2019年-环境毒理学(董国日)05-2 致癌试验和致畸试验00-PPT精选文档-PPT精选文档

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同时应设阴性(溶剂或赋形剂)对照组。必要时可设阳性对照 组,阳性致癌物最好与受试物的化学结构相近。
3、染毒途径 尽可能模拟人体可能的暴露途径,主要途径有经
口、经皮和吸入三种,应根据受试物的理化性质和 接触方式选择确定。
4、试验期限 一般情况下,试验期限小鼠和仓鼠应为18个月,
大鼠为24个月;然而对于某些生命期较长或自发肿 瘤率低的动物品系,小鼠和仓鼠可持续24个月,大 鼠可持续30个月。
第五节 环境化学物的致癌作用 及其评价
一、环境致癌与化学致癌
癌症的发生80-90%由环境因素引起,包括物理因素、生 物因素和化学因素。其中主要是化学因素。在环境因素引起 的肿瘤中,80%以上由化学因素引起。
化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起正常 细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程,具有这种作用的化 学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。在此,“癌” 的含义包括上皮的恶性变(癌),也包括间质的恶性变(肉瘤)及 良性肿瘤。
2、剂量设置 致癌试验一般设三个试验组。
高剂量组:最大耐受剂量(MTD)是由90天毒性试验来确定的 ,此剂量应使动物体重减轻不超过对照组的10%,并且不引 起死亡及导致缩短寿命的中毒症状或病理损伤。 低剂量组:一般不低于高剂量的10%。应不影响动物的正常 生长、发育和寿命,即不产生任何毒性效应。 中剂量组:介于高、低剂量之间,如有可能按受试物的毒物 动力学性质来确定。 对照组除不给受试物外,其他条件均与试验组相同。
灵敏性指受试物在致突变试验中的阳性比例。 特异性指受试物在致突变试验中的阴性比例。
美国环境保护局(EPA)遗传毒理学计划(GeneTox)及美国国立环境 卫生研究所(NIEHS)国家毒理学规划(NTP)对几个常用致突变试验 灵敏性及特异性的分析结果。
试验
Ames试验 小鼠淋巴瘤细胞基因突变试验
CHO细胞HGPRT基因突变试验 V79细胞基因突变试验
具有引发作用的化学物称为引发剂。引发剂本身有致癌性 ,大多数是致突变物,没有可检测的阈剂量,引发作用是不 可逆的并且是累积性的。但并非所有的引发细胞都将构成肿 瘤,因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋亡)。引发细胞 不具有生长自主性,因此不是肿瘤细胞。
(2)促长阶段:促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良 性肿瘤的过程。促长剂单独使用不具致癌性,必须在引发剂后 使用才发挥促长作用.促长剂通常是非致突变物,影响引发细胞 的增殖,导致局部增殖并引起良性局灶性病理损害如乳头瘤、 结节或息肉。这些病损很多会消退,仅少数细胞发生进一步突 变引成恶性肿瘤。
二、化学致癌的机制 尚未彻底阐明,大体可分为遗传机制学说和非遗
传机制学说。
(一)化学致癌的遗传机制学说
该学说认为,化学致癌物进入细胞后作用于遗传 物质,通过引起细胞基因的改变而发挥致癌作用。 有关学说最主要的是多阶段学说和癌基因学说。
1、化学致癌的多阶段学说 (1)引发阶段:化学致癌的第一阶段,是化学致癌物本身或 其活性代谢物作用于DNA,诱发体细胞突变的过程,可能涉及 原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的失活。
(5) 免疫抑制剂:主要对病毒诱导的恶性转化起增 强作用。
(6) 固态物质:物理状态是关键性因素,可能涉及 细胞毒性。如塑料、石棉等。
(7)助癌物:本身无致癌性,在致癌物之前或同时 应用助癌物可显著增加癌症的发生。
助癌作用的机制可涉及增加致癌物的吸收、增加 活化的致癌物的比例、耗尽内源性结合反应底物、 抑制DNA修复、促进DNA损伤固定为突变等。
NTP 20/44(45) 66/119(54) 31/44(70)
-
4/18(22) 24/44(55) 9/15(60) 31/44(70) 10/15(67) 6/30(20)
特异性(%) GeneTox
29/47(62)
0/5(0) 1/1(100)
3/3(100) 9/16(60) 2/6(33)
2、化学致癌的癌基因学说 调控细胞增殖和分化的基因发生异常,可导
致细胞持续增殖,不能及时分化和凋亡,形成 肿瘤。与细胞恶性转化有关的基因主要有癌基 因和肿瘤抑制基因。
癌基因:能引起细胞恶性转化及癌变的基因。通常以原癌基 因的形式存在正常动物细胞的基因组中。 原癌基因:最早在1968年Duesberg发现Rous肉瘤病毒致癌是 由于携带能致癌的基因片段,称为病毒癌基因(V-onc), 后来发现在正常细胞中也存在与病毒癌基因高度相似的DNA 序列,称为原癌基因(C-onc)。正常细胞中的原癌基因表达 并不引起恶性病变,其表达受到严格控制,通常与机体的生 长和发育有关。原癌基因必须经过激活才能导致细胞的恶性 转化。原癌基因是一种显性基因,当其两个等位基因之一发 生突变,即可被激活。
组4,对人类可能是非致癌物。指证据指示对人类和动物 不具有致癌性。
四、环境化学物致癌物的评价 (一)哺乳动物致癌试验
哺乳动物致癌试验是鉴定化学致癌物的标准体 内试验。哺乳动物致癌试验用来确定受试物对试验 动物的致癌性、剂量—反应关系及诱发肿瘤的靶器 官。
1、实验动物 物种和品系:要求用两种实验动物,常规选用大鼠和小鼠, 也可用仓鼠。在选择品系时应选择较敏感、自发肿瘤率低、 生活力强及寿命较长的品系。 性别:应使用同等数量的雌雄两种性别的动物。 年龄:使用刚离乳的动物,以保证有足够长的染毒和发生癌 症的时间,而且幼年动物解毒酶及免疫系统尚未完善,对致 癌作用比较敏感。
组2B,对人类是可能(possible)致癌物,指对人类致癌性证 据有限,对实验动物致癌性证据并不充分;或指对人类致癌 性证据不足,对实验动物致癌性证据充分。
组3,对人类的致癌性尚不能确定。指对人类致癌性证据 不充分,对实验动物致癌性也不充分或有限。或人类致癌 性证据不充分,对实验动物致癌性证据足够,但有强有力 的证据表明动物致癌机制不适用人体。
5、观察指标 (1)一般观察:每天观察受试动物一次,主要观察其外表、 活动、摄食情况等。在实验最初三个月每周称体重一次,以 后每两周称体重一次。经饲料或饮水给以受试物时,应记录 食物消耗量或饮水量,以计算受试物的摄人量。观察时要注 意有无肿瘤出现、肿瘤出现时间及死亡时间。 (2)肿瘤发生情况:记录肉眼可见或可触及肿瘤出现的时间 、部位、大小、外形、发展状况并记录动物死亡时间。 (3)病理检查:动物自然死亡或处死后必须及时进行病理检 查,包括肉眼和组织切片检查。
(3)无机致癌物 放射性元素和重金属。有些可能是亲电子剂,但有
些是通过选择性改变DNA复制保真性,导致DNA的 改变,如金属镍、铬。
2. 非遗传毒性致癌物(non-genotoxic carcinogens) 非遗传毒性致癌物不与DNA反应,可能间接地影
响DNA并改变基因组导致细胞癌变,或者通过促长 作用、增强作用导致癌为遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物两类。 1、遗传毒性致癌物 (1)直接致癌物:不需代谢活化直接与亲核分子共价结合形 成加合物。这类化合物为亲电子剂,大多数为合成有机物。
(2)前致癌物: 多数有机致癌物需代谢活化才具有致癌活性,称为间接致癌
物。间接致癌物的原型称为前致癌物。前致癌物经代谢活化形 成的之间代谢产物——近致癌物(半致癌物),有一定致癌作 用但必须再一次激活——终致癌物(前致癌物经代谢活动形成 的具有致癌作用的代谢物和不需代谢活化的致癌物)。
致癌试验阳性的判定标准为WHO提出的标准。WHO(1969) 提出机体可以对致癌物有下列一种或多种反应:
(1) 对于对照组也出现的一种或数种肿瘤,试验组肿瘤发生 率增加;
(2) 试验组发生对照组没有的肿瘤类型; (3) 试验组肿瘤发生早于对照组; (4) 与对照组比较,试验组每个动物的平均肿瘤数增加。
肿瘤抑制基因:即抗癌基因。抗癌基因可能是编码抑制生殖、 促进分化的基因,也可能是某些基因的负控制调节基因,并 是维持基因组织定性的某些基因。
抗癌基因可抑制肿瘤细胞的肿瘤性状的表达,只有当自己 不能表达或其基因产物去活化才容许肿瘤性状的表达。染色 体缺失而诱发肿瘤的基因都可能是肿瘤抑制基因。属隐形基 因,必须一对等位基因丢失或突变后失活,才能对细胞的恶 性转化起作用。
(1)促长剂:本身无致癌性,在给以遗传毒性致癌 物之后再给以促长剂可增强遗传毒性致癌物的致癌 作用,也可促进“自发性”转化细胞发展成癌。
(2)激素调控剂:主要改变内分泌系统平衡及细胞 正常分化,常起促长剂作用。
(3)细胞毒剂:可能引起细胞死亡,导致细胞增殖 活跃及癌发展。
(4)过氧化物酶体增殖剂:过氧化物酶体增殖可导 致细胞内氧自由基过量生成。
(二)化学致癌的非遗传机制学说 一部分致癌物用目前的致突变试验不能检出其致突变性。
这些非遗传毒性致癌物促进细胞分裂增殖的机制多种多样:
具有细胞毒性的致癌剂可引起细胞变性坏死,细胞释放出的 物质具有刺激细胞分裂增殖的作用。
激素失调导致肿瘤发生,与通过细胞内相应的受体刺激细 胞分裂有关
免疫抑制剂可降低机体对癌前细胞的监视和清除能力
癌细胞的生物学特点: 1、持续性增殖,分化不良,体外培养无接触性抑制。永生 性。 2、浸润性生长:可侵入其他组织,并发生转移 3、过分旺盛地合成核酸和氨基酸 4、强烈的有氧酵解:在供氧充分时,仍能将葡萄糖转化为 乳酸,大量的乳酸使pH下降,影响细胞酶活力,破坏内稳 态的维持。 5、可将上述特征遗传给子代细胞
使细胞由促长阶段进入进展阶段的化学物称为进展剂 (progressor)。进展剂可引起染色体畸变,但不一定具有引发 活性。
引发、促长及进展都可自发发生。有些化学致癌物可同时具 有引发、促长及进展的作用,称为完全致癌物。
化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程,至少涉及引发、 促长和进展三个阶段。 在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变 在促长阶段主要是遗传外机制 在进展阶段主要是核型不稳定性。 正常细胞经过遗传学改变的积累才能转变为癌细胞。
6、结果分析 主要分析指标有肿瘤发生率、肿瘤潜伏期及肿瘤多发性。 肿瘤发生率(%)=(实验结束时患肿瘤动物总数/有效动物总 数)×100% 式中,有效动物总数指最早发现肿瘤时存活动物总数。 肿瘤潜伏期即从摄人受试物起到发现肿瘤的时间,因为内脏 肿瘤不易觉察,通常将肿瘤引起该动物死亡的时间定为发生 肿瘤的时间。 肿瘤多发性指一个动物出现多个器官的肿瘤或一个器官出现 多个肿瘤。
果蝇伴性隐性致死突变试验 体外染色体畸变试验 体内染色体畸变试验 体外SCE试验 体内SCE试验 肝细胞UDS试验
灵敏性(%) GeneTox 175/ 223(78)
45/54(87) 40/4l(98)
84/104(81) 77/106(73)
40/54(74) 8/9(89) 100/ 101(99) 2l/21(100) 19/22(86)
特点: 历时较长,早期有可逆性,晚期为不可逆的
对生理因素调节的敏感性,衰老、饮食和激素可 影响促长作用。
(3)进展阶段:进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性 肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程。在进展期肿瘤获得生长加快、 侵袭、转移和抗药性等特征。这些特征是由于在进展阶段的 核型不稳定性。肿瘤的染色体发生断裂、断片易位和非整倍 体。
(二)按致癌作用证据分类
组1,对人类是致癌物。对人类致癌性证据充分者属于本组。 对人的致癌性证据尚不充分,但对实验动物的致癌证据足够, 并且具有可通过相关致癌机制对人体发挥作用的强有力证据, 可归为此类。
组2,对人类是很可能或可能致癌物。又分为两组,即组2A 和组2B。
组2A,对人类很可能(probably)是致癌物。指对人类致癌性 证据有限,对实验动物致癌性证据充分。
在进行试验的两个物种两种性别动物中,有一种结果为阳 性,即认为该受试物有致癌性。两个物种两种性别动物试验结 果均为阴性时,方能认为未观察到致癌作用。
(二)致突变试验用于致癌物筛选
预测致癌性的理想致突变试验应能灵敏地预测 出受试物的致癌性,也能特异地预测出受试物的 非致癌性,即要有高的灵敏性和特异性。
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