第八章第八章 化学致癌作用化学致癌作用 Chemical Carcinogenesis 1、There are more than 100 types of cancers; any part of the body can be affected. 2、In 2005, 7.6 million people died of cancer - 13% of the 58 million deaths worldwide. 3、More than 70% of all cancer deaths occur in low and middle income countries. 4、Worldwide, the 5 most common types of cancer that kill men are (in order of frequency): lung, stomach, liver, colorectal and oesophagus. 10 facts about cancer 10 facts about cancer5、Worldwide, the 5 most common types of cancer that kill women are (in the order of frequency): breast, lung, stomach, colorectal and cervical. 6、Tobacco use is the single largest preventable cause of cancer in the world. 7、One fifth of all cancers worldwide are caused by a chronic infection, for example human papillomavirus (HPV) causes cervical cancer and hepatitis B virus (HBV) causes liver cancer. 8、A third of cancers could be cured if detected early and treated adequately. 9、All patients in need of pain relief could be helped if current knowledge about pain control and palliative care were applied. 10、40% of cancer could be prevented, mainly by not using tobacco, having a healthy diet, being physically active and preventing infections that may cause cancer.10 facts about cancer Based on projections, cancer deaths will continue to rise with an estimated 9 million people dying from cancer in 2015, and 11.4 million dying in 2030. The Constitution of Causes of Death (USA，2000)Causes of deathMale（%）Female（%）Disease of the circulatory system37.1941.09Malignant neoplasms24.2921.78Diabetes metllitus2.633.08Accidents and adverse effects5.542.91Mental disorders1.502.31Infectious and parasitic disease2.702.22 others26.1526.611957、1984、1999、2004年我国城市主要疾病死因构成比及死因顺位年我国城市主要疾病死因构成比及死因顺位顺顺位位1957198419992004死死 因因比例比例(%)死死 因因比例比例(%)死死 因因比例比例(%)死因死因比例比例（%）1呼吸系统呼吸系统16.86心脏病心脏病22.65脑血管病脑血管病22.28恶性肿瘤恶性肿瘤27.232传染病传染病7.93脑血管病脑血管病21.13恶性肿瘤恶性肿瘤21.66脑血管病脑血管病18.473肺结核肺结核7.51恶性肿瘤恶性肿瘤21.11心脏病心脏病16.37心脏病心脏病17.234消化系统消化系统7.31呼吸系统呼吸系统8.79呼吸系统呼吸系统15.28呼吸系统呼吸系统12.775心脏病心脏病6.61消化系统消化系统4.32意外伤害意外伤害6.52损伤中毒损伤中毒6.56第一节第一节第一节第一节 化学致癌物及其分类化学致癌物及其分类化学致癌物及其分类化学致癌物及其分类 一、一、一、一、Definitions:Definitions:chemical carcinogen A carcinogen is an agent whose administration to previously untreated animals leads to a statistically significant increased incidence of neoplasms of one or more histogenetic types as compared with the incidence in appropriate untreated animals.化学致癌物化学致癌物 能引起动物和人类肿瘤，增加其能引起动物和人类肿瘤，增加其发病率或死亡率的化合物。发病率或死亡率的化合物。nchemical carcinogenesis The induction or enhancement of neoplasia by chemicals.n化学致癌作用化学致癌作用 指化学致癌物在体内引起正常指化学致癌物在体内引起正常细胞发生良、恶性肿瘤的过程。细胞发生良、恶性肿瘤的过程。Measurement of Carcinogenesis ：nFrequency of 1 or several types of tumors also seen in the controlsnNumber of tumors compared to controlsnDevelopment of tumors not seen in controlsnOccurrence of tumors earlier in time than after exposure in the controls二二二二、ClassificationsClassifications&按作用结果分类按作用结果分类&按作用机制分类按作用机制分类& 按作用结果分类按作用结果分类 国际癌症研究中心（国际癌症研究中心（IARC）nGroup 1：Human Carcinogen：Sufficient evidence in humans （clear casual relationship between exposure and cancer）. Examples：aflatoxin，benzene nGroup 2： (two classifications):wGroup 2A： Probable Human Carcinogen ：limited evidence in humans . Examples：PCBs， second-hand smoke（passive smoke）wGroup 2B： Possible Human Carcinogen ：no evidence in humans but sufficient evidence in animals化学致癌物分类化学致癌物分类nGroup 3： Not Classifiable as a Carcinogen：limited evidence in animals in the absence of human data. Examples：styrene，urethane.nGroup 4：Not a Human Carcinogen：negative evidence for carcinogenicity in at least 2 species. Human evidence is usually derived from occupational or accidental exposure. Example：asbestos（miners）.化学致癌物按作用结果分类（化学致癌物按作用结果分类（IARC分类）分类）分类分类19871994199720002004前后增加前后增加Group 1506374789545Group 2 Group 2A375056636629Group 2B15920922523524182Group 3381452480483497116Group 4111110小计小计628775836861901272IARC评价的各类致癌因素的数量变化评价的各类致癌因素的数量变化 化学致癌物按作用结果分类化学致癌物按作用结果分类& 按作用机制分类按作用机制分类遗传毒性致癌物（遗传毒性致癌物（genotoxic carcinogens ）指进指进入细胞后与入细胞后与DNADNA共价结合，引起机体遗传物质改共价结合，引起机体遗传物质改变，导致癌变发生的化学物质。变，导致癌变发生的化学物质。大多数化学致癌大多数化学致癌物物直接致癌物直接致癌物（direct carcinogens）间接致癌物间接致癌物（indirect carcinogens）化学致癌物分类化学致癌物分类 遗传毒性致癌物遗传毒性致癌物直接致癌物（直接致癌物（direct carcinogen） 这类化合物进这类化合物进入机体后，不需体内代谢活化而直接与细胞生物大入机体后，不需体内代谢活化而直接与细胞生物大分子（分子（DNADNA，RNARNA，蛋白质）作用而诱导细胞癌变。，蛋白质）作用而诱导细胞癌变。 各种致癌性烷化剂和金属致癌物各种致癌性烷化剂和金属致癌物化学致癌物按作用机制分类化学致癌物按作用机制分类遗传毒性致癌物遗传毒性致癌物间接致癌物（间接致癌物（indirect carcinogen） 这类化合物进这类化合物进入机体后需经细胞内微粒体混合功能氧化酶代谢入机体后需经细胞内微粒体混合功能氧化酶代谢活化后才具有致癌性。活化后才具有致癌性。 多环芳烃类、芳香胺类、亚硝胺类、致癌性多环芳烃类、芳香胺类、亚硝胺类、致癌性霉菌毒素和某些食物的热裂解产物等霉菌毒素和某些食物的热裂解产物等化学致癌物按作用机制分类化学致癌物按作用机制分类前致癌物前致癌物近致癌物近致癌物终致癌物终致癌物代谢酶代谢酶代谢酶代谢酶前致癌物（前致癌物（precarcinogen）未经代谢活化的间未经代谢活化的间接致癌物；接致癌物；近致癌物近致癌物（proximate carcinogen ）在体内经过在体内经过初步代谢转变为化学性质活泼但寿命短暂的初步代谢转变为化学性质活泼但寿命短暂的间接致癌物；间接致癌物；终致癌物（终致癌物（ultimate carcinogen） 近致癌物进近致癌物进一步代谢活化，转变为带正电荷的亲电子物一步代谢活化，转变为带正电荷的亲电子物质，能与质，能与DNADNA发生反应。发生反应。非遗传毒性致癌物非遗传毒性致癌物（nongenotoxic carcinogens）也称外遗传性致癌物（也称外遗传性致癌物（epigenetic carcinogen），），指不作用于机体遗传物质的化学致癌物。主要是指不作用于机体遗传物质的化学致癌物。主要是促进细胞过度增殖。促进细胞过度增殖。 促癌剂、免疫抑制剂、石棉、激素促癌剂、免疫抑制剂、石棉、激素化学致癌物按作用机制分类化学致癌物按作用机制分类第二节第二节 化学致癌物的代谢活化化学致癌物的代谢活化 化学致癌物化学致癌物机体机体相反应相反应（phase reaction）相反应相反应（phase reaction）氧化反应氧化反应（oxidation）还原反应还原反应（reduction）水解反应水解反应(hydrolysis）与谷胱甘肽结合与谷胱甘肽结合与葡萄糖醛酸结合与葡萄糖醛酸结合与硫酸结合与硫酸结合黄曲霉毒素黄曲霉毒素B1（aflatoxin AFB1）肝脏代谢肝脏代谢 脱甲基、羟化、环氧化反应脱甲基、羟化、环氧化反应羟化代谢产物羟化代谢产物 与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸、硫酸结合与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸、硫酸结合 由尿和胆汁排出由尿和胆汁排出环氧化反应产物环氧化反应产物 终致癌物终致癌物黄曲霉毒素黄曲霉毒素B1B1，2 2，3-3-环氧化物环氧化物 可与可与DNA DNA 脱氧脱氧鸟嘌呤第鸟嘌呤第7 7位位N N结合结合 形成加合物形成加合物化学致癌物的代谢活化化学致癌物的代谢活化Bay regionK- region多环芳烃（多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH） 苯并（苯并（a）芘）芘 benzo ( a ) pyrene，BP代谢代谢 羟化、环氧化反应羟化、环氧化反应羟化代谢羟化代谢 产物与谷胱甘肽结合排出产物与谷胱甘肽结合排出环氧化反应环氧化反应 主要终致癌物主要终致癌物7 7，8-8-二醇二醇9 9，10-10-环氧苯并（环氧苯并（a）芘）芘可与可与DNADNA结合结合化学致癌物的代谢活化化学致癌物的代谢活化N-亚硝胺（亚硝胺（nitrosamines） 二甲基亚硝胺二甲基亚硝胺 （dimethynitrosamine DMA）代谢代谢 脱甲基、脱亚硝基反应脱甲基、脱亚硝基反应脱亚硝基代谢脱亚硝基代谢 P450P450催化下生成醛和胺催化下生成醛和胺脱甲基代谢脱甲基代谢 终致癌物终致癌物甲基碳宾离子甲基碳宾离子 可使核酸和蛋白质的亲核部位甲基化可使核酸和蛋白质的亲核部位甲基化化学致癌物的代谢活化化学致癌物的代谢活化 化学致癌物的代谢特点：化学致癌物的代谢特点：n以氧化过程为主，形成的终致癌物具有亲电子性，能与以氧化过程为主，形成的终致癌物具有亲电子性，能与DNADNA结合，造成结合，造成DNADNA损伤，引起突变，诱发肿瘤损伤，引起突变，诱发肿瘤n可在多种组织、器官中进行，具有组织器官特异性，主要以可在多种组织、器官中进行，具有组织器官特异性，主要以肝脏为主肝脏为主n人和动物对化学致癌物的代谢在种属、品系、家族和个体上人和动物对化学致癌物的代谢在种属、品系、家族和个体上的差异与遗传因素决定的代谢酶系的多态性有关，致癌物代的差异与遗传因素决定的代谢酶系的多态性有关，致癌物代谢酶的活性因人而异，个体间可相差谢酶的活性因人而异，个体间可相差30-10030-100倍，个别的甚至倍，个别的甚至可以达到可以达到10001000倍倍化学致癌物的代谢活化化学致癌物的代谢活化化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用细胞程序性死亡与化学致癌细胞程序性死亡与化学致癌化学致癌的非遗传机制化学致癌的非遗传机制化学致癌的多阶段过程化学致癌的多阶段过程第三节第三节 化学致癌作用机制化学致癌作用机制 DNA加合物的形成加合物的形成n与与DNA形成加合物是启动致癌作用的化合物的一个重要形成加合物是启动致癌作用的化合物的一个重要特征特征nDNA加合物形成的后果取决于加合物在加合物形成的后果取决于加合物在DNA链上的位置链上的位置和加合物的性质和加合物的性质G（鸟嘌呤）（鸟嘌呤）-C（胞嘧啶）（胞嘧啶）N1（G）氢键氢键N3（C）加合物位于加合物位于G的的O6位置位置N2（G）氢键氢键N1（T）G（鸟嘌呤）（鸟嘌呤）-T（胸腺嘧啶）（错配）（胸腺嘧啶）（错配）化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌作用化学致癌作用 / 化学致癌机制化学致癌机制癌基因、原癌基因与抑癌基因癌基因、原癌基因与抑癌基因n癌基因（癌基因（oncogene） 一类能引起细胞恶性转化及癌变的基因，一类能引起细胞恶性转化及癌变的基因，是化学致癌物作用的主要靶分子，在细胞癌变过程中起关键作是化学致癌物作用的主要靶分子，在细胞癌变过程中起关键作用。用。 癌基因激活或过量表达癌基因激活或过量表达 肿瘤发生肿瘤发生n原癌基因（原癌基因（proto-oncogene） 指机体内正常细胞所具有的能致指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。癌的遗传信息。 原癌基因突变激活原癌基因突变激活 癌基因癌基因 肿瘤发生肿瘤发生n抑癌基因（抑癌基因（anti-oncogene） 这类基因的作用方式和癌基因相反，这类基因的作用方式和癌基因相反，它们在正常细胞中起着抑制细胞增殖和促进分化的作用，又被它们在正常细胞中起着抑制细胞增殖和促进分化的作用，又被称为肿瘤抑制基因（称为肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene） 、肿瘤易感基因、肿瘤易感基因（tumor susceptibility gene）。）。 抑癌基因纯合缺失或失活抑癌基因纯合缺失或失活 细胞恶性转化细胞恶性转化 肿瘤发生肿瘤发生化学致癌机制化学致癌机制 / 化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用蛋白质加合物的形成蛋白质加合物的形成 化学致癌物以原形的形式或以代谢产物的形式嵌入到蛋白质分化学致癌物以原形的形式或以代谢产物的形式嵌入到蛋白质分子中，与蛋白质共价结合形成化学致癌物子中，与蛋白质共价结合形成化学致癌物-蛋白质加合物。蛋白质加合物。n蛋白质加合物与化学致癌作用蛋白质加合物与化学致癌作用w化学致癌物与蛋白质的结合是其转运所必需的，使致癌物更化学致癌物与蛋白质的结合是其转运所必需的，使致癌物更易接近细胞内的遗传物质。易接近细胞内的遗传物质。w胞浆蛋白的改变可以影响细胞核内遗传物质的活性；胞浆蛋白的改变可以影响细胞核内遗传物质的活性；w某些蛋白质，特别是核蛋白在细胞的生长、增殖和分化的调某些蛋白质，特别是核蛋白在细胞的生长、增殖和分化的调控方面起重要作用。控方面起重要作用。 蛋白质加合物的水平升高与肿瘤发生的危险性增加有一蛋白质加合物的水平升高与肿瘤发生的危险性增加有一定的联系。定的联系。化学致癌机制化学致癌机制 / 化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用n蛋白质加合物的类型蛋白质加合物的类型 主要取决于致癌物的化学结构、理化性质、剂量及所主要取决于致癌物的化学结构、理化性质、剂量及所结合蛋白的特征、数量及机体状态等因素结合蛋白的特征、数量及机体状态等因素 活性致癌物与蛋白质之间形成共价键的反应都是亲核活性致癌物与蛋白质之间形成共价键的反应都是亲核反应，发生在致癌物的亲电子中心与蛋白质分子中亲核反应，发生在致癌物的亲电子中心与蛋白质分子中亲核杂原子（亲核集团）之间杂原子（亲核集团）之间n参与形成加合物的蛋白质参与形成加合物的蛋白质 血红蛋白血红蛋白 血清白蛋白血清白蛋白 组蛋白组蛋白化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用 / 蛋白质加合物的形成蛋白质加合物的形成DNA-蛋白质交联（蛋白质交联（DNA-Protein crosslinks，DPC）nDNA蛋白质交联的生化特性蛋白质交联的生化特性w正常细胞中存在着一定量的正常细胞中存在着一定量的DPCw外来因素直接或间接作用可诱导出超额的外来因素直接或间接作用可诱导出超额的DPCwDPC的形成可能与染色体环锚于核蛋白基质有关的形成可能与染色体环锚于核蛋白基质有关wDPC可在染色体中结构松散的基因组区域优先形成，可在染色体中结构松散的基因组区域优先形成，这些基因正是临近于核基质结合点并具有转录活性的这些基因正是临近于核基质结合点并具有转录活性的序列序列化学致癌机制化学致癌机制 / 化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用nDNA-蛋白质交联形成的机制蛋白质交联形成的机制w羟基自由基是引发羟基自由基是引发DPC的重要因素，可见光的重要因素，可见光(有氧条件下有氧条件下)、电离辐射、化学氧化剂均可导致细胞内过多的羟基自由基电离辐射、化学氧化剂均可导致细胞内过多的羟基自由基形成而引发形成而引发DNA和蛋白分子上的自由基反应，从而导致和蛋白分子上的自由基反应，从而导致DPCwDPC的形成与细胞内巯基水平降低有关，这可能与巯基被的形成与细胞内巯基水平降低有关，这可能与巯基被清除引起的巯基自由基升高有关清除引起的巯基自由基升高有关w有些化学物包括一些化学致癌物可直接介导蛋白质的氨基有些化学物包括一些化学致癌物可直接介导蛋白质的氨基酸残基上的功能基团与酸残基上的功能基团与DNA分子中的碱基共价结合，间接分子中的碱基共价结合，间接地诱导地诱导DNA损伤和蛋白质氧化而引起损伤和蛋白质氧化而引起DPC化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用 / DNA-蛋白质交联蛋白质交联nDNA-蛋白质交联在化学致癌过程中的作用蛋白质交联在化学致癌过程中的作用wDPC一旦形成，就会对一旦形成，就会对DNA的构象与功能产生严重影响的构象与功能产生严重影响w与其他类型的与其他类型的DNA损伤相比，损伤相比，DPC较难修复，在较难修复，在DNA复复制过程中，易造成一些重要的基因如抑癌基因等丢失。制过程中，易造成一些重要的基因如抑癌基因等丢失。wDPC与某些外源化合物的致癌性有关。与某些外源化合物的致癌性有关。化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用 / DNA-蛋白质交联蛋白质交联DNA损伤的修复损伤的修复n正常细胞有正常细胞有DNA修复系统，使受损伤的修复系统，使受损伤的DNA分子迅速恢复正分子迅速恢复正常，使细胞的遗传稳定性和正常功能得以保持而不致发生恶常，使细胞的遗传稳定性和正常功能得以保持而不致发生恶变变n化学致癌物作用于机体能否引发癌症既取决于它们对体内生化学致癌物作用于机体能否引发癌症既取决于它们对体内生物大分子尤其是物大分子尤其是DNA的损伤，也取决于机体对损伤的损伤，也取决于机体对损伤DNA的修的修复能力复能力nDNA损伤修复缺陷在化学致癌机制中也起重要作用损伤修复缺陷在化学致癌机制中也起重要作用化学致癌机制化学致癌机制 / 化学致癌物与生物大分子的作用化学致癌物与生物大分子的作用细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis）的概念）的概念 一种不同于坏死的细胞死亡方式，即细胞在一定的生理或病理一种不同于坏死的细胞死亡方式，即细胞在一定的生理或病理条件下，遵循自身的程序，通过内部机制的启动，主要通过核酸内条件下，遵循自身的程序，通过内部机制的启动，主要通过核酸内切酶的激活，自己结束其生命过程。切酶的激活，自己结束其生命过程。 细胞程序性死亡（细胞程序性死亡（programmed cell death，PCD）PCD与肿瘤发生的关系与肿瘤发生的关系nPCD可能是消除突变细胞或癌变细胞的途径之一可能是消除突变细胞或癌变细胞的途径之一n启动细胞要发展成可见肿瘤必须改变自身对于启动细胞要发展成可见肿瘤必须改变自身对于PCD的反应，以便的反应，以便能逃脱这种清除能逃脱这种清除n任何一种机制若能使经致癌物损伤的细胞更多地存活下来，都会任何一种机制若能使经致癌物损伤的细胞更多地存活下来，都会增加致癌的危险性增加致癌的危险性细胞凋亡与化学致癌细胞凋亡与化学致癌化学致癌作用化学致癌作用 / 化学致癌机制化学致癌机制可促进基因型巳发生改变的细胞增生可促进基因型巳发生改变的细胞增生通过转录与翻译改变基因的表达而起作用，对通过转录与翻译改变基因的表达而起作用，对DNA的初级序的初级序列没有影响列没有影响不会造成遗传物质不会造成遗传物质DNA的损伤，但能通过促进细胞的分裂增的损伤，但能通过促进细胞的分裂增殖而诱发肿瘤殖而诱发肿瘤n直接作用是指直接刺激细胞分裂的作用直接作用是指直接刺激细胞分裂的作用n间接作用是指某些非遗传毒性致癌物，虽然没有直接刺激细胞间接作用是指某些非遗传毒性致癌物，虽然没有直接刺激细胞分裂增殖的作用，但有明显的细胞毒性，引起细胞变性坏死，分裂增殖的作用，但有明显的细胞毒性，引起细胞变性坏死，机体细胞再生，从而间接刺激细胞的增殖，最终导致细胞恶变机体细胞再生，从而间接刺激细胞的增殖，最终导致细胞恶变及癌变及癌变化学致癌的非遗传机制化学致癌的非遗传机制化学致癌作用化学致癌作用 / 化学致癌机制化学致癌机制启动阶段启动阶段/引发阶段引发阶段 致癌物直接作用于致癌物直接作用于DNA的初级序列，引起基因突变，使单个细的初级序列，引起基因突变，使单个细胞或少量细胞发生永久性的、不可逆的遗传性改变，此种细胞称为胞或少量细胞发生永久性的、不可逆的遗传性改变，此种细胞称为“启动细胞启动细胞”（initiated cell），诱发细胞突变的因素称为启动剂。），诱发细胞突变的因素称为启动剂。促进阶段促进阶段/促长阶段促长阶段 细胞在致癌作用的第一阶段变成启动细胞后，在某些因素作用细胞在致癌作用的第一阶段变成启动细胞后，在某些因素作用下，以相对于周围正常细胞的选择优势进行克隆扩增，形成镜下才下，以相对于周围正常细胞的选择优势进行克隆扩增，形成镜下才能观察到的或有时肉眼可见的细胞群，即良性肿瘤，这就是致癌作能观察到的或有时肉眼可见的细胞群，即良性肿瘤，这就是致癌作用的第二阶段，称为促进阶段，起促进作用的因素称作促进剂或促用的第二阶段，称为促进阶段，起促进作用的因素称作促进剂或促癌剂。癌剂。化学致癌的多阶段过程化学致癌的多阶段过程化学致癌作用化学致癌作用 / 化学致癌机制化学致癌机制启动剂和促进剂在化学致癌过程中的协同启动剂和促进剂在化学致癌过程中的协同作用及其后果（啮齿类动物实验模型）作用及其后果（啮齿类动物实验模型）演变阶段演变阶段/进展阶段进展阶段n启动和促进两个阶段所引起的良性损伤并不是致死性的启动和促进两个阶段所引起的良性损伤并不是致死性的n演变过程使原本彼此都一样的肿瘤细胞变成在遗传表型演变过程使原本彼此都一样的肿瘤细胞变成在遗传表型上是异质的恶性肿瘤细胞上是异质的恶性肿瘤细胞n有些化学致癌物同时具有启动、促进和演变的作用，称有些化学致癌物同时具有启动、促进和演变的作用，称为完全致癌物为完全致癌物化学致癌机制化学致癌机制 /化学致癌的多阶段过程化学致癌的多阶段过程短期试验短期试验动物致癌试验动物致癌试验人类流行病学调查人类流行病学调查第四节第四节 观察化学毒物致癌作用的基本方法观察化学毒物致癌作用的基本方法 致突变试验致突变试验 细菌回复突变试验（细菌回复突变试验（Ames试验）、染色体畸变试验、试验）、染色体畸变试验、微核试验、姐妹染色单体交换试验（微核试验、姐妹染色单体交换试验（SCE）细胞恶性转化试验细胞恶性转化试验 细胞形态、生长能力、生化等表型改变细胞形态、生长能力、生化等表型改变 移植于动物体移植于动物体内形成肿瘤的能力内形成肿瘤的能力 常用叙利亚仓鼠胚胎细胞常用叙利亚仓鼠胚胎细胞 小鼠成纤维细胞小鼠成纤维细胞 皮肤、皮肤、器官、肝等器官组织上皮细胞体外培养器官、肝等器官组织上皮细胞体外培养短短 期期 试试 验验转染细胞和转基因动物试验转染细胞和转基因动物试验 n转染细胞转染细胞 将原癌基因或活化癌基因导入细胞，观察致癌物对将原癌基因或活化癌基因导入细胞，观察致癌物对细胞生长的影响细胞生长的影响 将人类的将人类的P450基因导入动物来源的缺乏此酶系的细胞中，形基因导入动物来源的缺乏此酶系的细胞中，形成具有与人相同的对潜在化学致癌物代谢能力的细胞成具有与人相同的对潜在化学致癌物代谢能力的细胞n转基因动物转基因动物 通过增强或抑制某个基因的表达，了解这个基因通过增强或抑制某个基因的表达，了解这个基因的功能的功能 人为地把某个基因及其相关基因组插入或者把某个基因从人为地把某个基因及其相关基因组插入或者把某个基因从基因群中去除，这样得来的新品种称为转基因动物基因群中去除，这样得来的新品种称为转基因动物 通过比较转基因动物和正常动物的生理、生化和病理指标，通过比较转基因动物和正常动物的生理、生化和病理指标，来确定这个基因的功能来确定这个基因的功能 优点优点n人类接触受试物后往往需要人类接触受试物后往往需要20年左右的潜伏期，动年左右的潜伏期，动物试验一般进行物试验一般进行1-2年可获阳性结果年可获阳性结果n能严格控制试验条件，排除流行病学不易控制的许能严格控制试验条件，排除流行病学不易控制的许多混杂因素的影响多混杂因素的影响 缺点缺点n动物试验结果外推至人存在不肯定性动物试验结果外推至人存在不肯定性 动动 物物 致致 癌癌 试试 验验 受试物优先选择短期致癌试验阳性的化学物质受试物优先选择短期致癌试验阳性的化学物质 动物种属的选择，应考虑受试物可能作用的靶器官动物种属的选择，应考虑受试物可能作用的靶器官 n大鼠大鼠 肝癌肝癌 n小鼠小鼠 呼吸道和肺肿瘤呼吸道和肺肿瘤n金黄仓鼠金黄仓鼠(或称金黄地鼠或称金黄地鼠)、狗或猴狗或猴 膀胱癌膀胱癌n靶器官无法估计靶器官无法估计 大鼠和小鼠大鼠和小鼠 染毒剂量染毒剂量 应为最大耐受剂量应为最大耐受剂量(MTD)或或12MTD试验组试验组 包括空白和溶剂对照包括空白和溶剂对照 染毒途径染毒途径 选用与人类接触相同的方式选用与人类接触相同的方式 动物应选择自发肿瘤率低并且对致癌作用不应过分敏感动物应选择自发肿瘤率低并且对致癌作用不应过分敏感 每剂量组每性别动物不得少于每剂量组每性别动物不得少于50只只 哺乳动物长期致癌试验哺乳动物长期致癌试验 长期试验期限依据不同种属寿长期试验期限依据不同种属寿命而定，一般小鼠命而定，一般小鼠1.5-2年，大鼠年，大鼠2-2.5年年转癌基因或前癌基因小鼠转癌基因或前癌基因小鼠 一种有望代替长期动物致癌一种有望代替长期动物致癌的试验系统的试验系统n可观察致癌物与基因相互作用以及不同致癌阶段所起的可观察致癌物与基因相互作用以及不同致癌阶段所起的作用作用n这类方法对确认致癌物以及理解致癌机制很有帮助这类方法对确认致癌物以及理解致癌机制很有帮助n不适于作危险性评估不适于作危险性评估 啮齿类动物短期致癌试验啮齿类动物短期致癌试验 n小鼠肺肿瘤诱发试验小鼠肺肿瘤诱发试验n大鼠肝转移灶诱发试验大鼠肝转移灶诱发试验n小鼠皮肤肿瘤诱发试验小鼠皮肤肿瘤诱发试验n雌性大鼠乳腺癌的诱发试验雌性大鼠乳腺癌的诱发试验促癌剂的检查促癌剂的检查 选用适当的低剂量启动剂，启动选用适当的低剂量启动剂，启动后后1-21-2周开始用受试物染毒周开始用受试物染毒 肿瘤流行病学调查肿瘤流行病学调查 n以肿瘤的发病率或病死率作为观察终点以肿瘤的发病率或病死率作为观察终点 n多采用分析流行病学的方法（回顾性定群调查、病多采用分析流行病学的方法（回顾性定群调查、病例对照调查的方法）例对照调查的方法） w调查结果为阳性调查结果为阳性 + + 剂量剂量-反应关系反应关系 + + 得到动物得到动物试验的验证试验的验证 该化合物为人类致癌物该化合物为人类致癌物 w调查结果为阴性调查结果为阴性 不能完全确定受试物为非致不能完全确定受试物为非致癌物，可能是接触时间短或剂量低所致癌物，可能是接触时间短或剂量低所致 流流 行行 病病 学学 调调 查查 生物标记物流行病学调查生物标记物流行病学调查 n内剂量内剂量 测定细胞、组织、体液内某些致癌物或其代谢产物测定细胞、组织、体液内某些致癌物或其代谢产物的含量，衡量接触的水平的含量，衡量接触的水平n生物有效剂量生物有效剂量 进入体内的致癌物本身或其代谢产物与细胞进入体内的致癌物本身或其代谢产物与细胞内大分子相互作用的程度内大分子相互作用的程度 测定致癌物测定致癌物-DNA加合物加合物 / / 致癌物致癌物-蛋白质加合物，反蛋白质加合物，反映这些物质在体内作用于靶分子的水平映这些物质在体内作用于靶分子的水平 生物效应标记生物效应标记 反映致癌物对靶器官所造成的可能和肿瘤形反映致癌物对靶器官所造成的可能和肿瘤形成有关的损伤成有关的损伤n常见的损伤常见的损伤 SCE、微核、染色体畸变、肿瘤基因突变、微核、染色体畸变、肿瘤基因突变、癌基因活化等癌基因活化等 敏感性标记敏感性标记 衡量致癌物作用个体差异的指标衡量致癌物作用个体差异的指标n参与致癌物活化与灭活的酶系多态性参与致癌物活化与灭活的酶系多态性n主要有细胞色素主要有细胞色素P450(I相反应相反应)和谷胱甘肽硫转移酶和谷胱甘肽硫转移酶 (相反相反应应)，这些酶系的个体差异可达十至数百倍，同样的接触水，这些酶系的个体差异可达十至数百倍，同样的接触水平所产生的生物有效剂量以及相应的生物效应会有很大差异，平所产生的生物有效剂量以及相应的生物效应会有很大差异，可以从无反应到严重反应可以从无反应到严重反应(肿瘤形成肿瘤形成) 控制致癌物的接触控制致癌物的接触 已明确鉴定的人类致癌物或致癌因素已明确鉴定的人类致癌物或致癌因素 避免或减少与避免或减少与之接触之接触 减少肿瘤发生减少肿瘤发生 高危人群的检出与保护高危人群的检出与保护 化学预防化学预防 第五节第五节 阻断化学致癌过程的一些途径阻断化学致癌过程的一些途径 高危人群的检出与保护高危人群的检出与保护高危个体高危个体n常染色体显性遗传肿瘤常染色体显性遗传肿瘤( (如视网膜母细胞瘤如视网膜母细胞瘤) )家族成员杂合子家族成员杂合子n常显有高度肿瘤好发倾向的疾病常显有高度肿瘤好发倾向的疾病( (如家族性肠道多发性息肉如家族性肠道多发性息肉) )的杂合子的杂合子n常隐有高度肿瘤好发倾向的疾病常隐有高度肿瘤好发倾向的疾病( (如着色性干皮病，共济失调性毛细血管如着色性干皮病，共济失调性毛细血管扩张症，先天性全血细胞减少症，扩张症，先天性全血细胞减少症，BloomBloom综合征等综合征等) )的病人及其杂合子的病人及其杂合子n有某些染色体异常的病人有某些染色体异常的病人( (如如DownDown综合征综合征) )n某些某些I I相酶相酶( (如芳烃羟化酶如芳烃羟化酶) )活性特别高或活性特别高或IIII相酶相酶( (如谷胱甘肽转硫酶如谷胱甘肽转硫酶) )活性活性特别低的人特别低的人n抗氧化损伤能力抗氧化损伤能力( (如超氧化物歧化酶或过氧化物酶活性如超氧化物歧化酶或过氧化物酶活性) )特别低的人特别低的人n某些有修复缺陷的人某些有修复缺陷的人n患有某些肿瘤经药物或手术治疗后的缓解期的病人患有某些肿瘤经药物或手术治疗后的缓解期的病人n高癌家族成员高癌家族成员n与某些致癌物有大量接触的个体或人群与某些致癌物有大量接触的个体或人群 化学预防化学预防 机制机制n防止致癌物的生成防止致癌物的生成n使有致癌物活性的物质灭活使有致癌物活性的物质灭活n保护靶细胞，阻止致癌物作用于靶子保护靶细胞，阻止致癌物作用于靶子n修复靶子的损伤，阻止癌变表型的表达修复靶子的损伤，阻止癌变表型的表达n阻止癌变的发展阻止癌变的发展 阻止摄入，降低吸收量阻止摄入，降低吸收量 阻止体内生成阻止体内生成 致癌物细胞外灭活致癌物细胞外灭活n致癌物在达到靶细胞之前，在细胞外可使之灭活致癌物在达到靶细胞之前，在细胞外可使之灭活 阻断致癌物对靶分子的作用阻断致癌物对靶分子的作用 调节基因的表达与调节基因的表达与DNA修复功能修复功能