食品毒理学第六章外源化学物质的致突变作用

第一篇：食品毒理学第六章外源化学物质的致突变作用

第六章 外源化学物质的致突变作用

遗传毒理学(Genetic Toxicology)

毒理学的一个分支，研究外源化学物及其他环境因素对生物体遗传机构的损害作用及其规律。其主要目的是检测那些能引起DNA损伤的环境因素，研究其遗传毒作用的特点及对人类的潜在危害。

1、突变(mutation)

遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异。

自发突变(spontaneous mutation)

由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制、转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。

诱发突变(induced mutation)

人为造成的突变。

正面意义

培育新品种，如农业、林业、养殖业等

负面意义

对环境、人类健康、物种等的危害

2、致突变作用或诱变作用

(mutagenesis)

外源化学物及其他环境因素引起生物体突变发生（细胞核中的遗传物质发生变化，这种改变随细胞分裂过程传递）的作用及过程称为致突变作用

即：突变的发生及其过程即为致突变作用。

诱发因素

化学因素

药品、农药、食品添加剂、调味品、化妆品、洗涤剂、塑料、着色剂、化肥、化纤等

物理因素

电离辐射、紫外线、电磁波、温度（超高温、超低温）等

生物因素

真菌的代谢产物、病毒、寄生虫等

1、基因突变

指在基因中DNA序列的改变。主要包括碱基置换、移码突变、整码突变、片段突变（大段损伤）等。

碱基置换

指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。

转换AG / TC

颠换A（G）T（C）

移码突变

指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸。

2．染色体畸变

是指染色体结构的改变。染色体结构改变的基础是DNA链的断裂，所以把能引起染色体畸变的外源化学物称为断裂剂。

3.染色体数目异常

指基因组中染色体数目的改变，也称为基因组突变、染色体数目畸变。

非整倍体非整倍体指细胞丢失或增加一条或几条染色体。缺失一条染色体时称为单体，增加一条染色体时称为三体。染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造

成形态及功能上的异常。如21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。

整倍体整倍体指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，如形成三倍体、四倍体等。在人体，3n为69条染色体，4n为92条染色体。在肿瘤细胞及人类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在。发生于生殖细胞的整倍体改变，几乎都是致死性的。

三、突变的不良后果

体细胞突变的不良后果

1.体细胞突变与癌变。

2.体细胞突变与致畸

3.体细胞突变的其他不良后果

生殖细胞突变的不良后果

1.致死性突变

2.可遗传的改变

四、致突变作用的研究方法

评定外源化学物对生殖细胞及体细胞的致突变性，对遗传危害性作出初步评价，并预测其

致癌、致畸的可能性，还可用于环境遗传毒物污染的监测及评价。

基因突变和染色体畸变的检测可直接反映化学毒物的致突变性，是评价化学毒物致突变性唯一可靠的方法。

还有许多试验所观察到的现象并不反映基因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而仅反映致突变过程中发生的其他事件。

遗传学终点分为5类：

①DNA完整性的改变(形成加合物，断裂，交联)；

②DNA重排或交换；

③DNA碱基序列改变；

④染色体完整性改变；

⑤染色体分离改变。

其中③实际上指基因突变，④指染色体畸变。

2．成套的观察项目

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，有的是体细胞，或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察项目中既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。

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。体内试验具有完整的活化系统，而体外试验则通过加入模拟代谢系统来弥补缺乏活化系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。

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。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏检，即出现假阴性。

遗传毒理学成套观察项目中试验入选原则有：

①选择的遗传毒性试验应包括5种类型的遗传学终点。

②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。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。

3、检测方法

以基因突变为指标的检测法

Ames试验

以染色体为指标的方法

经典的染色体畸变分析方法

微核试验法

姐妹染色单体互换测试法

☺常用的致突变试验

(一)细菌回复突变试验(Ames试验)

Ames试验是以营养缺陷型的突变体菌株为指示生物检测基因突变的体外试验。常用的菌株有组氨酸营养缺陷型鼠伤寒沙门氏菌和色氨酸营养缺陷型的大肠杆菌

原理：用鼠伤寒沙门氏菌的组氨酸缺陷型（不能在没有组氨酸的培养基上生长的突变型）菌株为测试对象，如果菌株用某待测化学物质处理后能在没有组氨酸的培养基上形成菌落，就说明发生了回复突变。根据菌落出现的数目就可以估算出该物质诱变能力的强弱。

(二)微核试验

以骨髓细胞或外周血淋巴细胞中微核的数量变化为指标的测试方法。

各类染色体畸变中除易位、倒位或互换外一般常伴有无着丝粒断片的产生，这种断片在间期细胞的细胞质中呈现为一种圆形或椭圆形的结构──微核。因此微核出现的数目可作为染色体畸变的指标、微核(Micronucleus)的产生与染色体损伤有关，是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，因比主核小，故称微核。

微核试验是通过观察有微核的细胞率(‰)，用于检测断裂剂及非整倍体诱发剂。

可用于微核检测的细胞很多，现已建立了植物细胞(如紫露草花粉母细胞、蚕豆根尖等)、哺乳类动物细胞(如骨髓细胞、肝细胞、脾细胞、肺细胞、淋巴细胞、红细胞、精子、鼻及胃粘膜上皮细胞、皮肤细胞等)、非哺乳类动物细胞(如鱼红细胞、蟾蜍红细胞等)的微核试验方法。

我国卫生部在《食品安全性毒理学评价程序》(1994)中对遗传毒理学试验的要求：根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验 以及体细胞和生殖细胞的原则，在Ames试验、小鼠骨髓微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸形试验和睾丸染色体畸变试验中选择四项，如其中一项试验为阳性，还应在其他备选试验(V79细胞HGPRT基因突变试验，显性致死试验，果蝇伴性隐性致死试验，UDS试验)中再选择两项试验进行。

我国《农药安全性毒理学评价程序》(1991)中对遗传毒理学试验的要求则为：

Ames试验和大肠杆菌回复突变试验，骨髓细胞微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验，睾丸细胞染色体畸变试验或显性致死试验为必做项目，若有一项出现阳性，还需从精子畸形试验、体外培养细胞染色体畸变试验、UDS、果蝇伴性隐性致死试验等试验中再选择两项进行。致 突 变

 致 癌

 致 畸