環(huán)境污染物的特殊毒性及其評(píng)價(jià)致癌作用

1、,物理因素,化學(xué)因素,,,化學(xué)致癌物是一類可以使正常細(xì)胞轉(zhuǎn)化為腫 瘤細(xì)胞，發(fā)展為癌的化學(xué)物。,,電離輻射。經(jīng)常接觸X射線的醫(yī)務(wù)人員中，白血病、皮膚癌、甲狀腺癌的發(fā)病率均高于不接觸X射線的醫(yī)務(wù)人員。國(guó)外388名15歲以下兒童患中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤發(fā)病率與其父親從事電離輻射有關(guān)。,第2節(jié) 環(huán)境污染物的致癌作用及其評(píng)價(jià),生物因素,,乙型肝炎病毒—— 肝癌 乳頭狀瘤病毒——食管癌、人類宮頸癌 EB病毒——鼻咽癌和惡性淋巴瘤 T系

2、淋巴系病毒I型——T細(xì)胞白血病淋巴瘤 HIV——多發(fā)性人類腫瘤,環(huán)境污染物的致癌作用,。,,1981年Doll and Peto報(bào)告的歸因于環(huán)境因素的癌死亡百分比： 煙草 30% 污染 2% 酒精 3% 工業(yè)產(chǎn)品 <1% 飲食 35% 藥品和醫(yī)學(xué)處置 1% 食品添加劑 <

3、1% 地球物理因素 3% 職業(yè) 4% 生殖和性行為 7% 感染 10%,人類癌癥相關(guān)的環(huán)境因素,其中化學(xué)因素約占77％,,終致癌物,近致癌物,前致癌物,,代謝Ⅰ,,代謝Ⅱ,不經(jīng)過代謝活化，就具有致癌活性的化合物。,致癌物的體內(nèi)代謝活化,1. 直接致癌物,2. 間接致癌物,化學(xué)物質(zhì)能引起機(jī)體損害的性質(zhì)和能力。,,2. 化學(xué)致癌物的機(jī)制,,體細(xì)胞突變學(xué)說（遺傳損傷機(jī)制學(xué)說）,癌基因?qū)W說,親電子劑學(xué)說,

4、癌變多階段學(xué)說,非遺傳機(jī)制學(xué)說,,,,,化學(xué)致癌是多因素、多基因參與的多階段過程,,惡性腫瘤的形成，起源于一個(gè)體細(xì)胞的惡變、增殖形成 腫瘤組織。,理論依據(jù)：,致癌物質(zhì)的致突變性 腫瘤細(xì)胞的單克隆性 染色體畸變 原癌基因突變和抑癌基因突變,2.1 體細(xì)胞突變假說,,,,,,2.2 親電子劑假說,DNA加合物,基因突變,DNA結(jié)構(gòu)損傷,腫瘤,細(xì)胞，血液尿等可檢出,共價(jià)結(jié)合,親電性化合物,DNA, RNA,

5、 蛋白質(zhì)的親核基團(tuán),,,,,,,,,DNA加合物（DNA adduct)致癌物多數(shù)具有遺傳毒性，具有遺傳毒性的致癌物盡管化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不盡相同，但有一共同的特點(diǎn)，即一般都是親電子劑 親電劑+DNA親核物 → 加合物 → DNA損傷→ 部分細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化 →腫瘤,DNA加合物在化學(xué)致癌作用過程中起到關(guān)鍵作用，是引起腫瘤的直接原因之一,。,2.2 親電子劑假說,癌基因（oncogene)： 指一類在自然或?qū)嶒?yàn)條件下

6、具有誘發(fā)惡性轉(zhuǎn)化的潛在基因。原癌基因（proto-oncogene)： 機(jī)體內(nèi)正常細(xì)胞所具有的能致癌的遺傳信息。抑癌基因（anti-oncogene，腫瘤抑制基因）： 正常細(xì)胞分裂生長(zhǎng)的負(fù)性調(diào)節(jié)因子。,2.3 癌基因假說,,,,致癌物,原癌基因,癌基因,,,,突變,癌變,原癌基因與癌基因關(guān)系,2.3 癌基因假說,原癌基因點(diǎn)突變 原癌基因擴(kuò)增 染色體易位與基因重排 原癌基因抑制解除 抑癌基因缺失,2.4 多

7、階段學(xué)說,,,引發(fā),進(jìn)展,促長(zhǎng),引發(fā),進(jìn)展,促長(zhǎng),致癌物,暴露,暴露,引發(fā)階段 促長(zhǎng)階段 進(jìn)展階段 （initiation） （promotion）（progression）,,,引發(fā)階段是化學(xué)物或其活化代謝物（親電子劑）與DNA作用，導(dǎo)致體細(xì)胞突變成引發(fā)細(xì)胞的階段。歷時(shí)很短，引發(fā)過程是一個(gè)突變過程，引發(fā)細(xì)胞不具有生長(zhǎng)自主性，因此不是腫瘤細(xì)胞。,引發(fā)階段（initiation，啟動(dòng)階段）,2.4 多階段學(xué)說,,,,促

8、長(zhǎng)階段是引發(fā)細(xì)胞增殖成為癌前細(xì)胞或良性腫瘤的過程。歷時(shí)較長(zhǎng)，早期可逆性的，晚期為不可逆的。,促長(zhǎng)階段（promotion）,,2.4 多階段學(xué)說,足量引發(fā)劑可誘發(fā)腫瘤一次單用引發(fā)劑不誘發(fā)腫瘤促長(zhǎng)劑本身不誘發(fā)腫瘤一次用引發(fā)劑后給以促長(zhǎng)劑可誘發(fā)腫瘤促長(zhǎng)劑必須多次重復(fù)促長(zhǎng)劑僅在引發(fā)劑后才發(fā)揮作用,,,,,,,2.4 多階段學(xué)說,,進(jìn)展階段（progression ）,突變細(xì)胞在形態(tài)、功能、代謝和行為方面表現(xiàn)出腫瘤的特征，如生長(zhǎng)加

9、速、侵襲性、轉(zhuǎn)移能力及生化、免疫性能改變。,不可逆 核型不穩(wěn)定性導(dǎo)致細(xì)胞基因組結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)改變 進(jìn)展的早期階段對(duì)環(huán)境因素敏感觀察到良性或惡性腫瘤進(jìn)展劑使已促長(zhǎng)細(xì)胞進(jìn)入該階段,2.4 多階段學(xué)說,前致癌物,終致癌物,細(xì)胞含錯(cuò)配堿基,細(xì)胞死亡,不分化的癌,分化的腫瘤,致癌物-DNA加合物,引發(fā)的細(xì)胞,正常細(xì)胞,,活化,轉(zhuǎn)移,,,,,,,,DNA結(jié)合,修復(fù),DNA復(fù)制錯(cuò)配修復(fù)失敗,DNA修復(fù),促長(zhǎng),進(jìn)展,,,,2.4 多階段學(xué)說

10、,1. 與化學(xué)致癌物分子結(jié)構(gòu)有關(guān)2. 與化學(xué)致癌物暴露方式有關(guān)3. 化學(xué)致癌物之間致癌性具有聯(lián)合作用4. 致癌性可垂直傳播,,化學(xué)致癌特點(diǎn),,致突變?cè)囼?yàn)陽(yáng)性或流行病學(xué)資料提示具有親電性刺激機(jī)體產(chǎn)生活性氧的能力強(qiáng),優(yōu)先進(jìn)行致癌性評(píng)價(jià)化合物的篩選原則。,3. 化學(xué)物質(zhì)的致癌性評(píng)價(jià),根據(jù)致癌性可疑程度：,,,,,1.產(chǎn)量大 2.接觸機(jī)會(huì)多 （開放式，職業(yè)性，日常生活） 3.蓄積性強(qiáng)，生物富集性強(qiáng) 4.存在形式

11、（食品成分，污染物） 5.理化特性（易蒸發(fā)，LogP等） 6.職業(yè)人群和一般消費(fèi)者的接觸水平高,根據(jù)人類暴露機(jī)會(huì)和暴露特征,1.確定有無動(dòng)物致癌性 2.確定致癌強(qiáng)度 致癌劑量-反應(yīng)關(guān)系 3.確定誘發(fā)腫瘤的靶器官 4.判斷受試物的腫瘤引發(fā)性和促發(fā)性,致癌試驗(yàn)?zāi)康?環(huán)境污染物致癌性評(píng)價(jià)方法,Ames實(shí)驗(yàn):假陽(yáng)性和假陰性問題 細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化試驗(yàn) 哺乳動(dòng)物短期致癌試驗(yàn),,通過細(xì)胞表型的改變 ，反映各

12、種理化因素的致癌性.可模擬化學(xué)致癌物在體內(nèi)致癌的過程，并可對(duì)發(fā)生轉(zhuǎn)化的細(xì)胞做直接觀察和做各種分析。,細(xì)胞轉(zhuǎn)化試驗(yàn)是致癌物檢測(cè)及癌變機(jī)理研究的重要方法,,細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化試驗(yàn),1）習(xí)性和體內(nèi)代謝與人接近，對(duì)致癌物敏感 2）壽命較短，經(jīng)濟(jì)，易于操作 3）生理病理特征了解透徹 4）自發(fā)腫瘤發(fā)生率資料全面等,純 系：生物性狀均一，試驗(yàn)重現(xiàn)性好，抗病能力弱。 雜交系：抗病能力強(qiáng)，遺傳特性與人接近，試驗(yàn)的重現(xiàn)性差,4. 一般采用兩種以上不

13、同種屬的動(dòng)物，同時(shí)進(jìn)行,對(duì)受試物敏感，自發(fā)腫瘤發(fā)生率低，生命力強(qiáng)的品系。,3. 品系,用于長(zhǎng)期致癌試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,1.嚙齒類動(dòng)物：大鼠或小鼠,2.性別：雌雄等數(shù)量,,對(duì)照組：溶劑對(duì)照和陽(yáng)性對(duì)照,高劑量組：最大耐受劑量,在此基礎(chǔ)上，可以再設(shè)最高劑量組的1/2，1/4或1/3，1/9,長(zhǎng)期致癌試驗(yàn)染毒劑量,。,,實(shí)驗(yàn)組雌、雄數(shù)量分別應(yīng)大于50只,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物斷奶后的幼齡期開始，終生染毒。 大鼠至少染毒兩年，小鼠為一年半。,動(dòng)物數(shù)量和實(shí)驗(yàn)期

14、限,動(dòng)物數(shù)量,實(shí)驗(yàn)期限,1.保證無其他致癌物和協(xié)同致癌物的暴露。 2.觀察：一般指標(biāo)，腫瘤出現(xiàn)時(shí)間，部位，數(shù) 目，性質(zhì)，大小，死亡時(shí)間等做好紀(jì)錄。 3.試驗(yàn)期間死亡的動(dòng)物，要進(jìn)行解剖，避免遺 漏癌前病變。,動(dòng)物管理和觀察,2.潛伏期: 染毒開始到出現(xiàn)第一個(gè)腫瘤的天數(shù),1. 腫瘤發(fā)生率（%）= × 100,發(fā)生腫瘤動(dòng)物數(shù),該組有效動(dòng)物數(shù),,腫瘤總發(fā)生率：器官和

15、組織別腫瘤發(fā)生率 不同類型腫瘤發(fā)生率,3.致癌指數(shù) = × 100,腫瘤發(fā)生率,平均潛伏期（天數(shù)）,,致癌實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析指標(biāo),陽(yáng)性：兩種以上動(dòng)物的致癌試驗(yàn)中，只要有一種動(dòng)物的試驗(yàn)結(jié)果為陽(yáng)性，并存在劑量反應(yīng)關(guān)系就可以判定該受試物有致癌性。 陰性：經(jīng)過不同染毒途徑，兩種以上動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果均為陰性，方能判定為陰性。,致癌試驗(yàn)結(jié)果評(píng)價(jià),1.確定致癌性,2.確定致癌靶器官

16、,,Ⅰ 確定人類致癌物動(dòng)物致癌試驗(yàn)和人類流行病學(xué)觀察資料充分Ⅱa 可能人類致癌物動(dòng)物誘癌作用確切，但人類流行病學(xué)資料 有限Ⅱb 可疑人類致癌物動(dòng)物誘癌作用資料有限，人類流行病學(xué)資 料缺乏Ⅲ 致癌性不能分類 目前資料還不能劃歸致癌物，也不能否定 致癌性Ⅳ 非人類致癌物

17、 目前資料未見致癌性,,,,也可以根據(jù)動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果或只根據(jù)人類致癌性資料進(jìn)行分類,級(jí)別 分類依據(jù),化學(xué)物質(zhì)的人類致癌性分級(jí)(IARC),,多環(huán)芳烴即PAH是兩個(gè)以上苯環(huán)連在一起的化合物。兩個(gè)以上的苯環(huán)連在一起可以有兩種方式：,非稠環(huán)型：苯環(huán)與苯環(huán)之間各由一個(gè)碳原子相連如：聯(lián)苯、聯(lián)三苯,稠環(huán)型：兩個(gè)碳原子為兩個(gè)苯環(huán)共有如：萘、蒽,聯(lián)苯,聯(lián)三苯,蒽,萘,多環(huán)芳烴,定義,3. 常

18、見化學(xué)致癌物,多環(huán)芳烴的來源,,PAH的天然本底,天然來源,人為來源,家庭、生活爐灶、工業(yè)鍋爐等產(chǎn)生的煙氣，占51%,各種礦物燃料（如煤、石油、天然氣等），占20%,陸地和水生植物、微生物的生物合成森林、草原的天然火災(zāi)火山活動(dòng),,,,,,多環(huán)芳烴的致癌結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)與致癌活性,K區(qū)理論,1.PAH分子中存在兩類活性區(qū)域，一類是相當(dāng)于菲環(huán)9,10位的區(qū)域，稱之為K區(qū)；另一類是相當(dāng)于蒽環(huán)的9,10位的區(qū)域，稱之為L(zhǎng)區(qū)。2.K區(qū)是發(fā)生致癌

19、反應(yīng)的關(guān)鍵區(qū)域，L區(qū)對(duì)致癌反應(yīng)起拮抗作用,,K區(qū),,L區(qū),K區(qū),,,K區(qū),,L區(qū),,K區(qū),多環(huán)芳烴的致癌作用——結(jié)構(gòu)與致癌活性,灣區(qū)理論,1.PAH分子結(jié)構(gòu)中的不同位置劃分為灣區(qū)、A區(qū)、B區(qū)和K區(qū)2.灣區(qū)的角環(huán)在代謝活化過程中，對(duì)致癌反應(yīng)起關(guān)鍵作用，其最終致癌形式為灣區(qū)環(huán)氧化合物3.灣區(qū)正碳離子穩(wěn)定性愈高，致癌性愈強(qiáng),1.PAH分子具有致癌性的必要和充分條件是在其分子中存在著兩個(gè)親電活性區(qū)域，并把PAH分子分為M區(qū)、L區(qū)、K區(qū)和角環(huán)

20、、次角環(huán)，如圖：,雙區(qū)理論,K區(qū),,,M區(qū),E區(qū),L區(qū),次角環(huán),角環(huán),,,M區(qū)為代謝活化區(qū)，E區(qū)為親電活化區(qū)），L區(qū)為脫毒區(qū)，K區(qū)為雙重性區(qū)域。M區(qū)和E區(qū)所在的環(huán)稱為角環(huán)，次角環(huán)。,多環(huán)芳烴的致癌作用——結(jié)構(gòu)與致癌活性,2.PAH致癌活性的定量計(jì)算公式為lgK=4.751ΔE1ΔE23-0.0512nΔE2 -3 式中：K——結(jié)構(gòu)與致癌性關(guān)系指數(shù)； ΔE1和ΔE2——分別為兩個(gè)活性中心相應(yīng)的碳正離子 的離域

21、能 n——脫毒區(qū)總數(shù) 4.751和0.0512——關(guān)系式的系數(shù),雙區(qū)理論,活化項(xiàng),脫毒項(xiàng),多環(huán)芳烴的致癌作用——結(jié)構(gòu)與致癌活性,K值與致癌性的關(guān)系,雙區(qū)理論,多環(huán)芳烴的致癌作用——結(jié)構(gòu)域致癌活性,多環(huán)芳烴類物質(zhì)的致癌機(jī)理,,1.多環(huán)芳烴在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化 多環(huán)芳烴 大氣工業(yè)廢水

22、 水體 人體 土壤 植物 動(dòng)物,,,,,,,,,,,,,,,多環(huán)芳烴在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為及降解作用,多環(huán)芳烴在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為及降解作