第七章 外源化学物致突变作用

目的要求 掌握外源化合物的致突变作用 熟悉致突变作用的评价方法 了解致突变作用的遗传学基础

第一节 概述

为什么子女与父母非常相象？ 基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能 RNA的特定核苷酸序列。 DNA RNA 蛋白质 复制 RNA复制 转录 翻译 逆转录  基因就是指DNA中能编码蛋白质和功能 RNA的特定核苷酸序列。

13.3 13.2 13.13 13.11 12 13.33 13.43 LDL-R, …… ApoE ApoCI ApoCII, ……

孟德尔用豌豆作杂交试验发现了孟德尔定律，并解释说性状是由“遗传因子”负责传递的。 1909年，丹麦遗传学家约翰逊创造了“基因”这个词，用来表述孟德尔所说的遗传因子，没有提出基因的物质概念。 摩尔根对果蝇的研究发现了新的遗传的连锁交换定律，将特定基因与某一条特定染色体上的特定位置联系起来，赋予了基因以物质的内涵。

等位基因 一对同源染色体统一基因座上的一对基因称为一对等位基因（allele）。 二倍体细胞每一个基因是成对存在的，每一对基因分别来自双亲的染色体的同一位置上，这个位置称为基因座（locus）。 等位基因之间有相互作用：如完全显性，不完全显性等。 非等位基因之间也存在相互作用。

复等位基因 在某一种生物的群体中，每一个基因座上可以有两个以上的等位基因，这就是复等位基因（multiple allele）。 例如人类的血型就是由IA,IB,i 3个复等位基因决定的，这几个基因各自编码特定的红细胞表面抗原。

外显子和内含子 — 基因的结构是断裂的 原核生物的基因结构大多数是连续的，即基因编码蛋白质的序列是不中断的。而真核生物基因的编码序列是不连贯的，即在两个编码序列之间有一段不编码蛋白质的非编码序列。 编码序列称为外显子（exon），非编码序列称为内含子（intron）。 外显子是出现在mRNA分子中的基因序列；内含子则是不出现在mRNA分子中的基因序列。

发生过程短，频率高；可为人类利用，也可能对人有害 发生过程长，频率低 自发突变：物种进化 突变 新品种培育、选择、改良 诱发突变 人类健康危害 发生过程短，频率高；可为人类利用，也可能对人有害

遗传毒理学（genetic toxicology） 研究化学性和放射性物质的致突变作用以及人类接触致突变物可能引起的健康效应。 主要研究致突变作用机理 寻找敏感检测系统发现和探究致突变物 提出评价致突变物健康危害的方法

突变是致突变作用的后果 致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变剂 遗传毒物（genotoxic agent）：因致突变物能引起遗传物质损伤，又称其为遗传毒物

直接致突变物（direct-acting mutagen）:具有很高的化学活性，其原型就可引起生物体突变的物质 间接致突变物（indirect-acting mutagen）:本身不能引起突变，必须在体内经过代谢活化才具有致突变性的物质

第二节 化学毒物的致突变类型

突变的类型 遗传 机理 以DNA为靶的损伤： 基因突变 基因突变 染色体畸变 染色体结构改变 不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变

1.基因突变 mutated type wild type

碱基置换（base substitution） 错误配对的碱基在下一次DNA复制时按正常规律配对，于是原来的碱基对被错误碱基对所置换。

突变的后果 同义突变（ synonymous mutation）:指没有改变基因产物氨基酸序列的改变 错义突变（ missense mutation）:指碱基序列的改变引起了产物氨基酸序列的改变 无义突变（nonsense mutation）: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，导致多肽链在成熟之前终止合成的改变

Tyrosine (Tyr) 酪氨酸 Serine (Ser)丝氨酸

染色体畸变类型 在下一次细胞分裂时断片因无着丝点，故不能进入分裂的核中而滞留在细胞质中，称为“微核”

染色体畸变类型 后果： 稳定的畸变(如倒位、易位)：染色体重排，可在机体或细胞群传递 不稳定畸变（无着丝粒断片、环状染色体）：因丧失重要遗传物质或有丝分裂障碍致细胞死亡。

发病率：1/800，1.25‰，以10亿人口计， 1.25‰x10亿=125万。 Down 综合征-为21-三体syndrome 发病率：1/800，1.25‰，以10亿人口计， 1.25‰x10亿=125万。 体征：智力发育不全，发育迟缓，面容呆滞，眼 距宽。眼裂小，外眼角上斜，鼻根扁平，张口伸 舌，流涎水缺乏抽象的思维能力，只会发单音节。 常伴有四肢、五官、内脏、皮肤等方面的异常。  50%患者伴有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白血病的发病率高于常人20倍。

Down（唐氏）综合征患者 唐氏的临床特征为：严重智力低下，独特的面部和身体畸形(如宽眼距，低鼻梁，肌无力，肢体短小，及贯通手等)，先天性心脏病，消化道畸形等，白血病的发病率比一般人要高得多。患者的平均寿命在30岁左右。唐氏这类染色体病与单基因遗传病的一个重要区别就是它是偶发的，每个孕妇都有生患儿的可能，发病无明显的种族差异和家族积聚现象。世界各地大量群体调查的结果表明种族之间发病率几乎相同，对海外华人的群体调查也显示中国人的发生率与其它民族无差异（Hook，1994）。国内有关唐氏发生率的报道不多，一般认为发生率在1/600-1/1000之间。

第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果

1. 突变的DNA变化 碱 基 损 伤 突变细胞分裂过程改变 其它： 碱 基 错 配 平面大分子嵌入DNA链 碱基类似物取代 碱基的化学结构改变或破坏 二聚体形成 DNA加合物形成 DNA蛋白交联物形成 DNA链受损 突变细胞分裂过程改变 2. 其它： 3.

突变后果

1.生殖细胞突变 致死性突变 非致死性突变 （妊娠最初3个月自然流产中有60%有染色体畸变 ）

2.体细胞突变 （3）其它： 衰老 心脑血管疾病 ……

第四节 机体对致突变作用的影响

一、DNA损伤的修复 光复活 “适应性”反应 切除修复 呼救性修复（SOS） 复制后修复

遗传物质 解毒 终致突变物质＋DNA 突 变

第五节 观察化学毒物致突变作用的基本方法

观察项目的选择 1983年国际环境致突变物防护委员会（ICPEMC）提出的致突变试验遗传学终点

化学致突变物的检测 基因突变试验： 鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验（Ames试验 ） 、哺乳动物细胞基因突变试验 染色体畸变试验： 染色体分析 、微核试验 DNA损伤试验 ： 姐妹染色单体交换(SCE)试验 、程序外DNA合成试验

Ames试验 检测受试物诱发鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型突变株(his-)回复突变成野生型(his+)的能力。 计数最低营养平皿上的回变菌落数来判定受试物是否有致突变性 标准试验菌株有四种：TA97和TA98检测移码突变, TA100检测硷基置换突变,TA102对醛、过氧化物及DNA交联剂较敏感。

用 Ames法检测诱变剂

微核试验 经致突变物作用后，染色体无着丝点断片或因纺锤体受损伤而丢失的整个染色体在细胞分裂的后期仍留在子细胞的胞质内，成为一个或几个规则的次核，称为微核。 常用啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核试验。 PCE是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞的主核已排出，微核容易辩认.

微核实验进展 体外微核：CHL/CHO/V79 外周血微核实验 双核细胞法 免疫荧光染色法、荧光原位杂交

姐妹染色单体交换(SCE)试验 SCE是染色体同源座位上DNA复制产物的相互交换，SCE可能与DNA的断裂和重接有关，提示DNA损伤。

即经两个分裂周期后，两条染色单体，其中一条DNA链的双股内T被BrdU取代，另一条只有一股被取代。 用染色剂处理，使双股含BrdU的染色单体着色浅淡，单股含BrdU的染色单体着色深。 光镜下计数SCE数

单细胞凝胶电泳实验（SCGE）

几种遗传毒理学试验的哺乳动物性细胞 致突变物筛检可靠性评价  试 验 灵敏性(%) 特异性(%) 准确性(％) Ames试验 17/19 (89%) 3/10 (30%) 20/29 (69%) 骨髓细胞染色体畸 18/18 (100%) 2/10 (20%) 20/28 (71%) 变试验或微核试验 显性致死试验 18/18 (100%) 8/10 (80%) 26/28 (93%)

复习题 毒理学实验设计原则 毒理学实验中常用对照的种类和意义 毒性评价试验的基本目的 亚慢性、慢性和急性毒性的概念和研究目的 亚/慢性、急性毒性实验中，动物选择原则及其异同点 常用检测LD50的方法 外源化学物蓄积作用的毒理学意义 遗传学损伤的类型及突变的不良后果 遗传毒理学试验的主要遗传学终点有哪些？试验成组应用原则？ Ames试验、微核试验的基本原理