环境毒理学(董国日)05-2致癌试验和致畸试验.ppt

《环境毒理学(董国日)05-2致癌试验和致畸试验.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环境毒理学(董国日)05-2致癌试验和致畸试验.ppt（58页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第五节第五节 环境化学物的致癌作用环境化学物的致癌作用及其评价及其评价一、环境致癌与化学致癌一、环境致癌与化学致癌 癌症的发生癌症的发生8090由环境因素引起，包括物理因素、生由环境因素引起，包括物理因素、生物因素和化学因素。其中主要是物因素和化学因素。其中主要是化学因素化学因素。在环境因素引起。在环境因素引起的肿瘤中，的肿瘤中，80以上由化学因素引起。以上由化学因素引起。化化学学致致癌癌(chemicalcarcinogenesis)是是指指化化学学物物质质引引起起正正常常细细胞胞发发生生恶恶性性转转化化并并发发展展成成肿肿瘤瘤的的过过程程，具具有有这这种种作作用用的的化化学学物物质质称称为

2、为化化学学致致癌癌物物(chemicalcarcinogen)。在在此此，“癌癌”的的含含义义包包括括上上皮皮的的恶恶性性变变(癌癌)，也也包包括括间间质质的的恶恶性性变变(肉肉瘤瘤)及及良良性性肿肿瘤。瘤。癌细胞的生物学特点：1、持续性增殖，分化不良，体外培养无接触性抑制。永生性。2、浸润性生长：可侵入其他组织，并发生转移3、过分旺盛地合成核酸和氨基酸4、强烈的有氧酵解：在供氧充分时，仍能将葡萄糖转化为乳酸，大量的乳酸使pH下降，影响细胞酶活力，破坏内稳态的维持。5、可将上述特征遗传给子代细胞二、化学致癌的机制二、化学致癌的机制 尚尚未未彻彻底底阐阐明明，大大体体可可分分为为遗遗传传机机制制

3、学学说说和和非非遗遗传机制学说传机制学说。（一）化学致癌的遗传机制学说（一）化学致癌的遗传机制学说 该学说认为，化学致癌物进入细胞后作用于遗传该学说认为，化学致癌物进入细胞后作用于遗传物质，通过引起细胞基因的改变而发挥致癌作用。有物质，通过引起细胞基因的改变而发挥致癌作用。有关学说最主要的是关学说最主要的是多阶段学说多阶段学说和和癌基因学说癌基因学说。1 1、化学致癌的多阶段学说、化学致癌的多阶段学说（1 1）引引发发阶阶段段：化化学学致致癌癌的的第第一一阶阶段段，是是化化学学致致癌癌物物本本身身或或其其活活性性代代谢谢物物作作用用于于DNADNA，诱诱发发体体细细胞胞突突变变的的过过程程，可

4、可能能涉涉及及原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的失活。原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的失活。具具有有引引发发作作用用的的化化学学物物称称为为引引发发剂剂。引引发发剂剂本本身身有有致致癌癌性性，大大多多数数是是致致突突变变物物，没没有有可可检检测测的的阈阈剂剂量量，引引发发作作用用是是不不可可逆逆的的并并且且是是累累积积性性的的。但但并并非非所所有有的的引引发发细细胞胞都都将将构构成成肿肿瘤瘤，因因其其中中大大多多数数将将经经历历程程序序性性细细胞胞死死亡亡(凋凋亡亡)。引引发发细细胞胞不不具具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。（2 2）促促长长阶阶段段：促促长长阶阶段段

5、是是引引发发细细胞胞增增殖殖成成为为癌癌前前病病变变或或良良性性肿肿瘤瘤的的过过程程。促促长长剂剂单单独独使使用用不不具具致致癌癌性性，必必须须在在引引发发剂剂后后使使用用才才发发挥挥促促长长作作用用.促促长长剂剂通通常常是是非非致致突突变变物物,影影响响引引发发细细胞胞的的增增殖殖，导导致致局局部部增增殖殖并并引引起起良良性性局局灶灶性性病病理理损损害害如如乳乳头头瘤瘤、结结节节或或息息肉肉。这这些些病病损损很很多多会会消消退退，仅仅少少数数细细胞胞发发生生进进一一步步突突变引成恶性肿瘤。变引成恶性肿瘤。特点特点：历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的

6、对生理因素调节的敏感性，衰老、饮食和激素对生理因素调节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促长作用。可影响促长作用。（3 3）进进展展阶阶段段：进进展展阶阶段段是是从从引引发发细细胞胞群群(癌癌前前病病变变、良良性性肿肿瘤瘤)转转变变成成恶恶性性肿肿瘤瘤的的过过程程。在在进进展展期期肿肿瘤瘤获获得得生生长长加加快快、侵侵袭袭、转转移移和和抗抗药药性性等等特特征征。这这些些特特征征是是由由于于在在进进展展阶阶段段的的核核型型不不稳稳定定性性。肿肿瘤瘤的的染染色色体体发发生生断断裂裂、断断片片易易位位和和非非整整倍倍体。体。使细胞由促长阶段进入进展阶段的化学物称为使细胞由促长阶段进入进展阶段的化学物称

7、为进展剂进展剂(progressor)。进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发。进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。活性。引发、促长及进展都可自发发生。有些化学致癌物可同时具引发、促长及进展都可自发发生。有些化学致癌物可同时具有引发、促长及进展的作用，称为有引发、促长及进展的作用，称为完全致癌物完全致癌物。化化学学致致癌癌是是长长期期的的、复复杂杂的的多多阶阶段段过过程程，至至少少涉涉及及引引发发、促促长长和和进进展三个展三个阶阶段。段。在在引引发发阶阶段主要是段主要是细细胞原癌基因和胞原癌基因和肿肿瘤抑制基因的突瘤抑制基因的突变变在在促促长长阶阶段主要是段主要是遗传遗传外机制外机

8、制在在进进展展阶阶段主要是核型不段主要是核型不稳稳定性。定性。正常正常细细胞胞经过遗传经过遗传学改学改变变的的积积累才能累才能转变为转变为癌癌细细胞。胞。2 2、化学致癌的癌基因学、化学致癌的癌基因学说说 调调控控细细胞胞增增殖殖和和分分化化的的基基因因发发生生异异常常，可可导导致致细细胞胞持持续续增增殖殖，不不能能及及时时分分化化和和凋凋亡亡，形形成成肿肿瘤瘤。与与细细胞胞恶恶性性转转化化有有关关的的基基因因主主要要有有癌癌基基因和因和肿肿瘤抑制基因瘤抑制基因。癌基因癌基因：能引起细胞恶性转化及癌变的基因。通常以原癌基：能引起细胞恶性转化及癌变的基因。通常以原癌基因的形式存在正常动物细胞的基

9、因组中。因的形式存在正常动物细胞的基因组中。原癌基因原癌基因：最早在：最早在1968年年Duesberg发现发现Rous肉瘤病毒致癌是肉瘤病毒致癌是由于携带能致癌的基因片段，称为由于携带能致癌的基因片段，称为病毒癌基因病毒癌基因（Vonc），），后来发现在正常细胞中也存在与病毒癌基因高度相似的后来发现在正常细胞中也存在与病毒癌基因高度相似的DNA序列，称为原癌基因（序列，称为原癌基因（C-onc）。正常细胞中的原癌基因表达）。正常细胞中的原癌基因表达并不引起恶性病变，其表达受到严格控制，通常与机体的生并不引起恶性病变，其表达受到严格控制，通常与机体的生长和发育有关。原癌基因必须经过激活才能导致

10、细胞的恶性长和发育有关。原癌基因必须经过激活才能导致细胞的恶性转化。原癌基因是一种显性基因，当其两个等位基因之一发转化。原癌基因是一种显性基因，当其两个等位基因之一发生突变，即可被激活。生突变，即可被激活。肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因：即即抗抗癌癌基基因因。抗抗癌癌基基因因可可能能是是编编码码抑抑制制生生殖殖、促促进进分分化化的的基基因因，也也可可能能是是某某些些基基因因的的负负控控制制调调节节基基因因，并并是维持基因组织定性的某些基因。是维持基因组织定性的某些基因。抗抗癌癌基基因因可可抑抑制制肿肿瘤瘤细细胞胞的的肿肿瘤瘤性性状状的的表表达达，只只有有当当自自己己不不能能表表达达或或其其基基因因产

11、产物物去去活活化化才才容容许许肿肿瘤瘤性性状状的的表表达达。染染色色体体缺缺失失而而诱诱发发肿肿瘤瘤的的基基因因都都可可能能是是肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因。属属隐隐形形基基因因，必必须须一一对对等等位位基基因因丢丢失失或或突突变变后后失失活活，才才能能对对细细胞胞的的恶恶性转化起作用。性转化起作用。（二）化学致癌的非遗传机制学说（二）化学致癌的非遗传机制学说 一一部部分分致致癌癌物物用用目目前前的的致致突突变变试试验验不不能能检检出出其其致致突突变变性性。这些非遗传毒性致癌物促进细胞分裂增殖的机制多种多样：这些非遗传毒性致癌物促进细胞分裂增殖的机制多种多样：具具有有细细胞胞毒毒性性的的致致癌癌剂

12、剂可可引引起起细细胞胞变变性性坏坏死死，细细胞胞释释放放出出的物质具有刺激细胞分裂增殖的作用。的物质具有刺激细胞分裂增殖的作用。激激素素失失调调导导致致肿肿瘤瘤发发生生，与与通通过过细细胞胞内内相相应应的的受受体体刺刺激激细细胞分裂有关胞分裂有关 免疫抑制剂可降低机体对癌前细胞的监视和清除能力免疫抑制剂可降低机体对癌前细胞的监视和清除能力三、环境化学致癌物的分类三、环境化学致癌物的分类（一）按致癌作用机制分类（一）按致癌作用机制分类 可分为可分为遗传毒性致癌物遗传毒性致癌物和和非遗传毒性致癌非遗传毒性致癌物两类。物两类。1 1、遗传毒性致癌物、遗传毒性致癌物（1)1)直接致癌物直接致癌物：不需

13、代谢活化直接与亲核分子共价结合形：不需代谢活化直接与亲核分子共价结合形成加合物。这类化合物为亲电子剂，大多数为合成有机物。成加合物。这类化合物为亲电子剂，大多数为合成有机物。（2 2）前致癌物前致癌物：多多数数有有机机致致癌癌物物需需代代谢谢活活化化才才具具有有致致癌癌活活性性，称称为为间间接接致致癌癌物物。间间接接致致癌癌物物的的原原型型称称为为前前致致癌癌物物。前前致致癌癌物物经经代代谢谢活活化化形形成成的的之之间间代代谢谢产产物物近近致致癌癌物物（半半致致癌癌物物），有有一一定定致致癌癌作作用用但但必必须须再再一一次次激激活活终终致致癌癌物物（前前致致癌癌物物经经代代谢谢活活动动形形成成

14、的具有致癌作用的代谢物和不需代谢活化的致癌物）。的具有致癌作用的代谢物和不需代谢活化的致癌物）。（3）无机致癌物无机致癌物放放射射性性元元素素和和重重金金属属。有有些些可可能能是是亲亲电电子子剂剂，但但有有些些是是通通过过选选择择性性改改变变DNA复复制制保保真真性性，导导致致DNA的的改变，如金属镍、铬。改变，如金属镍、铬。2.非非遗传遗传毒性致癌物毒性致癌物(non-genotoxiccarcinogens)非遗传毒性致癌物不与非遗传毒性致癌物不与DNA反应，可能间接地影反应，可能间接地影响响DNA并改变基因组导致细胞癌变，或者通过促长并改变基因组导致细胞癌变，或者通过促长作用、增强作用导

15、致癌的发展。作用、增强作用导致癌的发展。（1）促长剂促长剂：本身无致癌性，在给以遗传毒性致癌：本身无致癌性，在给以遗传毒性致癌物之后再给以促长剂可增强遗传毒性致癌物的致癌作物之后再给以促长剂可增强遗传毒性致癌物的致癌作用，也可促进用，也可促进“自发性自发性”转化细胞发展成癌。转化细胞发展成癌。（2）激素调控剂激素调控剂：主要改变内分泌系统平衡及细胞：主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用。正常分化，常起促长剂作用。（3）细胞毒剂细胞毒剂：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展。活跃及癌发展。（4）过氧化物酶体增殖剂过氧化物酶体增殖剂：过氧化物酶

16、体增殖可导：过氧化物酶体增殖可导致细胞内氧自由基过量生成。致细胞内氧自由基过量生成。（5）免疫抑制剂免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增：主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。强作用。（6）固态物质固态物质：物理状态是关键性因素，可能涉及：物理状态是关键性因素，可能涉及细胞毒性。如塑料、石棉等。细胞毒性。如塑料、石棉等。（7）助癌物助癌物：本身无致癌性，在致癌物之前或同时：本身无致癌性，在致癌物之前或同时应用助癌物可显著增加癌症的发生。应用助癌物可显著增加癌症的发生。助癌作用的机制可涉及增加致癌物的吸收、增加助癌作用的机制可涉及增加致癌物的吸收、增加活化的致癌物的比例、耗尽内源性结合反应底物

17、、抑活化的致癌物的比例、耗尽内源性结合反应底物、抑制制DNA修复、促进修复、促进DNA损伤固定为突变等。损伤固定为突变等。（二）按致癌作用（二）按致癌作用证证据分据分类类组组1，对对人人类类是是致致癌癌物物。对对人人类类致致癌癌性性证证据据充充分分者者属属于于本本组组。对对人人的的致致癌癌性性证证据据尚尚不不充充分分，但但对对实实验验动动物物的的致致癌癌证证据据足足够够，并并且且具具有有可可通通过过相相关关致致癌癌机机制制对对人人体体发发挥挥作作用用的的强强有有力力证证据据，可可归为归为此此类类。组组2，对对人人类类是是很很可可能能或或可可能能致致癌癌物物。又又分分为为两两组组，即即组组2A和

18、和组组2B。组组2A，对对人人类类很很可可能能(probably)是是致致癌癌物物。指指对对人人类类致致癌癌性性证证据有限，据有限，对实验动对实验动物致癌性物致癌性证证据充分。据充分。组组2B，对对人人类类是是可可能能(possible)致致癌癌物物，指指对对人人类类致致癌癌性性证证据据有有限限，对对实实验验动动物物致致癌癌性性证证据据并并不不充充分分；或或指指对对人人类类致致癌癌性性证证据不足，据不足，对实验动对实验动物致癌性物致癌性证证据充分。据充分。组组3，对对人人类类的的致致癌癌性性尚尚不不能能确确定定。指指对对人人类类致致癌癌性性证证据据不不充充分分，对对实实验验动动物物致致癌癌性性

19、也也不不充充分分或或有有限限。或或人人类类致致癌癌性性证证据据不不充充分分，对对实实验验动动物物致致癌癌性性证证据据足足够够，但但有有强强有有力力的的证证据表明据表明动动物致癌机制不适用人体。物致癌机制不适用人体。组组4，对对人人类类可可能能是是非非致致癌癌物物。指指证证据据指指示示对对人人类类和和动动物物不具有致癌性。不具有致癌性。四、四、环环境化学物致癌物的境化学物致癌物的评评价价(一一)哺乳哺乳动动物致癌物致癌试验试验哺哺乳乳动动物物致致癌癌试试验验是是鉴鉴定定化化学学致致癌癌物物的的标标准准体体内内试试验验。哺哺乳乳动动物物致致癌癌试试验验用用来来确确定定受受试试物物对对试试验验动动物

20、物的的致致癌癌性性、剂剂量量反反应应关关系系及及诱诱发发肿肿瘤瘤的的靶靶器器官。官。1、实验动实验动物物物物种种和和品品系系：要要求求用用两两种种实实验验动动物物，常常规规选选用用大大鼠鼠和和小小鼠鼠，也也可可用用仓仓鼠鼠。在在选选择择品品系系时时应应选选择择较较敏敏感感、自自发发肿肿瘤瘤率率低低、生活力生活力强强及寿命及寿命较长较长的品系。的品系。性性别别：应应使用同等数量的雌雄两种性使用同等数量的雌雄两种性别别的的动动物。物。年年龄龄：使使用用刚刚离离乳乳的的动动物物，以以保保证证有有足足够够长长的的染染毒毒和和发发生生癌癌症症的的时时间间，而而且且幼幼年年动动物物解解毒毒酶酶及及免免疫疫

21、系系统统尚尚未未完完善善，对对致致癌作用比癌作用比较较敏感。敏感。2、剂剂量量设设置置致癌致癌试验试验一般一般设设三个三个试验组试验组。高高剂剂量量组组：最最大大耐耐受受剂剂量量(MTD)是是由由90天天毒毒性性试试验验来来确确定定的的，此此剂剂量量应应使使动动物物体体重重减减轻轻不不超超过过对对照照组组的的10，并并且且不不引引起起死亡及死亡及导导致致缩缩短寿命的中毒症状或病理短寿命的中毒症状或病理损伤损伤。低低剂剂量量组组：一一般般不不低低于于高高剂剂量量的的10。应应不不影影响响动动物物的的正正常常生生长长、发发育和寿命，即不育和寿命，即不产产生任何毒性效生任何毒性效应应。中中剂剂量量组

22、组：介介于于高高、低低剂剂量量之之间间，如如有有可可能能按按受受试试物物的的毒毒物物动动力学性力学性质质来确定。来确定。对对照照组组除不除不给给受受试试物外，其他条件均与物外，其他条件均与试验组试验组相同。相同。同同时时应应设设阴阴性性(溶溶剂剂或或赋赋形形剂剂)对对照照组组。必必要要时时可可设设阳阳性性对对照照组组，阳性致癌物最好与受，阳性致癌物最好与受试试物的化学物的化学结结构相近。构相近。3、染毒途径、染毒途径尽尽可可能能模模拟拟人人体体可可能能的的暴暴露露途途径径，主主要要途途径径有有经经口口、经经皮皮和和吸吸入入三三种种，应应根根据据受受试试物物的的理理化化性性质质和和接接触触方方式

23、式选择选择确定。确定。4、试验试验期限期限一一般般情情况况下下，试试验验期期限限小小鼠鼠和和仓仓鼠鼠应应为为18个个月月，大大鼠鼠为为24个个月月；然然而而对对于于某某些些生生命命期期较较长长或或自自发发肿肿瘤瘤率率低低的的动动物物品品系系，小小鼠鼠和和仓仓鼠鼠可可持持续续24个个月月，大大鼠鼠可可持持续续30个月。个月。5、观观察指察指标标（1）一一般般观观察察：每每天天观观察察受受试试动动物物一一次次，主主要要观观察察其其外外表表、活活动动、摄摄食食情情况况等等。在在实实验验最最初初三三个个月月每每周周称称体体重重一一次次，以以后后每每两两周周称称体体重重一一次次。经经饲饲料料或或饮饮水水

24、给给以以受受试试物物时时，应应记记录录食食物物消消耗耗量量或或饮饮水水量量，以以计计算算受受试试物物的的摄摄人人量量。观观察察时时要要注注意有无意有无肿肿瘤出瘤出现现、肿肿瘤出瘤出现时间现时间及死亡及死亡时间时间。（2）肿肿瘤瘤发发生生情情况况：记记录录肉肉眼眼可可见见或或可可触触及及肿肿瘤瘤出出现现的的时时间间、部位、大小、外形、部位、大小、外形、发发展状况并展状况并记录动记录动物死亡物死亡时间时间。（3）病病理理检检查查：动动物物自自然然死死亡亡或或处处死死后后必必须须及及时时进进行行病病理理检检查查，包括肉眼和，包括肉眼和组织组织切片切片检查检查。6、结结果分析果分析主要分析指主要分析指

25、标标有有肿肿瘤瘤发发生率、生率、肿肿瘤潜伏期及瘤潜伏期及肿肿瘤多瘤多发发性。性。肿肿瘤瘤发发生生率率()=(实实验验结结束束时时患患肿肿瘤瘤动动物物总总数数有有效效动动物物总总数数)100式中，有效式中，有效动动物物总总数指最早数指最早发现肿发现肿瘤瘤时时存活存活动动物物总总数。数。肿肿瘤瘤潜潜伏伏期期即即从从摄摄人人受受试试物物起起到到发发现现肿肿瘤瘤的的时时间间，因因为为内内脏脏肿肿瘤瘤不不易易觉觉察察，通通常常将将肿肿瘤瘤引引起起该该动动物物死死亡亡的的时时间间定定为为发发生生肿肿瘤的瘤的时间时间。肿肿瘤瘤多多发发性性指指一一个个动动物物出出现现多多个个器器官官的的肿肿瘤瘤或或一一个个器

26、器官官出出现现多个多个肿肿瘤。瘤。致致 癌癌 试试 验验 阳阳 性性 的的 判判 定定 标标 准准 为为 WHO提提 出出 的的 标标 准准。WHO(1969)提出机体可以提出机体可以对对致癌物有下列一种或多种反致癌物有下列一种或多种反应应：(1)对对于于对对照照组组也也出出现现的的一一种种或或数数种种肿肿瘤瘤，试试验验组组肿肿瘤瘤发发生生率增加；率增加；(2)试验组发试验组发生生对对照照组组没有的没有的肿肿瘤瘤类类型；型；(3)试验组肿试验组肿瘤瘤发发生早于生早于对对照照组组；(4)与与对对照照组组比比较较，试验组试验组每个每个动动物的平均物的平均肿肿瘤数增加。瘤数增加。在进行试验的两个物种

27、两种性别动物中，有一种结果为阳在进行试验的两个物种两种性别动物中，有一种结果为阳性，即认为该受试物有致癌性。两个物种两种性别动物试验结性，即认为该受试物有致癌性。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。果均为阴性时，方能认为未观察到致癌作用。（二）致突（二）致突变试验变试验用于致癌物用于致癌物筛选筛选预预测测致致癌癌性性的的理理想想致致突突变变试试验验应应能能灵灵敏敏地地预预测测出出受受试试物物的的致致癌癌性性，也也能能特特异异地地预预测测出出受受试试物物的的非致癌性，即要有高的灵敏性和特异性。非致癌性，即要有高的灵敏性和特异性。灵敏性灵敏性指受指受试试物在致突物在致

28、突变试验变试验中的阳性比例。中的阳性比例。特异性特异性指受指受试试物在致突物在致突变试验变试验中的阴性比例。中的阴性比例。几个遗传毒理学试验在致癌物筛检中灵敏性及特异性比较试试 验验灵敏性灵敏性()特异性特异性()GeneToxGeneToxNTPNTPGeneToxGeneToxNTPNTPAmesAmes试验试验175175223(78)223(78)202044(45)44(45)6666119(54)119(54)292947(62)47(62)252529(86)29(86)515173(70)73(70)小鼠淋巴瘤细胞基因突变试验小鼠淋巴瘤细胞基因突变试验454554(87)54(

29、87)313144(70)44(70)0 05(0)5(0)131329(45)29(45)CHOCHO细胞细胞HGPRTHGPRT基因突变试验基因突变试验40404l(98)4l(98)-1 11(100)1(100)-V79V79细胞基因突变试验细胞基因突变试验8484104(81)104(81)-3 33(100)3(100)-果蝇伴性隐性致死突变试验果蝇伴性隐性致死突变试验7777106(73)106(73)4 418(22)18(22)9 916(60)16(60)9 99(100)9(100)体外染色体畸变试验体外染色体畸变试验40/54(74)40/54(74)242444(55

30、)44(55)2 26(33)6(33)202029(69)29(69)体内染色体畸变试验体内染色体畸变试验8 89(89)9(89)9 915(60)15(60)111112(92)12(92)体外体外SCESCE试验试验100100101(99)101(99)313144(70)44(70)0 010(0)10(0)131329(45)29(45)体内体内SCESCE试验试验2l2l21(100)21(100)101015(67)15(67)5 512(42)12(42)肝细胞肝细胞UDSUDS试验试验191922(86)22(86)6 630(20)30(20)131314(93)14(

31、93)美美国国环环境境保保护护局局(EPA)遗遗传传毒毒理理学学计计划划(GeneTox)及及美美国国国国立立环环境境卫卫生生研研究究所所(NIEHS)国国家家毒毒理理学学规规划划(NTP)对对几几个个常常用用致致突突变变试试验验灵敏性及特异性的分析结果。灵敏性及特异性的分析结果。用于致癌物用于致癌物筛选筛选的短期的短期试验试验如下：如下：基基因因突突变变试试验验：鼠鼠伤伤寒寒沙沙门门氏氏菌菌回回复复突突变变试试验验(Ames试试验验)，培养哺乳，培养哺乳动动物物细细胞胞TK或或HPRT正向突正向突变试验变试验；染染色色体体畸畸变变试试验验：体体外外细细胞胞系系细细胞胞遗遗传传学学分分析析，小

32、小鼠鼠骨骨髓髓微核微核试验试验，大鼠骨髓染色体畸，大鼠骨髓染色体畸变试验变试验；原原发发性性DNA损损伤伤：DNA加加合合物物，链链断断裂裂，DNA修修复复诱诱导导(细细菌菌SOS反反应应，大鼠肝，大鼠肝UDS诱导诱导)，SCE试验试验；体外体外细细胞胞转转化化：叙利：叙利亚亚地鼠胚胎地鼠胚胎细细胞，胞，Balbc3T3细细胞。胞。（三）（三）细细胞胞恶恶性性转转化化试验试验 是是短短期期试试验验中中的的一一类类重重要要方方法法。将将受受试试物物在在体体外外与与动动物物细细胞胞株株接接触触，若若受受试试物物具具有有致致癌癌作作用用，则则正正常常细细胞胞的的形形态态、功功能能发发生生变变化化与与

33、癌癌细细胞胞类类似似，此此种种现现象象称称为为转转化化或或恶恶性性转转化化。通通过过增增殖殖，这这些些表表型型变变异异细细胞胞形形成成与与正正常常细细胞胞不不同同的的集集落落，即即转转化化集集落落。利利用用这这些些集集落落的的存存在在、形形成成率率以以及及将将转转化化细细胞胞接接种种于于裸裸鼠鼠中中发发生生肿肿瘤瘤的的情情况况来来评评价价化化学学物物的的致致癌活性。癌活性。该方法操作快速，理论上可靠。试验证明，细胞恶性转化该方法操作快速，理论上可靠。试验证明，细胞恶性转化与与Ames试验配套使用，可检出试验配套使用，可检出9899的致癌物。而且试验的致癌物。而且试验周期短，简便经济，易于观察，

34、灵敏度高，受试物直接作用周期短，简便经济，易于观察，灵敏度高，受试物直接作用于靶细胞，便于剂量控制，免受整体动物体内免疫系统和生于靶细胞，便于剂量控制，免受整体动物体内免疫系统和生物转化、生物转运的影响。物转化、生物转运的影响。但恶性转化大多数属形态转化或恶性前期转化，这种转化但恶性转化大多数属形态转化或恶性前期转化，这种转化可发展为真正的恶性病变，也可能到此为止，并一定形成肿可发展为真正的恶性病变，也可能到此为止，并一定形成肿瘤。因此瘤。因此阳性结果只提示受试物具有致癌的可能性。阳性结果只提示受试物具有致癌的可能性。（四）哺乳（四）哺乳动动物短期致癌物短期致癌试验试验哺哺乳乳动动物物短短期期

35、致致癌癌试试验验又又称称为为有有限限体体内内试试验验，指指时时间间有有限限(数数月月)，靶靶器器官官有有限限。较较受受重重视视的的短短期期致致癌癌试试验验有有下下列列四四种种：小小鼠鼠皮皮肤肤肿肿瘤瘤诱诱发发试试验验、小小鼠鼠肺肺瘤瘤诱诱发发试试验验、大大鼠鼠肝肝转转化化灶灶诱发试验诱发试验、雌性大鼠乳腺癌诱发试验雌性大鼠乳腺癌诱发试验。（五）人群流行病学研究（五）人群流行病学研究 流流行行病病学学调调查查是是获获得得环环境境化化学学物物对对人人类类致致癌癌性性的的最最可可靠靠证证据据的的主主要要手手段段，经经验验证证明明大大多多数数化化学学物物质质的的致致癌癌物物是是依依据据职职业性接触人群

36、的流行病学调查而肯定的。业性接触人群的流行病学调查而肯定的。调调查查应应该该包包括括前前瞻瞻性性和和回回顾顾性性调调查查。重重点点调调查查各各种种肿肿瘤瘤发发生生率率、死死亡亡率率、潜潜伏伏期期、剂剂量量效效应应关关系系以以及及接接触触剂剂量量与与肿肿瘤发病率和死亡率的关系。瘤发病率和死亡率的关系。（六）（六）转转基因基因动动物致癌物致癌检测检测模型模型动动物物致致癌癌试试验验耗耗时时长长，耗耗费费人人力力物物力力大大，使使用用的的染染毒毒剂剂量量大大。转转基基因因底底物物为为快快速速检检测测致致癌癌物物和和促促癌癌物物提提供供了了新新的的重重要要途途径径。转转基基因因小小鼠鼠可可用用于于研研

37、究究在在致致癌癌过过程程中中特特定定基基因因的的作作用用，可可用用于于分分析析化学物化学物-基因的相互作用。基因的相互作用。2、肿肿瘤抑制基因敲除小鼠。瘤抑制基因敲除小鼠。将将一一段段DNA整整合合到到肿肿瘤瘤抑抑制制基基因因中中，使使该该基基因因不不能表达具有正常功能的蛋白能表达具有正常功能的蛋白质质。1.1.过量表达癌基因的转基因小鼠过量表达癌基因的转基因小鼠。这类转基因动物是研究化学物致癌作用的敏感这类转基因动物是研究化学物致癌作用的敏感体系。携带癌基因的转基因动物可用于致癌试验，体系。携带癌基因的转基因动物可用于致癌试验，试验周期仅试验周期仅3个月左右，有希望发展成代替长期动个月左右，

38、有希望发展成代替长期动物致癌试验的试验系统。物致癌试验的试验系统。（七）（七）结结构与生物活性关系分析构与生物活性关系分析第六第六节节环环境化学物的致畸作用境化学物的致畸作用（生殖（生殖发发育毒性）及其育毒性）及其评评价价生殖发育过程即繁殖过程，包括：生殖发育过程即繁殖过程，包括：生生殖殖细细胞胞发发生生卵卵细细胞胞受受精精着着床床胚胚胎胎形形成成胚胎发育胚胎发育器官发生器官发生胎仔发育胎仔发育分娩和哺乳分娩和哺乳生生殖殖毒毒性性：对对生生殖殖细细胞胞、卵卵细细胞胞受受精精、胚胚胎胎形形成成、妊妊娠娠、分娩和哺乳的损害作用。分娩和哺乳的损害作用。发发育育毒毒性性：对对胚胚胎胎发发育育、胎胎仔仔

39、发发育育及及出出生生幼幼子子发发育育的的损损害害作用。作用。一、生殖毒性及评价一、生殖毒性及评价（一）对雄性生殖系统的毒害作用（一）对雄性生殖系统的毒害作用包包括括对对睾睾丸丸生生精精细细胞胞的的影影响响、对对内内分分泌泌功功能能的的影影响响、对性功能和生殖功能的影响。对性功能和生殖功能的影响。下丘脑下丘脑垂体前叶垂体前叶FSHLH睾丸曲精小管睾丸曲精小管生精过程生精过程睾丸间质细胞睾丸间质细胞睾睾酮酮LH-RH（）（）FSH促卵泡生成激素LH促黄体生成激素（二）对雌性生殖系统的损害作用（二）对雌性生殖系统的损害作用包括对卵细胞和内分泌功能的影响。包括对卵细胞和内分泌功能的影响。下丘脑下丘脑L

40、H-RH垂体前叶垂体前叶FSHLH卵泡初卵泡初期成长期成长卵泡卵泡成熟成熟排卵排卵黄体黄体形成形成雌二醇雌二醇孕孕酮酮（）（）（）（）（）（）（）（）（三）生殖毒性及其评定（三）生殖毒性及其评定外外来来化化合合物物对对生生殖殖过过程程作作用用的的评评定定主主要要通通过过生生殖殖毒毒性性试试验验来来进进行行。可可全全面面反反映映外外来来化化合合物物对对性性腺腺功功能能、发发育育周周期期、交交配配行行为为、受受孕孕、妊妊娠娠、分分娩娩、授授乳乳及及幼幼子子断断奶奶后后生生长长发发育育可可能能产产生的影响。生的影响。1、试验方法原则、试验方法原则材料材料：性成熟大鼠，或小鼠、家兔：性成熟大鼠，或小鼠

41、、家兔剂量剂量：三组：三组最高：出现轻度中毒，不死亡或死亡率小于最高：出现轻度中毒，不死亡或死亡率小于10等比级数等比级数中：极轻微中毒中：极轻微中毒低：无中毒症状低：无中毒症状染毒方式染毒方式：口服：口服饲喂法、灌胃法饲喂法、灌胃法数量数量：雌雄各：雌雄各1620只，或雌只，或雌1620只，雄只，雄810只只（2）试验方案a、三代两窝试验近年来许多国家与机构多规定采用近年来许多国家与机构多规定采用两代一窝两代一窝或或一代一窝一代一窝试试验法，两代一窝生殖试验法基本程序与三代两窝试验法相同，验法，两代一窝生殖试验法基本程序与三代两窝试验法相同，但只进行到第二代但只进行到第二代F2，每代只交配一

42、窝。，每代只交配一窝。（3）观察指标）观察指标在在上上述述各各种种生生殖殖毒毒性性试试验验中中，根根据据哺哺乳乳动动物物全全部部生生育育繁繁殖殖过程，可观察下列过程，可观察下列4个指标：个指标：受孕率：受孕率：反映雌性动物生育能力正常分娩率：正常分娩率：反映雌性动物妊娠过程是否受影响幼仔出生存活率：幼仔出生存活率：反映雌性动物分娩是否正常幼仔哺育成活率：幼仔哺育成活率：反映雌性动物授乳哺育幼仔的能力二、发育毒性及评价二、发育毒性及评价胚胚胎胎毒毒性性发发育育毒毒理理学学范范畴畴，母母体体毒毒性性生生殖殖毒毒理理学学范范畴畴。都都是是化化学学物物对对生生殖殖繁繁殖殖过过程程的的影影响响，是是在在

43、不不同同阶阶段段和和不同靶部位的具体体现。不同靶部位的具体体现。1、胚胎毒性、胚胎毒性指指外外来来化化学学物物对对母母体体子子宫宫内内胚胚胎胎或或胎胎儿儿产产生生的的毒毒作作用用。具具体体表现：表现：1、胚胎死亡、胚胎死亡2、生长迟缓：平均体重低于正常值两个标准差。、生长迟缓：平均体重低于正常值两个标准差。3、功能发育不全：包括代谢、免疫、神经系统方面的缺陷。、功能发育不全：包括代谢、免疫、神经系统方面的缺陷。4、畸畸形形：包包括括外外观观、内内脏脏、骨骨骼骼畸畸形形，指指的的是是器器官官形形态态结结构构的的异异常常，与与发发育育缺缺陷陷不不同同，它它指指的的是是出出生生后后个个体体发发育育紊

44、紊乱乱引引起的结构、功能、代谢、精神、行为和遗传等异常。起的结构、功能、代谢、精神、行为和遗传等异常。畸畸形形指指的的是是器器官官形形态态结结构构的的异异常常，与与发发育育缺缺陷陷不不同同，后后者者指指的的是是出出生生后后个个体体发发育育紊紊乱乱引引起起的的结结构构、功功能能、代代谢谢、精精神神、行为和遗传等异常。行为和遗传等异常。与与变异变异区别：两者有时难以区分，一般变异不存在生命危险，区别：两者有时难以区分，一般变异不存在生命危险，甚至不影响正常生理功能，而且难以明确变异与接触某种外甚至不影响正常生理功能，而且难以明确变异与接触某种外源化学物的因果关系。常见的变异有内脏左右易位、手指、源

45、化学物的因果关系。常见的变异有内脏左右易位、手指、足趾数目不同。足趾数目不同。（二）母体毒性（二）母体毒性指外来化合物在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用。指外来化合物在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用。具体表现包括体重减轻、出现某些临床症伏、直至死亡具体表现包括体重减轻、出现某些临床症伏、直至死亡胚胎毒性与母体毒性的关系：（1）具有胚胎毒性，但无母体毒性出现。（2）出现胚胎毒性的同时也表现母体毒性。（3）不具有特定致畸作用机理，但可破坏母体正常生理稳态，以致对胚胎具有非特异性的影响，并造成畸形。（4）仅具有母体毒性，但不具有致畸作用。（5）在一定剂量下，既不呈现母体毒性，也未见致畸作用

46、。此种情况并不能确定受试物确实不具致畸作用。可能是动物接触的剂量未达到致畸作用的最小有作用剂量，并非真正不具有致畸作用。（三）发育毒性及评定（三）发育毒性及评定1、致畸试验、致畸试验检查受试物能否通过妊娠母体引起胚胎畸形的动物试验，检查受试物能否通过妊娠母体引起胚胎畸形的动物试验，可确定受试物是否有致畸作用，诱发何种畸形及出现畸形的可确定受试物是否有致畸作用，诱发何种畸形及出现畸形的主要器官，最大无作用剂量和最小有作用剂量。主要器官，最大无作用剂量和最小有作用剂量。（1）动物选择）动物选择 食性和对受试物代谢过程与人类接近，体型小，驯服，容易饲养和繁殖及价廉，还应特别注意妊娠过程较短、每窝产仔

47、数较多和胎盘构造及厚度与人类接近等特点。可选用二种哺乳动物，一般首先考虑大鼠，此外可采用小鼠或家免。大鼠受孕率高，易于得到足够标本数；胎仔大小适中；大鼠对大多数外来化合物代谢过程基本与人类近似。（2）剂量分组预试验：用孕鼠810只，在妊娠1516天内给予受试物，如果出现严重的母体中毒、流产或胚胎大量死亡，将剂量减小，直到找出母体轻度中毒的剂量。最少设3个剂量组，成等比级数关系。另设对照组，阳性对照、阴性对照最高剂量组可以引起母体轻度中毒，即进食量减少、体重减轻、死亡不超过10%中间剂量组母体出现某些极轻微中毒症状最低剂量组不应观察到任何中毒症状（3）交配处理 每日将已确定受孕雌鼠随机分入各剂量

48、组和对照组。接触受试物的方式与途径应与人体实际接触情况一致，一般多经口给予。也可采用灌胃方式、腹腔注射法。大鼠和小鼠一般可自受孕后第5天开始给予受试物，每日一次，持续到第15天。试验期间每23天称取母鼠体重。一方面可根据体重增长，随时调整给予受试物的剂量，同时也可观察受孕动物的妊娠情况和胚胎发育情况。（4）胎仔检查 自然分娩前12日将受孕动物处死，剖腹取出子宫及活产胎仔，并另行记录死胎及吸收胎。活产胎仔取出后，先检查性别，逐只称重，并按窝计算平均体重，然后由下列几方面进行畸形检查：外观畸形肉眼检查，例如露脑；肉眼检查内脏及软组织畸形，例如腭裂；骨骼畸形检查，例如颅顶骨缺损，分叉肋等。畸形检查只

49、限活产胎仔。（5）结果评定主要计算畸胎总数和畸形总数。计算时还要对剂量效应（反应）关系加以分析。常用评价指标：活产幼仔平均畸形出现率、畸胎出现率、母体畸胎出现率2、致畸物体内筛检试验法（C/K法）对象：受孕小鼠或大鼠 剂量：至少两个剂量组对照组。高剂量组：最小有作用剂量，允许产生明显母体毒性。妊娠615天内每天接触受试物，记录体重，自然分娩，肉眼查看畸胎，计算出现死胎母鼠百分率、出现吸收胎母鼠百分率和出生第三日存活幼子百分率。此外，还应计算幼子平均体重和出生三日增长的体重，判断是否生长迟缓，若有培养至断奶，观察是否可逆。特点：简单易行；经济；可作大批量试验处理；可确定生长发育迟缓是否可逆。3、

50、致畸作用和发育毒性体外试验法、致畸作用和发育毒性体外试验法包括全胚胎培养、器官培养、细胞培养。特点：包括全胚胎培养、器官培养、细胞培养。特点：节约人力和时间节约人力和时间可利用人血清、尿液，直接观察其对人群的作用可利用人血清、尿液，直接观察其对人群的作用可理解代谢物的致畸作用及发育毒性可理解代谢物的致畸作用及发育毒性试验条件易控制试验条件易控制（1）全胚胎培养法）全胚胎培养法系系将将试试验验动动物物的的全全胚胚胎胎在在一一定定培培养养基基中中进进行行培培养养，观观察察在在接触受试物的情况下，是否出现致畸作用及发育毒性。接触受试物的情况下，是否出现致畸作用及发育毒性。常常选选用用来来自自大大鼠鼠