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1、第八章 化学致癌作用,2012年9月,第一节、背景,近年来肿瘤发病率和死亡率不断增高，发癌年龄年轻化； 查明了遗传因素和病毒的生物学因素虽与肿瘤发生有关。但并非是导致肿瘤发病率增高的主要原因； 发现环境化学污染和某些物理有害因素（如紫外线）与肿瘤发病率密切相关。WHO指出, 人类癌症90%与环境因素有关，其中主要是化学因素。,恶性肿瘤已成为人类死亡的第一位或第二位 原因，每年全世界约有700万人死于癌症 近些年，我国恶性肿瘤在各种死因中排列第一位。,认识化学致癌的历史,1775年 珀西瓦尔波特（percival pott）扫烟囱工阴囊癌; 1875年 德国 褐煤干馏工人肺癌高发; 1919年
2、动物实验证实煤焦油诱发兔耳上皮癌。 1930年 3-4苯并芘，动物实验可引起皮肤癌、肉瘤等。 生产合成染料膀胱癌高发 在手表指针上涂抹发冷光的镭的妇女，因为常常舔刷毛，经诊断患有舌癌。,20世纪50年代早期 吸烟人群的肺癌发病率日渐上升，比不抽烟的人群高上20至30倍。,1950-2005年间我国肿瘤死亡率趋势,1950-2001年间我国肿瘤死亡人数占总死亡人数的构成比变化趋势,第二节、基本概念,致癌作用(carcinogenesis)是指环境有害因素引起或增进正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。 化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起或增进正常细胞发
3、生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。 具有这类作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。,第三节、化学致癌物的分类, 按化学性质 1 烷化剂 直接烷化剂：芥子气、氯甲甲醚、环氧乙烷等； 间接烷化剂：氯乙烯、苯、丁二烯等； 2 多环芳烃：苯并芘、煤焦油、沥青等 3 芳香胺类：联苯胺、硝基联苯、氨基联苯等 4 金属和类金属：镍、铬、镉、砷等 5 霉菌和植物毒素 6 药物：环磷酰胺、己烯雌酚等。, 按作用形式 1 直接致癌物：有些致癌物可以不经过代谢活化就具有活性，称为直接致癌物 2 间接致癌物：大多数致癌物必须经过代谢活化才具有致癌活性，这些致癌物称为间接致癌物。 前致癌
4、物、近致癌物、终致癌物。,苯并芘,联苯胺,2-乙酰氨基芴,前致癌物,近致癌物,终致癌物,前致癌物: 化学物原型无致癌作用，须在体内经代谢转化才具有致癌作用，尚未代谢活化的形式，即母体化合物。 如亚硝胺类，多环芳烃,前致癌物,近致癌物,终致癌物,近致癌物: 指前致癌物经代谢活化过程形成的中间产物，必须进一步代谢活化才具有致癌作用的物质。,前致癌物,近致癌物,终致癌物,终致癌物: 不需代谢活化的直接致癌物和间接致癌物经过代谢转化最后产生的活性代谢产物的统称。,黄曲霉毒素B1（aflatoxin AFB1） 代谢：脱甲基、羟化、环氧化反应 羟化代谢产物：与谷胱甘肽、葡萄糖醛酸、硫酸结合 由尿和胆汁排
5、出 环氧化反应产物：黄曲霉毒素B1，2，3-环氧化物 可与DNA 脱氧鸟嘌呤第7位N结合 形成加合物,多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAH） 苯并（a）芘 benzo ( a ) pyrene，BaP 代谢：羟化、环氧化反应 羟化代谢：产物与谷胱甘肽结合排出 环氧化反应：主要终致癌物7，8-二醇9，10-环氧苯并（a）芘可与DNA结合,N-亚硝胺（nitrosamines） 二甲基亚硝胺 （dimethynitrosamine DMA） 代谢：脱甲基、脱亚硝基反应 脱亚硝基代谢：P450催化下生成醛和胺 脱甲基代谢：终致癌物甲基碳鎓离子 可使核酸和
6、蛋白质的亲核部位甲基化,3 遗传毒性致癌物：化学物进入细胞后与 DNA共价结合，引起基因突变或染色体畸变，从而导致肿瘤形成，称遗传毒性致癌物。 4 非遗传毒性致癌物：以非遗传物质为靶的致癌物，称非遗传毒性致癌物。, 按作用机制, 按作用结果 WHO下属的国际癌症研究所（International Agency for Research on Cancer, IARC）按动物实验、临床观察和人群流行病学资料，将致癌物分为四类 人类致癌物。对人类致癌证据充分，三方面证据充分。107种。 a 对人类很可能是致癌物。人类致癌证据有限（临床观察到但无流行病学资料或无直接因果关系证据）、动物致癌证据充分。
7、58种。 b 对人类可能是致癌物。人类致癌证据有限、动物也不充分。249种。 对人类致癌性未定。现有资料不能进行分类。512种。 人类非致癌物。1种（己内酰胺）。,第四节、化学致癌机制,是多因素、多基因参与的多阶段过程 致癌过程与多个肿瘤基因有关； 不同器官来源、不同组织类型、临床阶段乃至同一肿瘤在不同地区所见的遗传变化是不同的； 多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用； 个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响。, 遗传损伤致癌 DNA加合物形成 癌基因激活与抑癌基因失活 修复功能受损 非遗传损伤致癌 细胞信号传导障碍 免疫抑制 内分泌失衡 纺锤丝功能受损,1. DNA加合物,亲电性化
8、合物,DNA, RNA, 蛋白质 亲核基团,加合物,基因突变,结构改变,肿瘤,细胞，血液，尿等,共价结合,2. 癌基因与抑癌基因,3. DNA损伤的修复能力 正常细胞使受损伤的DNA分子迅速恢复正常，使细胞的遗传稳定性和正常功能得以保持而不致发生恶变； 化学致癌物可使机体对损伤DNA的修复能力减弱； DNA损伤修复缺陷在化学致癌机制中也起重要作用。,第五节、化学致癌过程,引发阶段(Initiation) 主要涉及三种细胞功能： 致癌物代谢活化致癌物 DNA修复 修复错误 细胞增殖 “固定”错误，产生引发细胞，因为引发细胞不具有自主生长性，因此不是肿瘤细胞。,促长阶段(Promotion) 引发
9、细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。 促长剂：影响引发细胞增殖，引起良性局灶性病理损害。如结节、息肉、乳头瘤。 促长剂本身为非致突变物，单独使用不具有致癌性。,主要促癌剂,佛波酯(TPA)促进细胞增殖、信号转导 灭蚁灵皮肤、肝癌 苯巴比妥肝癌 胆酸结肠癌,促长阶段特点：,引发剂作用之后，在促癌剂慢性作用下引起肿瘤； 引发剂单独作用不会引起肿瘤； 促癌剂单独作用也不会引起肿瘤； 必须先引发剂作用，再促癌剂作用； 引发作用是不可逆的，早期促长作用可逆。,进展阶段(progression) 引发细胞群转变成恶性肿瘤的过程，是不可逆的。,第六节、致癌作用的影响因素 联合作用 () 致癌性的增强 1增
10、强致癌物的吸收； 2增强遗传毒性致癌物的代谢活化或使其解毒减弱； 3抑制DNA修复； 4选择性增强DNA受损细胞的增殖。 (二) 致癌性的抑制 1在靶器官中发生竞争性的取代； 2活化作用酶系统活力发生改变；,营养因素 1 蛋白质 2 脂肪 动物试验中高脂肪饲料可使致癌作用增强。 3 碳水化合物 人类结肠癌的发生与低渣易消化食物有关。动物试验证实麦麸、米糠和果胶能降低某些大肠致癌物的致癌性。高溶解度的碳水化合物可增加饲料中致癌物的吸收。 4 矿物质与维生素,宿主因素 1物种、品系和器官特异性 如豚鼠对芳香胺、2-AAF有抗性，其原因是该致癌物仅能小量转化为近致癌物N-羟化衍生物，而大量转化为不致
11、癌的7-羟化衍生物。再如2-萘胺可诱导人、犬、猴和仓鼠膀胱癌，但对小鼠仅诱发肝癌和肺癌，在大鼠和兔几乎对各器官均不能诱发肿瘤。,2年龄 如多环芳烃类在新生大鼠或小鼠能很快诱发肝脏肿瘤，但在初成年者则不易诱发。同样，黄曲霉毒素B1可对新生小鼠诱发肝脏肿瘤，对断奶小鼠则不能诱发。,3性别和内分泌平衡 如2-AAF主要在雄性大鼠诱发肝癌；邻氨基偶氮甲苯对雌性小鼠比雄性更易诱发肝癌。 如孕妇用大量的二乙基已烯雌酚可使其女儿青春期前的阴道癌危险性增高。,第七节、致癌作用评价方法,一、构效关系分析 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份，以及其它结构成份改变时所产生的影响。
12、构效关系分析结果可靠性的关键在于样本含量。,二、筛检试验(致突变试验) 主要用于遗传毒性致 癌物检测 灵敏度、特异度、预报价值、总符合率 目前常用的致突变试验还不能可靠地检测出： 非整倍性或重组所导致的隐性癌基因的纯合子或半合子； 可使癌基因截短的重组； 能活化原癌基因的基因扩增； 线粒体DNA突变。,三、细胞转化试验: 可检出遗传毒性致癌物和非遗传毒性致癌物。 1 原代细胞：SHE细胞、人成纤维细胞 2 细胞系：BALB/C-3T3、BHK-21 3 病毒感染细胞：RLV/RE、SA7/SHE,四、哺乳动物短期诱癌试验,1小鼠皮肤肿瘤诱发试验： 于小鼠皮肤局部连续涂抹受试物，以观察皮肤乳头瘤
13、和癌的发生，一般20周可结束实验，较敏感的小鼠为SENCAR小鼠。 此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。 典型的引发剂为致癌性多环芳烃； 促长剂为佛波醇酯(TPA)。,2小鼠肺瘤诱发试验 染毒途径常用腹腔注射，也可灌胃或吸入，一般30周可结束实验，观察肺肿瘤的发生。 较敏感的小鼠为A系小鼠。 此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。 典型的引发剂为乌拉坦； 促长剂为二丁基羟基甲苯(BHT)。,3大鼠肝转化灶诱发试验 对大鼠进行肝大部切除术后，给予受试物，一般可在814周结束实验，观察肝转化灶生成。 肝转化灶是癌前病变，有-谷氨酰转肽酶活性升高，G6P酶和ATP酶活性降低，以
14、及铁摄取能力降低。 转化灶可用组织化学或免疫化学方法鉴定。 此试验也可设计为检测受试物的引发活性或促长活性。 典型的引发剂为二乙基亚硝胺(DEN)，促长剂为苯巴比妥(PB)。,4雌性大鼠乳腺癌诱发试验： 一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，实验周期为6个月。 以上四个试验不是成组试验，应根据受试物的特点选择使用。此四个试验任一试验得到阳性结果的意义与长期动物致癌试验相似，但阴性结果并不能排除受试物的致癌性。,五、哺乳动物长期致癌试验,化学物长期致癌试验优先原则 人体可能长期暴露于该化学物； 该化学物或其代谢物的化学结构与已知致癌物相似； 重复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。,药物
15、进行长期致癌试验的优先原则, 临床上连续应用6个月以上的药品； 已知属于对人具有潜在致癌性的同类化合物； 具有遗传毒性的物质往往具有致癌性，如拟长期使用，应进行慢性毒性试验(1年)，检测早期致癌反应 拟用于病人预期寿命少于3年的药品不必进行致癌试验，如肿瘤治疗药等。 局部使用吸收很差的药物不必进行经口致癌试验 下列生物制品可考虑进行致癌试验： 生物学作用明显不同于天然相应物质的制品； 结构明显不同于天然相应物质的制品； 在人体引起局部或全身浓度明显增加的制品。,1 动物选择 物种和品系：要求用两种实验动物，常规选用大鼠和小鼠，在选择品系时应选择较敏感、自发肿瘤率低、生活力强及寿命较长的品系。
16、性别：雌雄两种性别的动物。 年龄：使用刚断乳的动物，以保证有足够长的染毒和发生癌症的时间，而且幼年动物解毒酶及免疫系统尚未完善，对致癌作用比较敏感。,2 剂量选择 致癌试验一般设三个试验组。即无作用剂量、阈剂量和发生肿瘤剂量。 美国癌症研究所（NCI）推荐以最大耐受剂量(MTD)为高剂量。,3 动物数 每组至少有雌雄各50只动物，在出现第一例肿瘤时，每组还有不少于25只存活动物。,4 染毒途径 经口染毒：一般把受试物掺人饲料或饮水中连续给予动物(57天/周)。掺入浓度要定期监测，观察其均匀性和稳定性，掺入的浓度一般不超过5。 经皮染毒，涂敷受试物的面积一般不少于动物体表总面积的10。必须保证受试物与皮肤良好接触，并防止动物舔食。每天涂抹一次，每周37次。 吸入染毒，每天染毒4小时，每周57天。染毒柜内受试物浓度应定期或连续监测，其分布应均匀、恒定。 其他注射途径可根据需要采用。,5 试验期限 ICH(1997)建议参考下面几条准则： 一般情况下，试验期限小鼠和仓鼠应为18个月，大鼠为24个月；然而对
