毒理06化学致癌作用

第六单元　化学致癌作用

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一、概念
癌症的发生原因主要的（大约90%）有环境因素，特别是化学因素。
化学致癌作用是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程。具有这种作用的化学物质称为化学致癌物。
致癌反应：①肿瘤发生率增加；②特殊的肿瘤类型；③发生时间早；④每个动物的平均肿瘤数增加。

二、化学致癌机制
（一）化学致癌物的代谢活化，直接致癌物和间接致癌物
不经过代谢活化，化学物原形或母体本身就具有活性的致癌物，称为直接致癌物。本身没有致癌活性，需经代谢活化才具有致癌活性的致癌物称为前致癌物或间接致癌物。
前致癌物经过代谢活化，产生有致癌活性的代谢产物称为终致癌物。代谢活化过程中的中间产物称为近致癌物。
化学致癌物在体内的致癌活性的决定因素之一即为代谢活化和代谢解毒的平衡。
化学致癌物活化代谢举例如下：如苯[并]芘（BaP）的活化代谢为在P450催化下生成BaP-7，8-环氧化物，再经过环氧化物水化酶（EH）的作用，生成BaP-7，8-二氢二醇，经P450的再次作用形成终致癌物BaP-7，8-二氢二醇-9，10-环氧化物。主要灭活产物为由P450催化生成的BaP-3-OH及BaP环氧化物在GST的催化下，生成GSH-S结合物。
（二）体细胞突变，癌基因和肿瘤抑制基因
支持体细胞突变学说：癌症的单克隆起源（即癌症来源于单个改变了的细胞）；大多数致癌物代谢转化为化学活泼的亲核或亲电子物质，且以DNA为关键性靶（形成加合物）。
主要有遗传机制学派和遗传外（表观遗传学）机制学派。①遗传机制学派认为，环境致癌因素引起细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，从而导致癌变。②遗传外机制学派认为癌症的发生是由于非基因改变机制（表现遗传调控失常、细胞异常增生、免疫抑制、内分泌激素失调、过氧化物酶体增殖）引起的。
肿瘤相关基因分为四类：①原癌基因；②肿瘤抑制基因；③程序性死亡有关的基因；④肿瘤易感基因。
体内存在的肿瘤相关基因是癌症发生的内因，而环境致癌因素是癌症发生的外因。癌症涉及这些原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的失活或纯合缺失。
（三）化学致癌多阶段过程
1.引发阶段 启动阶段是指化学物或其活性代谢物（亲电子剂）与DNA作用，导致体细胞突变成引发细胞的阶

段。
在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA修复和细胞增殖。
而细胞增殖一次或多次细胞分裂来“固定”引发事件，引发所导致的基因型改变是不可逆的。没有阈值。
2.促长阶段 促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。
促长剂单独使用不具致癌性，存在阈剂量和最大效应，其剂量反应关系呈S形曲线。引发细胞的增殖，导致良性局灶性病理损害。促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，持续给以是必需的。
具有促长作用的巴豆油中有效成分为佛波醇酯（TPA）。
3.进展阶段 进展阶段是从促长阶段产生的细胞群（癌前病变、良性肿瘤）转变成恶性肿瘤的过程。
进展主要表现自主性和异质性增加，肿瘤获得生长、侵袭和转移能力。这是由于在进展阶段核型不稳定性，导致细胞基因组结构的形态学改变。不可逆性。
（四）细胞凋亡、细胞周期、端粒调控与致癌作用
无控制的细胞增殖是致癌过程不可缺少的条件，而细胞凋亡失调亦是导致肿瘤形成的一个必要条件。化学物通过改变凋亡调控基因的表达和功能，干扰细胞正常凋亡过程，使受损细胞不被清除，突变得以固定。这是化学致癌过程的事件（可能机制）之一。
细胞周期受到细胞周期关卡（check point）严格的监控，主要包括G1-S和G2-M转换关卡。化学物可以造成细胞周期调控因子功能障碍。增强驱动能力，降低监控能力，造成调控失常，细胞周期关卡失效，细胞进入失控性生长状态。这是化学致癌过程的又一事件（可能机制）。
端粒酶的激活时染色体端粒长度相对稳定，细胞从而获得永生化，即无限增殖能力。这是化学致癌过程的又一事件（可能机制）。
综上所述，化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定性。

三、化学致癌物分类
（一）国际癌症研究所（IARC）分类
IARC根据致癌性资料（对人类流行病学调查、病例报告和对实验动物致癌实验资料）进行综合评价分为下列5类4组：
组1，对人类是致癌物。
组2，对人类可能是致癌物。
组2A，对人类很可能（probably）是致癌物。
组2B，对人类有可能（possible）致癌物。
组3，现有的证据不能对人类致癌性进行分类。
组4，对人类可能是非致癌物。
（二）按作用机制分类
1.遗

传毒性致癌物 与DNA反应，造成DNA损害：①直接致癌物；②间接致癌物；③无机致癌物。
2.非遗传毒性致癌物 不与DNA反应。①促长剂：②激素调控剂；③细胞毒剂；④过氧化物酶体增殖剂；⑤免疫抑制剂；⑥固态物质。
3.未分类致癌物 二烷、美舍吡伦。 ①完全致癌物；②助癌物。

四、外源化学物致癌性的判别
（一）致癌物筛选试验和短期试验
1.用于致癌物筛选的短期试验
用于致癌物筛选的短期试验如下：①基因突变试验（Ames试验），培养哺乳动物细胞正向突变试验；②染色体畸变试验：小鼠骨髓微核试验，大鼠骨髓染色体畸变试验；③原发性DNA损伤：大鼠肝UDS诱导，SCE试验。
（哺乳动物）细胞转化试验是一种遗传毒理学体外试验。产生恶性表型形态学、生长方式和生物化学上发生改变。最重要的特征是在敏感宿主中的成瘤性。非遗传毒性致癌物也可以检测。
2.哺乳动物短期致癌试验
有限体内致癌试验，指时间有限（终点是癌前病变），靶器官有限。小鼠皮肤肿瘤诱发试验、小鼠肺肿瘤诱发试验、大鼠肝转变灶诱发试验、雌性SD大鼠乳腺癌诱发试验。
（二）哺乳动物长期致癌试验 是鉴定化学致癌物的标准体内试验。
1.动物选择 常规选用大鼠和小鼠。刚离乳的实验动物。
2.剂量选择和动物数量 设三个试验组。以最大耐受剂量（MTD）为高剂量。使动物体重减轻不超过对照组的10%，并且不引起死亡及导致缩短寿命。每组至少有雌雄各50只动物，共100只。在出现第一个肿瘤时，每组还应有不少于50只动物。
3.染毒途径和试验期限 原则上试验期限要求长期或终生，一般小鼠1.5年，大鼠2年。
4.观察、结果的分析和评定 观察有无肿瘤出现、肿瘤出现时间及死亡时间。统计各种肿瘤的病理学诊断和数量、患肿瘤的动物数、每只动物的肿瘤数及肿瘤潜伏期。
肿瘤发生率（%）＝（实验结束时患肿瘤动物总数／有效动物总数）×100%，有效动物总数指最早发现肿瘤时存活动物总数。
两个物种两种性别动物中，有一种结果为阳性，即认为有致癌性。两个物种两种性别动物试验结果均为阴性时，方能认为未观察到致癌作用。
（三）人群流行病学观察
要判别外源化学物是否是人类致癌物，流行病学资料是具有决定意义的。
练习题
A1型题
1.哺乳动物长期致癌试验的叙述，不正确的是（　）
A.常用大鼠和小鼠
B.实验期限大鼠为2年，小鼠为1.5年
C.常设3个剂量组和阴性对照组，高剂量组剂量应为最大耐受剂量（MTD）
D.每组雌雄

各10只动物
E.结果观察主要指标是肿瘤发生的数量和性质

[答疑编号111060101：针对该题提问]




『正确答案』D



2.致突变试验用于观察化学物致癌的作用不包括（　）
A.主要是对致癌物的筛选
B.可检出非遗传毒性致癌物
C.需选择一组试验来进行
D.Ames试验是应用筛检致癌物最广泛和最敏感的致突变试验
E.组合试验中阳性结果愈多，受试物致癌的可能性就愈大

[答疑编号111060102：针对该题提问]




『正确答案』B



3. 直接致癌物是指（　）
A.代谢活化成终致癌物过程的中间代谢产物
B.不经代谢活化即有致癌活性的物质
C.需经代谢活化才有致癌活性的物质
D.兼有引发（启动）、促长、进展作用的物质
E.经代谢转化最后产生的有致癌活性的代谢产物

[答疑编号111060103：针对该题提问]




『正确答案』B



A2型题
1.某化学物质动物实验致癌证据充分，但对人类致癌性证据有限，应归类于（　）
A.人类致癌物
B.很可能是人类致癌物
C.有可能是人类致癌物
D.未分类
E.非致癌物

[答疑编号111060104：针对该题提问]




『正确答案』B



2.关于非遗传毒性致癌物的叙述，不正确的是（　）
A.不具有DNA反应活性
B.在大多数遗传毒理学试验中为非致突变物
C.经代谢活化可形成亲电子剂
D.一般具有可检测的阈剂量
E.作用一般是可逆的，需长期染毒

[答疑编号111060105：针对该题提问]




『正确答案』C



B1型题
（1～3题共用备选答案）
A.哺乳动物长期致癌试验
B.致突变试验，恶性转化试验
C.哺乳动物短期致癌试验
D.构效关系分析
E.流行病学调查
1.用于确证人类致癌物的研究方法是（　）

[答疑编号111060106：针对该题提问]




『正确答案』E



2.用于确证哺乳动物致癌物试验是（　）

[答疑编号111060107：针对该题提问]




『正确答案』A



3.用于筛选致癌物的试验是（　）

[答疑编号111060108：针对该题提问]




『正确答案』B