化学毒物的致突变作用
Ames实验解析
化学毒物致突变作用的后果
观察化学毒物致突变作用的基本方法
------致突变试验
遗传学终点(genetic endpoint)： 在致突变试验中观察到的现象所反映的各种 事件的统称。
一、观察项目的选择
1.观察效应终点的类型：
(1)DNA完整性改变
(2)DNA重排或交换 (3)DNA碱基序列改变（基因突变） (4)染色体完整性改变（染色体畸变） (5)染色体分离改变（非整倍体和多倍体）
❑非整倍体(aneuploid)
❑多倍体(polyloid)
❑非整倍体(aneuploid)
含义：指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 类型：缺体(2n-2)、单体(2n-1)、 三体(2n+1)、四体(2n+2) 后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
❖致突变物(mutagen)：凡能引起生物体遗传物质 发生改变的化学物质或任何环境因子，又称诱变 剂。 ❖遗传毒物(genotoxic agent)：由于致突变物能损 伤遗传物质，因此致突变物又称为遗传毒物。
化学毒物致突变的类型
染色体改变
基因突变
碱 基 置 换
移 码 突 变
染 色 体 结 构 畸 变
突变依其发生的方式分为：
1.自发突变 (spontaneous mutation) 2. 诱发突变 (induced mutation)
➢自发突变 (spontaneous mutation)
❖概念：是由于普遍存在的未知因素作用 下，在自然条件下发生的突变。 ❖特点：发生过程长、频率很低，与物种 进化有关。
例如： 21-三体综合征(Down氏综合征、先天愚型）
❑多倍体(polyloid)
第二节外源化学物毒作用的分子机理
1.生殖细胞突变
致死性突变（显性与隐性致死）
（妊娠最初3个月自然流产中有60%有染色体畸变 ）
非致死性突变（显性与隐性遗传）
遗传病发病率 增加、新病种
增加基因库的 遗传负荷
2.体细胞突变
其它：
衰老 心脑血管疾病 ……
肿瘤
癌基因的活 化与抑癌基
因失活
机体对致突变作用的影响
DNA损伤的修复 遗传因素
机理 以DNA为靶的损伤：
基因突变 染色体畸变 不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变
1.基因突变
mutated type wild type
碱基置换（base substitution）
错误配对的碱基在下一次DNA复制时 按正常规律配对，于是原来的碱基 对被错误碱基对所置换。
突变的后果
Down（唐氏）综合征患者
化学毒物致突变作用的机 制及后果
1. 突变的DNA变化
碱 基 损 伤
碱基错配 平面大分子嵌入DNA链 碱基类似物取代 碱基的化学结构改变或破坏
DNA链受损
二聚体形成 DNA加合物形成 DNA蛋白交联物形成
2. 突变细胞分裂过程改变 3. 其它：损伤DNA合成和修复有关的酶系统
例1：碱基错配--烷化剂
1、烷化剂是目前应用最广泛而有效的诱变剂。 2、最常用的有甲基磺酸乙酯(EMS)、甲基磺酸甲酯(MMS)、 亚硝酸胍等。 3、机制：带有一个或多个活泼的烷基，这些烷基能够移到 其他电子密度较高的分子中去，使碱基许多位置上增加 烷基，多方面改变氢键的结合能力。
（烷化作用可使DNA的碱基容易受到水解而从DNA上裂解下来， 造成碱基的缺失，从而引起碱基的转换与颠换及移码突变。）
T G CAT
毒理学名词解释
毒物：是指在较低的剂量下可导致生物体损伤的物质增毒：外源化学物在体内经生物转化为终毒物的过程称为增毒。
解毒：消除终毒物或阻止终毒物生成的生物转化过程称为解毒。
治疗指数：是指半数致死量与半数有效量的比值,表示为TI=LD50/ED50。
因此一般说,治疗指数大者,药物的安全度就大,反之则小。
生物转化：是指化学毒物在细胞内发生一系列化学结构和理化性质改变而转化为新的衍生物的过程。
即代谢。
终毒物：指直接与内源靶分子反应或引起机体生物学微环境改变、导致机体结构和功能紊乱、表现毒物毒性作用的化学物。
细胞应激：指细胞处于不利环境和遇到有害刺激时所产生的防御或适应性反应。
氧化应激：是指由于氧自由基过量生成而导致细胞内抗氧化防御系统受损，导致氧自由基及其相关代谢产物过量聚集，从而对细胞产生多种毒性作用的病理状态。
急性毒性：是指实验动物在一次接触或24小时内多次接触一定剂量的某种外源化学物短期内所产生的健康损害作用和致死效应。
突变：遗传物质本身的变化及引起的变异，一般指基因的变化。
致突变作用：广义概念是外来因素特别是化学物引起细胞核遗传物质发生改变的能力，且该改变可随同细胞分裂过程而传递。
致突变物：能够引起突变的物质。
基因突变：是基因中DNA序列的变化。
基因突变可分为碱基置换和移码突变。
AP位点：丧失碱基的DNA留下一个无嘌呤或无嘧啶的位点微核：与染色体损伤有关，是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，比主核小，故称微核。
促癌剂：本身不致癌但对致癌物有促进作用。
促癌剂单独用时不致癌，却可使启动的突变细胞克隆扩增，促进肿瘤的发展。
胚胎毒性：对孕体器官形成期结束以后的有害影响叫胎体毒性或胎儿毒性，在实验动物发育毒性试验中，往往笼统地称为胚胎毒性。
发育毒性：指出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响。
第七章外源化学物致突变作用(共56张PPT)
2. 常用菌株：鼠伤寒沙门菌组氨酸缺陷型突变株为指示微生物。 目前推荐使用
TA100 TA102
特点：它主要含有混合功能氧化酶(MFO)，是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统。
第四节
机体对致突变作用的影响
对标准致突变实验组合的结果进一步研究时，可以 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
有些中药能够抗突变作用，而其他一些则具有诱导突变的作用，如抗肿瘤药山慈菇能诱导小鼠骨髓嗜多染红细胞微核率增加；
过程。
碱基切除修复是细胞对碱基氧化损伤的主 要防御系统。
（三）核苷酸切除修复
使细胞具有从DNA上移除较大损伤。
所有生物体最常见的修复机制。基本可以修复所有种
类的DNA损伤。 过程：内切酶， ①损伤识别；②损伤两侧切除
损伤链；③切除寡聚核苷酸；④修复合成填补产 生的缺口；⑤DNA连接酶封闭，恢复原有DNA序列。
骨髓细胞微核试验的不足
某些化ห้องสมุดไป่ตู้物在骨髓难以达到有效浓度。
骨髓中的SCE是动态平衡，其不断成熟为红细胞
，红细胞又衰老死亡。 化学物毒物主要在肝脏活化，其活化中间产物可
能在到达骨髓之前消失。
仅观察体细胞其结果外推其他组织应慎重。
微核实验进展
体外微核试验：中国仓鼠肺细胞/中国仓鼠卵巢细胞/中国仓
检测化学物的致突变性的目的：
3、谷胱甘肽硫转移酶 缺点：S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
鉴定生殖细胞和体细胞的致突变物； －基因突变和染色体畸变的检测可直接反映外源化学物的致突变性，是评价化学物致突变性唯一可靠的方法。
第七章外源化学物致突变作用详解演示文稿
第二十七页，共100页。
染色体插入和重复示意图
染色体的臂间倒位
第二十八页，共100页。
染色体相互易位示意图
第二十九页，共100页。
三、非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid) 细胞的染色体数目不同于正常的染 色体数目。 或称为基因组突变（genomic mutation) 即基 因组中染色体数目的改变 • 染色体数目异常以二倍体细胞为标准进行命 名。 • 非整倍体指增加或减少一条或几条染色体； • 多倍体指以染色体组为单位的增加。
变作用。这项研究结果不但有助于研究基因的本 质和基因如何控制代谢作用及个体发育，有利于 通过突变基因进行染色体结构分析研究，而且在 诱变育种发展农业生产方面也有重要意义。
1946年获诺贝尔
生理学医学奖。
第五页，共100页。
突变作用的研究史
20世纪50年代，Watson 和Crick阐明了DNA的结构，为研 究突变机理开辟了一条新的途径。
指染色体结构改变，它是指遗传物质大的改变。一般可用 光学显微镜检查适当有丝分裂中期的染色体来发现。分染 色单体型畸变和染色体型畸变。
结构异常:缺失 (deletion)
重复 (duplication) 倒位 (inversion)
易位 (translocation)
第二十六页，共100页。
染色体缺失及环状染色体的形成图
产生原因：基因重组、基因突变、染色体成分 改变、细胞质变化。
• 突变（Mutation）遗传物质自身发生改变 及其引起的变异。分为自发突变和诱发突 变
第九页，共100页。
• 遗传毒理学 (genetic toxicology) 属毒理学下属三级学科,是研究化学性和 放射性物质对机体遗传物质的损害作用 （致突变作用）及可能引起的健康效应。
第七章__化学毒物致突变作用(1)
能引起妊娠的人或试验动物产生畸胎的外源化学物称为致畸 物。它通过胎盘直接作用于发育的胚胎和胎儿而产生后果。通过
动物试验和体外致畸试验方法，可检测外源化学物能否引起胚胎
毒性或后代畸形。
第一节
一、基本概念
概
述
生物在世代繁衍中存在着遗传与变异，它是普遍存在于生物界
的生命现象。在亲子之间或子代个体之间出现不同程度的差异，这
而涉及两条染色单体，称为染色体型畸变(chromosome-type
aberration)。
染色体结构异常的类型：
(1)缺失(deletion)：染色体上丢失了一个片段。
(2)重复(duplication)：在一套染色体里，一个染色体片段出现 不止一次。 (3)倒位(inversion)：一个染色体片段被颠倒了，如颠倒的片段 包括着丝点，称为臂间倒位(pericentric inversion)；如不包 括着丝点则称为臂内倒位(paracentric inversion)。
酸，形成双螺旋结构。基因
(gene)是DNA分子中最小的完整功能单位基因的基本作用在于决 定蛋白质的一级结构，即每个基因决定一条多肽链或者说一个基 因决定一种酶。基因是生物遗传信息的携带者，细胞或生物体的 一套完整单体的遗传物质称基因组(genome)。 2.染色质与染色体 在间期细胞的细胞核中，通过光镜可见一种能被碱性染料着 色的物质，即染色质(chromatin)。它由DNA、组蛋白、非组蛋白 及少量的RNA组成，形似串珠状的复合体。
每个子细胞各具有与亲代细胞完全相同的染色体。
减数分裂(meiosis)指通过两个细胞周期使染色体数目减少一
半的细胞分裂方式。它是一种特殊的有丝分裂。其细胞核分裂两
次，而染色体只复制一次，经过分裂后染色体数目减少一半，变 成单倍体(haploid)。
毒理学复习
第一章绪论1.毒理学（toxicology）：研究所有外源因素（如化学、物理和生物因素）对生物系统的损害作用、生物学机制、安全性评价与危险性分析的科学。
2.毒理学三个研究领域①描述毒理学（Descriptive toxicology）：直接研究的是毒性鉴定（毒性实验），以期为安全性评价和危险度管理提供信息；还可为化学物的毒作用机制研究提供重要线索。
②机制毒理学（Mechanistic toxicology）：研究化学物质对生物机体产生毒性作用的细胞、生化和分子机制。
③管理毒理学（Regulatory toxicology）3.替代法（alternatives）：又称“3R”法，即优化（refinement）试验方法和技术，减少（reduction）受试动物的数量和痛苦，取代（replacement）整体动物实验的方法。
4.毒理学研究方法：体内试验（特殊毒性试验）、体外试验（游离器官、细胞或细胞器）、人体观察（临床毒理学研究、志愿者研究—低浓度、短时间、可逆性）、流行病学研究。
第二章毒理学基本概念1.★毒物（toxicant / poison）：是指在一定条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时的或永久性的病理改变，甚至危及生命的化学物质。
2.毒性（toxicity）：是指化学物引起有害作用的固有能力。
毒性是物质一种内在的，不变的性质，取决于物质的化学结构。
毒效应：化学物对机体健康引起的有害作用。
毒性和毒效应区别：毒性是化学物固有的生物学性质，我们不能改变化学物的毒性，而毒效应是化学物毒性在某些条件下引起机体健康有害作用的表现，改变条件就可能影响毒效应。
3.★影响化学物毒效应的因素①剂量：任何化学物只要到达一定的剂量，在一定条件下都可能对机体产生有害作用。
②接触途径：同一种化学物质经由不同途径与机体接触时，其吸收系数不同。
静脉、口、皮肤、呼吸道。
③接触期限、吸收速率和频率：急性（一次或24 h内多次）、亚急性（小于或等于1个月）；亚慢性（3个月左右）；慢性（大于6个月）。
食品毒理学）
⾷品毒理学）绪论⾷品毒理学（food toxicology）：是研究⾷品中外源化学物的性质、来源与形成，它们的不良作⽤与可能的有益作⽤及其机制，并确定这些物质的安全限量和评定⾷品的安全性的科学。
外源性化学物(xenobiotics)在⼈类⽣活的外界环境中存在，可能与机体接触并进⼊机体，在体内呈现⼀定⽣物学作⽤的⼀些化学物质，⼜称为“外源⽣物活性物质”。
瑞⼠⼈Paracelsus奠定了毒理学的基础。
提出剂量的概念。
第⼀章⾷品毒理学的基本概念毒物：在⼀定条件下，以较⼩剂量进⼊机体即能够对机体产⽣损害作⽤或使机体出现异常反应，引起暂时或永久性的病理改变，甚⾄危及⽣命的外源性化学物称为毒物毒性(toxicity)：指外源化学物与机体接触或者进⼊机体内的易感部位后，能起损害作⽤的相对能⼒。
毒作⽤：⼜称毒性效应，毒物对动物有机体产⽣的⽣物学损害作⽤。
毒效应谱：指化学物质对机体引起的毒性作⽤的性质和强度的变化靶器官：是外源化学物直接发挥毒作⽤的器官或组织。
影响毒性的因素①机体因素：与年龄、遗传背景、性别、饮⾷、⽣理和健康状况有关，化学物的剂量、接触途径、接触期限和频度等有密切关系。
a物种和细胞学的差异b化学毒物⽣物转化过程的差异c不同组织器官对化学毒物亲和⼒的差异d不同机体或组织器官对化学毒物所致损伤的修复能⼒存在差异②接触条件接触途径；接触期限；吸收速率；接触频率③外源化学物结构和性质a功能基团与毒性的关系b基团的电荷性与毒性的关系c光学异构与毒性的关系d外源化学物的理化性质(如溶解度、解离度、解离常数（pKa）、旋光度、表⾯张⼒、相对分⼦质量、挥发性和相对密度等。
)⽣物学标志：⼜称为⽣物标志物或⽣物学标记，是指通过⽣物学屏障进⼊组织或体液中的化学物质及其代谢物，以及反映它们所引起的⽣物学效应⽽采⽤的检测指标⽣物学标志的分类：接触⽣物学标志、效应⽣物学标志、易感性⽣物学标志。
剂量（dose）是指⼈为给予机体或机体通过各种⽅式接触到的化学物的数量，它是决定化学物对机体造成损害的最主要因素。
食品毒理学
绪论食品应具备的基本条件：卫生安全、无毒无害；含有人体所需要的营养素和有益成分；感官性状良好、可被人体接受。
1食品中主要的外源化学物质：天然物、衍生物、污染物、添加剂。
2毒性大小在很大程度上取决于摄入的剂量。
毒理学奠基人：西班牙的Orifila。
17毒理学的研究方法：体内试验、体外试验、人个体观察、流行病学观察。
2毒理学实验可采取整体动物、游离的动物肝脏、组织、细胞进行。
根据采用的方法不同，可分为体内试验（也称整体动物实验）、体外实验（利用游离器官、培养的细胞或细胞器进行研究）、人个体观察（仅限于低浓度、短时间的接触，并且毒作用应有可逆性）、流行病学研究.3体外试验是利用什么进行研究：游离器官、细胞、细胞器。
3体外试验有：大量全胚胎培养、胚胎细胞团培养、生精细胞与旧质细胞共培养、现代食品安全性六大问题：营养失控、微生物致病、自然毒素、环境污染物、人为加入食物链的有害物质、其他不确定的饮食风险。
9食品毒理学的作用：从毒理学的角度，研究食品中可能含有的外源化学物质对食用者的毒作用机理，检验和评价食品的安全或安全范围，从而确保人类的健康。
第一章毒物的种类按其用途和分布范围可分为：工业化学品；食品中的有毒物质；环境污染物；日用化学品；农用化学品；医用化学品；生物毒素；军事毒物。
18外源化学物的毒性及性质影响因素：剂量，接触条件、接触途径，接触期限，速率和频率。
毒性作用分类：1速发或迟发型作用·2局部或全身作用·3可逆或不可逆作用·4对形态或功能的影响·5过敏性反应·6特异体质反应。
损害作用的特点：1机体的正常形态、生长发育过程受到严重的影响，寿命亦将缩短；2机体功能容量或对额外应激状态代偿能力降低；3机体维持稳态能力下降；4机体对其它某些环境因素不利影响的易感性增高。
反映毒作用终点的观察指标大致分为两类：特异指标；死亡指标。
生物学标志分类：接触生物学标志，效应生物学标志，易感性生物学标志。
致突变作用及其试验方法与评价
③环状染色体（ring chromosome） 染色体两臂各发生一次断裂，其带有着丝粒 的节段的两断端连接形成一个环时，称为环 状染色体。
④倒位（inversion） 当某一染色体发生两次 断裂后，其中间节段倒 转180再重接，称为 倒
二、突变类型
遗传毒理学家主要关注两类遗传学损伤： 基因突变
染色体畸变
端粒
着丝粒
姊 妹 染 色 单 体
端粒
染色体畸变 染色体的结构及数目改变。
组 蛋 白
基因突变 一个或几个DNA碱基对的改变。
碱基对
双 螺 旋
这些损伤多因DNA受损所致，也可能因DNA
以外的靶组织受损所致。
基因突变、染色体畸变及染色体数目变化的本
无误 修复
染色体分 离异常
重组事件 SCE 有丝分裂性交换
染色体结 构异常
基因 突变
细胞 死亡
非整倍体 多倍体
常用的致突变试验
1、细菌回复突变试验 （Ames试验） 2、哺乳动物细胞基因突变 试验 3、果蝇伴性隐性致死试验 4、染色体畸变分析 7、显性致死试验 8、小鼠可遗传易位试验
9、细菌DNA修复试验
4、细胞周期、有丝分裂与减数分裂
细胞周期指细胞一次分裂结束，并开始生长，到下一次分裂
终了所经历的过程。
G0 ：DNA合成前期； G1 ：DNA合成期；
S：完成DNA复制；
G2：为有丝分裂做准备；
M：有丝分裂期
有丝分裂过程
有丝分裂指细胞核分 裂的过程，一个细胞 由此生成两个子细胞，
药物毒理-致突变作用-2009
基因组:细胞和生物 体的一套完整单体 的遗传物质
2.染色质（Chromatin）与染色体（chromosome） 染色质 ：间期核内光镜可见 的嗜碱性物质 组成：DNA＋组蛋白＋非 组蛋白＋少量RNA 染色体：中期细胞核，染色 质螺旋并折叠成染色体
karyotype(核型)
同源染色体(Homologous Chromosome)：一对染色体，分别来自 父本和母本，染色体上有着相同的线性基因序列 杂合体(Heterozygosity)：同源染色体的某个位点上有不同的等 位基因，这个细胞就称为杂合体 等位基因(Alleles)：同一个基因座位上的多种表现形式。一般控 制同一个性状，比如眼睛的颜色等
20世纪初－ 60年代末期 遗传毒理学形成阶段 1969年3月12日， Alexander Hollaender创建学会， 根据当时 已知的诱变物 ethyl methane sulfonate 命名为“环境诱变剂学 会”Environmental Mutagen Society (EMS) 70年代－80年代后期 遗传毒理学蓬勃发展阶段 肿瘤的发生与诱发突变有关；Ames建立了体外回复突变试 验，发现致癌性和诱变性之间存在很好的相关性
突变研究简史
1904 de Vries X 线可改变生殖细胞的遗传物质 1927 H.J.Muller:X线→果蝇性连锁隐性致死突变(起始) 1942 Charlotte Auerbach&J.M.Robson氮芥对果蝇有致突变性 （化学物致突变的首次证据） 1951 Russed 用X线可诱发小鼠突变 1966 Cuttanach 化学物可诱发小鼠突变 50年代末60年代初，突变对健康的影响始被广泛认
显性 致死
隐性 致死
存活 突变
毒理学基础_名词解释和简答题
毒理学基础_名词解释和简答题名词解释绪论1、毒理学（toxicology）：毒理学的传统定义是研究外源化学物对生物体损害作用的学科。
2、现代毒理学：它已发展为所有外源因素对生物系统的损害作用，生物学机制，安全性评价与危险性分析的学科。
2 3、替代法（alternatives）：又称“3R”法，即优化试验方法和技术，减少受试动物数量痛苦，取代整体动物实验的方法。
一．毒理学基本概念1、易感生物学标志（biomarker of susceptibility）：是关于个体对外源化学物的生物易感性的指标，即反应机体先天具有或后天获得的对暴露外源物质产生反应能力的指标。
2、外源化学物（xenobiotic）：是在人类生活的外界环境中存在可能与机体接触并进入机体在体内呈现一定生物学作用的化学物质，又称为“外源生物活性物质”。
3、生物学标志（biomarker）：是指外源化学物通过生物学屏障进入组织或体液后，对该外源化合物或其生物学后果的测定指标，可分为暴露标志、效应标志、易感性标志。
4、暴露生物学标志（biomarker of exposure）：是测定组织、体液或排泄物中吸收的外源化学物、其代谢物或与内源性物质的反应产物，作为吸收剂量或靶剂量的指标，提供关于暴露于外源化学物的信息。
5、效应生物学标志（biomarker of effect）：机体中可测出的生化、生理、行为或其他改变的指标，包括反映早期的生物效应、结构和（或）功能改变、及疾病的三类标志物，提示与不同靶剂量的外源化学物或其代谢物有关联的对健康有害效应的信息。
6、阈值（threshold）：为一种物质使机体开始发生效应的剂量或浓度，即低于阈值时效应不发生，而达到阈值时效应将发生。
7、致死剂量或浓度：指在急性毒性试验中外源化学物引起受实验动物死亡的剂量或浓度，通常按照引起动物不同死亡率所需剂量来表示。
8、生物有效剂量（biologically effictive dose）/ 靶剂量（target dose）：是指送达剂量中到达毒作用部位的部分。
食品毒理学·食品中化学毒物的致突变作用
二、染色体畸变：染色体型畸变
5. 插入和重复 插入： 在一个或两个染色体三处断裂的重接中，一个染 色体臂内由发生两处断裂而游离出带两断端的断 片插入到同一染色体另一断裂处或另一染色体的 断裂处。 • 类型：顺向插入、反向插入。 重复： 插入使该染色体有两段完全相同的节段。
二、染色体畸变：染色体型畸变
一、DNA损伤与突变：染色体畸变
（一）染色体畸变 在细胞学上，可分辨的染色体畸变类型有： 断裂、微小体、着丝点环、无着丝点环、倒位、易 位、双着丝点或多着丝点、染色单体互换形成三辐 体、四辐体或多辐体，有时可见染色体粉碎化。 染色体畸变大多伴随基因数量和结构的改变。
第八章
食品中化学毒物的 致突变作用
•主要内容
•化学毒物致突变作用的类型、突
变后果
•常用的遗传毒理学试验及致突变
试验的注意事项
0 概述
•一、基本概念 •二、遗传学基础
一、基本概念
1. 遗传：
生物物种可以通过各种繁殖方式来保证世代间 生命的延续，这个过程称为遗传。 遗传的稳定是相对的，一方面生物的遗传物质 在自我复制过程中有可能发生改变；
•③个体中成对的基因一个来自母 本，另一个来自父本。 •④不同对基因形成配子时的分离 与不同对染色体在减数分裂期的分 离，都是独立分配的。
二、遗传学基础
4、基因型与表型基因型
指控制生物性状的基因组成，它是生物体的遗传 组成。 基因型是性状发育的内因，是表型形成的根据。
环境因素对遗传所起的作用必须通过基因型才能 实现。
第二节 化学毒物致突变作用机制和后果
• • • •
一、DNA损伤与突变 二、对DNA合成和修复有关的酶系统作用 三、细胞分裂过程的改变 四、突变的后果
化学毒物致突变作用及其评价
length
Image Analyses
Evaluation of different parameters:
migration comet length
tail length tail moment % DNA in tail tail inertia length/wide ratio
常用致突变试验
重复的细胞学和遗传学效应
• 细胞学效应：减数分裂时，同源染色体配 对出现弧状结构。弧状结构是重复的部分。
• 遗传学效应：出现突变，严重时死亡。
染色体缺失
• 中间染色体缺失：ABCDEF ABCD F • 端点染色体缺失：ABCDEF ABCDE • 缺失纯合体： A B C D F
ABCDF • 缺失杂合体： A B C D E F
(二) 对酶促过程的作用： 对DNA合成和复制有关的酶系统作用也可间 接影响遗传物质。
突变后果
一、体细胞突变的后果 1、最受注意的是致癌问题； 2、胚胎体细胞突变可能导致畸胎； 3、致突变物透过胎盘作用于胚胎体细胞导致流产。 二、生殖细胞突变的后果 1、致死性影响：可能是显性致死或隐性致死。 2、非致死性影响：出现显性或隐性遗传性疾病（含先天性畸形）。 3、将使基因库的遗传负荷增加。
– 是对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为 原有的天然状态。
修复的主要类型： 光修复 (light repairing) 切除修复(excision repairing) 重组修复(recombination repairing) SOS修复 （SOS repairing）
（一）光修复 UV
光修复酶 (photolyase)
ABCD F
染色体缺失 (deletion)
第八章外源化学物致突变作用ppt课件
二、致突变试验中的一些问题
1. 阴性和阳性对照的设立 2. 体外试验的活化系统 S9 3. 致突变试验与致癌试验的关系
4.试验结果在毒理学安全性评价中的 作用。
质量控制 a）阴性对照组和阳性对照组的设立 b）盲法观察； c）资料处理； d）实验结果重现性。 阴性结果判定条件 阳性结果判定条件
三、常用的致突变试 验方法
受试组回变菌落数≥阴性对照组回变菌落 数的2倍,并有剂量反应关系或至少某一测试 点有可重复的并有统计学意义的阳性反应.
▲ 点试法: 如受试物点样纸片周围长出较多密集的回
变菌落,与阴性对照组相比有明显区别.
结果报告(平板掺入法) 阳性结果至少重复试验共3次,阴性结果
至少重复试验共2次,才能作出判断.
2.多倍体 ——细胞染色体数目成倍增加。 (三倍体,四倍体等)
第三节 化学毒物致突变作用的
机制及后果
一、机制
（一）引起DNA突变
1.碱基损伤 1）碱基错配 2）碱基类似物的取代 3）碱基的结构改变或破坏 4）平面大分子嵌入DNA链
2。DNA链受损 1）二聚体的形成 2）DNA加合物形成 3）DNA-蛋白质交联物形成
毒理学基础
第八章 外源化学物的致突变作用
第一节 概述
一、基本概念
1. 变异(variation)-----由于遗传物质在自我复 制过程 中的偶而失误,或由于个体发育与 生存受到变化的内外环境条件的影响,一 种物种在个体或历代间的性状出现不同 程度的差异.
2. 突 变 （ mutation ） ——因遗传结构本 身的改变及其引起的变异（可遗传的 变异)。
本试验使用的TK座位杂合子(TK+/-)细胞， 它单步正相突变就会形成TK+/-表型，失去 TK活性，获得TFT抗性，即能像杂合子一 样利用从头合成途径在普通培养基中生长， 又能在TFT选择性培养基中存活，此时存 活的即为自发或致突变的TK+／-集落．
Ames实验
化学毒物致突变作用的后果
观察化学毒物致突变作用的基本方法
------致突变试验
遗传学终点(genetic endpoint)： 在致突变试验中观察到的现象所反映的各种 事件的统称。
一、观察项目的选择
1.观察效应终点的类型：
(1)DNA完整性改变
(2)DNA重排或交换 (3)DNA碱基序列改变（基因突变） (4)染色体完整性改变（染色体畸变） (5)染色体分离改变（非整倍体和多倍体）
❑非整倍体(aneuploid)
❑多倍体(polyloid)
❑非整倍体(aneuploid)
含义：指细胞丢失或增加一条或几条染色体。 类型：缺体(2n-2)、单体(2n-1)、 三体(2n+1)、四体(2n+2) 后果：染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能 影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。
❑断裂作用：染色体断裂的发生或过程。
❖染色体型畸变是指遗传物质大的改变--大损伤， 一般可在光学显微镜下细胞学检查发现染色体断 裂及由断裂所致的各种重排。
染色体畸变
染色体畸变类型：
失断 片
微 小 体
无 着 丝 点 环 (minute body) (fragment) (deletion) 断 裂 (break) 裂 隙 (gap) 和 缺外源化学物致突变用遗传(genetic)：
1.是指生物物种通过各种繁殖方式来保证世代间生命延续的过程。 2.遗传是保持生物种族特性稳定的根本，该能力源自遗传物质DNA的特性；
3.遗传的稳定是相对的。
金丝猴的后代仍然是金丝猴
牛的后代仍然是牛
• 变异(variation)：
• 是指生物亲、子代间，或子代个体之间的差异。 • 变异引起生物多态性，使生物得以发展和进化。
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先天性疾病都是遗传性疾病吗？
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§5
化学毒物致突变作用的研究方法
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• 基因突变和染色体畸变的检测可直接反映化学毒 物的致突变性，是评价化学毒物致突变性唯一可 靠的方法。还有许多试验所观察到的现象并不反 映基因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而 仅反映致突变过程中发生的其他事件。因此将试 验观察到的现象所反映的各种事件称为遗传学终 点。
58
②
（4）测试菌株
• TA 98、TA 97（检测移码突变） 、 TA100（检 测碱基置换突变）及TA102（对醛、过氧化物及 DNA交联剂较敏感）等。 • 测试菌株含有组氨酸基因突变（hisˉ），脂多糖屏 障丢失（rfa），紫外线切除修复系统缺失，抗药 性标记R。
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（ ）
5 Ames
检 测 方 法
• 染色体数目异常包括多倍体及非整倍体。
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6、微核试验(micronucleus assay)
• 微核试验是通过观察有微核的细胞率(‰)，用 于检测DNA断裂剂及非整倍体诱发剂。 • 用于微核检测的细胞很多，现已建立了植物细 胞(如蚕豆根尖等)、哺乳类动物细胞(如骨髓 细胞、肝细胞、肺细胞、淋巴细胞、红细胞、 精子等)、非哺乳类动物细胞(如鱼红细胞、蟾 蜍红细胞等)的微核试验方法。
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（3）Ames法原理的依据
① 化学物质引起的诱变往往不是直接的，它要经过生物的消 化、吸收，特别是高等生物肝脏中的有关酶的作用后再起 作用，也许它本来是可以起到诱变作用的，但经肝脏中酶 作用后失去了诱变能力，也许正好相反，相来它不具有诱 变的能力，但经肝脏酶作用后，反而获得了诱变的能力， 因此经过肝脏中酶的作用才能较真实地反映在动物活体中 某种化学物的实际诱变能力。 诱变剂仅改变突变的频率，但不改变突变的方向，那么同 样诱变剂也能导致回复突变，如果用正突变的话是多方向 的，所以必需采用反方向的选择方向才行，而用回突变只 需用基本的培养基进行筛选即可，步骤就要简单的多。
• 遗传学终点分为：基因突变、染色体畸变、DNA 损伤等其他遗传损伤的检测
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一、主要致突变实验
微生物 哺乳动 物细胞 果蝇 哺乳动物 植物分析
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基 因 突 变
哺乳动物细胞
染 色 体 畸 变
果蝇 哺乳动物 真菌 植物
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1、细菌回复突变试验
• 美国加州大学的 Ames教授在1979年 建立并完善，又称 Ames试验（鼠伤寒 沙门菌/组氨酸回复 突变试验）。
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倒位（逆位）： 染色体在某一片 段的位置颠倒了 180°
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易位（转座）：染色体的某一片段移 接到另一非同源染色体上
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缺失：染色体中某 一片段的缺失
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重复：染色体中增加了 某一片段
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X染色体某一区段的重复，会 导致果蝇由正常的卵圆眼变 为棒状眼的变异，或眼睛更 窄小的“超棒眼”。
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（1）什么是细菌回复突变试验？
以营养缺陷型的突变体菌株为指示生 物检测基因突变的体外试验。
常用的菌株有组氨酸营养缺陷型鼠伤 寒沙门氏菌和色氨酸营养缺陷型的 大肠杆菌。
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（2）鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验原理
鼠伤寒沙门氏 菌原养型 (his+)
组氨酸营养缺陷 型突变株(his-) ± 代谢活 化系统 受试物 利用若干不同基因型组氨酸缺陷型菌株，每个菌株具有其独 特的回复突变“靶点”顺序，可以由不同类型的碱基置换和 移码诱变剂诱发回复突变。该菌株在无外源性组氨酸供给的 情况下不能生长繁殖，但当发生回复突变时则可在无外源性 组氨酸供给的情况下生长繁殖，计数诱发的恢复菌落数即可 判断化学毒物的致突变性。
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§4 突变的后果
体细胞突变 • 仅影响接触致突变物 的个体，不影响下一 代。 • 肿瘤、畸形、动脉粥 样硬化、糖尿病及衰 老等。 生殖细胞突变 • 可影响下一代，甚至 人类的基因。 • 基因突变对人类的影 响程度分为五类。
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① 对机体无影响，如同义突变； ② 导致对健康无影响的正常人体生 化组成的遗传学变异； ③ 导致遗传易感性的改变； ④ 导致遗传性疾病； ⑤ 致死性突变，造成配子死亡、死 胎及自发流产等。
亚硝酸、丝裂霉素C等使形成DNA—DNA交联使复制时不 能解链，DNA复制和转录完全停止，细胞死亡。
烷化剂、苯并芘、砷化物、醛类化合物、一些重金属等与 DNA的核蛋白交联形成DNA—蛋白质交联物对DNA构象与 功能造成严重影响。
DNA加合物的形成可活化癌基因，影响调节基因和抑癌基 因的表达。
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7、程序外DNA合成试验
• 当DNA受损后，DNA的修复合成可发生在正常复制 合成期(S期)以外的其他时期，称为程序外DNA合成。 • 用同步培养将细胞阻断于Gl期，并将正常的DNA半保 留复制阻断，然后用受试物处理细胞，并在加有3H胸腺嘧啶核苷的培养液中进行培养。如果受试物引起 DNA损伤，并启动DNA损伤修复机制，培养液中的 3H-胸腺嘧啶核苷就会掺人到DNA链中。利用放射自 显影法或液闪计数法测定掺入DNA的放射活性，检测 DNA修复合成，从而间接反映DNA的损伤程度。许 多哺乳动物及人类细胞可用于UDS的检测。
教学重点及难点 致突变作用的概念 致突变作用的类型 致突变作用的机制 致突变作用的后果 Ames试验
3
§1
概述（基本概念）
1、DNA
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5
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• 2、基因
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3、染色质和染色体
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4、细胞周期与细胞分裂
细胞从DNA复制起，经过分裂直到把 DNA均等地分配到两个新的子细胞的 全过程。
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细胞周期
G1期
S期
G2期
M期
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5、体细胞与生殖细胞
体细胞 多是二倍体 损伤不会遗传给 子代 生殖细胞
单倍体
突变可传给子代
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6、遗传与变异
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自发变异
• DNA的复制错误 • 自发的化学变化 • 射线
诱发变异
• 化学诱变剂
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7、致突变作用 • 外源化学物及其它环境因素能引起 细胞核中的遗传物质发生变化，这 种改变随同细胞分裂过程而传递的 过程称为致突变作用
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8、姐妹染色单体交换试验
• 在DNA合成期，所有染色体均进行复制，复制后形 成两条姐妹染色单体。姐妹染色单体交换(sister chromatid exchange，SCE)可能与DNA的断裂和重 接有关，故可间接反映DNA损伤。
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（二）不以DNA为靶的间接诱变 主要涉及细胞分裂 过程的改变如纺 锤体、微管蛋白 的合成与聚合， 微管结合蛋白的 合成与功能发挥， 细胞分裂纺锤纤 维的功能发挥等。
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1、纺锤体抑制
（1）与微管蛋白二聚体 结合 （2）与微管上的巯基结 合 （3）破坏已）其它
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代谢活化系统一般是S9混合液。S9即将一组雄性 大鼠进行腹腔注射芳香族化合物如多氯联苯油 溶液等诱导大鼠肝脏酶系的活性，4d后杀鼠取 肝脏，匀浆，经9000g离心得到的上清液。再 加入一些辅助因子，如辅酶Ⅱ(NADP)、葡萄 糖-6-磷酸，K+／Mg++及缓冲液等组成S9混合 液(S9mix)，构成NADPH再生系统。
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2、对DNA合成和修复有关的酶系统作用
• 对DNA合成和复制有关的酶系统作用也可间 接影响遗传物质。 • 例如，一些氨基酸类似物可使与DNA合成有 关的酶系统遭受破坏而诱发突变；铍和锰除 可直接作用于DNA外，还可与酶促防错修复 系统相作用而诱发突变。 • 修复过程中的酶
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复制
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切除修复
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5、染色体畸变分析试验
• 体外染色体畸变分析试验(in vitro )常用的分析细 胞为中国仓鼠卵巢(CHO)细胞、中国仓鼠肺(CHL、 V79)细胞及外周血淋巴细胞等。 • 体内染色体畸变分析试验主要有啮齿类动物睾丸 细胞染色体畸变和骨髓细胞染色体畸变试验。
• 染色体结构异常主要可观察到裂隙、断裂、断片、 缺失、微小体、着丝点环、无着丝点环及各种辐 射体等。
化学毒物的致突变作用
1
教学内容
• • • • 基本概念和突变类型 致突变的机理 突变的后果 致突变性评价方法
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教学目的 • 了解遗传学基础，致 • 突变实验中存在问题； • • 熟悉DNA损伤的修复， • 机体对致突变作用影 • 响； • • 掌握致突变类型、机 制和后果，常用致突 变实验的原理
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4、转基因动物致突变试验
• 转基因动物指基因组中整合有用实验方法导入的 DNA(可以是完整的基因，也可是不完整的DNA片 段)，并能遗传给后代的一类动物。目前，用于致 突变作用研究的转基因动物主要有商品化的 BigBlue小鼠和MutaMouse小鼠。
• 转基因动物致突变试验时，染毒后先抽提纯化不 同器官或组织的基因组DNA，把纯化的基因组 DNA与噬菌体体外包装抽提物混合，而将导入的 基因载体包装进噬菌体中，用这些噬菌体感染大 肠菌，可形成噬菌斑，通过噬菌斑颜色变化进行 突变的判断并获得突变子。
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2、哺乳动物细胞基因突变试验
• 体外培养细胞的基因正向突变试验。原理是在加 入和不加入代谢活化系统的条件下，使细胞暴露 于受试物一定时间，然后将细胞再传代培养，突 变细胞在含有6—硫代鸟嘌呤或三氟胸苷的选择性 培养液中能继续分裂并形成集落。基于突变集落 数，计算突变频率以评价受试物的致突变性。突 变频率是指观察到的突变细胞数与存活细胞数的 比值。
卵圆眼
棒状眼
超棒眼
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染色体数目异常
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§3 致突变的机理
一、DNA的损伤 • 以DNA为靶的直接诱 变 • 不以DNA为靶的间接 诱变 二、DNA损伤的修复 • 光复活 • 切除修复 • 重组修复 • SOS修复