化学物致癌

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11
➢要降低肿瘤的发生率,首先必须识 别、鉴定化学致癌因素和有害的生 活方式,阐明其作用机理,然后采 取措施加以防治
研究化学致癌作用具有重要的作用
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❖化学致癌作用 (chemical carcinogenesis) :指化学物质引起或诱导正常细胞发 生恶性转化并发展成为肿瘤的过程
❖化学致癌物 (chemical carcinogen) : 具有化学致癌作用的化学物质,如黄 曲霉毒素、苯并(a)芘。
➢错误修复:经修复的DNA部分仍可能在结 构和功能上存在缺陷,细胞虽能生 存, 但出现突变
DNA损伤-----修复-----突变-----肿瘤
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(三)癌基因、原癌基因及抑癌基因
➢癌基因(oncogene):指一类在自然或实验 条件下具有诱发恶性转化的潜在基因。
❑癌基因是化学致癌物作用的靶分子 ❑在细胞癌变过程中发挥关健作用 ❑指导合成的蛋白质能促成细胞恶性表型 的形成
下,加深了转化的进程,
逐步演变为恶性肿瘤。
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➢原癌基因(proto-oncogene) :指机体内
正常细胞所具有的能致癌的遗传信息, 即癌基因的原型 ❑ 正常情况下它呈静止状态,对细胞无害
且具有重要生物学功能(调控细胞生长分 化,促进细胞分裂、增殖等),如生长因 子、受体、信号分子、转录因子 和细胞周 期调节等癌基因是化学致癌物作用的靶分 子。原癌基因在进化过程中高度保守。
1991
24.93
2001
恶性肿瘤 其他死因
6
我国居民肿瘤死亡率及死亡原因构成
7
主要致癌因素
物理因素
如;电离辐射。经常接触X射线的医务人员中, 白血病、皮肤癌、甲状腺癌的发病率均高于不接触X 射线的医务人员。
化学因素
化学致癌物是一类可以使正常细胞转化为肿瘤细 胞,发展为癌的化学物。
生物因素
乙型肝炎病毒—— 肝癌
支持这一观点的实验依据
1. 大多数致癌物同时也是致突变物 2. 许多致癌物的致突变和致癌性质取决于
它们是否能转变为亲电子的代谢产物 3. DNA加合物的水平通常与致癌性和致突
变性成正相关 4. DNA和致癌物的相互作用可活化肿瘤基

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(二)DNA修复与化学致癌
➢正确修复:受损的DNA完全回复原有的结 构与功能,不发生突变
第八章 外源化学物致癌作用
李煌元
1
教学目的与要求:
掌握化学致癌的基本概念;
熟悉化学致癌物的分类;
了解化学致癌作用机制;
掌握化学致癌过程;
掌握观察化学毒物致癌作用的基本方
法(化学致癌物的判别,短期试验,
动物长期诱癌试验)
2
第一节 概述
3
肿瘤(tumor,neoplasm) :有分裂潜能的细胞 受致癌因素作用后发生恶性转化和克隆性增生 所形成的新生物
乳头状瘤病毒——食管癌、人类宫颈癌
EB病毒——鼻咽癌和恶性淋巴瘤
T系淋巴系病毒I型——T细胞白血病淋巴瘤
HIV——多发性人类肿瘤
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➢肿瘤发生过程是宿主与环境之间发生复 杂的、动态的相互作用过程
重要的宿主因素----遗传构成和健康状况 主要的环境因素----食物、环境污染、职 业
和生活方式(如饮食习惯、吸烟等)
癌作用的物质。
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前致癌物 代谢酶 近致癌物 代谢酶 终致癌物
➢终致癌物(ultimate carcinogen): 不需代 谢活化的直接致癌物和间接致癌 物 经过代谢转化最后产生的活性代谢产 物的统称。
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(一)DNA加合物
亲电性化合物
DNA, RNA, 蛋白质 亲核基团
共价结合
加合物 结构改变
因的改变
DNA损 伤修复
引发 细胞
促癌物
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LOH
LOH
引发 阶段
促长 阶段
进展阶段
结肠癌的多阶段模型
结肠癌发生演进分子模型
27
第三节 化学致癌的机制
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化学致癌机制分为:
➢ 体细胞突变致癌学说:即造成DNA 损伤而引发肿瘤的遗传毒性机制
➢ 非突变致癌学说:即对DNA以外靶 分子作用的非遗传毒性机制
一般估计,80%~ 90%的人类肿瘤与环境 有关,其中主要是化学因素,约占90% 以上。
肿瘤是可以预防的 9
毒理学中“癌”的概念是广义的,包括:
➢ 上皮细胞的恶性病变(癌) 恶性肿瘤
➢ 间质细胞的恶性病变(肉瘤) ➢ 良性肿瘤:
呈膨胀生长,与周围组织有明显的界限, 多有包膜,它们生长常有“自限性”, 对机体破坏较小
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❖致癌物多数具有遗传毒性 ❖ 具有遗传毒性的致癌物尽管化学
结构和性质不 尽相同,但有一共 同的特点,即皆为亲电子剂
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第二节 化学致癌过程
15
化学致癌多因素、多基因参与的理论
化学致癌物
癌基因 抑癌基因 DNA修复基因 代谢酶基因 凋亡基因 抗凋亡基因
生物体
外因性因素 理化和
生物因素 、营养等
具有促长作用的化学物质,称为促长剂 (promotor)
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引发剂(启动剂,initiator) :DNA诱变(mutagenic) 促长剂 (promotor) :非DNA诱变(non-mutagenic)
(增加诱变剂活性、促进突变积累、伤口长期不愈、接触刺激,etc.)
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3.进展阶段
在促进之中或之后, 细胞表现出不可逆的遗传 学改变,其标志为遗传不 稳定性增加和恶性变化, 在形态上或功能代谢和行 为方面逐渐表现出肿瘤的 特征,如生长速度、侵袭 性、转移能力及生化、免 疫性能改变
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➢致癌作用是复杂的、多阶段、多基因参 与、长期累积的过程,涉及基因表达、 细胞生理和生化等多种变化
➢从本质上说,肿瘤是一种遗传物质改变 导致的疾病,即遗传病
➢大多数环境因素的致癌作用都是通过影 响遗传基因起作用的,肿瘤是细胞中多 种基因突变累积的结果
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一、体细胞突变学说
与致癌作用有关的代谢
分化 程度 高
低 表皮干细胞的分化
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1. 引发阶段(Initiation)
2引. 促发长阶阶段段的(主Pr要om特ot征ion) ➢不可逆 ➢需要通过细胞分裂加以固定 ➢剂量-反应显示没有可测定的阈值, 3.进无展可阶测段定(的Pr最ogr大es反sio应n) ➢存在自发的引发作用 ➢对外源性化学物质和其他化学因素敏感 ➢引发作用必须发生在促长作用之前, “纯”引发作用在无促长时不导致肿瘤
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认识化学致癌历史
1775年 英国 Percival Pott 早年曾干过扫烟囱活计的男人患上阴囊癌。 提出了发病与特殊因素或环境有密切关系的癌种。
1915年 日本 用煤焦油涂抹兔子耳朵,诱发上皮癌。 1934年 Kennaway 从煤焦油中提炼出特殊致癌成 分二甲基苯蒽、苯并芘、二苯蒽等成分,最终证实上 述多环芳烃类物质是引发肿瘤的元凶。
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抑癌基因(tumor-suppressor genes)
发现:有一类基因的失活也能引起癌变。e.g., a. 视网膜母细胞瘤是由于Rb 基因突变失活而 引起的; b. p53基因:50%的肿瘤中发现p53 的突变;
进展阶段的主要特征 ➢不可1. 逆引发阶段(Initiation) ➢伴随生长率和侵袭性的增加,出现核型异常 ➢有可测定的和/或形态学可描述的细胞基因组的改变 ➢进展的早期阶段对环境因素敏感 ➢可见2. 良促长性阶和段/或(恶Pr性om肿ot瘤ion) ➢进展剂可促进细胞进入该阶段,但可能不是引发剂 ➢可以发生自发的进展作用
肿瘤是一类严重影响人类健康和生命的疾病
➢恶性肿瘤已成为人类死亡的第一位或第 二位原因,每年全世界约有700万人 死于 癌症 ➢我国恶性肿瘤在各种死因中排列第一位
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1950-2005年间我国肿瘤死亡率趋势
肿瘤死亡率(1/10万)
160 140 120 100 80 60 40 20
0 1945
115.34
3.进展阶段(Progression)
生长速度快 侵袭性和转移能力强 生化学和免疫性状改变
进展剂
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2.促长阶段
促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段
引发物作用之后,促癌物长期、慢性作用 引发物单独作用一般不会引起肿瘤 只有促癌物的慢性作用不会引起肿瘤 引发物与促长物的作用有先后次序 引发作用不可逆,促长在早期可逆
3.进展阶段(Progression)
24
25
排 绝大多数经 泄 代谢解毒
少数经代 终致 作用于生 谢活化 癌物 物大分子
外源化学物
与人体接 触包括各
种途径பைடு நூலகம்
非遗传毒 性化学物
多阶段致癌 理论图解
直接致癌物
直接或间接诱导 有丝分裂、促进
细胞过度增殖 逃避宿主的 免疫监视
肿瘤 癌前病变
DNA加合物 形成、癌基 因与抑癌基
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前致癌物 代谢酶 近致癌物 代谢酶 终致癌物
➢前致癌物(precarcinogen): 本身并不直 接致癌,必须在体内经 代谢转化才具 有致癌作用,尚未代谢活化的形式,
即母体化合物。
如亚硝胺类,多环芳烃
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前致癌物 代谢酶 近致癌物 代谢酶 终致癌物
➢近致癌物(proximate carcinogen): 指前 致癌物经代谢活化过程形成的中间 产物,必须进一步代谢活化才具有致
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1. 引发阶段(Initiation)
2. 促长阶段(Promotion)
促长阶段的主要特征 ➢可逆 3.进展阶段(Progression) ➢促长剂通常是非致突变物,需要持续和反复暴露 ➢促长剂的有效性仅出现在引发作用之后 ➢促长细胞群的存在取决于促长剂的持续存在 ➢剂量-反应显示有可测定的阈值,有可测定的最大效应 ➢对饮食和激素等因素敏感 ➢促长作用的相对效力取决于达对最大效应的时间和剂量速率23
135.59 123.92
114.23
36.9
46.12
1960
1975
年份
1990
2005
5
1950-2001年间我国肿瘤死亡人数占总死 亡人数的构成比变化趋势
构成比(%)
105 90 75 60 45 30 15
5.17
0
1957
8.59
1963
18.84
20.57
1975 1982
年份
22.39
43
原癌基因转变为癌基因
44
原癌基因
突变
癌基因
致癌物
癌变
原癌基因与癌基因关系示意图
当发生突变、缺失、病毒整合、染
色体易位、基因扩增或促长剂插入时,
原癌基因发生改变,失去正常的调控细
胞生长和分化功能,使细胞发生恶性转
化。发生恶性转化的原癌基因即是癌基
因。
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➢抑癌基因(anti-oncogene):指对细胞 生长、增殖和分化起负性调节基因。 其编码的蛋白质能够降低或抑制细 胞分裂活性,或称为肿瘤抑制基因 (tumor suppressor gene)、肿瘤易感 基因(tumor susceptibility gene)
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癌基因、原癌基因
癌基因
产物的生物学作用
它们可以从多个环节
sis,fgf
生长因子
改变和扰乱细胞正常代
met,neu src,ret ras,gip-2 raf,pim-1
受体/酪氨酸蛋白激酶 谢、生长、分化等基本
酪氨酸蛋白激酶 与膜有关的G蛋白 胞浆血清蛋白激酶
过程,使这些细胞具备 了恶性转化的基础,并 在某些促进因素的作用
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突变细胞(启动细胞,initiated cell)
1. 引发阶段(Initiation) / 启动阶段
DNA损伤
损伤固定 遗传性状改变
引发剂(启动剂,initiator)
2. 促长阶段(Promotion)
突变细胞
突变细胞在内、外因素的作用下, 促进引发形成肿瘤细胞的分裂和增长
促长剂 (promotor)
基因突变
肿瘤
细胞,血液,尿等
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(一)DNA加合物 有致癌活性的终致癌物,含有亲电子
结构基团的化合物,它能与细胞靶分子 发生共价结合,形成加合物使这些生物 大分子烷基化,导致DNA的突变
接触生物标志、效应生物标志 37
❖DNA加合物在化学致癌作用过程中起 到 关键作用,是引起肿瘤的直接原因之

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内源性因素 遗传、免疫 激素、精神等
引起癌基因、抑癌基因等发生点突变、扩增、易 位、重排、缺失等使癌基因活化,抑癌基因失活, 导致细胞的增殖、分化、凋亡异常引起肿瘤。 16
多阶段的理论
➢ 肿瘤的发生是一个长期的、多阶段、多 基因改变累积的过程,具有多基因控制 和多因素调节的复杂性 引发阶段 (initiation) 促长阶段 (promotion) 进展阶段 (progression)
➢直接致癌物指本身直接具有致癌作 用,在体内不需要经过代谢活化即 可致癌的物质。
这类物质绝大多数是合成的有机物。包 括有内酯类如β-丙烯内酯等;烯化环氧 化物如1,2,3,4-丁二烯环氧化物;亚 胺类;硫酸酯类;芥子气和氮芥;活性 卤代烃类等等。
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➢间接致癌物指本身并不致癌,必须在体 内经代谢转化,其所形成的代谢产物才 具有致癌作用的物质。 如亚硝胺类,多环芳烃
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