W8——外源化学物致癌作用
第一节 概述
四种最为常见的慢性病分别为
➢ 心血管疾病（CVD）；
➢ 肿瘤；
➢ 慢性阻塞性呼吸系统疾病（COPD）；
➢ 糖尿病（diabetes mellitus）
恶性肿瘤是目前全球的第四位死亡原因，占全死因的9%，发达国家的19%，发展中国家的6%。
肿瘤的主要危险因素：
➢ 物理因素；
➢ 化学因素；
➢ 生物因素；
➢ 体力活动；
➢ 社会心理因素。
化学致癌物(chemical carcinogen)
凡能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。
化学致癌作用(chemical carcinogenesis)
化学物质引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程
第二节 化学致癌过程
一、细胞癌变的多阶段学说
1、引发阶段/启动阶段
致癌剂诱导细胞的基因突变或表观遗传变异，导致异常增生的单个克隆细胞的生成，从而引发致癌过程
突变细胞（启动细胞，initiated cell）
致癌物对靶细胞DNA产生损伤作用，经细胞分裂增殖固定下来，造成单个或少量细胞发生永久性、不可逆的遗传性改变
引发剂（启动剂，initiator）
具有引发作用的化学物质
2、促长阶段
➢ 单克隆的癌细胞在一种或多种促癌物质的不断作用下，表型发生了改变，恶性肿瘤细胞的各种性状得以表达的过程
➢ 选择性地促使引发细胞增殖的某些遗传或非遗传的改变
➢ 具有促长作用的化学物质，称为促进剂 (promotor)，无或仅有极微弱的致癌作用
➢ 反复使用能刺激细胞分裂，形成肿瘤，作用短暂且可逆
➢ 促进剂通过刺激细胞增生使引发的细胞发展进入促长阶段
➢ 肿瘤促进剂包括许多人工合成的或天然的化学物质
✓ 受体结合介导其作用
✓ 改变基因表达的特性
✓ 刺激细胞的增生
✓ 抑制细胞的凋亡
3、进展阶段
由良性肿瘤转变为恶性肿瘤，并进一步演变成更具有恶性表型或具有侵袭特征的肿瘤的过程
➢ 自主性和异质性增加
➢ 生长加速
➢ 侵袭性加强
➢ 浸润和转移
第三节 化学致癌机制
一、体细胞突变学说
❖ 致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因突变
❖ 大多数致癌物在致突变试验中呈阳性
❖ DNA修复缺陷可导致肿瘤发生
❖ 在许多肿瘤中发生染色体畸变或基因组不稳定性
❖ 肿瘤细胞来源于单细胞克隆
❖ 癌基因的突变以及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，且突变的基因型可传递给子代细胞
（一）DNA加合物
➢活化的致癌物与生物大分子物质进行共价或非共价结合并导致损伤效应
➢ 共价结合形成的DNA加合物可导致碱基突变、缺失、插入、交联
➢ 接触生物学标志和效应生物学标志
（二）原癌基因、癌基因、抑癌基因。
1. 原癌基因 (proto-oncogene)
➢ 正常细胞所具有的能致癌的遗传信息
➢ 原癌基因在进化过程中高度保守
➢ 正常情况下呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能
2．癌基因 (oncogene)
➢ 在自然或实验条件下具有诱发恶性转化的潜在基因，化学致癌物的主要靶分子，在细胞癌变过程中起着关键作用
➢ 是一类被激活的基因，所指导合成的蛋白质能够促成细胞恶性表型的形成
➢ 当发生突变、缺失、病毒整合、染色体易位、基因扩增或促长剂插入时，原癌基因发生改变，失去正常的调控细胞生长和分化功 能，使细胞发生恶性转化。发生恶性转化的原癌基因即是癌基因
➢ 化学、物理或生物等致癌因素作用于细胞后，引起原癌基因突变使之激活，转变成癌基因后才会导致细胞癌变
3．抑癌基因 (anti-oncogene)
➢ 正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性，或称为肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)、肿瘤易感基因(tumor susceptibility gene)
➢ 正常时对细胞的生长、增殖和分化起负调节作用，即抑癌作用
➢ 当其自身不能表达或其产物去活化才允许肿瘤性状的表达
（三）DNA修复
无差错修复：使机体内受损的DNA完全回复原有的结构和功能。
易错修复：经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上有缺陷。
二、表观遗传变异学说
表观遗传变异最重要的特点：可逆（不可逆/可逆）
环境因素对于亲代的影响可以（可以/不可以）遗传
三、非突变致癌机制
（一）细胞异常增生
➢ 良性增生和恶性增生
➢ 慢性炎症的刺激可以诱导局部组织的增生，反复刺激可使良性增生发展为异常增生，最终导致肿瘤的发生
诱发与致癌过程相关的细胞增殖机制
✓ 再生细胞增殖和有丝分裂剂引起细胞增殖
✓ 细胞增生促进癌前细胞灶优先生长，这种刺激作用在肿瘤发展阶段起重要作用
（二）免疫抑制
➢ 肿瘤的发生与免疫状态密切相关
➢ 免疫功能增强时，肿瘤可自行消退
➢ 肿瘤细胞可破坏宿主的免疫功能
➢ 外源化学物可能通过抑制免疫功能 促进肿瘤的发生
（三）内分泌激素失衡
➢ 长期使用激素可导致肿瘤发生
➢ 一些药物可导致内分泌系统的失衡继而诱发肿瘤
➢ 内分泌干扰物致癌
（四）过氧化酶体增殖剂激活受体
➢ 清除分子氧、降解过氧化氢
➢ 部分化学物有刺激肝脏过氧化物酶体增生的作用，称为过氧化酶体增殖剂
➢ 通过受体介导的模式刺激过氧化酶体的增殖，在细胞内通过与一种雌激素样核受体-过氧化物酶体增殖物激活受体γ结合并激活此受体
诱发肿瘤的原因
✓ 诱导氧化应激状态，导致过氧化氢的产生和降解失衡，损伤细胞内膜或DNA
✓ 诱导DNA复制、干扰细胞周期调控，影响分化和增生
第四节 化学致癌相关的分子事件
一、端粒调控与细胞永生化
二、细胞周期调控紊乱
三、细胞凋亡与肿瘤发生
（了解）
第五节 化学致癌物的分类
一、根据对人类和动物的致癌作用分类
IARC将化学物对人类致癌性资料（流行病学调查和病例报告）和对实验动物致癌性资料分为四级：
致癌性证据充分
致癌性证据有限
致癌性证据不足
证据提示缺乏致癌性（有充足证据）
➢ 1类，对人类是致癌物，87种；
➢ 2类，对人类是很可能或可能致癌物
❖ 2A，对人类很可能是致癌物，63种；
❖ 2B，对人类是可能致癌物，234种；
➢ 3类，现有证据不能对人类致癌性进行分类，493种；
➢ 4类，对人类可能是非致癌物，1种
二、按化学致癌作用模式分类
1、直接致癌物（direct careinogens）：在体内不需要经过代谢活化即可致癌。
2、间接致癌物（indirect careinogens）：在体内经代谢转化，其产物具致癌作用。
3、促癌剂：单独作用时不致癌，却可使启动的突变细胞克隆扩增，促进肿瘤的发展。
1、遗传毒性致癌物（genotoxic carcinogens）
与DNA共价结合，引起机体遗传物质改变，导致癌变的化学物质
2、表观遗传毒性致癌物（epigenotoxic carcinogens）
不作用于机体遗传物质的化学致癌物
第六节 化学致癌物筛查的基本方法
一、定量构效关系分析
➢ 定量构效关系（QSAR）利用理论计算和统计分析工具来研究化合物结构与其生物学效应之间的定量关系
➢ QSAR多从一种同系物着手，找出该系物质化学结构中与致癌性关系最密切的结构成分，以及其他结构成分改变时所产生的影响
二、遗传毒性试验
每个试验只能反映1-2个遗传终点，通常采用组合试验
➢ 方法简单、快速、费用低
➢ 无法检出非遗传毒性致癌物
➢ 结果判定较复杂
三、细胞恶性转化试验
细胞恶性转化
外源因素对体外培养的细胞所诱发的恶性表型改变，包括细胞形态、细胞增殖速度、生长特性、染色体畸变等变化，当细胞接种在裸鼠皮下可形成肉眼可见的肿瘤
➢ 试验目的
揭示体外培养细胞接触受试物后，细胞生长自控能力丧失，接触抑制消失，细胞排列紊乱或呈灶状生长
➢ 观察终点：细胞恶变
✓ 遗传毒性毒物
✓ 非遗传毒性毒物
四、哺乳动物致癌试验（重点）
（一）动物短期致癌试验
一种有限的动物试验（limited in vivo bioassay）。在有限的短时间内完成而不是终生，其观察的靶器官也限定为一个而不是全部器官和组织
常用的哺乳动物短期致癌试验
➢ 小鼠肺肿瘤诱发试验
➢ 小鼠皮肤肿瘤诱发试验
➢ 雌性大鼠乳腺癌诱发试验
➢ 大鼠肝转变灶试验
在给予受试物后，多次持续给予促长剂
➢ 阳性结果：与长期动物致癌试验相当。由于试验期较短，又未检查其他器官和系统，特别是皮肤肿瘤和乳腺癌的诱发试验似乎仅适用于较小范围的化学物质
➢ 阴性结果：意义较差
（二）哺乳动物长期试验
1、动物选择
易感性是选择动物最重要依据
➢ 物种：特定靶器官
➢ 品系：
➢ 年龄：刚断乳
➢ 性别：雌雄各半
2、动物数量
✓ 每组雌雄各50只
✓ 出现第一个肿瘤时，每组不少于25只
✓ 对照组肿瘤自发率较高，而染毒组肿瘤发生率较低时，所需动物数则增加
3、剂量设计
一般设3个染毒剂量组和1个对照组，必要时另设一个溶剂对照组。3个染毒剂量组包括无作用剂量组、阈剂量组、发生肿瘤的剂量组（此为最高剂量组），以求出明确的剂量反应关系
4、试验期限与染毒时间
原则上试验期限要求长期或终生。
致癌试验通常与慢性毒性试验结合起来进行
✓ 小鼠最少1.5年 ✓ 大鼠2年
5、结果的观察、分析和评定
致癌试验常用的指标
✓ 肿瘤发生率
✓ 潜伏期
✓ 多发性*
注意事项
➢ 对于阴性结果的认定应非常慎重
➢ 两个物种，两种性别，至少三个剂量水平且其中一个接近最大耐受量
➢ 每组有效动物数至少50只（动物数量与其自发肿瘤率成正比）
五、促癌剂的检测
选用适当的引发剂，引发后的1-2周开始用受试物染毒
➢ 小鼠肺肿瘤诱发试验
➢ 小鼠皮肤肿瘤诱发试验
➢ 大鼠肝转变灶试验
六、转基因或基因敲除动物在致癌物筛查中的应用
➢ 为研究化学致癌作用提供了新的手段，并为快速检测致癌物提供了新的重要途径
➢ 在代谢途径上，人为控制某一化学物的代谢，在整体水平上，人为控制某一基因的表达水平
七、人群肿瘤流行病学研究
➢ 动物致癌试验，根据阳性结果检出潜在的人类致癌物
➢ 描述流行病学调查或临床观察发现怀疑人类致癌物
➢ 病例-对照研究
➢队列研究