第十章 基因组学与系统毒理学
毒理基因组学
毒理基因组学与
1 概述 2 毒理基因组学研究的技术平台 3 毒理基因组学研究内容及其应用 4 从毒理基因组学到系统毒理学
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第一节 概 述
毒理基因组学（toxicogenomics） 研究生物体的整个基因组与环境有害因素间的 交互作用及其方式的一门新兴学科。 基因组： 一套染色体中的完整DNA序列。体细胞含两套染 色体，其中一套DNA序列就是一个基因组。包括 基因和非编码DNA。 环境有害因素： 化学、物理、生物 毒物基因组学
1999年11月10日，1%计划被列入中国国家项目， 由北京华大基因研究中心负责，国家基因组南方 中心、北方中心共同参与，承担1％测序工作。
3号染色体短臂上一个约30Mb区域
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6国人类基因组中心研究比例
❖ 美国：WASH＆MIT等7家研究中心，54％ ❖ 英国：SANGER一家研究中心，33％ ❖ 日本：RIKEN等两家研究中心，7％ ❖ 法国：GENOSCOPE研究中心，2.8％ ❖ 德国：IMB等3家研究中心，2.2％ ❖ 中国：北京华大研究中心、国家南北方基
因研究中心等三家，1％。
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二000年六月二十六日克林顿宣布 人类基因组草图绘制完成
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个人基因图谱
Watson 在人 类历 史 上第一个拥有个人 基因图谱。
1953年,英国克里克 1962年诺贝尔奖 HGP 发 起 人 及 首 席 负 责人
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炎黄一号 2007年，全球20亿黄种人的第一个个人基因序列 图，首个完整的中国人基因组图谱。
生命密码： 个性、欲望、
疾病、精神状况。 遗传缺陷将影响 就业、交友、婚 姻等诸多方面。
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I like your genes
Genetic and educational assortative mating among US adults. Proc Natl Acad Sci USA. 2014 May 19
毒理基因组学与系统毒理学
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（二）基因表达序列分析技术
(serialanalysisofgeneexpression ,SAGE
• 来自cDNA3’特定位置的一段9-11bp长的序列能 够区别基因组中95%的基因。这段基因特异的序 列被称为标签（SAGE tag)
• 目的：获得基因在特定组织中的表达及基因表达 丰度
• 进行鉴定双向凝胶电泳和质谱技术是目前 蛋白质组学研究的核心技术
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三、代谢组学技术平台
• （一）磁共振 • （二）色谱-质谱联用技术
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四、生物信息学 (bioinformatics)
National Center for toxicogenomics， NCT 的主要任务
• 促进基因和蛋白表达技术在毒理学中的 应用；
• 促进人类环境暴露和疾病易感性关系的 研究；
• 确定暴露和毒效应的生物标志； • 推进暴露与生物学反应关系的计算和处
理方法； • 建立毒理基因组学的公用数据库。
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第二节 毒理基因组学研究的技术平台
• 高通量筛选系统 计算机数据处理
获取大规模生物学数据， 对大量信息进行
包括基因组、转录组、 及时而合理的处理
蛋白质组和代谢组
基因表达数据
表达数据
经典毒理学试验资料
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一、基因组学与转录组学技术平台
（一）差异显示反转录PCR技术（DDRT-PCR）
• 缺点
成本较高 需要特殊的信号检测分析系统，玻片 上的微阵列不能重复使用
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（四）RNA干涉（RNA interference, RNAi)技术
卫生毒理学习题库
1.毒理学是研究外源化学物对机体的有害作用。
2.被称为现代毒理学奠基人的是Orfila。
3.生物学标志分为接触生物学标志、效应生物学标志、易感性生物学标志。
4.反应分为量反应、质反应。
5.剂量-反应曲线有S形曲线、直线、抛物线。
6.安全限值有每日容许摄入量、最高容许摄入量、阈限值、参考剂量。
7.生物膜是细胞膜和细胞器膜的总称。
8.化学物通过生物膜的转运方式主要有被动转运、主动转运、膜动转运。
9.外源化学物主要经过简单扩散的方式经生物膜转运。
10.简单扩散的条件是膜两侧存在浓度梯度、外源化学物有脂溶性、外源化学物是非解离状态。
11.外源化学物的脂溶性可用脂-水分配系数来表示。
12.化学物质经皮吸收的限速屏障是表皮的角质层。
13.机体可作为贮存库的组织通常有血浆蛋白质、肝和肾、脂肪组织、骨骼组织。
14.外源化学物生物转化酶所催化的反应一般分为两大类，称为Ⅰ相反应和Ⅱ相反应。
15.排泄的途径通常有经肾脏(尿)排泄、粪便排泄、经肺(呼气)排泄、其他途径排泄。
16.自由基的来源主要是两方面：生物系统、外源化学物的氧化还原代谢。
17.细胞内Ca2+的持续升高可导致以下有害作用能量储备的耗竭、微丝功能障碍、水解酶的活化、ROS和RNS的生成。
18.带两个基团的苯环化合物的毒性是对位＞邻位＞间位，分子对称的＞不对称的。
19.碳原子数相同时，不饱和键增加其毒性增加。
20.化学物水溶性越大，毒性越大。
21.PCBs和二恶英的联合毒性，多呈相加作用。
22.马拉硫磷与苯硫磷的联合毒性，呈协同作用。
23.阿托品治疗有机磷农药中毒时，利用了化学物的拮抗作用。
24.不同的LD50计算方法对动物组数的要求有所不同，一般为4~6组。
大、小鼠等小动物每组数量通常为10只，犬等大动物为6只。
25.急性毒性试验求出LD50(LC50)值，通过LD50(LC50)值进行急性毒性分级和评价。
26.不论我国或国际上急性毒性的分级标准都还存在不少缺点和不足，实际应用中应注意急性毒性试验时，除报告该毒物的LD50值和急性毒性级别外，还应对中毒和死亡特征加以报告。
毒理基因组学
毒理基因组学随着现代科技的发展和深入，人们对基因学的研究也在不断深入和扩大。
其中，毒理基因组学是人们研究基因和人体毒理学相结合的一门新的科学。
在本文中，将会从以下几个方面来探讨什么是毒理基因组学，以及它的意义。
一、什么是毒理基因组学毒理基因组学是通过使用先进的分子技术工具，对基因组数据的分析，以了解基因对毒性的贡献及其机制的科学。
研究人员利用高通量技术系统，如芯片等，探究生物体的基因表达和基因多态性，分析基因活动以及它们如何影响生物体的毒性反应。
这种研究方法可用于测试药物和环境毒理性，以及检测潜在的毒性物质。
二、毒理基因组学的作用和意义1.提高药物的安全性毒理基因组学能在早期阶段评估药物的毒理性，帮助寻找并预测与药物相关的不良反应。
这种方法可以从基因级别上识别新的不良反应。
2.发现环境污染毒理基因组学还可以检测与环境有关的污染物，这对于水、土壤和空气的性质改变等问题具有重要意义。
这种方法可以揭示对人类健康和生态健康产生潜在影响的环境因素。
3.开发与毒理学相关的治疗方法毒理基因组学可以帮助研究人员了解生物体对毒性物质的反应机制，从而发展出新的治疗和预防方法，以应对毒性物质对人体和环境的影响。
4.促进精准医疗毒理基因组学可以根据个体的基因信息获取药物及其剂量的有效性和安全性。
这种方法可以为精准医疗做出贡献。
三、毒理基因组学在实践中的应用毒理基因组学已广泛应用于药物安全性、环境介质污染、基因治疗、食品安全和化学品安全等领域。
其中，药物安全性和环境污染领域是毒理基因组学应用最广泛的应用领域。
通过应用毒理基因组学，研究人员可以了解药物和化学物质对个体产生的影响、寻找新的药物和治疗策略以及制定新的化学品和环境污染监测标准。
综上所述，毒理基因组学是一门新生的科学，它在发现人体机制、识别潜在危险物质和保护生态健康方面发挥着越来越重要的作用。
随着技术的不断发展，毒理基因组学将对人类和环境健康保护做出更大的贡献。
基因组学和系统生物学
基因组学和系统生物学基因组学和系统生物学是当今生物科学领域中关注的热门研究领域。
基因组学研究的是生物体内完整的基因组，即包含所有基因的DNA序列。
而系统生物学则在基因组学的基础上，研究基因组的功能、调控机制以及基因之间的相互作用。
基因组学的发展源于1953年克里克和沃森提出的DNA双螺旋结构模型，为后续研究提供了重要的基础。
人类基因组计划的启动标志着基因组学从理论探索进入了实践阶段。
该计划于1990年启动，旨在确定人类基因组的完整DNA序列。
2003年，该计划宣布成功完成，使得基因组学进入了高通量测序时代。
随着测序技术的飞速发展，研究人员能够以更快、更准确的方式获取各个生物体的基因组信息，促进了基因组学的快速发展。
基因组学的研究范围广泛，涉及对物种的遗传变异、进化历程、功能基因和疾病基因的挖掘等方面。
通过对比不同物种基因组的序列，可以揭示物种之间的亲缘关系以及进化过程。
同时，从基因组中鉴定功能基因和疾病相关基因，有助于了解基因的功能和疾病的遗传机制。
基因组学的发展也推动了系统生物学的兴起。
系统生物学是对生物系统整体进行研究的学科，旨在揭示生物体各个层面的相互关联和调控机制。
基因组学为系统生物学提供了大量宝贵的数据资源，系统生物学则借助数学建模和计算机仿真等技术手段对基因组数据进行整合分析，以便更好地理解生物的复杂性。
一个典型的系统生物学研究过程包括四个主要步骤：收集数据、建立模型、模拟模型以及验证模型。
首先，研究人员通过基因组学技术获取大量的生物数据，如基因表达数据、蛋白质互作网络数据等。
然后，利用数学和计算机方法，研究人员可以建立数学模型来描述和预测生物系统的行为。
接下来，研究人员使用计算机模拟来模拟这些模型，以获得对生物系统的更深入理解。
最后，通过实验验证模型的预测结果，以确保模型的准确性和可靠性。
基因组学和系统生物学的研究为我们深入了解生命的奥秘提供了新的视角。
通过基因组学和系统生物学的研究，我们可以探索基因的功能和调控机制，揭示物种之间的进化关系，了解疾病的遗传机制，为药物研发和个体化医疗提供新的思路。
毒理重点
第一章：绪论1、毒理学三大领域：①描述毒理学（Descriptive toxicology）、知其然利用毒理学的原理及方法，研究外源化学物对机体损害作用，对其毒性进行描述及鉴定主要内容：毒性鉴定（Toxicity Testing）②机制毒理学（Mechanistic toxicology）、知其所以然采用生物化学、细胞生物学、分子生物学、基因组学、蛋白组学、代谢组学等方法手段，在细胞和分子层面上对外源化学物的毒作用机制进行系统研究。
③管理毒理学（Regulatory toxicology）根据描述和机制毒理学研究资料进行科学决策，协助政府部门制订相关法规条例和管理措施并付诸实施，以确保化学物、药品、食品、化妆品、健康相关产品等进入市场后足够安全，达到保护人民群众身心健康的目的在管理毒理学中，有一重要的概念与工作内容，即危险度评定（risk assessment）2、替代法(Alternatives)又称“3R”法:优化(Refinement) 试验方法和技术，减少(Reduction) 受试动物的数量和痛苦，取代(Replacement) 整体动物试验的方法。
3、毒理学发展特点：高度综合到高度分化、整体动物试验到替代试验、从阈剂量到基准剂量、从构效关系到定量构效关系、从传统毒理学到系统毒理学、从危险度评定到危险度管理。
第二章：毒理学基本概念一、基本概念（需理解）：1、毒效应、化学物对机体健康引起的有害作用。
也称为毒作用或毒性作用,可称为不良效应、损伤作用或损害作用。
如致畸、致癌或致死等效应是某些条件下的表现－－－随条件变化而改变2、中毒、是生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。
3、毒效应谱、机体接触外源化学物后可引起多种生物学变化，用毒作用终点表示。
具体表现①机体对外源化学物的负荷增加②意义不明的生理和生化改变③亚临床改变④临床中毒⑤甚至死亡4、选择性毒性、指一种化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其它种类生物无害；或只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其它组织器官不具毒作用。
基因组学与系统生物学
基因组学与系统生物学基因组学是研究生物体基因组的一门学科，而系统生物学则是探究和理解生物系统中各个组成部分之间相互作用的学科。
两者有着密切的关联，共同构成了现代生物科学的重要领域。
本文将从基因组学和系统生物学的定义、研究内容和应用等方面进行论述。
一、基因组学的定义与研究内容基因组学是对生物体中所有基因及其组成的DNA序列进行研究的科学。
它的研究对象包括不同生物种类的基因组，包括人类、动物、植物、微生物等。
基因组学的目标是通过对基因组的研究，深入了解生物体的遗传信息和基因功能。
在基因组学中，研究内容包括基因的发现、基因组的测序和分析、基因的表达调控以及基因演化等方面。
其中，基因的发现是通过不同的方法和技术，如基因克隆和定位、遗传图谱构建等手段，来识别和验证新的基因。
基因组的测序和分析则是利用高通量测序技术，对生物体的基因组进行全面的测序和比较分析，从而揭示基因组的组织结构、功能元件和遗传变异等信息。
基因的表达调控研究则是关注基因在不同生物发育阶段和环境条件下的表达情况及其调节机制，包括转录因子、表观遗传学等方面的研究。
基因演化研究主要关注基因在进化过程中的变异和选择，揭示基因在生物进化中的重要作用。
二、系统生物学的定义与研究内容系统生物学是研究和理解生物系统中各个组成部分之间相互作用的学科。
它致力于揭示生物系统的组织、动力学和功能等方面的特征，通过综合多种数据来源的信息和方法，对系统级别的生物现象进行建模和解释。
系统生物学的研究内容主要包括生物网络的构建与分析、动力学建模与模拟、系统生物学数据的整合与挖掘等方面。
生物网络的构建与分析是指通过生物学实验和计算方法，挖掘和构建生物体内各个分子之间的相互作用关系网络。
动力学建模与模拟则是利用数学模型和计算机模拟，对生物系统中的反应、信号传导和调控过程进行建模和模拟，以预测生物系统的动态性质和行为。
系统生物学数据的整合与挖掘则是将来自不同实验和数据源的信息整合到统一的框架中，通过数据挖掘和分析方法，发现和解释生物系统中的规律和重要特征。
毒理基因组学与系统毒理学
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应用SAGE技术的一个前提条件是GenBank 中必须有足够的某一物种的DNA序列信息， 尤其是表达序列标签的序列资料。
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（三）微阵列分析
微阵列技术（microarry technology）
一种研究有多少基因能相互作用以及一个细胞网如何 同时控制大量基因的新方法。利用机械手精确地将大量 DNA分别点到载玻片上。研究者然后从他们研究的细胞中 提取的DNA标上荧光标记。标记探针能与载玻片上的DNA 互补连接。将载玻片放入扫描仪下，测量每个荧光点的亮度， 亮度反映了特定DNA片段存在的量。
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基本过程：
1. 从一对处于不同发育阶段（或不同基因型） 的细胞群体中分离总mRNA，并用3’-端锚定引物作
反转录合成第一链cDNA; 2.用5’-端随机引物和3’-端锚定引物组成的引物
对，在加入放射性同位素标记的dNTP的条件下， 以第一步反转录产物作模板进行PCR扩增。 3.将扩增样品在变性的DNA测序胶中进行电泳分离；
毒理基因组学与系统毒理学
公共卫生学院预防医学系
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一、概述
(一)基本概念
基因（gene）, 具有遗传效应的DNA片断。 基因组（genome），又称染色体组,指配子中所 包含的染色体或基因的总和
一个物种单倍体的染色体数目，物种全部遗传 信息的总和 基因组学（genomics）： 1986年提出，已经发 展成为遗传学中最重要的分支学科。 • 对物种的所有基因进行定位、作图、测序和功 能分析
20世纪90年代后期得到不断发展，研究组织细胞特定基 因的功能并预测受试物毒性。
目前毒理基因组学： 研究不仅包括基因组水平的效应，
PPT课件-毒理学基础第十章 发育毒性与致畸作用
第二节 发育毒性与致畸性
（三）母体毒性与发育毒性
1. 母体毒性对发育毒性的影响
（1）母体毒性的一般表现 （2）影响胚胎发育的母体因素：遗传、疾病、营养、应激、胎盘毒性
2. 母体毒性与胚胎毒性的关系
（1）具有发育毒性，但无母体毒性 （2）出现发育毒性，也出现母体毒性 （3）具有母体毒性，但不具致畸性 （4）在一定剂量下既无母体毒性也不表现发育毒性
（2）三段生殖毒性试验
Ⅰ段：生育力和早期胚胎发育毒性试验（一般生殖毒性试验） Ⅱ段：胚体-胎体毒性试验（致畸试验） Ⅲ段：出生前后发育毒性试验（围生期发育毒性试验）
（3）三段生殖毒性试验设计原则：各段试验之间不留间隙，给药时间 至少有1天重叠
第四节 发育毒性和致畸作用试验与评价
（一）哺乳动物发育毒性试验
三段生殖毒性试验要点 研究目的 1. 实验动物 3. 给药时间 4. 动物处死与标本制作 5. 主要观察指标 6. 常用统计方法 7. 结果评定
第四节 发育毒性和致畸作用试验与评价
（二）流行病学研究和人类发育毒物的确定
1. 生殖发育流行病学研究的定义 2. 生殖发育流行病学研究的特点 发病率低，需要的样本量大。 3. 发育流行病学研究面临的难题 暴露率低，相对风险小，妊娠失败率高、
3. 胚胎发育早期重编程 基因组印记、X染色体失活、组织分化调节。 4. 宫内重编程与表观遗传相关疾病 肥胖、高血糖、心血管疾病、精神
神经疾病。
第四节 发育毒性和致畸作用试验与评价
第四节 发育毒性和致畸作用试验与评价
发育毒性评价方法
1. 哺乳动物发育毒性试验 2. 流行病学研究和人类发育毒性的确定 3. 发育毒性的初筛和替代试验
影响的危害分类
分子遗传学和毒理学的研究
分子遗传学和毒理学的研究近年来，分子遗传学和毒理学的研究越来越受到人们的关注。
它们是两个相关但又不同的学科，分别从基因和环境影响两个方面来研究生物体的发育、繁殖和健康。
本文旨在探讨这两个学科的研究内容和意义。
一、分子遗传学的研究分子遗传学是研究基因结构、功能以及遗传信息传递机制的学科。
它主要研究基因的组织、表达和调控，包括基因突变和基因治疗等方面。
最近几年，人类基因组计划的实施使分子遗传学得到了很大的发展。
1、基因组学基因组学是研究生物个体的全部基因组结构和功能的学科。
人类基因组计划是基因组学领域中最大的研究计划之一，旨在解析人类基因组的组成和功能，揭示基因和人体健康疾病之间的联系。
该计划的启动标志着基因组学技术已经从传统的酶切位点映射逐渐向全基因组的法则过渡，从而为基于基因组的研究提供了数据和技术支持。
2、遗传变异与疾病基因在碳水化合物代谢、脂质代谢、蛋白质代谢、信号传导、细胞凋亡、免疫调节和药物代谢等生物过程中发挥重要作用。
基因的变异会导致基因或蛋白质表达量的改变或功能的改变，从而影响细胞、组织和器官的正常功能以及机体的代谢过程。
这些遗传变异还会导致许多遗传性疾病的发生，如骨骼肌萎缩侧索硬化症、遗传性失聪、蒙池氏综合征等。
3、基因编辑技术基因编辑技术是研究人工干预基因结构和功能的一项技术，可以通过敲除、插入或修复基因序列来实现特定基因的表达或功能的改变。
通过基因编辑技术，科学家可以研究基因和疾病之间的联系，探索治疗遗传性疾病的新途径。
二、毒理学的研究毒理学是研究环境物质对人体和动物身体功能、代谢、结构和发育等方面的影响，并评估环境物质引起的有害反应、中毒和病理效应的学科。
它可以通过实验室研究、流行病学调查和临床研究等方法来评估环境污染物的危害性和安全性。
1、环境污染物环境污染物是指自然环境或人工活动中释放的化学物质、放射性物质、微生物等物质，这些物质对人类健康和生态环境造成影响。
环境污染物的种类非常多，如有机污染物、无机污染物、放射性污染物等。
毒理基因组学与系统毒理学
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HGP
目的:解码生命、了解生命的起源、了解生 命体生长发育的规律、认识种属之间和个 体之间存在差异的起因、认识疾病产生的 机制以及长寿与衰老等生命现象、为疾病 的诊治提供科学依据 内容：建立物理图谱 建立遗传图谱 DNA序列测定 基因的确定和分析
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后基因组时代（post-genome era）
缺点
成本较高 需要特殊的信号检测分析系统，玻 片上的微阵列不能重复使用
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（四）RNA干涉（RNA interference, RNAi)技术
RNA干涉是近年来发展的一种基因功能研究的方法， 进而从反向角度来阐明基因的功能。 RNAi是指将外源性双链RNA导入细胞后，可产生2123nt长度的小分子干涉RNA，引起与其同源的特异基因 mRNA降解的现象，属于转录后的基因沉默。 单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)指染色体基因组水平上单个核苷酸变异引起的DNA 序列多态性，在人群中发生频率大于1%。
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National Center for toxicogenomics， NCT 的主要任务
促进基因和蛋白表达技术在毒理学中的 应用； 促进人类环境暴露和疾病易感性关系的 研究； 确定暴露和毒效应的生物标志； 推进暴露与生物学反应关系的计算和处 理方法； 建立毒理基因组学的公用数据库。
人类后基因组计划------对基因组生物学功能的研 究和应用 序列（结构）基因组学------功能基因组学
功能基因组学 生物信息学 比较基因组学 结构基因组学 蛋白组学 生物信息学 DNA芯片 基因敲除 药物基因组学 环境基因组学 毒理基因组学
毒理学 系统毒理学1
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(二) 基因表达序列分析
来自cDNA 3’ 端特定位置的 一段9-1lbp序列能区分基因组 中95％基因 ，称为标签(SAGE tag)。通过对cDNA制备SAGE 标签并将这些标签串联起来， 然后对其进行测定，不仅可以 显示各SAGE所代表的基因在 特定组织中是否表达，而且还 可以根据各SAGE标签所出现 的频率作为其所代表的基因表 达丰度的指标。
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(三) 微阵列分析
基因芯片上含有成千上万个寡聚核苷酸片段或 cDNA探针。这些探针按一定顺序以矩阵方式排列 在塑料或玻璃板上。
靶器官或细胞与毒物接触后，将mRNA用同位 素或荧光色素标记后，加入基因芯片。在一个单 个的阵列中加入两种标记样品进行杂交。杂交完 成后，可用图象解析显微镜或激光扫描显微镜进 行探测和分析。根据发生的结合反应的情况，便 可以判断是哪些基因发生了改变。
负责第3号染色体3千万核苷酸的 序列测定工作。
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1994年，中国
吴旻（mín） , 强伯勤, 陈竺，倡导 启动基因研究
最初的经费来源 国家自然科学基金委员会 “863”高科技计划 启动的研究项目 中华民族基因组中若干位点基因结 构的研究------国家自然科学基金重大 项目（强伯勤, 陈竺） 重大疾病相关基因的定位、克隆、 结构与功能研究------ “863”计划
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毒物基因组学基本任务
❖利用人类基因组的资料，帮 助筛选和鉴别潜在的环境毒物， 并在基因组水平上阐明毒作用 发生的机制。
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毒物基因组学研究目标
近期目标 确定有害 因素的反应 基因用于毒 理学和相关 疾病的研究
研究目标
远期目标 建立全基因组/蛋白质 组毒性反应数据库。在 此基础上开辟以芯片技 术和生物信息技术为特 征的数字（digitized toxicology）毒理学。
毒理学大纲
毒理学基础教学大纲预防医学专业用四川大学华西公共卫生学院毒理学教研室20080129一、课程基本信息课程名称（中、英文）：毒理学TOXICOLOGY课程号（代码）：50406350课程类别：专业基础课学时：80学时学分：5分二、教学目的及要求毒理学是从生物医学角度研究化学物质对生物体的损害作用及其机制的科学，是预防医学一门重要的专业基础课程，为预防医学和卫生检验专业学生的必修课。
通过学习这门课，了解毒理学基本内容，掌握毒理学的研究方法与应用。
基本要求：掌握毒理学的基本概念、基本理论和基本实验技能。
了解外来化学物在体内的运转和代谢，化学物的中毒机制。
基本掌握毒物的一般毒性，致畸性和致癌性的实验方法和评价。
三、教学内容（一）、主要内容：下划双线示应掌握内容，下划单线示熟悉内容；句尾的“*”示教学难点，其它部分应有所了解。
第一章绪论毒理学(toxicology)的定义。
毒理学的三个主要研究领域：描述毒理学（descriptive toxicology）、机制毒理学(mechanistic toxicology)和管理毒理学(regulatory toxicology)；毒理学研究内容、方法、任务和在医学科学中的地位。
毒理学发展史及毒理学展望。
第二章毒理学基本概念第一节毒物（toxicant）以及外来化学物（xenobiotics）的概念；毒性(toxicity)及其分级。
损害作用（adverse effect）与非损害作用（non- adverse effect）*。
第二节毒效应谱(spectrum of toxic effects)，靶器官(target organ)，毒作用(toxic effect)及分类，选择性毒性，高危人群。
生物学标志（biomarker）概念，暴露生物学标志物，效应生物学标志物，易感生物学标志物，毒理学意义。
第三节剂量（dose）的概念。
剂量和暴露特征，效应、反应（response）、剂量-量反应关系(graded dose-response relationship)和剂量-质反应关系(quantal dose-response relationship) *；常见的剂量-反应关系曲线形式类型，S型曲线*、剂量－反应关系的应用及其毒理学意义。
系统毒理学及其应用
系统毒理学及其应用王先良;徐顺清【期刊名称】《生态毒理学报》【年(卷),期】2006(001)004【摘要】系统毒理学是近5年来发展起来的一门新兴学科,代表着后基因组时代毒理学发展的新方向.所谓系统毒理学是指通过了解机体暴露后在不同剂量、不同时点的基因表达谱、蛋白质谱和代谢物谱的改变以及传统毒理学的研究参数,借助生物信息学和计算毒理学技术对其进行整合,从而系统地研究外源性化学物和环境应激等与机体相互作用的一门学科.系统毒理学有望在阐明毒物对机体损伤分子机制、分子生物标志物和危险度评价等方面取得突破.在总结国内外相关研究的基础上,综述了系统毒理学的诞生背景、研究策略、研究技术及其主要应用.尽管还有不足之处,但可以肯定系统毒理学的发展和应用将会对人类的环境与健康研究产生极大的推动作用.【总页数】6页(P289-294)【作者】王先良;徐顺清【作者单位】华中科技大学同济医学院公共卫生学院,环境与健康教育部重点实验室,武汉,430030;中国环境科学研究院环境安全研究中心,环境污染与健康研究实验室,北京,100012;华中科技大学同济医学院公共卫生学院,环境与健康教育部重点实验室,武汉,430030【正文语种】中文【中图分类】R99;X18【相关文献】1.细胞技术在食品毒理学毒性快速细胞技术在食品毒理学毒性快速筛选方面的应用研究 [J], 黄玉艾;王菲;卢静2.毒理学领域的新思维:功能基因组学在毒理学中的应用 [J], 姜允申3.环境毒理学和生态毒理学在环境风险评价中的应用 [J], 彭小武;陈勇;杨永虎4.量子毒理学在药理学和毒理学上的潜在发展与应用 [J], 姜允申; 莫宝庆5.毒理学发展的新方向——系统毒理学 [J], 王先良;于云江;王红梅;赵秀阁因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
毒理基因组学ppt课件
毒理基因组学与 系统毒理学
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Contents
1 概述 2 毒理基因组学研究的技术平台 3 毒理基因组学研究内容及其应用 4 从毒理基因组学到系统毒理学
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第一节 概 述
毒理基因组学（toxicogenomics） 研究生物体的整个基因组与环境有害因素间的 交互作用及其方式的一门新兴学科。
基因组： 一套染色体中的完整DNA序列。体细胞含两套染 色体，其中一套DNA序列就是一个基因组。包括 基因和非编码DNA。
20世纪末，大规模基因组测序技术，生物信息学
2000年，西班牙科学家，20多种细菌和古细菌 都带有结构组成相当类似的CRISPR序列
？CRISPR序列应该是有生物学功能的
2005年，搜集了60多种细菌4500段CRISPR序列， 88段在不同物种重复出现，其中47个序列和噬 菌体基因组序列高度一致！
用基因图谱看病 基因检测预防隐患
基因药物治病 基因治疗疾病
2、操纵生命 优生优育 延长寿命 选择最佳生活环境
3、进行精确的个体鉴定
基因身份证
生物考古
4、巨大商机
生物制药
器官培植
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基因治疗疾病
单基因遗传病： 霍金 渐冻人 林肯 马凡综合征 维多利亚 血友病 梵高 遗传代谢病
基因编辑
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HGP与曼哈顿原子弹计划、阿波罗计划并称为三 大科学计划。
阿波罗登月计划 人类基因组计划 曼哈顿原子计划
5
HGP目的
解码生命，了解生命 的起源、生命体生长 发育的规律，认识种 属之间和个体之间存 在差异的起因，认识 疾病产生的机制，以 及长寿与衰老等生命 现象，为疾病的诊治 提供科学依据。
6
HGP任务
《毒理学基础》第10章 毒理基因组学 ppt课件
三、结构基因组学
（一） 概念和目的 （二） 基因图谱 （三） 结构基因组学研究常用方法
（一）结构基因组学***
以全基因组测序为目标的基因结构研究弄清基 因组中全部基因的位置和结构，为基因功能的 研究奠定基础。
➢ 基因定位 ➢ 基因组图谱绘制 ➢ 测定核苷酸序列
结构基因组学 （structural genomics）
Nucleoid类核 核糖体
质粒plasmid
鞭毛
大肠杆菌细胞结构
▪ 大肠杆菌染色体DNA
OriC
0
4000K
bp 大肠杆菌 1000K
3000K
2000K
TerC
由一条环状双链DNA分子组成， 通常只有一个DNA复制起点。
▪ 质粒DNA
四环素抵抗
质粒是存在于细菌染色体外的，具有自主复 制能力的环状双链DNA分子；大小为几kb。
基因组（genome），又称染色体组 一个物种单倍体的染色体数目，物种全部遗传 信息的总和。 泛指一个有生命体、病毒或细胞器的全部遗传 物质；在真核生物，基因组是指一套染色体 （单倍体）DNA。
1. 病毒基因组
DNA病毒 多数为双链(ds)、环状或线性 RNA病毒 多数为单链(ss)、线性
▪ 单链环状DNA病毒
* 新的孢子立刻重新入侵红细胞，再次逃过免疫 系统的攻击。且以血红蛋白为食，继续繁殖；
* 两天后又可再次破坏红细胞，产生更多的孢子 入侵其它红细胞……不久，2/3的红细胞都会被 疟原虫侵袭。
* 疟原虫在血液里这种周期性的繁殖过程，而导 致病人三天两头地发高烧、打寒战。
•人肝细胞内间日疟原虫 （Plasmodium vivax） •细胞前期成熟裂殖体疟原 虫是疟疾的病原体，分布区 几乎遍及全球。
公共卫生及预防医学类笔试大纲
公共卫生与预防医学类笔试大纲一、流行病学1．流行病学概念、常见流行病学分支、研究方式与策略。
2．疾病散布；疾病频率的测量指标；疾病的人群散布、地域散布、时刻散布的内容。
3．流行病学研究的类型；常见方式的适用范围、组织实施、优缺点与注意事项；关键指标的计算方式、常见偏倚与操纵。
4．流行病学病因和常见的病因模式；流行病学病因研究进程和方式；因果推断方式和准那么。
5．疾病监测的概念、种类和用途；疾病监测的内容和设计；监测系统的评判；主动监测与被动监测的区别。
6．暴发及其调查；流行曲线。
7．公共卫生；传染病预防操纵方法；疾病三级预防。
8．免疫计划的大体概念、监测与评判；我国免疫预防接种的实施；疫苗相关疾病流行病学概况；我国要紧疾病免疫预防进展；WHO对免疫预防策略；全世界要紧疾病免疫预防进展。
9．艾滋病预防与操纵，我国艾滋病监测系统、要紧防控策略、流行病学概况；艾滋病发病和行为因素监测系统及其运行。
10．常见传染病、寄生虫病、慢性非传染病流行病学的特点、调查要点与预防操纵方法。
二、急性传染病的预防与操纵1．传染病报告治理传染病报告的责任人与义务报告人；法定传染病的种类与报告时限；突发公共卫生事件的概念与分类。
医疗机构和疾控机构的传染病报告治理制度；传染病防治法相关内容。
2．传染病的预防操纵传染病的预防和操纵策略；流行进程的概念、三个大体环节及其阻碍因素；要紧预防操纵方法；疾病监测的大体理论和技术方式；预防接种的概念与分类，我国的免疫计划程序，不良反映的报告与处置；常见传染病的诊断、疫情的调查与处置。
三、卫生统计学1．统计学大体概念，定量资料与定性资料的统计描述；经常使用概率散布的种类、指标计算与意义；参数估量基础。
2．假设查验的概念与原理、常见方式及其适用范围。
3．常见统计分析的大体原理与方式。
4．科研设计的种类、原理与优缺点。
5．分析流行病学研究的种类、概念与适用范围；统计指标的计算，统计结果的说明。
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10Gy γ照射后 AHH-1细胞与对照组细胞基因表达芯片结果的散点图比较 照射后 细胞与对照组细胞基因表达芯片结果的散点图比较
(四)RNA干涉(RNAinterference，RNAi)技术 RNA干涉是近年来发展的一种基因功能研究的方法，能快 速有效地沉寂靶基因的表达，进而从反向角度来阐明基因的 功能。RNAi是指将外源性双链RNA(double-stranded RNA， dsRNA)导人细胞后，可产生21～23nt长度的小分子干涉 RNA(small interference RNA，siRNA)，引起与其序列同源 的特异基因mRNA降解的现象，属于转录后的基因沉默 (post-transcriptional gene silencing，PTGS)。 在哺乳动物细胞中进行RNAi实验包括5个步骤：选取目的 基因；设计相应的siRNA序列；制备siRNA；siRNA转染哺 乳动物细胞；RNAi效果分析。其中，靶siRNA序列选择是 RNAi实验成败的关键。
第十章 毒理基因组学与系统毒理学
湘南学院预防检验系 邓 暑 芳 Nhomakorabea第一节 概
述
毒理基因组学(toxicogenomics)是研究生物体的整个基因组 如何对环境有害因素发生反应的一门新兴学科。 毒理学研究涉及的环境有害因素包括化学因素(化学物、混 合化学物等)、物理因素(电离与非电离辐射、噪声、异常气 温等)和生物因素(细菌、病毒等)。 研究基因组如何对化学毒物发生反应的学科称为毒理基因组 学。 随着人类基因组计划(HGP)的顺利进行，生物医学研究已进 入后基因组时代(post-genome era)。基因组学的研究发生了 深刻的变化，已从结构基因组学(structural genomics)过渡 到功能基因组学(functional genomics)。
第二节 毒理基因组学研究的技术平台
一、基因组学与转录组学技术平台 (一)差异显示反转录PCR技术 差异显示反转录PCR(DDRT-PCR)技术是以分子生物学上应 用最广泛的两种技术-PCR和聚丙烯酰胺凝胶电泳为基础。 其基本原理是：以1对细胞(或组织)的总RNA反转录而成的 cDNA为模板，利用PCR的高效扩增，通过5’端和3’端引物 的合理设计和组合，将细胞(或组织)中表达的约15000种基 因片段直接显示在DNA测序胶上，从而找出1对细胞(或组织) 中表达有差异的cDNA片断。 优点：DDRT-PCR具有周期短，功能多，灵敏度高，所需 RNA量少和重复性高等。 缺点：DDRT-PCR技术假阳性率高、凝胶中单条cDNA带成 分不均一、一些低拷贝数mRNA不能有效呈现等。
毒理基因组学的研究目标包括近期目标和远期目标。 近期目标是确定某种有害因素的反应基因(信号基因) 用于毒理学和相关疾病的研究； 远期目标则是建立全基因组与蛋白质组毒性反应知 识库，并在此基础上开辟以芯片技术和生物信息技 术为特征的数字毒理学(digitized toxicology) 毒理基因组学的建立，为从传统的遗传毒性检测方 法到基因集群检测方法的转变提供了可能，同时将 显著提高遗传损伤的检测水平和降低检测的阈值。
基因表达的测定，是先将受试动物染毒，其靶器官或 细胞与毒物接触后，发生反应或被活化的基因会产生 mRNA。然后将这些mRNA用核素或荧光色素标记后， 加入基因芯片。在一个单个的阵列中加入两种标记样 品进行杂交。杂交完成后，可用图像解析显微镜或激 光扫描显微镜进行探测和分析。根据发生的结合反应 的情况，便可以判断是哪些基因发生了改变。 通常采用发红色荧光的Cy3和发绿色荧光的Cy5荧光 色素，分别标记实验和对照样品中的RNAs。由于荧 光的强度和RNAs的含量间有一定的相关关系，可通 过两种荧光的相对强度变化来确定实验组样品中DNA 表达的差异。如果再与实时PCR相结合，就可得到特 定基因的定量表达信息，发现新的致病基因或疾病相 关基因等多个研究领域。
二者的优点是可以同时对大量基因，甚至整个基因组的 基因的表达进行对比分析。每一次测试结果，都可能得 到一系列显著性差异表达的基因。采用图像分析的方法， 可以确定哪些基因的改变与染毒处理有关，并具有剂量 依赖性或时间相关性。然后，通过文献发掘、数据库比 对和生物模型分析，可将生物体的适应性反应和毒性效 应加以区别，从而在基因表达的水平上，提供新的生物 学终点。 cDNA微阵列技术的主要优点是灵敏度高，mRNA丰 度低至10万分之一仍能被检测出。可同时采用几种不同 颜色的荧光染料标记探针，这样在同一张阵列膜上进行 一次杂交实验就可分析不同样品间基因表达的差异。 但是cDNA微阵列的主要不足是成本较高，需要特殊的 信号检测分析系统，玻片上的微阵列不能重复使用等。
(三)微阵列分析 DNA微阵列(microarray assay)或DNA芯片(DNA chip)技术，是近年来发展起来的新的分子生物学研 究工具。研究所使用的基本硬件，是基因微阵列或 基因芯片，其上含有成千上万个寡聚核苷酸片段或 cDNA探针(cDNA、EST或基因特异的寡核苷酸)。 这些探针按一定顺序以矩阵方式排列在载玻片大小 的塑料或玻璃板上，在lcm2的面积上可有1万～10 万个不同的排列，并可有多个拷贝，其敏感性可达 1～5个拷贝mRNA/细胞。
基因表达序列分析(serial analysis of gene expression，SAGE)技术的主要理论依据是：来自 cDNA 3’端特定位置的一段9～11bp长的序列能够区 分基因组中95％的基因。这一段基因特异的序列被 称为标签(SAGEtag)。通过对cDNA制备SAGE标签 并将这些标签串联起来，然后对其进行测定，不仅 可以显示各SAGE所代表的基因在特定组织中是否 表达，而且还可以根据各SAGE标签所出现的频率 作为其所代表的基因表达丰度的指标。 应用SAGE技术的一个前提条件是GenBank中必须 有足够的某一物种的DNA序列信息，尤其是表达序 列标签(expressed sequence tag，EST)的序列资 料。
毒理基因组学的概念：最初的定义，是将基因组 学的理论和技术应用于毒理学，研究组织细胞特 定基因的功能并预测受试物毒性的学科。 目前：毒理基因组学研究不仅包括基因组水平的 效应，也包括基因的RNA表达(转录组学)、蛋白 产物表达(蛋白质组学)、代谢谱改变(代谢组学)、 遗传多态性以及生物信息学等相关领域的内容。 毒理基因组学的基本任务：利用人类基因组的资 料，帮助筛选和鉴别潜在的环境毒物，并在基因 组水平上阐明毒作用发生的机制。
2Gy γ射线照射 射线照射AHH-1细胞后和对照组细胞基因表达的芯片杂交图谱 射线照射 细胞后和对照组细胞基因表达的芯片杂交图谱
图1-3 照射后 AHH-1细胞与对照组细胞基因表达芯片结果的散点图比较 细胞与对照组细胞基因表达芯片结果的散点图比较
10Gy γ射线照射 射线照射AHH-1细胞后和对照组细胞基因表达的芯片杂交图谱 射线照射 细胞后和对照组细胞基因表达的芯片杂交图谱
微阵列技术的应用可增加对化学物毒作用的 检测效率和敏感性，其水平可与Northern分 析相似，且数据的变异范围小于动物之间的 个体差异。理论上，该项技术将有可能检测 一种特定的化学物对全部人类基因组的效应。 而且微阵列的方法就像流水线作业，可同时 对多个化学物的多基因效应进行检测。
主要的国际性合作性机构： 国际生命科学研究院(ILSI)基因组学委员会于1999年成立 了第一个合作研究机构，对肝脏毒物、肾脏毒物和遗传毒 物进行了国际合作研究。 美国环境卫生科学研究所(NIEHS)于2000年建立了一个国 家毒理基因组学中心(National Center for Toxicogenomics， NCT)，主要任务有： ①促进基因和蛋白表达技术在毒理学中的应用； ②促进人类环境暴露和疾病易感性关系的研究； ③确定暴露和毒效应的生物标志； ④推进暴露与生物学反应关系的计算和处理方法； ⑤建立毒理基因组学的公用数据库。2003年，又成立了代 谢组学技术合作组织。
(五)单核苷酸多态性检测 单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms， SNPs)是指染色体基因组水平上单个核苷酸变异引起的 DNA序列多态性，在人群中发生频率大于1％。SNPs有 单碱基的转换、颠换、插入、缺失等形式。 在基因组中搜索SNPs的最普遍方法是将已定位的序列标 签位点(sequence tagged sites，STS)和表达序列标签 (expressed sequence tags，EST)进行测序。 另外，DNA芯片技术的应用使得大规模发现和识别SNPs 的工作成为可能。 由于基因组非常庞大，在整个基因组的范围内检测所有 的SNPs并确定其功能在实际上非常困难。只通过检测其 中少数几个标志性的SNPs，识别出不同的单倍型，有助 于判断个体对化学物中毒易感性的差异。