第六章化學(xué)毒物致突變作用

第六章化學(xué)毒物致突變作用第1頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第2頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第六章化學(xué)毒物致突變作用MutagenesisofToxicants第3頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二概述

一、基本概念在親子之間或子代個(gè)體之間出現(xiàn)不同程度的差異，這種差異稱為變異(variation)。第4頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及引起的變異稱為突變(mutation)。突變可分為自發(fā)突變(spontaneousmutation)和誘發(fā)突變(inducedmutation)。第5頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

致突變作用(mutagenesis)的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。突變是致突變作用的后果，第6頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二簡單地說，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)。第7頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二二、遺傳物質(zhì)第8頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第9頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第10頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞周期指細(xì)胞一次分裂結(jié)束，并開始生長，到下一次分裂終了所經(jīng)歷的過程。第11頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

減數(shù)分裂(meiosis)指通過兩個(gè)細(xì)胞周期使染色體數(shù)目減少一半的細(xì)胞分裂方式。它是一種特殊的有絲分裂。第12頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二基因突變

以DNA為靶的損傷遺傳學(xué)損傷染色體畸變

不以DNA為靶的損傷第一節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型第13頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

一、基因突變

基因突變指基因中DNA序列發(fā)生的可遺傳改變。因基因突變限制在一特定的部位，故稱為點(diǎn)突變(pointmutation)。傳統(tǒng)的研究突變方法是通過給予致突變物，觀察遺傳學(xué)改變。

基因突變可分為兩種類型，即堿基置換和移碼突變。第14頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

1.堿基置換：堿基置換(basesubstitution)指某一個(gè)堿基配對性

能改變或脫落所致的突變。導(dǎo)致在DNA復(fù)制過程中該DNA互補(bǔ)鏈上的相應(yīng)位點(diǎn)配上一個(gè)錯(cuò)誤的堿基，即錯(cuò)誤配對(mispairing)。這一錯(cuò)誤配對上的堿基在下一次DNA復(fù)制時(shí)，按正常規(guī)律配對，于是原來的堿基對被錯(cuò)誤堿基對所置換，稱堿基置換。

第15頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第16頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二在堿基置換中，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，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(transversion)。第17頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第18頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第20頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第21頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第22頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第23頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第24頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

2.移碼突變：

移碼突變(frameshiftmutation)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(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第25頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第26頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第27頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第29頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二3.大段損傷

DNA鏈大段缺失或插入

介于基因突變和染色體畸變之間常見于基因工程中的基因重組第一節(jié)第30頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

二、染色體畸變

染色體畸變(chromosomeaberration)指染色體的結(jié)構(gòu)改變，細(xì)胞學(xué)檢測可發(fā)現(xiàn)染色體斷裂及由斷裂所致的各種重排。斷裂劑第31頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二畸變涉及在復(fù)制染色體中兩條染色單體中的一條，稱為染色單體型畸變(chromatid-typeaberration)，而涉及兩條染色單體，稱為染色體型畸變(chromosome-typeaberration)。第32頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二例如，電離輻射在DNA復(fù)制前處理，可誘導(dǎo)染色體型畸變，如在DNA復(fù)制后，誘導(dǎo)染色單體型畸變。產(chǎn)生何種畸變，取決于損傷發(fā)生在DNA復(fù)制前，還是復(fù)制后。當(dāng)然，任何情況下見到的染色單體型畸變都將在下一次細(xì)胞分裂時(shí)衍生為染色體型畸變。第33頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

染色體結(jié)構(gòu)異常的類型：(1)缺失(deletion)：染色體上丟失了一個(gè)片段。(2)重復(fù)(duplication)：在一套染色體里，一個(gè)染色體片段出現(xiàn)不止一次。(3)倒位(inversion)：一個(gè)染色體片段被顛倒了，如顛倒的片段包括著絲點(diǎn)，稱為臂間倒位(pericentricinversion)；如不包括著絲點(diǎn)則稱為臂內(nèi)倒位(paracentricinversion)。第34頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第35頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第36頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第38頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第39頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第40頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第41頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第42頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第43頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第44頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第45頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第46頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第47頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第48頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

英國醫(yī)生LangdonDown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(xì)胞遺傳學(xué)家Lcjeune證實(shí)此病的病因是患者多了一個(gè)小的G組染色體(后來確定為21號(hào)染色體)。故此病又稱為21三體綜合征(trisomg21)。據(jù)估計(jì)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21三體綜合征患兒出生，全國每年出生的唐氏綜合征患兒將達(dá)27000例左右。

第49頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

47,XY,+21單純?nèi)w，男性。Down綜合征第50頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第51頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)化學(xué)毒物致突變作用的機(jī)制及后果第一部分致突變作用的機(jī)制第二部分致突變作用的后果

第52頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第一部分致突變作用的機(jī)制一、引起突變的DNA變化二、引起突變的細(xì)胞分裂過程的改變?nèi)⑵渌母淖兊?3頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二一、引起突變的DNA變化（一）堿基損傷

（包括堿基錯(cuò)配、平面大分子嵌入DNA鏈、堿基類似物取代和致突變物改變或破壞堿基化學(xué)結(jié)構(gòu)）

(二)DNA鏈?zhǔn)軗p

1.二聚體的形成

2.DNA加合物形成3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物第54頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第55頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第56頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第57頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二9-氨基吖啶第58頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二3.堿基類似物取代有些化學(xué)物的結(jié)構(gòu)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。

第59頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

4.致突變物改變或破壞堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)有些化學(xué)物可對堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，有時(shí)還引起鏈斷裂。例如，羥胺能使胞嘧啶C-6位的氨基變成羥氨基。這些改變都會(huì)造成轉(zhuǎn)換型堿基置換。第60頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(二)DNA鏈?zhǔn)軗p

1.二聚體的形成當(dāng)細(xì)胞或機(jī)體受到紫外線刺激，會(huì)使DNA發(fā)生化學(xué)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(fù)制，并引起細(xì)胞的死亡。

第61頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二2.DNA加合物形成它是活性化學(xué)物與細(xì)胞大分子之間通過共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物，通常很難用一般的化學(xué)或生物學(xué)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62頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)物(DNA-proteincroxslinks，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(jià)結(jié)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(gòu)象與功能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。第一部分致突變作用的機(jī)制第63頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

二、引起突變的細(xì)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?yàn)樗鼈兩婕安煌募?xì)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(xì)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(jié)合蛋白合成與功能發(fā)揮，細(xì)胞分裂紡錘纖維的功能發(fā)揮，著絲粒與之有關(guān)的蛋白質(zhì)作用，極體復(fù)制與分離，減數(shù)分裂時(shí)同源染色體聯(lián)合配對和重組等。第64頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

三、其它的改變

對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。

1.DNA的高保真復(fù)制需多種酶類的參與，并且在基因調(diào)控下進(jìn)行，其過程中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)損傷，將影響DNA復(fù)制的高保真性，有可能引起突變。第65頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

2.修復(fù)：DNA修復(fù)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)中唯一具有自身修復(fù)能力的分子，其修復(fù)過程是依賴各種各樣的酶來進(jìn)行。例如，光修復(fù)的光裂合酶，切割修復(fù)的DNA糖基酶和切除核酸酶。它們有可能成為化學(xué)毒物的靶分子。第66頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

突變的后果，取決于化學(xué)毒物所作用的靶細(xì)胞，是生殖細(xì)胞，還是體細(xì)胞。如是體細(xì)胞，其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個(gè)體身上表現(xiàn)出來，而不可能遺傳到下一代；如是生殖細(xì)胞，其影響才有可能遺傳到下一代。第二部分致突變作用的后果第67頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二致突變作用的后果(一)生殖細(xì)胞突變(二)體細(xì)胞突變第68頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(一)生殖細(xì)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(guān)。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(guān)。

許多遺傳病是由隱性突變表達(dá)所致，如苯丙酮尿癥(phenylketonuria)，它由上一代遺傳，當(dāng)父母均有基因突變時(shí)，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69頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

在遺傳性疾病中，還有一個(gè)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(guān)的綜合征。染色體異常估計(jì)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(jié)構(gòu)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、畸胎、胚胎功能不全及生長遲緩。生殖毒性可由親代生殖細(xì)胞突變所致，也可由胚胎細(xì)胞突變所致。第70頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(二)體細(xì)胞突變

體細(xì)胞突變后果有腫瘤、衰老、動(dòng)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(xué)研究。癌基因指可刺激正常細(xì)胞向癌細(xì)胞轉(zhuǎn)向的基因，它源于原癌基因。癌的發(fā)生是因?yàn)檎＜?xì)胞生長和發(fā)育發(fā)生了遺傳學(xué)改變，正常細(xì)胞增殖調(diào)節(jié)需要在促第71頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

進(jìn)生長因子與限制生長因子之間達(dá)到平衡，當(dāng)原癌基因突變后，可刺激生長的基因過度表達(dá)，而抑癌基因的突變，可導(dǎo)致細(xì)胞增殖失去抑制作用。

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(shí)，它不能表達(dá)。第72頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

在許多人類的腫瘤中，可發(fā)現(xiàn)17號(hào)染色體上，稱之為p53抑癌基因的突變。通過深入研究，認(rèn)為人類腫瘤與p53基因接觸致突變物有一定關(guān)系。第73頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第74頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二常見的基因突變導(dǎo)致的疾病第75頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第76頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第77頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第78頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第79頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第80頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第81頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二貓叫綜合征第82頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二易得急性白血病第83頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第四節(jié)機(jī)體對致突變作用的影響

機(jī)體修復(fù)DNA損傷的機(jī)制可分為兩大類：損傷耐受機(jī)制和修復(fù)機(jī)制。損傷耐受指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷。例如，細(xì)菌的重組修復(fù)，其復(fù)制機(jī)制是繞過一不能配對的嘧啶三聚體或者較大的化學(xué)加合物，在受損對應(yīng)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(fù)機(jī)制可分為直接修復(fù)和切除修復(fù)。第84頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

直接修復(fù)指引起DNA損傷的反應(yīng)為可逆性的，如光修復(fù)。切除修復(fù)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(fù)責(zé)較大范圍損傷的修復(fù)。

一、DNA損傷的修復(fù)

(一)光復(fù)活

光復(fù)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(jié)構(gòu)上。光復(fù)活所依賴的酶，為光裂合酶(photolyase)，它廣泛存在于生物體內(nèi)，包括原核生物和真核生物。第85頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(二)“適應(yīng)性”反應(yīng)

機(jī)體有一種修復(fù)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(fù)其正常的堿基配對特性。

(三)切除修復(fù)

切除修復(fù)是負(fù)責(zé)較大范圍損傷的修復(fù)機(jī)制，它是多步驟修復(fù)過程，分為兩種：一是切除核苷酸修復(fù)，另一是切除第86頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

堿基修復(fù)。切除修復(fù)不僅存在于細(xì)菌，也存在于真核生物，但它們在某些細(xì)節(jié)上有差異。

1.核苷酸切除修復(fù)

核苷酸切除是所有生物體內(nèi)最常見的修復(fù)機(jī)制。它基本上可修復(fù)所有種類的DNA損傷，包括紫外線光產(chǎn)物、其他機(jī)制不能去除較大的DNA加合物以及由化學(xué)毒物所致的DNA鏈問交聯(lián)如順鉑(cisplatin)。修復(fù)機(jī)制非常復(fù)雜，雖已有深入研究，但對于修復(fù)中的不均一性解釋在轉(zhuǎn)錄、修復(fù)及突變之間關(guān)系的不可預(yù)見性所知尚少。第87頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

2.堿基切除修復(fù)

由DNA糖基酶(DNAglycosylase)作用于受損的DNA，該酶可識(shí)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(gè)無嘌呤或無嘧啶位點(diǎn)，即AP位點(diǎn)。AP內(nèi)切酶將DNA鏈切斷，由聚合酶及連接酶作用完成修復(fù)過程。

3.誤配修復(fù)誤配修復(fù)(mismatchrepair)是一類性質(zhì)截然不同的切除修復(fù)。第88頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二它可以識(shí)別并除去錯(cuò)配的堿基對，如G:T和A:C。4.復(fù)制后修復(fù)復(fù)制后修復(fù)(postreplicationrepair，PRR)與前述的修復(fù)交聯(lián)不同。PRR嚴(yán)格來說，不是修復(fù)，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(xì)胞繼續(xù)生存的耐受過程。5.呼救性修復(fù)(SOSrepair)亦可稱SOS修復(fù)，此種修復(fù)對致突變作用不能提供完全的保護(hù)。第89頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

二、遺傳因素對致突變作用的影響

化學(xué)致突變作用的模式為損傷-修復(fù)-突變，只有修復(fù)功能飽和或能力不足時(shí)才會(huì)引起突變。個(gè)體因素影響致突變作用有兩個(gè)方面，一是先天性，即遺傳因素，也就是遺傳多態(tài)性(geneticpolymorphysm)。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(rèn)為，遺傳多態(tài)性在個(gè)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90頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(一)代謝酶遺傳多態(tài)性

遺傳多態(tài)性是一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)是，當(dāng)一個(gè)基因座位的最常見的等位基因頻率不超過0.95時(shí)，這個(gè)基因座位即是多態(tài)性。代謝酶遺傳多態(tài)性的生物學(xué)意義在于解釋有些人易受致突變作用，是因?yàn)槠潴w內(nèi)代謝酶與大多數(shù)人不同，即代謝酶有遺傳多態(tài)性。第91頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

1.氧化代謝酶

細(xì)胞色素P-450是機(jī)體代謝化學(xué)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(jī)體對某些毒物的敏感性。

2.酯酶

與致突變作用關(guān)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(gè)體差異。第92頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

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(jié)合形成硫醚酸，經(jīng)尿排出體外。已知α、π、μ三種類型GST均有多態(tài)性。GSTβ是GST1位點(diǎn)的產(chǎn)物。這一位點(diǎn)有兩個(gè)活躍的等位具有變異型：GST1-1、GST1-2，有些個(gè)體完全無活性者(O-等位基因)稱為GST1-O。GSTμ的缺乏與肺癌敏感性有密切關(guān)系，即GST1-O的個(gè)體是患肺癌的高危人群。第93頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(二)修復(fù)功能的個(gè)體差異

機(jī)體對DNA損傷有多種修復(fù)系統(tǒng)，使其遺傳保持高保真度。修復(fù)過程由不同功能的酶參與，表現(xiàn)出明顯的個(gè)體差異。說明修復(fù)酶存在多態(tài)性。即修復(fù)能力差異造成機(jī)體對損傷的反應(yīng)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(fù)酶。其作用是將嘌吟與嘧啶上的烷基轉(zhuǎn)移到自身胱氨酸的殘基上，而使堿基恢復(fù)原有的配對性。該酶有明顯的組織差異和個(gè)體差異。第94頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

2.聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP)

PARP的激活為DNA損傷后細(xì)胞的早期反應(yīng)之一，它催化的反應(yīng)作為DNA損傷的一系列細(xì)胞反應(yīng)的過程之一，可影響DNA修復(fù)及損傷的結(jié)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(jìn)作用，對于PARP的研究具有重要的毒理學(xué)意義。第95頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法

目前已有200多種試驗(yàn)，但重要的和作為常規(guī)使用的約20種。

一、觀察項(xiàng)目的選擇1.觀察的效應(yīng)終點(diǎn)類型

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)。國際環(huán)境致突變物致癌物防護(hù)委員會(huì)(ICPEMC)于1983年提出致突變試第96頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二驗(yàn)的遺傳學(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。

2.成套的觀察項(xiàng)目

遺傳毒理學(xué)評價(jià)程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)。因?yàn)椋孩僭诔商子^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)胞第97頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

水平來檢測化學(xué)毒物的遺傳毒性。②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。在選擇體內(nèi)、體外試驗(yàn)時(shí)，還需要對其方方面面進(jìn)行深入的了解。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。第98頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第99頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二關(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(yàn)系統(tǒng)應(yīng)包括每一類型的遺傳學(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，體內(nèi)試驗(yàn)接近實(shí)際情況，但由于毒性動(dòng)力學(xué)或其他原因，有時(shí)會(huì)漏檢致突變物。④應(yīng)包括生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。第100頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

為了將動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確地外推于人，在反映同一遺傳學(xué)終點(diǎn)的多種實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡可能地選擇體內(nèi)試驗(yàn)，以減少毒性差異，對于體外試驗(yàn)除應(yīng)加模擬毒性系統(tǒng)以外，應(yīng)盡量選用真核細(xì)胞而少用原核細(xì)胞，因?yàn)樗鼈兊腄NA接觸化學(xué)毒物的條件并不相同。

3.觀察方法的新進(jìn)展第101頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

對這些化學(xué)物質(zhì)的危害性作出評價(jià)，包括遺傳毒性的評價(jià)。對原有的方法提出新的要求，如自動(dòng)化檢測。此外，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是分子生物學(xué)技術(shù)的日新月異，有可能更準(zhǔn)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(shù)(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102頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二鼠提供哺乳動(dòng)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(fù)、基因毒性、突變和癌變的分子機(jī)制。

轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指基因組中整合以實(shí)驗(yàn)方法導(dǎo)入的穩(wěn)定的外源DNA，并能遺傳給后代的一類動(dòng)物。其優(yōu)點(diǎn)有：可根據(jù)需要導(dǎo)入目的基因，即致突變的靶基因；敏感性高，因?yàn)檫x用的外源基因?qū)z傳損傷敏感性高，導(dǎo)第103頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二入動(dòng)物體內(nèi)后，仍有高敏感性；結(jié)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(yàn)用的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，其注冊商品名為BigBlueMouse和MutaMouse。此外，轉(zhuǎn)基因細(xì)胞也可用于體外毒理學(xué)試驗(yàn)。(2)微核自動(dòng)化檢測技術(shù)：主要使用流式細(xì)胞儀和圖像分析系統(tǒng)兩種儀器。流式細(xì)胞儀具有測定精確，定量參數(shù)多，檢測速度快的特點(diǎn)。它利用染色技術(shù)，即第104頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

用RNA特異熒光染料和DNA特異染料，在雙激光流式細(xì)胞儀上檢測小鼠外周血，可鑒別嗜多染紅細(xì)胞(PCE)、成熟紅細(xì)胞(NCE)、含微核的嗜多染紅細(xì)胞(MPCE)、含微核的成熟紅細(xì)胞(MNCE)，計(jì)算出受試物的微核率。

(3)熒光原位雜交技術(shù)：熒光原位雜交(fluorescenceinsituhybridization，F(xiàn)ISH)是原位雜交(insituhybridization，ISH)的一種。ISH是一種在保持組第105頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二織、細(xì)胞或染色體原有形態(tài)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部特殊核苷酸順序進(jìn)行檢測及定位的分子生物學(xué)手段。

FISH是利用熒光探測劑，將已標(biāo)記或經(jīng)特殊修飾的核酸探針與已固定的組織、細(xì)胞或染色體中DNA、RNA雜交，繼而通過分析標(biāo)記探針在被檢對象中的顯示狀況而達(dá)到對特殊目標(biāo)順序進(jìn)行檢測、定位的目的。它在遺傳毒理學(xué)中主要有以下兩個(gè)方面的應(yīng)用：一是對染色體精細(xì)結(jié)構(gòu)的分析，另一是對非整倍體的檢測。第106頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

二、常用的致突變試驗(yàn)

(一)細(xì)菌回復(fù)突變試驗(yàn)(Ames試驗(yàn))

細(xì)菌回復(fù)突變試驗(yàn)是利用突變體的測試菌株，觀察受試物能否糾正或補(bǔ)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(Salmonellatyphimurium)和大腸桿菌(E．Coli)。第107頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

Ames試驗(yàn)是采用鼠傷寒沙門菌組氨酸缺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(yàn)。原理是人工誘變的突變株在組氨酸操縱子中有一個(gè)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(fù)突變，使它在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基上也能生長。計(jì)數(shù)誘發(fā)的回復(fù)菌落數(shù)即可判斷化學(xué)毒物的致突變性。第108頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

試驗(yàn)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(yàn)菌株有不同的突變菌株，其檢出能力也不一，因此在試驗(yàn)中菌株也要配套。我國普遍采用1983年由Maron和Ames推薦的組合菌株，即TA100、TA98、TA97和TA102。Ames試驗(yàn)的方法有平板摻入法、點(diǎn)試法及預(yù)培養(yǎng)法等。第109頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二第110頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(二)微核試驗(yàn)

經(jīng)致突變物作用后，染色體無著絲點(diǎn)斷片或因紡錘體受損傷而丟失的整個(gè)染色體在細(xì)胞分裂的后期仍留在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，成為一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核，稱為微核(micronucleus)。常用嚙齒類動(dòng)物骨髓嗜多染紅細(xì)胞(PCE)微核試驗(yàn)。PCE是紅細(xì)胞成熟的一個(gè)階段，此時(shí)紅細(xì)胞的主核已排出，微核容易辯認(rèn)，PCE胞質(zhì)含RNA染色與成熟紅細(xì)胞易于區(qū)別，故為骨髓微核試驗(yàn)的首選細(xì)胞群。第111頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

微核試驗(yàn)(micronucleustest，MNT)是觀察受試物能否產(chǎn)生微核的試驗(yàn)。其主要是檢出DNA斷裂劑和非整倍體誘變劑。微核試驗(yàn)的靈敏度與細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)基本相同，但它觀察技術(shù)簡易而省時(shí)。

(三)染色體畸變分析觀察染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)目改變稱為染色體畸變分析(chromosomeaberrationanalysis)，又稱細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)(cytogeneticassay)。第112頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二對于結(jié)構(gòu)畸變，一般只觀察到裂隙、斷裂、斷片、微小體、染色體環(huán)、粉碎、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(jìn)行細(xì)微觀察或用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jié)構(gòu)畸變可能因遺傳物質(zhì)的丟失而致細(xì)胞死亡，因此不能發(fā)現(xiàn)。第113頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二

(四)姐妹染色單體交換試驗(yàn)

姐妹染色單體交換(sister-chromatidexchange，SCE)指染色體同源座位上DNA復(fù)制產(chǎn)物的相互交換，其頻率與DNA斷裂和修復(fù)有關(guān)。

原理：對于分裂的細(xì)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(gè)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114頁，共122頁，2023年，2月20日，星期二嘧啶核苷均被BrdU取代，另一條只有一股被取代。此時(shí)，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(xué)顯微鏡下，可清晰分辨出交換的染色單體，計(jì)數(shù)SCE數(shù)。借此判斷受試物對DNA是否有損傷作用。第115頁，共122頁