第7章.特殊毒性

2. 突变分类
按突变发生方式 （1）自发突变(spontaneous mutation) （2）诱发突变(induced mutation)
按致突变物作用方式 （1） 直接致突变物(direct-acting mutagen) （2） 间接致突变物(indirect-acting mutagen) 或前诱变物(promutagen)
状可以通过第二次突变恢复。
正向突变
野生型
突变型
回复突变
（二）染色体畸变
（二）染色体畸变
染色体畸变：由于染色体或染色单体断裂， 造 成染色体或染色单体缺失，或引起各种重排， 从而出现染色体结构的异常，一般可用光学显 微镜直接观察。
染色体畸变的分类
可能发生整个染色体的断裂或染色单体 的某一条断裂
染色体型畸变 染色单体型畸变
第七章 毒物的特殊毒性作用
特殊毒性
致突变作用
生殖、发育 毒性作用
致癌作用
“三致”作用
致敏作用 神经行为作用 免疫毒性
第七章 毒物的特殊毒性作用
第一节 化学致突变作用 第二节 生殖与发育毒性作用 第三节 化学致癌作用
第一节 化学致突变作用
一、基本概念 1. 突变(mutation)： 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。
试验配套的原则
要求包括：
不同类型的遗传学终点 原核细胞和真核细胞 体内试验和体外试验 体细胞和生殖细胞
主要致突变试验
Ames试验 微核试验 显性致死试验 染色体畸变试验 姐妹染色单体交换试验 小鼠淋巴瘤试验 程序外DNA合成试验 果蝇伴性隐性致死试验 精子畸形试验
配套组合实例
细菌回复突变试验： DNA碱基序列改变 微核试验 ： 染色体完整改变和分离改变 细菌DNA修复试验： DNA完整性 姐妹染色单体交换试验（SCE）： 染色体完整性改变 和DNA重排或交换
三、致突变的分子机制
（一）DNA的损伤 （二）非整倍体及整倍体的诱发
（一）DNA的损伤
致突变机制模式 DNA损伤－修复－突变 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
DNA损伤的类型
碱基类似物的取代 链间嵌入 DNA链断裂 DNA碱基修饰 碱基烷化和共价结合 DNA－DNA交联 DNA－蛋白质交联等
由基因重排引起的两种地中海贫血基因型
目录
根据对遗传信息的改变
同义突变: 是指没有改变基因产物---氨基酸序列
的改变，显然这与密码子的兼并性相关。
根据对遗传信息的改变
错义突变: 是指密码子碱基组成发生改变引起了产
物氨基酸序列的改变的。
致死突变: 发生在必需基因上，严重影响蛋白质的
功能。
渗漏突变: 突变的产物仍有部分活性，表现型介于
1. DNA加合物和交联分子的形成
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，受损部位
DNA的半保留复制和转录被阻断。
小加合物
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-DNA交联 DNA分子上一条链的碱基与互补链
1. 鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验
测试指示菌
正向突变
鼠伤寒沙门氏菌（野生型）
营养缺陷型（突变型）
回复突变
测 试
间
S9混合液
接 诱
变
化学物
原
2.微核试验
微核(micronucleus)又称豪-杰氏小体（HowellJolly bodies)是染色体或染色单体的无着丝点 断片或纺锤丝受损而丢失的整个染色体，在细 胞有丝分裂后期滞留在细胞质中的颗粒。
1996年Theo Colborn等著Our Stolen Future 指出“环 境激素” 对人类生存的地球的危害，该书被译成15 种语言在世界各地销售。
美国研究人员发现佛罗里达州阿波卡湖中 鳄鱼自从 DDE 泄漏事件后数量逐渐减少，繁 殖率明显下降，雄鳄鱼和雌鳄鱼的生殖器官都 出现畸形。
2002年7月18日中科院水生生物研究所公布 了一项研究成果,东湖部分鱼类因长期遭受污染, 出现雄鱼雌性化.
ABCDEFGHIJ ABCDEKLMFGHIJ ABCD GHIJ
ABCKLMGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCDEFDEFGHIJ ABCDEFGHIJABCDEFGHIJABCDEFGHIJ ABCDEFGHIJ ABCGFEDHIJ
3. 片段损伤 片段损伤是指DNA分子内较大片段的交换。 主要包括：重组、重排。
(ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD) (ABCD)
(ABCD) (ABC) (ABCD) (ABCD) (A) (ABCD) (ABCD) (AA) (ABC) (ABC)
注：A. B. C. D. 代表非同源染色体
转换
发生在同型碱基之间，即嘌呤代替另 一嘌呤，或嘧啶代替另一嘧啶。
颠换
发生在异型碱基之间，即嘌呤变嘧啶 或嘧啶变嘌呤。
最早从分子水平证 明的先天性遗传病—— 镰刀形红细胞贫血症 (sickle-cell anemia)。
hemoglobin β6: GAA(Glu)
-> GTA(Val)
正常血细胞 镰刀形红细胞
上的相应碱基形成共价连接，称为DNA-DNA交联.如 亚硝酸、丝裂霉素C、氮和硫的芥子气各种铂的衍生物
2. 碱基类似物在DNA复制时的掺入
☯ BU A:T G:C or G:C A:T
A. 掺入 A. 复制
T
BU
A . T 复制 +
G. BU
A. T
+
A. T
G. + A.
C BU
G.
G.
G.
G.
野生型 ：是指有机体的正性状。 突变体: 是指有机体的表型特征中有一种 (或
多种)与野生型个体的该特征有所不同，
具有这样遗传状态的有机体就叫做突变体
（一）基因突变
基因突变
碱基置换 移码突变
片断改变
转换型 颠换型
（一）基因突变
1. 点突变(point mutation) ：DNA分子上的碱基错 配。
T
T
4. 嵌合剂的致突变作用
嵌合剂
原黄素
丫啶橙
代表物：吖啶橙、吖黄素等吖啶类染料分子
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
染料分子
插入一个碱基
（二）非整倍体及整倍体的诱发
1. 对DNA合成和修复有关的酶系统的作用 2. 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 ☺ 其它作用
数目发生了改变 标准:以动物正常染色体数目2n为基准
单倍体
亚二倍体(2n-)
整倍体
三倍体 四倍体
非整倍体 超二倍体(2n+)
（三）染色体数目异常
染色体数目异常的基本类型
类型 公式 染色体组
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 缺体
n 2n 3n 4n
2n-1 2n+1 2n+2 2n-2
染色体畸变分析（chromosome aberra-tion analysis)又称细胞遗传学试验（cytogenetic assay)是制备细胞分裂中期相染色体标本，在显 微镜下观察染色体畸变和染色体分离异常。其 产生与微核的形成原理相同，观察终点不同 （用秋水仙素处理）
4.显性致死试验
显性致死（dominant lethal ）指哺乳动物生殖 细胞染色体发生结构和数目改变，导致受精卵 在着床前死亡和胚胎早期死亡。 显性致死试验以胚胎死亡为观察终点，用于检 测哺乳动物生殖细胞遗传性损伤。
二、突变的类型
一般根据遗传物质的损伤能否在显微镜下直接 观察到分为： 基因突变(gene mutation) 染色体畸变(chromosome aberration)
核酸酶 核酸
含氮碱基 戊糖 磷酸
A（腺嘌呤）
G（鸟嘌呤） C（胞嘧啶） T（胸腺嘧啶） U（尿嘧啶）
（一）基因突变
基因突变(gene mutation)： 是指基因在结构上发生了碱基对组成和排列顺 序的可遗传改变。
五、突变的后果
体细胞突变
DNA损伤 修复的效率
生殖细胞突变
良性 肿瘤
恶性 转化
细胞 衰老
分化的 胚胎细 胞受损
未分化 的胚胎 细胞
显性 隐性 存活 致死 致死 突变
动脉 未知 癌 硬化 疾病 变
老 出生缺陷 出生缺陷 化 (流产/死 (功能或
胎) 癌变 结构畸形)
流产 死产
出生缺陷 基因负荷
先天性疾病
2.移码突变 缺失或插入都可导致移码突变。 框移突变是指三联体密码的阅读方式改变，造 成蛋白质氨基酸排列顺序发生改变。
缺失引起框移突变
正常 5’ ……G C A G U A C A U G U C ……
丙
缬
组
缬
缺失C 5’ ……G A G U A C A U G U C ……
谷
酪
蛋
丝
正常 插入 缺失 取代 重复 内重复 放大 到位
其大小为细胞直径的1/20~1/5，呈圆形或杏 仁状，着色与细胞核一致
嗜多染红细胞（polychromatic erythrocytes， PCE)是晚幼红细胞最后一次分裂时，排出主核 而未成熟的红细胞 正染红细胞（normochromatic erythro-cytes， NCE)是排出主核后成熟的红细胞
嗜多染红细胞呈灰蓝色，成熟红细胞呈淡桔红色。 微核大多数呈单个圆形，边缘光滑整齐，嗜色性与 核质相一致，呈紫红色或蓝紫色。
2. 微核试验的不足
有些化学物在骨髓中难以达到损害浓度 骨髓中PCE处于动态平衡 在肝脏活化的中间产物可能在到达骨髓前消失 一般观察体细胞，其结果外推至其他组织应慎重
3.染色体畸变分析
六、致突变性评价方法
突变发生中的事件及遗传学终点的关系
细胞屏障
正常DNA
遗传毒物
DNA损伤
无误 修复
易错 修复
DNA修复过程 未修复的DNA
细胞分裂
损伤表达
重组事件
♦ SCE ♦ 有丝分裂性交换
断裂的DNA分子
染色体结 构异常
基因 突变
细胞 死亡
染色体分 离异常
♦非整倍体 ♦多倍体
遗传学终点
遗传学终点指试验观察到的现象所反映的各种事 件。国际环境致突变物致癌物防护委员会 （ICPEMC)将其分为5类： DNA完整性改变 DNA重排或交换 DNA碱基序列改变 染色体完整性改变 染色体分离异常
微 管 结 构
微管的装配
四、DNA损伤的修复
修复(repairing)
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
掺入 G.
复制
C 复制
+
C+ C
C
BU
A.
A. + A.
BU
T BU
3. DNA分子上碱基的化学修饰
亚硝基引起的氧化脱氨反应 C变成U NH2OH的致突变作用 烷化剂的致突变作用
☯ AP位点 A:T G:C
A. T
掺入
A.P T
复制
复制
A.P + A. TT
复制
A.P + T
G. C
A. + A.
（二）染色体畸变
染色体畸变
断片、缺失、微小体 倒位
环状、无着丝微环 插入、复制 易位 辐射体
无着丝粒断片和缺失
倒位
臂内倒位
环状染色体和无着丝粒环
无着丝粒和环状染色 体（双着丝粒染色 体）
无着丝粒环
（三）染色体数目异常
染色体数目异常：又称染色体数目畸变，也称 基因组突变(genomic mutation)，主要指染色体的
突变型与野生型之间。
中性突变: 突变不影响或基本不影响蛋白质的功
能，性状改变不Baidu Nhomakorabea显。
根据对遗传信息的改变
无义突变 :是指某个碱基的改变使代表某个 氨基酸的密码子变为蛋白质合成的 终止密码子，导致蛋白质合成提前 终止。
根据突变效应方向分类
正向突变 :是指改变了野生型性状的突变。 回复突变 :是指突变体所失去的野生型性
5. 精子畸形试验 该方法是评价环境化学物对生殖细胞遗
传损伤的简便方法。多种化学致突变原能引起 精子形态异常，由多基因控制。
精子畸形包括精子形态改变和畸形精子数 量增加。
第二节 生殖与发育毒性作用
1992年以来，Carlson等相继报道近50年来成年 男子的平均精子数减少近一半, 同时男性生殖系统 发育异常如隐睾、尿道下裂、睾丸癌等疾患的发病 率升高; 女性乳腺癌的发生率近年来每年以1%的速 度增长。另外,许多野生动物生殖器官发育异常, 如 睾丸和外生殖器变小, 生育力下降。 并认为这些异 常改变与环境化学因素有关, 提出了环境雌激素、 环境内分泌干扰物等概念