第五章 环境化学物的特殊毒性

按来源分类 可分为自然的和人为的化学致癌物，前者如 某些植物毒素（如霉菌毒素、黄樟素、苏铁素等） 和矿物（石棉）；后者包括人工全成的一些无机 和有机致癌物，这类化学物占化学致癌物的绝大 多数。 按化学结构分类 可分为芳香胺类、多环芳烃类、亚硝胺类、 脂肪烃类、卤代烃类、偶氮化合物、无机物及金 属化合物等。

通过致突变试验进行致癌物筛检

此筛检又称为短期致癌物筛检试验。 首先应明确，致突变试验是依据大多数致癌物具有 致突变性而大多数非致癌物无致突变性来对受试物 进行致突变检测。筛检阳性的受试物可能是具有遗 传毒性的致癌物，也可能是具有遗传毒性的非致癌 物（假阳性）；阴性的受试物可能是非遗传毒性的 非致癌物，还有可能是非遗传毒性的致癌物（假阴 性）。

哺乳动物长期致癌试验 哺乳动物长期致癌试验又称哺乳动物终生 试验，是目前公认的确证动物致癌物的经 典方法，较为可靠。化学致癌的一个最大 特点是潜伏期长，在啮齿动物进行1至2年 的试验即相当于人类大半生时间。如果用 流行病学调查方法确证一种新化学物的致 癌性，一般需要人类接触受试物20年后才 能进行。
基 因是 一 段 DNA
基因是生命的密码 基因记录和传递遗传信息 基因决定生物体的生长、 病、老死等一切生命现象 染色体
基因Ⅰ
基因Ⅱ DNA
• 突变 ----遗传物质发生的可改变生殖细胞或 体细胞中的遗传信息并产生新的表型效应 的变化称为突变。 • 分为基因突变与染色体畸变。
基因突变是指染色体某一位点上发生的改变，又称点突变。

对各种致突变试验可靠性的验证，常用一 定数量的已知致癌物和已知非致癌物进行， 并以灵敏度和专一性来衡量。灵敏度又称 阳性符合率，即在试验中已知致癌物呈现 阳性结果的比例；专一性又称阴性符合率， 是在试验中已知非致癌物呈现阴性结果的 比例。此外，还有准确度和预报价值来表 示筛检的可靠性。

恶性转化试验 又称细胞转化试验，是指对培养细胞诱发 与肿瘤形成有关的表型改变。此种表型改 变是因致癌物所致核型改变的结果，其改 变包括细胞形态、细胞生长能力、生化表 型等变化，以及移植于动物体内能形成肿 瘤的能力。本试验的观察终点是恶性变的 细胞，如将此种细胞移植于动物体内可形 成肿瘤。
（2）诱发突变：
物理诱变因子：紫外辐射、X—射线、 β—射线、 快中子、γ—射线和激光等。 化学诱变因子： 生物诱变因子：某些病毒
人为地实现，故称为诱发突变。诱发突变是指用
诱变剂所产生的人工突变。
致突变作用的化学物质，称为致突变物 （或称化学诱变剂）。 直接诱变剂 间接诱变剂

致突变作用机理
第五章 环境化学物的特殊毒性及其评价
第一节 环境化学物的致突变性及其评价
遗传与变异是一切生物最本质的属性，而DNA是生物遗传与变
异的物质基础。
• DNA(脱氧核糖核酸):由四种碱基、核糖、 磷酸组成。 基本单位－脱氧核苷酸
磷酸
脱氧 核糖
碱基 T G C A
DNA的化学结构（2）
脱氧核苷酸的种类
A
DNA损伤与突变 非整倍体及多倍体的诱发 DNA损伤的修复与突变

突变的不良后果

体细胞突变
体细胞与癌变 体细胞与致畸 体细胞与动脉粥样硬化

生殖细胞突变
致死性突变 可遗传的改变
致突变试验的分类
依据遗传学重点的不同分为四类
基因突变实验 染色体损伤实验 非整倍体试验 其他反映DNA损伤的试验
按致癌作用机制分 遗传毒性致癌物
直接致癌物：硫酸二甲酯 间接致癌物：甲醛、黄曲霉素 无机致癌物：镍、铬 促长剂：多氯联苯 细胞毒剂：四氯乙烯 过氧化物酶体增殖剂：替贝酸 免疫抑制剂：巯基嘌呤 固态物质：石棉 激素作用剂：乙烯雌酚 其他：砷、二垩英
非遗传毒性致癌物

按致癌作用证据分类
致癌物按照对人类和哺乳动物致癌作用的不同，可分为确 证致癌物、怀疑致癌物和潜在致癌物。

（五）结果的观察、分析和评定 主要分析指标有： 肿瘤发生率 多发性：是指一个动物出现多个肿瘤或一个器官出现多个 肿瘤。 潜伏期 致癌物剂量越大潜伏期越短。可以用各组第一个肿瘤出现 的时间作为该组的潜伏期。这种办法只适用于能在体表观 察的肿瘤。对内脏的肿瘤，则需分批剖杀，计算平均潜伏 期。 分析结果应注意有无剂量反应关系。染毒组应与对照组作 显著性检验。存在剂量反应关系，并与对照组差异显著时， 为阳性结果。

哺乳动物细胞正向突变试验 通过对哺乳动物细胞体外培养试验的研究， 已发现有十几个基因座(locus)可出现各种 突变类型的突变体(mutant)，但常利用抗药 性的出现作为突变试验的观察点。由于抗 药性是对正常基因座诱发的突变性状，故 称为正向突变试验(forward mutation test)。

第二节 环境化学物的致癌作用及其评价
化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展
成肿瘤的作用称为化学致癌作用。 具有化学致癌作用的化学物称为化学致癌物。
化学致癌的机制
遗传机制学说
多阶段学说 癌基因学说
多阶段学说
引发阶段：化学致癌物或其活性代谢产物作用 于DNA，从而诱发体细胞突变的过程 促长阶段：引发细胞促长成癌前病变或良性肿 瘤的过程 进展阶段：转变为恶性肿瘤的过程
腺嘌呤脱氧核苷酸
G
鸟嘌呤脱氧核苷酸
C
胞嘧啶脱氧核苷酸
T
胸腺嘧啶脱氧核苷酸
DNA的化学结构（3）
A T
连 接
T
A
G
C
C
G
DNA就是脱氧核糖核酸（长链）
腺嘌呤(A) 鸟嘌呤(G) 胸腺嘧啶(T) 胞嘧啶(C)
C T G
C
T T G C
C
G T
C
G
基因测序就是读出 A-C-G-T-G-G-A-C-G…...

癌基因学说
原癌基因 癌基因
发生肿瘤
致癌因素
肿瘤抑制基因失活
非遗传机制
细胞毒性 激素失调
免疫抑制剂
化学致癌物的分类




按作用类型分类 （1）直接致癌物(direct carcinogen) 化学物本身 直接具有致癌作用，在体内不需要经过代谢活化即可 致癌。如硫酸二甲酯、二氯丙酮等 （2）前致癌物(indirect carcinogen) 化学物本身 并不直接致癌，必须在体内经代谢，其形成的代谢产 物才具有致癌作用。如多环芳烃、苯并（A）芘等 （3）促癌物 (tumor promoter) 亦称促长剂，本 身无致癌性，但在给动物致癌物后再给促癌物，可以 增强或促进癌的形成和发展。如多氯联苯、DDT等 （4）助癌物（cocarcinogen） 本身亦无致癌性， 但是与致癌物一起或之前给予动物，可显著提高癌的 发生率，如二氧化硅等。
影响化学物质致癌的因素 生物因素 饮食习惯 吸烟 其他：生育行为、职业、地域等

环境化学致癌物的评价

化学致癌物危险评价包括两方面：一是定性的，即该 化学物能否致癌；二是定量的，即进行剂量反应关系 分析，以推算可接受的危险度的剂量，或人体实际可 能接触剂量下的危险度。 由于致癌是一种后果严重的毒性效应，因此致癌性评 定的工作极其复杂。需要严密设计的人群流行病调查 才能判定对人的致癌性；动物试验只有长期终生试验 才被公认为确切证据。这些调查和试验都不容易进行， 因此先进行致突变试验，可对受试物的致癌性进行初 步推测。对非遗传毒性致癌物则需要进行体外恶性转 化试验和短期动物致癌试验。

Fra Baidu bibliotek






果蝇伴性隐性致死试验 小鼠特异基因座试验 染色体分析 微核试验 姐妹染色单体交换（SCE）试验 显性致死试验 小鼠可遗传易位试验 细菌DNA修复试验 程序外DNA合成试验 精子畸形试验
致突变试验的意义
研究外源性化学物引起人类的突变并通过生殖 细胞传递给后代的可能性 预测外源化学物的潜在致癌性（只适用于遗传 毒性致癌物和非遗传毒性非致癌物）； 突变物和致癌物之间有密切的关联性，超过 90%以上的致癌物具有突变的能力；但有些致 癌物却不具有遗传毒性，如二垩英（TCDD）。
确证致癌物通过动物实验和人群流行病学调查都已确认具 有致癌作用。
怀疑致癌物在动物，而且在多种动物，特别是在与人类血 缘较近的灵长类动物机体上呈现致癌作用，但在人类仅有 个别致癌临床报告，在人群流行病学调查中尚未能证实。 潜在致癌物对动物致癌，但无任何资料表明对人类具致癌 作用，只是对人类有致癌可能性。


致癌物的最终确定
人类致癌物的确定主要根据： 流行病学调查结果能够重复； 有剂量反应关系； 有动物致癌试验阳性结果支持。 对动物致癌物的确定有的认为只有一种试验动物结果为阳 性，甚至是哺乳动物短期致癌试验阳性，即可认为致癌； 有的则要求在多种或多品系动物试验中，或在几个不同实 验中，特别是不同剂量或不同染毒途径见恶性肿瘤发生率 增高；或在肿瘤发生率、出现肿瘤部位、肿瘤类型或出现 肿瘤的年龄提前等各方面极为明显突出，才能确定为动物 致癌物。
发生在生殖细胞中的基因突变所产生的子代将出现遗传性改
变。发生在体细胞的基因突变，只在体细胞上发生效应，而 在有性生殖的有机体中不会造成遗传后果。
染色体畸变指染色体数目的变化和染色体结构的改变.
突变的类型
（1）自发突变： 多因素低剂量的诱变效应 突变在自然状态下可以产生，称为自发 突变。自发突变通常频率很低，每10万 个或 1亿个生殖细胞在每一世代才发生 一次基因突变。

第三节 环境毒物的生殖毒性及致畸作用
发育毒理学是研究生物幼体在其发育过 程中，因内因（基因）或外因（污染物） 而影响其正常发育的科学。 许多环境因素对生物幼体都能产生不同 程度的影响，当幼体发育不正常时，严 重者可能导致死亡，轻微者则包括畸形 的发生、幼体的生长迟缓或胜利功能的 障碍。



（二）动物数量 为避免假阴性，每组动物数较一般毒性试验为多。 如当对照肿瘤自发率为1%，而染毒组肿瘤发生率 为20%时，每组动物需要40只才能有90%的把握 度为阳性；如自发率上升为10%，或肿瘤发生率 下降为10%，则每组动物需214只或114只。所以 一般提出每组最少50只动物是指当对照组肿瘤自 发率为1、5、10、20或30%时，染毒组肿瘤发生 率应相应为20、30、40、50或60%才有0.9以上 的把握度获得阳性结果。

一 、生殖毒性及其评定 1.生殖毒性(reproductive toxicity) 指对雄性或雌性 生殖功能或能力的损害和对后代的有害影响。 2.生殖毒性表现 环境污染物对生殖过程的损害作 用可以表现为性淡漠、性无能或各种形式的性功能减 退。雌性可出现排卵规律改变、月经失调或闭经、卵 巢萎缩、受孕减少、胚胎死亡、生殖力降低、不孕或 不育等。雄性可表现为睾丸萎缩或坏死、精子数目减 少等。 3.生殖毒性作用评定 环境污染物对生殖过程作用 的评定主要通过生殖毒性试验来进行，过去也称为繁 殖试验。
构效关系分析

致癌物的化学结构种类繁多，分析从一种同 系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性 关系最密切的构份，以及其他构份改变时所产 生的影响。 如对数百种多环芳烃类化合物的小鼠皮肤癌诱 发试验结果做的构效关系分析表明，不仅化学 结构的微小变化都关系着致癌性的强弱，而且 与其立体结构性的变化也有密切关系。

（三）剂量设计 一般使用三个剂量。最低剂量最好相当于 或低于人类实际可能接触的剂量。最高剂 量应为最大耐受量。理想的最大耐受量不 应致死，也不引起可能缩短寿命的毒性表 现和病理改变，与对照组相比体重下降不 大于10%。3-5个剂量组，较低剂量为前一 级较高剂量的1/3至1/4。

（四）试验期限与染毒时间 原则上试验期限要求长期或终生。一般情况下小 鼠最少1.5年，大鼠2年；可能时分别延长至2年和 2.5年。 一般主张一直染毒至试验结束。但也有人认为， 为减少中途非肿瘤死亡，应在9至12月后即停止 染毒，以便使动物可由中毒或亚中毒状态恢复， 存活时间较长和存活动物也较多。对于完全致癌 物无较多影响，对于促癌剂有可能出现可逆过程， 以至肿瘤发生率下降。
细菌回复突变试验 细菌回复突变试验简称细菌回变试验，使 用鼠沙门氏伤寒杆菌或大肠杆菌进行，分 别称为Ames试验和大肠杆菌回变试验，这 两种细菌的野生型即原养型能自行合成组 氨酸或色氨酸和乳糖，其突变体则缺乏这 些能力，在相应的营养缺乏培养基中不能 生长，若在受试物的作用下，能生长成菌 株，则说明受试物使之发生了回变。

（一）动物选择 在致癌试验中选择动物最重要的依据是对诱发肿 瘤的易感性。因此，要考虑物种、品系、年龄和 性别。 物种的选择对受试物有特定的靶器官时尤为重要。 如大鼠对诱发肝癌敏感，小鼠对诱发肺肿瘤敏感。 品系也不同。如同是小鼠， A系及亚系诱发肺肿 瘤敏感。 还应考虑自发肿瘤，应选自发率较低者。 年龄多使用断乳或断乳不久的动物，性别一般是 雌雄各半。