第一篇：食品毒理學(xué)第六章外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用

第六章 外源化學(xué)物質(zhì)的致突變作用

遺傳毒理學(xué)(Genetic Toxicology)

毒理學(xué)的一個(gè)分支，研究外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素對(duì)生物體遺傳機(jī)構(gòu)的損害作用及其規(guī)律。其主要目的是檢測(cè)那些能引起DNA損傷的環(huán)境因素，研究其遺傳毒作用的特點(diǎn)及對(duì)人類(lèi)的潛在危害。

1、突變(mutation)

遺傳結(jié)構(gòu)本身的變化及其引起的變異稱(chēng)為突變，突變實(shí)際上是遺傳物質(zhì)的一種可遺傳的變異。

?自發(fā)突變(spontaneous mutation)

由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的自制、轉(zhuǎn)錄、修復(fù)時(shí)的堿基配對(duì)錯(cuò)誤所產(chǎn)生的突變。

?誘發(fā)突變(induced mutation)

人為造成的突變。

?正面意義

培育新品種，如農(nóng)業(yè)、林業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等

?負(fù)面意義

對(duì)環(huán)境、人類(lèi)健康、物種等的危害

2、致突變作用或誘變作用

(mutagenesis)

外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素引起生物體突變發(fā)生（細(xì)胞核中的遺傳物質(zhì)發(fā)生變化，這種改變隨細(xì)胞分裂過(guò)程傳遞）的作用及過(guò)程稱(chēng)為致突變作用

即：突變的發(fā)生及其過(guò)程即為致突變作用。

誘發(fā)因素

化學(xué)因素

藥品、農(nóng)藥、食品添加劑、調(diào)味品、化妝品、洗滌劑、塑料、著色劑、化肥、化纖等

物理因素

電離輻射、紫外線、電磁波、溫度（超高溫、超低溫）等

生物因素

真菌的代謝產(chǎn)物、病毒、寄生蟲(chóng)等

1、基因突變

指在基因中DNA序列的改變。主要包括堿基置換、移碼突變、整碼突變、片段突變（大段損傷）等。

?堿基置換

指某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變。

?轉(zhuǎn)換AG / TC

?顛換A（G）T（C）

?移碼突變

指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)（三對(duì)除外）的堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開(kāi)始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。

2．染色體畸變

是指染色體結(jié)構(gòu)的改變。染色體結(jié)構(gòu)改變的基礎(chǔ)是DNA鏈的斷裂，所以把能引起染色體畸變的外源化學(xué)物稱(chēng)為斷裂劑。

3.染色體數(shù)目異常

指基因組中染色體數(shù)目的改變，也稱(chēng)為基因組突變、染色體數(shù)目畸變。

非整倍體非整倍體指細(xì)胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時(shí)稱(chēng)為單體，增加一條染色體時(shí)稱(chēng)為三體。染色體數(shù)目的改變會(huì)導(dǎo)致基因平衡的失調(diào)，可能影響細(xì)胞的生存或造

成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導(dǎo)致先天愚型(Down氏綜合征)。

整倍體整倍體指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體、四倍體等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細(xì)胞及人類(lèi)自然流產(chǎn)的胎兒細(xì)胞中可有三倍體細(xì)胞的存在。發(fā)生于生殖細(xì)胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。

三、突變的不良后果

體細(xì)胞突變的不良后果

1.體細(xì)胞突變與癌變。

2.體細(xì)胞突變與致畸

3.體細(xì)胞突變的其他不良后果

生殖細(xì)胞突變的不良后果

1.致死性突變

2.可遺傳的改變

四、致突變作用的研究方法

評(píng)定外源化學(xué)物對(duì)生殖細(xì)胞及體細(xì)胞的致突變性，對(duì)遺傳危害性作出初步評(píng)價(jià)，并預(yù)測(cè)其

致癌、致畸的可能性，還可用于環(huán)境遺傳毒物污染的監(jiān)測(cè)及評(píng)價(jià)。

基因突變和染色體畸變的檢測(cè)可直接反映化學(xué)毒物的致突變性，是評(píng)價(jià)化學(xué)毒物致突變性唯一可靠的方法。

還有許多試驗(yàn)所觀察到的現(xiàn)象并不反映基因突變、染色體畸變和染色體分離異常，而僅反映致突變過(guò)程中發(fā)生的其他事件。

遺傳學(xué)終點(diǎn)分為5類(lèi)：

①DNA完整性的改變(形成加合物，斷裂，交聯(lián))；

②DNA重排或交換；

③DNA堿基序列改變；

④染色體完整性改變；

⑤染色體分離改變。

其中③實(shí)際上指基因突變，④指染色體畸變。

2．成套的觀察項(xiàng)目

遺傳毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序通常為一組體內(nèi)、外遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)。

因?yàn)椋?/p>

①化學(xué)毒物的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)多種多樣，其致突變的機(jī)制不盡相同，作用的靶細(xì)胞也不一樣，有的是體細(xì)胞，或生殖細(xì)胞，或兩者兼而有之，故在成套觀察項(xiàng)目中既要用體細(xì)胞檢測(cè)又要用生殖細(xì)胞；除了從分子水平還要從細(xì)胞水平來(lái)檢測(cè)化學(xué)毒物的遺傳毒性。

②致突變物中僅少數(shù)具有直接致突變作用，大多數(shù)為間接致突變作用，即需要在體內(nèi)代謝活化后，才具有致突變作用。體內(nèi)試驗(yàn)具有完整的活化系統(tǒng)，而體外試驗(yàn)則通過(guò)加入模擬代謝系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)缺乏活化系統(tǒng)的不足。這是體內(nèi)與體外試驗(yàn)的主要差別。

③化學(xué)毒物的致突變性有強(qiáng)，也有弱；有的在某一檢測(cè)系統(tǒng)中是強(qiáng)致突變物，而在另一系統(tǒng)中可能是弱的致突變物。對(duì)于弱致突變物在某些系統(tǒng)中比較容易漏檢，即出現(xiàn)假陰性。

遺傳毒理學(xué)成套觀察項(xiàng)目中試驗(yàn)入選原則有：

①選擇的遺傳毒性試驗(yàn)應(yīng)包括5種類(lèi)型的遺傳學(xué)終點(diǎn)。

②通常的實(shí)驗(yàn)材料有病毒、細(xì)菌、真菌、培養(yǎng)的哺乳細(xì)胞、植物、昆蟲(chóng)及哺乳動(dòng)物等。③體內(nèi)試驗(yàn)與體外試驗(yàn)配合。

④應(yīng)包括生殖細(xì)胞和體細(xì)胞。

通常，對(duì)于一種受試物應(yīng)當(dāng)先用原核細(xì)胞或體細(xì)胞的體外試驗(yàn)按遺傳學(xué)終點(diǎn)合理配套進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)有陽(yáng)性結(jié)果的遺傳學(xué)終點(diǎn)驗(yàn)證其在體內(nèi)的真實(shí)性，再行選用生殖細(xì)胞致突變?cè)囼?yàn)進(jìn)行遺傳危害的評(píng)價(jià)。

3、檢測(cè)方法

?以基因突變?yōu)橹笜?biāo)的檢測(cè)法

Ames試驗(yàn)

?以染色體為指標(biāo)的方法

經(jīng)典的染色體畸變分析方法

微核試驗(yàn)法

姐妹染色單體互換測(cè)試法

?常用的致突變?cè)囼?yàn)

(一)細(xì)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames試驗(yàn))

Ames試驗(yàn)是以營(yíng)養(yǎng)缺陷型的突變體菌株為指示生物檢測(cè)基因突變的體外試驗(yàn)。常用的菌株有組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型鼠傷寒沙門(mén)氏菌和色氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型的大腸桿菌

原理：用鼠傷寒沙門(mén)氏菌的組氨酸缺陷型（不能在沒(méi)有組氨酸的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的突變型）菌株為測(cè)試對(duì)象，如果菌株用某待測(cè)化學(xué)物質(zhì)處理后能在沒(méi)有組氨酸的培養(yǎng)基上形成菌落，就說(shuō)明發(fā)生了回復(fù)突變。根據(jù)菌落出現(xiàn)的數(shù)目就可以估算出該物質(zhì)誘變能力的強(qiáng)弱。

(二)微核試驗(yàn)

以骨髓細(xì)胞或外周血淋巴細(xì)胞中微核的數(shù)量變化為指標(biāo)的測(cè)試方法。

各類(lèi)染色體畸變中除易位、倒位或互換外一般常伴有無(wú)著絲粒斷片的產(chǎn)生，這種斷片在間期細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中呈現(xiàn)為一種圓形或橢圓形的結(jié)構(gòu)──微核。因此微核出現(xiàn)的數(shù)目可作為染色體畸變的指標(biāo)、微核(Micronucleus)的產(chǎn)生與染色體損傷有關(guān)，是染色體或染色單體的無(wú)著絲點(diǎn)斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個(gè)染色體，在細(xì)胞分裂后期遺留在細(xì)胞質(zhì)中，末期之后，單獨(dú)形成一個(gè)或幾個(gè)規(guī)則的次核，包含在子細(xì)胞的胞質(zhì)內(nèi)，因比主核小，故稱(chēng)微核。

微核試驗(yàn)是通過(guò)觀察有微核的細(xì)胞率(‰)，用于檢測(cè)斷裂劑及非整倍體誘發(fā)劑。

可用于微核檢測(cè)的細(xì)胞很多，現(xiàn)已建立了植物細(xì)胞(如紫露草花粉母細(xì)胞、蠶豆根尖等)、哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞(如骨髓細(xì)胞、肝細(xì)胞、脾細(xì)胞、肺細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、紅細(xì)胞、精子、鼻及胃粘膜上皮細(xì)胞、皮膚細(xì)胞等)、非哺乳類(lèi)動(dòng)物細(xì)胞(如魚(yú)紅細(xì)胞、蟾蜍紅細(xì)胞等)的微核試驗(yàn)方法。

我國(guó)衛(wèi)生部在《食品安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序》(1994)中對(duì)遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的要求：根據(jù)受試物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)以及對(duì)遺傳物質(zhì)作用終點(diǎn)的不同，并兼顧體外和體內(nèi)試驗(yàn) 以及體細(xì)胞和生殖細(xì)胞的原則，在Ames試驗(yàn)、小鼠骨髓微核試驗(yàn)或骨髓細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)、小鼠精子畸形試驗(yàn)和睪丸染色體畸變?cè)囼?yàn)中選擇四項(xiàng)，如其中一項(xiàng)試驗(yàn)為陽(yáng)性，還應(yīng)在其他備選試驗(yàn)(V79細(xì)胞HGPRT基因突變?cè)囼?yàn)，顯性致死試驗(yàn)，果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)，UDS試驗(yàn))中再選擇兩項(xiàng)試驗(yàn)進(jìn)行。

我國(guó)《農(nóng)藥安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序》(1991)中對(duì)遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的要求則為：

Ames試驗(yàn)和大腸桿菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)，骨髓細(xì)胞微核試驗(yàn)或骨髓細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)，睪丸細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)或顯性致死試驗(yàn)為必做項(xiàng)目，若有一項(xiàng)出現(xiàn)陽(yáng)性，還需從精子畸形試驗(yàn)、體外培養(yǎng)細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)、UDS、果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)等試驗(yàn)中再選擇兩項(xiàng)進(jìn)行。?致 突 變

? 致 癌

? 致 畸