次亞急性試驗(yàn)連續(xù)染毒5天慢性實(shí)驗(yàn)連續(xù)染毒3個(gè)月淋巴細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞中期相細(xì)胞受試物培養(yǎng)基染色體數(shù)目結(jié)構(gòu)秋水仙素阻止紡垂絲形成處死前2-4h腹腔注射體外實(shí)驗(yàn)哺乳動(dòng)物經(jīng)口或腹腔注射骨髓，睪丸細(xì)胞體內(nèi)實(shí)驗(yàn)第32頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日染色體畸變?nèi)旧w結(jié)構(gòu)異常裂隙、斷裂、缺失、微小體、著絲點(diǎn)環(huán)、無(wú)著絲點(diǎn)環(huán)等數(shù)目異常多倍體或非整倍體第33頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.4

微核試驗(yàn)

在致突變劑作用下，染色體損傷產(chǎn)生的無(wú)著絲點(diǎn)染色體斷片和環(huán)，在細(xì)胞分列時(shí)不能定向移動(dòng)進(jìn)入細(xì)胞核，殘留在細(xì)胞質(zhì)中。微核的著色和細(xì)胞核相同，比正常細(xì)胞核小。本試驗(yàn)可以檢測(cè)受試物的染色體斷裂作用和非整倍體誘變作用。第34頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日微核試驗(yàn)方法腹腔注射受試物骨髓嗜多染RBC微核出現(xiàn)率(1/1000)小鼠24h外周血淋巴細(xì)胞微核試驗(yàn)細(xì)胞培養(yǎng)微核試驗(yàn)植物細(xì)胞非哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞第35頁(yè)，共39頁(yè)，2023年，2月20日，星期日3.5顯性致死試驗(yàn)雄鼠

連續(xù)染毒5天從染毒第一天起經(jīng)過(guò)一個(gè)精子發(fā)育周期（大鼠60天，小鼠35天）未交配過(guò)的雌鼠同籠5天