第六章 致突变作用,第六章 食物中化学物质的 致突变作用及评价,第一节 概述 第二节 化学毒物致突变的类型 第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果 第四节 机体对致突变作用的影响 第五节 化学毒物致突变作用评价方法,6.1 概述,,,,,一、基本概念 二、遗传学基础,一、基本概念,一、基本概念,一、基本概念,一、基本概念,致突变作用（mutagenesis）：是外来因素，特别是化学因子引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且这种改变可随同细胞的分裂过程而遗传诱变作用) 突变是致突变作用的后果 能引起突变的物质叫致突变物二、遗传性基础,二、遗传性基础,二、遗传性基础,3、染色体与基因有着平行的关系,二、遗传性基础,二、遗传性基础,二、遗传性基础,二、遗传性基础,二、遗传性基础,6.2 化学毒物致突变的类型,一、基因突变,一、基因突变,一、基因突变,一、基因突变,一、基因突变,一、基因突变,根据遗传信息的改变方式，基因突变又可以 分为： ①错义突变：由于一对或几对碱基对的改变而 使决定某一氨基酸的密码子变为决定另一种 氨基酸的密码子的基因突变 ②同义突变：没有引起编码氨基酸错误的基因 突变。
③无义突变：由于一对或几对碱基对的改变而 使决定某一氨基酸的密码子变成一个终止密 码子的基因突变二、染色体畸变,二、染色体畸变,指染色体的结构发生改变 染色体型畸变：指两条染色单体都受损 染色单体型畸变：指组成染色体的两条染色单体中仅一条受损 产生何种畸变，取决于损伤发生在DNA复制 前还是复制后二、染色体畸变,二、染色体畸变,三、非整倍体与多倍体,6.3 化学毒物致突变作用的机制及后果,1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,烷化剂的影响 烷化剂是对DNA和蛋白质都有强烈烷化作用的物质 常见的有：烷基硫酸酯、N-亚硝基化合物、氮芥和硫芥等环状烷化剂和卤代亚硝基脲等 烷化活性：甲基化＞乙基化＞高碳烷基化,1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,平面大分子嵌入DNA链 有些大分子能以静电吸附形式嵌入DNA单链的碱基之间或DNA双螺旋结构的相邻多核苷酸链之间，称为嵌入剂 平面大分子嵌入DNA链造成移码突变1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,碱基类似物取代 与碱基非常相似的化学物，称碱基类似物 碱基类似物能在S期中可与天然碱基竞争，并取代其位置。
1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,致突变物改变或破坏碱基的化学结构 ①有些化学物可对碱基产生氧化作用，从而破坏或改变碱基的结构，有时还引起链断裂 ②有些化学物质可在体内形成有机过氧化物或自由基，可间接使嘌呤的化学结构破坏，容易出现DNA链断裂1、碱基损伤,一、引起突变的DNA老化,共价结合形成加合物 许多化学诱变剂或其活化产物是亲电子化学物，可 与DNA、RNA或蛋白质等大分子亲核物质发生共价 结合，形成稳定的加合物（adduct），通常很难用 化学的或生物的方法使其解离DNA加合物的形成被普遍认为是诱变作用的重要事件2、DNA链受损,二、引起突变的细胞分裂过程的改变,非整倍性和多倍体的产生是由于染色体分离异常所至 1. 非整倍体是由于正常细胞未分裂而产生的 原因是由于细胞在第一次减数分裂时同源染色体不分 离，或在第二次减数分裂或有丝分裂过程中，姐妹染 色单体不分离而形成 2.多倍体涉及整个染色体组在有丝分裂过程中，若 染色体己正常复制，但由于纺锤体受损，染色单体不能分离到子细胞中，这时染色体数目就会加倍， 形成四倍体减数分裂的异常也可使配子形成二倍 体，若二倍体的配子受精，可形成多倍体的受精卵。
二、引起突变的细胞分裂过程的改变,三、其他的改变,四、突变的后果,1、生殖细胞突变,1、生殖细胞突变,不同发育阶段的生殖细胞发生突变的意义不同 精原干细胞、卵原细胞和休止期的卵母细胞如果 发生突变，就存在整个生育年龄将排出突变生殖 细胞的可能性 精原干细胞以后的发育阶段或正在成熟与成熟了 的卵母细胞如果发生突变，那么仅在很短一段时 间中（男性8周左右，女性1次排卵周期），才有 排出突变生殖细胞的可能1、生殖细胞突变,致死性突变 显性致死：使卵子不能受精或突变配子与正 常配子结合后，在着床前或着床 后的早期胚胎死亡 隐性致死：需要纯合子或半合子才能出现死 亡效应1、生殖细胞突变,非致死突变 ①产生遗传病 ②对基因库的遗传负荷产生不良影响 基因库是指某一物种的生育年龄群体于特定时期能将遗传信息传至下一代的基因的总和 遗传负荷指基因库中携带的一定量的有害基因1、生殖细胞突变,我国新生儿染色体异常人数的估算,2、体细胞突变,2、体细胞突变,2、体细胞突变,,,6.4 机体对致突变作用的影响,,§ 6-5 致突变试验,一、观察项目的选择 1. 观察效应终点 遗传学终点：指试验观察到的现象所反映的 各种事件。
分5类：DNA完整性的改变 DNA重排或交换 DNA碱基序列改变基因突变） 染色体完整性改变染色体畸变） 染色体分离改变染色体组畸变）,,原发性DNA损伤,,2. 致突变试验项目的组合 遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理学 试验因为： ①化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制 不尽相同，作用的靶细胞也不一样 ②致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为 间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具 有致突变作用 ③化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检 测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱 的致突变物入选原则： ①选择的遗传毒性试验应包括5种类型的遗传学终点 ②实验指示生物应包括若干进化阶段的物种，既要包括原核生物，又要包括真核生物 ③体内试验与体外试验配合 ④应包括生殖细胞和体细胞 通常，对于一种受试物应当先用原核细胞或体细胞 的体外试验按遗传学终点合理配套进行试验，并对 有阳性结果的遗传学终点验证其在体内的真实性， 再行选用生殖细胞致突变试验进行遗传危害的评价二、常用的致突变试验 1．鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验 2．微核试验 3. 染色体畸变分析 姐妹染色单体交换试验（SCE） 果蝇伴性隐性致死试验 显性致死试验 程序外DNA合成试验 单细胞凝胶电泳（SCGE）试验,,,鼠伤寒沙门氏菌回复突变试验 又称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。
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 试验方法：点试验(预试验)， 掺入试验(标准试验) 鼠伤寒沙门氏菌原养型(his+),组氨酸营养缺陷型突变株his-),正向突变,回复突变,代谢活化系统,,,,受试物,①微核：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单体在细胞 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 ②微核试验是观察受试物能否产生微核的试验 主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂 ③方法：啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞(PCE)微核 试验 剂量分组：1/2LD50、1/4LD50、1/8LD50同时设阴 性对照和阳性对照组MN,,NCE,,,,三、试验结果的评定,1.在评定阳性或阴性结果之前，应首先检查 实验的质量控制情况 通过：① 盲法观察； ② 阴性对照和阳性对照的设立； ③资料的统计学分析； ④试验结果的重现性2.阴性结果的判定条件 ： ① 最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃 量许可的最大剂量 ② 各剂量的组间差距不应过大，以防漏检仅在非常狭窄范围内才有突变能力的某些外来化合物。
3.阳性结果的判定条件： ①应当具有剂量反应关系 ②在一个或多个剂量组的观察值与阴性对照组比较有显著性差异 如果低剂量组或低、中两剂量组与对照组之间的差异有显著性，而高剂量组差异无显著性，则阳性结果不可信或无意义4. 无论阳性还是阴性结果都要求有重现性， 即重复试验能得到相同结果四、致突变试验中的一些问题,1.阴性、阳性对照组的设立 ①阴性对照：即未处理对照或溶剂对照 目的：获得试验的基础数据 ②阳性对照：是用某种已知能产生阳性反应 的物质作对照 目的： *通过对阳性物质的试验证明实验方法的可靠； *验证实验者在本实验条件下，完成技术和鉴定致突 变物的能力； *证实经一定时间后，本实验的重复性2. 体外试验的活化系统 前致突变物：本身不具致突变性，经哺乳动物代谢 才转化成致突变物的化学物质 ①哺乳动物细胞介导：使用完整的细胞，特别是大鼠肝原代 细胞，与测试细菌或细胞一起培养 ②S9：经酶诱导剂处理后制备的肝匀浆，再经9000g离心分 离所得上清液，加上适当的缓冲液和辅助因子 ③纯化酶和基因工程 纯化酶：纯化的细胞色素P450、谷光苷肽转 移酶、过氧化 物酶 基因工程：将人的细胞色素P450基因插入组合细胞内，再进 行致突变试验，使细胞具有代谢活化系统。
3. 致突变试验与致癌试验的关系 （1）化学物质按遗传毒性和致癌性分为四类： ①遗传毒性致癌物； ②非遗传毒性致癌物；（假阴性） ③遗传毒性非致癌物；（假阳性） ④非遗传毒性非致癌物 （2）致癌物检测方法 ①短期试验； ②哺乳动物诱癌试验； ③人类流行病学调查。