08 第六章 环境化学物的特殊毒性及其评价-遗传毒性
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遗传毒性及其评价PPT课件
四、DNA损伤
DNA损伤(DNA damage)，是指在遗传毒 物作用下，DNA结构和功能发生改变， 阻碍了DNA的复制与转录或复制与转录 产物发生改变。 具体指DNA分子一级结构的任何异常改 变，包括脱氧核糖、磷酸和碱基的损伤； DNA分子二级结构、三级结构及其构象 的异常改变
DNA损伤的常见类型
第二节
遗传毒性的后果
一、体细胞突变的后果
二、生殖细胞突变的后果
体细胞突变的后果
体细胞突变与致癌 体细胞突变是细胞癌变的重要基础
1.
2.
3.
许多肿瘤细胞中可同时观察到癌基因和抑 癌基因的突变并存在有缺失、易位、倒位 等染色体畸变 化学物质的诱变作用与其致癌作用存在着 较高的相关性 在DNA损伤修复缺陷的人群，癌症也明显 高发 （着色性干皮病人皮肤癌高发）
体细胞突变的后果
体细胞突变与动脉粥样硬化症 间接证据：
人和动物斑块的DNA转染NIH3T3细胞后， 将之植入裸鼠可产生肿瘤 某些已知致突变物显示致动脉粥样硬化和致 癌效应。如：氯乙烯、砷、多环芳烃、吸烟
体细胞突变的后果
体细胞突变与衰老
细胞在传代过程中，细胞遗传学异常率逐渐增高， 而有丝分裂率逐渐下降。不少突变改变随年龄增长 而积累，呈线形或指数曲线上升 同时重要的生物功能如遗传信息的转录与翻译速度 以及RNA和蛋白质的更新速度也随年龄增长而下降 突变的累积可能导致细胞死亡、细胞转化和细胞衰 老，从而构成生物体衰老各种表现的基础
颠换(transversion)：嘌呤到嘧啶或嘧啶到嘌呤的变化。
2.移码突变或移码框突变(frame shift
mutation)
遗传毒性的检测与评价的方法和技术
可以有几十种喷油量控制模式（瞬态与稳态）
喷油规律
在系统设计时考虑了适当的喷油规律
喷油提前角
完全由控制器ECU自动控制
喷油压力
完全由控制器ECU自动控制
怠速
可根据水温实时修正
可根据附件功率进行实时修P正PT课件
4
1.3 电喷系统的其他重要功能
电控还能：
提供附加的控制（各缸平衡、可变怠速和闭环控制、减速断油 和启动控制等等）
PPT课件
49
4.1.2 控制器ECU功能（整车部分）
车速计算及输出——供仪表和最高车速限制使用 档位计算
根据车速和发动机转速计算档位 用于挂档怠速控制，改善驾驶性 起动电机控制 排气制动控制 怠速和驱动怠速控制 挂档时发动机负载加大，采用驱动怠速控制可以实现分档控制 此时PID参数和指令怠速转速均发生变化 怠速微调——对发动机怠速转速进行细微调整 PTO控制——用于各种需要进行转速调整的场合(如：水泥搅拌机) 巡航控制——自动维持恒定的车速，减轻驾驶员的疲劳 防抖(ASD)控制 ——改善车辆在挂档起步、急加速和急减速过程的平顺性 空调控制 根据空调负载调节发动机怠速转速 根据车辆对动力性的需求和发动机的工作状况对空调压缩机进行开/关控制 燃油水含量超标报警——油水分离器中的蓄水杯水位超过一定高度是会报警 CAN通讯——整车其它控制器和仪表之间的通讯
• 3．玉柴欧三系列共轨柴油机是国家实施国3、国4标准后，在原玉柴 欧二系列发动机的基础上专门开发，重新设计进气系统，功率覆盖范 围140～390马力。与原玉柴欧二系列发动机相比，主要应用电控高 压共轨、四气门及曲轴箱结构。
• 4．玉柴欧三系列共轨柴油机具有低排放、低噪声等特点
遗传毒性及其评价共64页文档
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
遗传毒性及其评价
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
•
26、我们像鹰一样，生来就是，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
•
27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底 ，决不 回头。 ——左
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
遗传毒性及其评价
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
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26、我们像鹰一样，生来就是，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
遗传毒性及其评价(ppt文档)
外源化学物的遗传毒性及其评价第二军医大学毒理学教研室张天宝基本概念遗传毒理学(genetic toxicology)研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作用, 阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制, 为防止环境因素对遗传物质的损伤、增加生物的遗传负荷，保护生态平衡和人体健康提供科学依据的一门毒理学分支学科。
遗传负荷(genetic load):一个群体由于有害等位基因存在而使适应度下降的现象。
以人群中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。
种瓜得瓜，种豆得豆遗传—生物子代与亲代之间的相似性世界上没有两片完全相同的树叶变异（Variation ）—物种在个体间或各代间性状存在差异1901年发表突变学说《 Die Mutations theorie》,报告X线能改变生殖细胞的遗传物质, 首次提出突变 (Mutation) 这一术语，并提出生物的进化是因突变产生的理论。
Mutation mutare(to change)荷兰植物生理学家和遗传学家窦佛里斯(de Vries,Hugo 1848—1935)托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan 1866~1945）1909年发现自发突变(在红眼果蝇中发现了白眼果蝇),并把400多种突变基因定位在染色体上被誉为“遗传学之父”1927年，遗传学家缪勒(Müller)发现离子辐射可以造成果蝇的“基因”突变，并且确定了这些突变发生在染色体上，可以遗传给后代。
因此，通常将缪勒的发现作为是突变研究起始的标志H. J. Muller夏洛特 奥尔巴契(Charlotte Auerbach)(1899 –1994)In 1941 University of Edinburgh geneticist Charlotte Auerbach and her pharmacologist colleague John Michael Robson discovered chemical mutagenesis .Auerbach findings, provided strong evidence that highly toxic chemicals were capable of changing the genetic structure of living organisms.突变研究简史年份事件作者1904 1927 1943 19511966 1969 发现X射线可以改变生殖细胞的遗传物质用X射线照射发现可以引起基因突变发现芥子气可诱发基因和染色体畸变用X射线可诱发小鼠突变化学物可诱发小鼠突变成立国际环境诱变剂学会de VriesMullerAverbach &RobsonRussedGuttanach。
环境化学物的特殊毒性及其评价
环境化学诱变剂的分类
毒作用效应谱
死亡 中毒，患病 亚临床变化 体内过量负荷 致突变作用 致癌作用 致畸作用
二、遗传损伤的分类
1. 基因突变（gene mutation) 2. 染色体突变(chromosome mutation) 3. 基因组突变(genomic mutation)
DNA突变的后果
致癌作用可能的进展剂
多阶段致癌的形态学和生物学特征
三、化学致癌物的分类
• 按化学性质分类 • 按致癌机制分类 • 按作用结果分类
化学致癌物的种类
类 别 烷化剂类 直接烷化剂 间接烷化剂 多环芳烃类 芳香胺类 金属和类金属 亚硝胺及亚硝酰胺 霉菌和植物毒素 结晶硅及石棉 嗜好品 食物的热裂解产物 药物(含某些激素) 化学物举例 芥子气、氯甲甲醚、环氧乙烷、硫酸二乙酯 氯乙烯、苯、丁二烯、抗癌烷化药物 苯并芘、二甲基苯蒽、二苯蒽、三甲基胆蒽、煤焦油、沥青 联苯胺、乙萘胺、4–氨基联苯、4–硝基联苯 镍、铬、镉、铍、砷 二甲基亚硝胺、二乙基亚硝胺、亚硝酰胺 黄曲霉毒素、苏铁素、黄樟素 结晶硅及石棉 吸烟、嚼烟、槟榔、鼻烟、过量的酒精饮料 杂环胺类、2–氨–3–甲基–咪唑喹啉、2–氨–3，4–甲基–咪唑喹啉 环磷酰胺、噻替派、乙烯雌酚
促长剂本身不能诱发肿瘤，通常是非致突变物， 通常具有阈剂量，其剂量反应关系呈S形曲线。促 长剂通过启动细胞选择性生长优势或抑制正常细胞 生长，或两者兼而有之，使启动细胞克隆扩增。
促癌剂致癌作用的靶器官
3.进展阶段
从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶 性肿瘤的过程。尽管在演变过程中基因组在分子水 平上不断发生多种改变，但基本上可概括为核型不 稳定以及表型的异质性。 兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌 物可称为完全致癌物。
第六章环境化学物的特殊毒性及其评价遗传毒性
第二次 细胞分裂
BrDU
BrDU掺入 到新合成 的DNA链
SCE交换
遗传毒理学试验可信性评价
实验方法
灵敏性(%) 特异性(%) 准确性(％)
Ames试验
17/19 (89%) 3/10 (30%) 20/29 (69%)
骨髓细胞染色体畸 18/18 (100%) 2/10 (20%) 20/28 (71%) 变试验或微核试验
USEPA遗传毒性评价试验程序
第一阶段
Ames 试验
体外哺乳动物细 胞基因突变试验
第二阶段
与性腺DNA相互作用的试验
体内骨髓细胞遗传学试验 染色体畸变试验 微核试验
显性致死试验
第三阶段
•特异座位试验 •形态学改变 •生物化学改变
可遗传易位试验
基因突变(gene mutation)：基因中DNA序列的改变，又称为 点突变。
A:腺嘌呤 T:胸腺嘧啶 G:鸟嘌呤 C:胞嘧啶
碱基置换
转换 A G T C 颠换 A or G C or T
同义突变：未改变基因产物氨基酸序列 错义突变：引起产物氨基酸序列改变 无义突变：使蛋白质合成中止
2.1 基因突变
移码突变：从mRNA到蛋白质翻译过程中遗传密码 子读码顺序的突变。
使基因产物发生大的改变，引起明显 的表型效应，常导致致死性突变
2.1 基因突变
大段损伤：DNA序列上有较长的一段序列的重排分 布，也叫DNA重排。
2.2 染色体突变
染色体突变(chromosomal mutation)：染色体结 构的改变，又称为染色体畸变。
机体对突变的修复
直接修复 切除修复
DNA连接酶 嘌呤插入酶 O6甲基鸟嘌呤甲基转移酶 二聚体光解酶 核苷酸切除修复 碱基切除修复 错配碱基修复 复制后修复 呼救性修复
遗传毒性及其评价
外源化学物的遗传毒性及其评价第二军医大学毒理学教研室张天宝基本概念遗传毒理学(genetic toxicology)研究环境因素对机体遗传物质和遗传过程的作用, 阐明遗传毒性对机体健康的后果及其作用机制, 为防止环境因素对遗传物质的损伤、增加生物的遗传负荷，保护生态平衡和人体健康提供科学依据的一门毒理学分支学科。
遗传负荷(genetic load):一个群体由于有害等位基因存在而使适应度下降的现象。
以人群中平均每个个体携带的有害基因的数量来表示。
种瓜得瓜，种豆得豆遗传—生物子代与亲代之间的相似性世界上没有两片完全相同的树叶变异（Variation ）—物种在个体间或各代间性状存在差异1901年发表突变学说《Die Mutations theorie》,报告X线能改变生殖细胞的遗传物质, 首次提出突变(Mutation) 这一术语，并提出生物的进化是因突变产生的理论。
Mutation mutare(to change)荷兰植物生理学家和遗传学家窦佛里斯(de Vries,Hugo 1848—1935)托马斯·亨特·摩尔根(Thomas Hunt Morgan 1866~1945）1909年发现自发突变(在红眼果蝇中发现了白眼果蝇),并把400多种突变基因定位在染色体上被誉为“遗传学之父”1927年，遗传学家缪勒(Müller)发现离子辐射可以造成果蝇的“基因”突变，并且确定了这些突变发生在染色体上，可以遗传给后代。
因此，通常将缪勒的发现作为是突变研究起始的标志H. J. Muller夏洛特奥尔巴契(Charlotte Auerbach)(1899–1994)In 1941 University of Edinburgh geneticist Charlotte Auerbach and her pharmacologist colleague John Michael Robson discovered chemical mutagenesis.Auerbach findings, provided strong evidence that highly toxic chemicals were capable of changing the genetic structure of living organisms.突变研究简史年份事件作者1904 1927 1943 19511966 1969发现X射线可以改变生殖细胞的遗传物质用X射线照射发现可以引起基因突变发现芥子气可诱发基因和染色体畸变用X射线可诱发小鼠突变化学物可诱发小鼠突变成立国际环境诱变剂学会de VriesMullerAverbach&RobsonRussedGuttanach?突变（Mutation）变异（Variation ）=突变(Mutation)—遗传物质可遗传的变异（基因、染色体）突变是一种遗传状态，是可以通过复制而遗传的DNA结构的永久性改变。
第六章环境污染物的特殊毒性及其评价致癌作用
环境污染物的致癌作用
• 生物因素
乙型肝炎病毒—— 肝癌 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
。
人类癌症相关的环境因素
1981年Doll and Peto报告的归因于环境因素的癌死 亡百分比：
通过细胞表型的改变 ，反映各种理化因素的致 癌性.可模拟化学致癌物 在体内致癌的过程，并可 对发生转化的细胞做直接 观察和做各种分析。
细胞转化试验是致癌物检测及癌变机理研究的重要方法
用于长期致癌试验的实验动物
1.啮齿类动物：大鼠或小鼠
1）习性和体内代谢与人接近，对致癌物敏感 2）寿命较短，经济，易于操作 3）生理病理特征了解透彻 4）自发肿瘤发生率资全面等
间接致癌物 羟化酶 代谢活化
引发阶段 促长阶段 进展阶段 （initiation） （promotion）（progression）
• 引发阶段（initiation，启动阶段）
引发阶段是化学物或其活化代谢物（亲电子剂） 与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶段。 历时很短，引发过程是一个突变过程，引发细胞 不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。
终致癌物
化学物质能引起机体损害的性质和能力。
2. 化学致癌物的机制
体细胞突变学说（遗传损伤机制学说） 亲电子剂学说 癌基因学说 癌变多阶段学说 非遗传机制学说
化学致癌是多因素、多基因参与的多阶段过程
2.1 体细胞突变假说
恶性肿瘤的形成，起源于一个体细胞的恶变、增殖形成 肿瘤组织。
理论依据：
致癌物质的致突变性 肿瘤细胞的单克隆性 染色体畸变 原癌基因突变和抑癌基因突变
《动物毒理学》课件：第六章 特殊毒性作用
❖ 1968年，日本上野制药公司合成出AF2 ❖ 高效杀菌的新型硝基类化合物 ❖ 当时称为：划时代食品防腐剂
❖ 通过了大阪大学医学系病理学教研室的急、慢性 毒性试验
❖ 厚生省的批准，商品化，广泛应用了几年 ❖ 1973年的9月，第二次日本环境诱变剂会上，认为
AF2有遗传毒性 ❖ 1974年8月证实了具有致癌性，禁止 ❖ 专家：即使禁止使用10年后，日本人的消化器官
基因突变（1）——碱基置换
❖ 碱基替换：指DNA分子中一个碱基被另 一个不同的碱基所替换。
转换：嘌呤 颠换：嘌呤
嘌呤，嘧啶 嘧啶
嘧啶
1) 同义突变
同义突变 (Synonymous mutation)：由于密码子 具有兼并性，单个碱基置换后密码子所编码的是同 一种氨基酸 ，表型不改变。
亮氨酸
❖ 正常 AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro
事件
作者
发现X射线可以改变生殖细胞的 DeVries 遗传物质
用X射线照射果蝇发现可以引起 Muller 基因突变
发现芥子气可诱发基因和染色体 Averbach &
畸变
Robson
用X射线可诱发小鼠突变
化学物可诱发小鼠突变
Russed
成立国际环境诱变剂学会
Guttanach
例：日本新型食品防腐剂AF2
❖ 同义突变 AGT CAG CAG CAG TTT TTG CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro
2) 错义突变
错义突变 (Missense mutation)：DNA分子中的碱 基置换后，形成新的密码子，从而导致所编码的氨 基酸发生改变，产生活性降低、无活性或无功能的 蛋白质。
❖ 通过了大阪大学医学系病理学教研室的急、慢性 毒性试验
❖ 厚生省的批准，商品化，广泛应用了几年 ❖ 1973年的9月，第二次日本环境诱变剂会上，认为
AF2有遗传毒性 ❖ 1974年8月证实了具有致癌性，禁止 ❖ 专家：即使禁止使用10年后，日本人的消化器官
基因突变（1）——碱基置换
❖ 碱基替换：指DNA分子中一个碱基被另 一个不同的碱基所替换。
转换：嘌呤 颠换：嘌呤
嘌呤，嘧啶 嘧啶
嘧啶
1) 同义突变
同义突变 (Synonymous mutation)：由于密码子 具有兼并性，单个碱基置换后密码子所编码的是同 一种氨基酸 ，表型不改变。
亮氨酸
❖ 正常 AGT CAG CAG CAG TTT TTA CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro
事件
作者
发现X射线可以改变生殖细胞的 DeVries 遗传物质
用X射线照射果蝇发现可以引起 Muller 基因突变
发现芥子气可诱发基因和染色体 Averbach &
畸变
Robson
用X射线可诱发小鼠突变
化学物可诱发小鼠突变
Russed
成立国际环境诱变剂学会
Guttanach
例：日本新型食品防腐剂AF2
❖ 同义突变 AGT CAG CAG CAG TTT TTG CGT AAC CCG … DNA Met Gln Gln Gln Phe Leu Arg Asn Pro
2) 错义突变
错义突变 (Missense mutation)：DNA分子中的碱 基置换后，形成新的密码子，从而导致所编码的氨 基酸发生改变，产生活性降低、无活性或无功能的 蛋白质。
遗传毒性及其评价64页PPT
Thank ou
遗传毒性及其评价
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
遗传毒性及其评价
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
遗传毒性及其评价
03
遗传毒性物质检测与识别
化学分析方法
色谱法
利用物质在固定相和流动相之 间的分配系数不同，实现物质 的分离和检测，如气相色谱法 、液相色谱法等。
质谱法
通过测量离子质荷比来鉴定化 合物结构，具有高灵敏度、高 分辨率和高准确性等优点。
核磁共振法
利用核磁共振现象研究物质的 分子结构和化学性质，提供丰 富的结构信息。
常用的试验系统有小鼠淋巴瘤细胞试验和大鼠肝细胞试验等。
02 03
哺乳动物生殖细胞染色体畸变试验
通过观察化学物质是否诱导哺乳动物生殖细胞染色体结构和数目的改变 来评价其遗传毒性。常用的试验系统有小鼠精子畸形试验和大鼠微核试 验等。
转基因动物模型试验
利用转基因动物模型来评价化学物质的遗传毒性，如转基因小鼠模型可 用于检测化学物质对特定基因的影响。
评估人群对遗传毒性物质的暴露水平，包括暴露 途径、暴露频率和暴露时间等。
风险特征描述
综合分析暴露评估和危害识别的结果，对遗传毒 性物质的风险进行定量或定性描述。
危害识别
识别遗传毒性物质可能对人体造成的危害，如致 癌性、致畸性、致突变性等。
预警机制建立
建立遗传毒性物质的风险预警机制，及时发现潜 在风险并采取相应的风险控制措施。
分析结果
体外试验结果显示该药物具有遗传毒性，但体内试验未观 察到明显遗传毒性表现。综合分析认为，在推荐剂量下使 用该药物，遗传毒性风险较低。
案例三：某食品添加剂安全性评估
添加剂概述
评估方法
采用细菌回复突变试验、哺乳动物细胞基因突变试 验和小鼠精子畸形试验等方法进行评估。
该食品添加剂常用于改善食品口感和色泽。
评估结果
该食品添加剂在多个遗传毒性试验中均未表 现出阳性结果，提示其在推荐使用量下对人 类的遗传毒性风险较低。
遗传毒性及其评价
2020/3/6
(一)碱基损伤 1. 碱基错配 2.平面大分子嵌入DNA链
2020/3/6
3.碱基类似物取代 BrdU( 5-脱氧尿嘧啶核苷)取代T 互变异构 碱基置换 错配（ A:T G:C G:C A:T）
2-AP（2-氨基嘌呤） 取代鸟嘌呤互变异构 碱基置换 错配 (A:T G:C)
错配修复 同源重组 非同源性末端连接
碱基切除修复
核苷酸切除修复
多个核苷 酸的长补 片合成
单个核苷 酸的短补 片添加
全基因 组NER
2020/3/6
转录偶联 性NER
遗传毒性的机制
三、整倍体和非整倍体的形成
对DNA合成和修复有关的酶系统的作用 对纺锤体的毒作用
☺ 与微管蛋白二聚体结合 ☺ 与微管上的巯基结合 ☺ 破坏已组装的微管 ☺ 妨碍中心粒移动
野生型
未发生突 变的基因
2020/3/6
正向突变 回复突变
突变型
基因内存 在突变位点
遗传毒性的类型
染色体结构畸变
由于染色体或染色单体断裂，造成缺失或引起各种 重排，从而出现染色体结构的异常 断裂剂—凡能引起染色体断裂的化学物质
染色体型畸变－两条染色单体均涉及 （DNA复制前损伤） 染色单体型畸变－仅涉及一条染色单体（DNA复制后损伤）
2020/3/6
体
体
和
色
环体染
体丝染丝 点色点
隙 裂 失 片 小 着 状 着 位 位 复入 射
裂 断 缺 断 微 无 环 双 倒 易 重插 辐
遗传毒性的类型
染色体结构畸变
染色体结构畸变
(insertion) (duplication) (translocation) (inversion)
(一)碱基损伤 1. 碱基错配 2.平面大分子嵌入DNA链
2020/3/6
3.碱基类似物取代 BrdU( 5-脱氧尿嘧啶核苷)取代T 互变异构 碱基置换 错配（ A:T G:C G:C A:T）
2-AP（2-氨基嘌呤） 取代鸟嘌呤互变异构 碱基置换 错配 (A:T G:C)
错配修复 同源重组 非同源性末端连接
碱基切除修复
核苷酸切除修复
多个核苷 酸的长补 片合成
单个核苷 酸的短补 片添加
全基因 组NER
2020/3/6
转录偶联 性NER
遗传毒性的机制
三、整倍体和非整倍体的形成
对DNA合成和修复有关的酶系统的作用 对纺锤体的毒作用
☺ 与微管蛋白二聚体结合 ☺ 与微管上的巯基结合 ☺ 破坏已组装的微管 ☺ 妨碍中心粒移动
野生型
未发生突 变的基因
2020/3/6
正向突变 回复突变
突变型
基因内存 在突变位点
遗传毒性的类型
染色体结构畸变
由于染色体或染色单体断裂，造成缺失或引起各种 重排，从而出现染色体结构的异常 断裂剂—凡能引起染色体断裂的化学物质
染色体型畸变－两条染色单体均涉及 （DNA复制前损伤） 染色单体型畸变－仅涉及一条染色单体（DNA复制后损伤）
2020/3/6
体
体
和
色
环体染
体丝染丝 点色点
隙 裂 失 片 小 着 状 着 位 位 复入 射
裂 断 缺 断 微 无 环 双 倒 易 重插 辐
遗传毒性的类型
染色体结构畸变
染色体结构畸变
(insertion) (duplication) (translocation) (inversion)
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2.DNA链结构损伤
(1) 形成嘧啶二聚体 (2) 形成DNA加合物和DNA—蛋白质交联物
3.影响细胞分裂过程 4.对修复酶的影响
激活原癌基因或灭活抑癌基因
致突变因素
原癌基因
化学、物理、生物因素
癌基因 原癌基因点突变 原癌基因扩增 染色体易位与基因重排 原癌基因抑制解除 抑癌基因缺失
抑癌基因
机体对突变的修复
3.1 原核细胞微生物试验(Ames试验)
利用鼠伤寒沙门氏菌组氨酸缺陷型突变株，根据 受试物是否诱发沙门氏菌突变型(his－)回复为野生 型(his＋)的形成菌落的能力，测定受试物。
正向突变
回复突变
野生型his+
突变型his— ±代谢活化系统 (S-9mix)
受试物
Ames试验方法
对照组
沙门氏菌突 变型(his－)
1. 引言
1.3 环境致突变剂 (Environmental Mutagen）
分组 特点
人工合成，仅 在一定条件下应 用的诱变剂
类别
1.药品：抗癌药、抗菌素、麻醉剂和避孕药等 2.农药：杀虫剂、灭鼠剂、除锈剂、除霉剂及其残留物 3.食品添加剂 4.化妆品 5.生物污染 1.工业烷化剂 2.有机溶剂及有机金属化合物 3.水体污染物 4.空气污染物 5.重金属及其化合物 1.生物碱 2.微生物代谢产物 3.食品加工中产生的诱变剂
Franz&Elizabeth
Mü ller Charlotte&Robson Franzoechlkers Rapoport
遗传毒理学(Genetic Toxicology)
化学性和放射性因素的致突变作用和机理、对人
类接触致突变物引起的健康效应和预防措施的科学。
研究内容 1. 潜在的致突变作用
2. 致突变作用机制 3. 建立新的检测方法 4. 评价致突变物对人类健康的威胁
2.化合物的致突变机理
2.1 DNA加合物和交联分子的形成
(1)大加合物
代表物：多环芳烃、生物毒素、黄曲霉毒素B和芳香胺类 后 果：DNA的立体构象发生明显变化，阻断受损部位 DNA的半 保留复制和转录。
苯并(a)芘 (2)小加合物
芳香胺
黄曲霉毒素B
代表物：烷化剂、亚硝基化合物 后 果：对 DNA的构象影响较小，易导致碱基错误配对。 DNA甲基化、乙基化
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基因组突变
DNA链中正常的碱基配对
A:腺嘌呤 T:胸腺嘧啶 C:胞嘧啶 G:鸟嘌呤
2. 遗传损伤的类型
2.1 基因突变
基因突变(gene mutation)：基因中DNA序列的改变，又称为 点突变。
A:腺嘌呤 T:胸腺嘧啶 G:鸟嘌呤 C:胞嘧啶
碱基置换
转换 A G T C
同义突变：未改变基因产物氨基酸序列 错义突变：引起产物氨基酸序列改变 无义突变：使蛋白质合成中止
SCE试验原理示意图
BrDU掺入 到新合成 的DNA链 BrDU掺入 到新合成 的DNA链
第一次 细胞分裂 BrDU
第二次 细胞分裂 BrDU
SCE交换
遗传毒理学试验可信性评价
实验方法 Ames试验 骨髓细胞染色体畸 变试验或微核试验
灵敏性(%) 17/19 (89%) 18/18 (100%)
特异性(%) 3/10 (30%) 2/10 (20%)
准确性(％) 20/29 (69%) 20/28 (71%)
显性致死试验
18/18 (100%)
8/10 (80%)
26/28 (93%)
遗传毒性检测实验组合原则
1. 应包括每一类型的遗传终点。应能检出基因 突变、染色体断裂、重组作用、非整倍体或多倍 体改变。 Ames 试验，微核试验，细菌 DNA 修复试验， SCE 。 2.应包括进化程度不同的物种。 3. 体内外实验配合。体外试验应有体外活化系 统。 4.应包括生殖细胞和体细胞。
经口或腹 腔注射
处死前2-4h 腹腔注射
中期相细胞
骨髓，睾丸细胞
染色体数目 结构
•急性试验 染毒一次 •亚急性试验 连续染毒5天 •慢性实验 连续染毒3个月
染色体畸变
染色体结构异常
裂隙、断裂、缺失、 微小体、着丝点环、无 着丝点环等
数目异常
多倍体或非整倍体
3.4 微核试验
在致突变剂作用下，染色体损伤产生的无着丝点染色体断片 和环，在细胞分列时不能定向移动进入细胞核，残留在细胞质 中。微核的着色和细胞核相同，比正常细胞核小。 本试验可以检测受试物的染色体断裂作用和非整倍体诱变作用。
1. 引言 2. 遗传损伤的类型 3. 污染物致突变作用机理
4. 污染物致突变的不良后果
5. 污染物致突变作用的评价
环境毒理学 实验
小鼠骨髓细胞微核实验
1. 引言 突变(mutation)是一种遗传状态、可以通 过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变。
遗传 1.父、母DNA重组 变异 2.基因突变 3.染色体组成或细胞质变化 突变 诱发突变 自发突变
2.1 DNA加合物和交联分子的形成
(3)DNA-DNA交联：DNA分子上一条链的碱基与互补链上的相应碱基形成
共价连接. 代表物：如亚硝酸、丝裂霉素C、氮和硫的芥子气、各种铂的衍生物 后 果：DNA在复制中不能解链，螺旋局部形成，DNA复制和转录完全 停止，细胞死亡
丝裂霉素C
2.2 碱基类似物在DNA复制时的掺入
代表物：丫啶橙、原黄素等丫啶类染料分子 方 式：以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之 间或DNA双螺旋结构的相邻核苷酸之间
后 果：移码突变
原黄素
丫啶橙
化合物的致突变机理
1.碱基损伤
致突变物改变或破坏碱基的正常结构。 (1)碱基错配 (2)平面大分子嵌入DNA链 (3)碱基类似物取代 (4)碱基化学结构改变或破坏
1. 引言
1.1 环境致突变作用(environmental mutagenesis)
自发突变(spontaneous mutation)：自然条件下发生，概率极 低，生物进化的基础 诱发突变(induced mutation)：人为地或由各种因素诱发产生
物理因素
环境致突变作用
化学因素
生物因素
化学物质及其他环境因素导致生物体遗传机构的改变， 可以导致人类的某些遗传性疾病且与癌症的发生有关
3鼠肝微粒 体酶(S-9)
顶层琼脂培养基 混匀
高剂量
Ames试验标准菌株和敏感性 标准菌株 TA97 移码突变 TA98 移码突变 TA100 碱基置换突变 TA102 碱基置换突变、对醛类、过氧化 物及DNA交链剂比较敏感 脂多糖突变(rfa) 增加细胞壁的通透性 uvrB缺失 DNA损伤后修复力降低 R因子 增高诱变率
碱基类似物：与天然碱基的结构非常相似的外源化合物 后 果：引发碱基替代突变
2.3 DNA分子上碱基的化学修饰
亚硝基引起的氧化脱氨反应
NH2OH的致突变作用
作用机制复杂，不同PH、 NH2OH浓度，产 物不同 烷化剂的致突变作用
硫酸二甲酯、甲基磺酸乙酯、乙基磺酸乙酯、 MNNG
2.4 嵌合剂的致突变作用
2.2 染色体突变
a染色单体断裂
b三辐射体
c.染色体断片
d. 双着丝点染色体 e. 环状染色体 f-g. 无着丝点断片
2.3 基因组突变
基因组突变(genomic mutation)：基因组中染色 体数目的改变，又称为染色体数目畸变。
类型 整倍体 单倍体 二倍体 三倍体 四倍体 非整倍体 单体 三体 四体 双三体 缺体 公式 染色体组
颠换 A or G
C or T
2.1 基因突变
移码突变：从mRNA到蛋白质翻译过程中遗传密码 子读码顺序的突变。
使基因产物发生大的改变，引起明显 的表型效应，常导致致死性突变
2.1 基因突变
大段损伤：DNA序列上有较长的一段序列的重排分 布，也叫DNA重排。
2.2 染色体突变
染色体突变(chromosomal mutation)：染色体结 构的改变，又称为染色体畸变。 断裂剂(clastogen)：能引起染色体畸变的外源化 学物。 染色单体型畸变 染色体型畸变
USEPA遗传毒性评价试验程序
第一阶段
Ames 试验
体外哺乳动物细
体内骨髓细胞遗传学试验 染色体畸变试验
胞基因突变试验
微核试验
第二阶段
与性腺DNA相互作用的试验 显性致死试验
微核试验方法
小鼠
腹腔注射 受试物 24h
骨髓 嗜多染RBC
微核出现率 (1/1000)
外周血淋巴细胞微核试验 细胞培养微核试验 植物细胞 非哺乳类动物细胞
3.5 显性致死试验
染毒后交配时期
雄鼠
连续染毒5天 从染毒第一天起经过 一个精子发育周期
（大鼠60天，小鼠35天）
未交配过的雌鼠同 笼5天
1w 输精管和附睾中 的精子 2w 精子后期
生态毒理学 (Ecotoxicology)
第六章 环境污染物的特殊毒 性及其评价
主讲教师：刘 薇 大连理工大学 环境学院
一般毒性和特殊毒性
一般毒性
特殊毒性
致突变作用 致癌作用
急性毒性 亚慢性毒性
慢性毒性 蓄积毒性 局部毒性
生殖和发育毒性
安全性评价
第一节 环境化学物的致突变性及其评价
3.2 哺乳动物体细胞致突变体外试验 哺乳动物细胞（正向）突变试验
哺乳动物细胞 野生型 哺乳动物细胞 野生型
BrDU
死亡
BrDU 正向突变
受试物
生长 （抗药性）
细胞株： 小鼠淋巴瘤细胞(L5178Y) 中国仓鼠肺细胞(V79) 中国仓鼠卵巢(CHO) 人成纤维细胞或淋巴细胞