1、化學毒物致突變作用化學毒物致突變作用化學毒物的生殖毒性作用化學毒物的生殖毒性作用 生殖過程一般是指從配子形成直到胎兒娩出的整個過程。生生殖過程一般是指從配子形成直到胎兒娩出的整個過程。生殖過程是很廣泛的，它包括精子的發生、卵的形成和發育、配子殖過程是很廣泛的，它包括精子的發生、卵的形成和發育、配子的釋放、受精、卵裂和胚泡發育、著床、胚胎發生、胎兒發育、的釋放、受精、卵裂和胚泡發育、著床、胚胎發生、胎兒發育、分娩。而胎兒的娩出也并不意味著胎兒發育成熟的終止。從廣義分娩。而胎兒的娩出也并不意味著胎兒發育成熟的終止。從廣義上講還應包括胎兒娩出后的新生兒期、哺乳期、直到性成熟的整上講還應包括胎兒娩出后

2、的新生兒期、哺乳期、直到性成熟的整個過程。個過程。 生殖毒性是指外源化學物對雄性和雌性生殖功能或能力以及生殖毒性是指外源化學物對雄性和雌性生殖功能或能力以及對后代產生的不良效應。生殖毒性既可發生于生殖細胞、受精卵、對后代產生的不良效應。生殖毒性既可發生于生殖細胞、受精卵、胚胎形成期，也可發生于妊娠、分娩和哺乳期。表現為外源化學胚胎形成期，也可發生于妊娠、分娩和哺乳期。表現為外源化學物對生殖過程的影響。例如生殖器官及內分泌系統的變化，對性物對生殖過程的影響。例如生殖器官及內分泌系統的變化，對性周期和性行為的影響，以及對生育力和妊娠結局的影響等。周期和性行為的影響，以及對生育力和妊娠結局的影響等。

3、 影響人類生殖功能的環境因素包括有各種化學物、電離和非影響人類生殖功能的環境因素包括有各種化學物、電離和非電離輻射、物理因素、感染因素、生活方式以及藥物的應用等。電離輻射、物理因素、感染因素、生活方式以及藥物的應用等。 能引起妊娠的人或試驗動物產生畸胎的外源化學物稱為致畸能引起妊娠的人或試驗動物產生畸胎的外源化學物稱為致畸物。它通過胎盤直接作用于發育的胚胎和胎兒而產生后果。通過物。它通過胎盤直接作用于發育的胚胎和胎兒而產生后果。通過動物試驗和體外致畸試驗方法，可檢測外源化學物能否引起胚胎動物試驗和體外致畸試驗方法，可檢測外源化學物能否引起胚胎毒性或后代畸形。毒性或后代畸形。第一節第一節 概概

4、述述 一、基本概念一、基本概念 生物在世代繁衍中存在著遺傳與變異，它是普遍存在于生物生物在世代繁衍中存在著遺傳與變異，它是普遍存在于生物界的生命現象。界的生命現象。在親子之間或子代個體之間出現不同程度的差異，在親子之間或子代個體之間出現不同程度的差異，這種差異稱為變異這種差異稱為變異( (variation)variation)。變異是生物物種推陳出新的來源。變異是生物物種推陳出新的來源。造成生物變異的原因有：父本、母本產生子體，由于重組而發造成生物變異的原因有：父本、母本產生子體，由于重組而發生；由于基因突變而發生，它是新基因產生的根本來源；由生；由于基因突變而發生，它是新基因產生的根本來源

5、；由于于 生物的染色體組成或細胞質發生變化而帶來的變異。生物的染色體組成或細胞質發生變化而帶來的變異。 遺傳結構本身的變化及引起的變異稱為突變遺傳結構本身的變化及引起的變異稱為突變( (mutation)mutation)。突變突變實際上是遺傳物質的一種可遺傳的變異。突變可分為自發突變實際上是遺傳物質的一種可遺傳的變異。突變可分為自發突變( (spontaneous mutation)spontaneous mutation)和誘發突變和誘發突變( (induced mutation)induced mutation)。誘發誘發突變是指人為地造成突變，它已被農、林、牧、漁業和園藝學家突變是指人

6、為地造成突變，它已被農、林、牧、漁業和園藝學家 利用來培育和選擇新種或良種。另一方面，突變也會引起人類健利用來培育和選擇新種或良種。另一方面，突變也會引起人類健康的危害?？档奈：ΑＶ峦蛔冏饔弥峦蛔冏饔? (mutagenesis)mutagenesis)的廣義概念是外來因素。特的廣義概念是外來因素。特別是化學因子引起細胞核中的遺傳物質發生改變的能力，而且此別是化學因子引起細胞核中的遺傳物質發生改變的能力，而且此種改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。突變是致突變作用的后果，種改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。突變是致突變作用的后果，其中包括從一個或幾個其中包括從一個或幾個DNADNA堿基對的改變，即基因突

7、變堿基對的改變，即基因突變( (gene gene mutation)mutation)到染色體的結構及數目改變，到染色體的結構及數目改變， 即染色體畸變即染色體畸變( (chromosome aberration)chromosome aberration)。簡單地說，突變的發生簡單地說，突變的發生及其過程即為致突變作用。能夠引起突變的物質稱為致突變物及其過程即為致突變作用。能夠引起突變的物質稱為致突變物( (mutagen)mutagen)。 二、遺傳學基礎二、遺傳學基礎 1. 1.DNADNA與基因與基因 在真核細胞中，遺傳信息儲存在核內的在真核細胞中，遺傳信息儲存在核內的DNADNA鏈

8、上，鏈上，DNADNA是大分子是大分子物質，由脫氧核糖、磷酸及堿基組成，其基本成分為四種核苷酸，物質，由脫氧核糖、磷酸及堿基組成，其基本成分為四種核苷酸，形成雙螺旋結構。基因形成雙螺旋結構?；?( (gene)gene)是是DNADNA分子中最小的完整功能單位基因的基本作用在于決定分子中最小的完整功能單位基因的基本作用在于決定蛋白質的一級結構，即每個基因決定一條多肽鏈或者說一個基因蛋白質的一級結構，即每個基因決定一條多肽鏈或者說一個基因決定一種酶。決定一種酶?；蚴巧镞z傳信息的攜帶者，細胞或生物體的一基因是生物遺傳信息的攜帶者，細胞或生物體的一套完整單體的遺傳物質稱基因組套完整單體的遺傳物

9、質稱基因組( (genome)genome)。 在間期細胞的細胞核中，通過光鏡可見一種能被堿性染料著色在間期細胞的細胞核中，通過光鏡可見一種能被堿性染料著色的物質，即染色質的物質，即染色質( (chromatin)chromatin)。它由它由DNADNA、組蛋白、非組蛋白及組蛋白、非組蛋白及少量的少量的RNARNA組成，形似串珠狀的復合體。組成，形似串珠狀的復合體。 在間期細胞核中，一般沒有染色體結構，只有在細胞分裂時，在間期細胞核中，一般沒有染色體結構，只有在細胞分裂時，染色質才螺旋化并折疊成染色體染色質才螺旋化并折疊成染色體( (chromosome)chromosome)，故染色質與染

10、色故染色質與染色體是由相同物質組成的；染色體存在于細胞中，通常只有在細胞體是由相同物質組成的；染色體存在于細胞中，通常只有在細胞分裂時經過特殊染色才能清楚地看到。分裂時經過特殊染色才能清楚地看到。 染色體與基因有著平行的關系，表現為：染色體可以在顯微染色體與基因有著平行的關系，表現為：染色體可以在顯微鏡下看到，有一定的形態結構?；蚴沁z傳學的單位，每對基因鏡下看到，有一定的形態結構?；蚴沁z傳學的單位，每對基因在雜交中仍保持它們的完整性和獨立性。在雜交中仍保持它們的完整性和獨立性。 染色體成對存在，基因也成對存在。在配子中每對基因只有一染色體成對存在，基因也成對存在。在配子中每對基因只有一個，

11、而每對同源染色體也只有一條。個體中成對的基因一個來個，而每對同源染色體也只有一條。個體中成對的基因一個來自母本，另一個來自父本。染色體也是如此，兩條同源染色體是自母本，另一個來自父本。染色體也是如此，兩條同源染色體是分別來自母本和父本。不同對基因形成配子時的分離與不同對分別來自母本和父本。不同對基因形成配子時的分離與不同對染色體在減數分裂期的分離，都是獨立分配的。染色體在減數分裂期的分離，都是獨立分配的。 大多數真核生物由體細胞和生殖細胞組成。體細胞大多數真核生物由體細胞和生殖細胞組成。體細胞( (somatic somatic cell)cell)多是二倍體多是二倍體( (diploid)d

12、iploid)細胞，含有兩組完全相同的染色體，細胞，含有兩組完全相同的染色體，其遺傳損傷不會遺傳給下一代。其遺傳損傷不會遺傳給下一代。 生殖細胞生殖細胞( (germ cell)germ cell)往往是單倍體，其染色體改變即突變可傳給往往是單倍體，其染色體改變即突變可傳給下一代。突變的生殖細胞根據其在二倍體中的表達，分為顯性或下一代。突變的生殖細胞根據其在二倍體中的表達，分為顯性或隱性。顯性突變無論純合子，還是雜合子均會出現表型異常；隱隱性。顯性突變無論純合子，還是雜合子均會出現表型異常；隱性突變如為純合子，將出現表型異常，若為雜合子，則為表型正性突變如為純合子，將出現表型異常，若為雜合子，

13、則為表型正常的攜帶者。常的攜帶者。 基因型系指控制生物性狀的基因組成，它是生物體的遺傳組基因型系指控制生物性狀的基因組成，它是生物體的遺傳組成。成。通過雜交試驗才能鑒定。通過雜交試驗才能鑒定。表型指在發育過程中由基因所控制表型指在發育過程中由基因所控制的生物性狀的具體表現。的生物性狀的具體表現。它可以用理化方法直接測定。表型是不它可以用理化方法直接測定。表型是不同基因之間以及基因與環境之間極其復雜的相互作用結果。同基因之間以及基因與環境之間極其復雜的相互作用結果。 5.5.細胞周期、有絲分裂與減數分裂細胞周期、有絲分裂與減數分裂 細胞周期指細胞一次分裂結束，并開始生長，到下一次分裂終細胞周期指

14、細胞一次分裂結束，并開始生長，到下一次分裂終了所經歷的過程。這過程所需的時間為細胞周期時間。將細胞周了所經歷的過程。這過程所需的時間為細胞周期時間。將細胞周期分為四個時期：期分為四個時期：G G1 1期是細胞進行急劇合成的時期；期是細胞進行急劇合成的時期；S S期完成期完成DNADNA復制；復制；G G2 2期為有絲分裂做準備，期為有絲分裂做準備，M M期是有絲分裂期。有絲分裂期是有絲分裂期。有絲分裂( (mitosis)mitosis)指細胞核分裂的過程，一個細胞由此生成兩個子細胞，指細胞核分裂的過程，一個細胞由此生成兩個子細胞，每個子細胞各具有與親代細胞完全相同的染色體。每個子細胞各具有與

15、親代細胞完全相同的染色體。 減數分裂減數分裂( (meiosis)meiosis)指通過兩個細胞周期使染色體數目減少一指通過兩個細胞周期使染色體數目減少一半的細胞分裂方式。它是一種特殊的有絲分裂。其細胞核分裂兩半的細胞分裂方式。它是一種特殊的有絲分裂。其細胞核分裂兩次，而染色體只復制一次，經過分裂后染色體數目減少一半，變次，而染色體只復制一次，經過分裂后染色體數目減少一半，變成單倍體成單倍體( (haploid)haploid)。第二節第二節 化學毒物致突變的類化學毒物致突變的類型型 有三類遺傳學損傷，即基因突變、染色體畸變及染色體數目有三類遺傳學損傷，即基因突變、染色體畸變及染色體數目改變。

16、改變。這些損傷多因這些損傷多因DNADNA受損所致，也可能因受損所致，也可能因DNADNA以外的靶組織受以外的靶組織受損。通常以光學顯微鏡的分辨率損。通常以光學顯微鏡的分辨率0.2 m，來區分基因突變和染色來區分基因突變和染色體畸變。因突變是用光學顯微鏡觀察不到，須通過生長發育、生體畸變。因突變是用光學顯微鏡觀察不到，須通過生長發育、生化、形態等表型改變來判斷，而染色體畸變和數目變化可用光學化、形態等表型改變來判斷，而染色體畸變和數目變化可用光學顯微鏡進行觀察。顯微鏡進行觀察。 一、基因突變一、基因突變 基因突變指基因中基因突變指基因中DNADNA序列的變化。因基因突變限制在一特定序列的變化。

17、因基因突變限制在一特定的部位，故稱為點突變的部位，故稱為點突變( (point mutation)point mutation)。傳統的研究突變方法傳統的研究突變方法是通過給予致突變物，觀察遺傳學改變。是通過給予致突變物，觀察遺傳學改變。 基因突變可分為兩種類型，即堿基置換和移碼突變。基因突變可分為兩種類型，即堿基置換和移碼突變。 1.1.堿基置換：堿基置換堿基置換：堿基置換( (base substitution)base substitution)指某一堿基配對性指某一堿基配對性 能改變或脫落所致的突變。當能改變或脫落所致的突變。當DNADNA鏈上某一堿基由于致突變物作用鏈上某一堿基由于致

18、突變物作用而脫落或其配對性能發生改變，在而脫落或其配對性能發生改變，在DNADNA復制過程中該復制過程中該DNADNA互補鏈上互補鏈上的相應位點配上一個錯誤的堿基，即錯誤配對的相應位點配上一個錯誤的堿基，即錯誤配對( (mispairing)mispairing)。這這一錯誤配對上的堿基在下一次一錯誤配對上的堿基在下一次DNADNA復制時，按正常規律配對，于是復制時，按正常規律配對，于是原來的堿基對被錯誤堿基對所置換，稱堿基置換。原來的堿基對被錯誤堿基對所置換，稱堿基置換。 在堿基置換中，在堿基置換中，DNADNA的一對堿基的一對堿基( (如如G:C)G:C)被另一對堿基被另一對堿基( (如如

19、A:T)A:T)所取代，如果是嘌呤置換另一嘌呤，或者是嘧啶置換另一嘧啶，所取代，如果是嘌呤置換另一嘌呤，或者是嘧啶置換另一嘧啶， 稱為轉換稱為轉換( (transition)transition)，如果是嘧啶換成嘌呤，或者嘌呤換成嘧如果是嘧啶換成嘌呤，或者嘌呤換成嘧啶，稱為顛換啶，稱為顛換( (transversion)transversion)。 2.2.移碼突變：移碼突變：移碼突變移碼突變( (frameshift mutation)frameshift mutation)指發生一對或幾對指發生一對或幾對(3(3對除外對除外) )的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改的堿基減少或

20、增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉譯成為不正常的氨基酸。變，形成錯誤的密碼，并轉譯成為不正常的氨基酸。 堿基：堿基：DNADNA分子是腺嘌呤分子是腺嘌呤( (adenine, A)adenine, A)、鳥嘌呤鳥嘌呤( (guanine, G)guanine, G)、胞胞嘧啶嘧啶( (cytosine, C)cytosine, C)和胸腺嘧啶和胸腺嘧啶( (thymine,T)thymine,T)。 DNA DNA雙鏈的堿基互補對是雙鏈的堿基互補對是A=TA=T、T=AT=A、GCGC、CGCG。是堿基互補是堿基互補原則。原則。 二、染色體畸變二、染色體畸變 染色體畸

21、變染色體畸變( (chromosome aberration)chromosome aberration)指染色體的結構改變，指染色體的結構改變，它是指遺傳物質大的改變，一般可用光學顯微鏡檢查適當細胞有它是指遺傳物質大的改變，一般可用光學顯微鏡檢查適當細胞有絲分裂中期的染色體來發現。絲分裂中期的染色體來發現。細胞學檢測可發現染色體斷裂及由細胞學檢測可發現染色體斷裂及由斷裂所致的各種重排?；兩婕霸趶椭迫旧w中兩條染色單體中斷裂所致的各種重排。畸變涉及在復制染色體中兩條染色單體中的一條，稱為染色單體型畸變的一條，稱為染色單體型畸變( (chromatid-type aberration)chro

22、matid-type aberration)，而而涉及兩條染色單體，稱為染色體型畸變涉及兩條染色單體，稱為染色體型畸變( (chromosome-type chromosome-type aberration)aberration)。 染色體結構異常的類型：染色體結構異常的類型： (1) (1)缺失缺失( (deletion)deletion)：染色體上丟失了一個片段。染色體上丟失了一個片段。 (2) (2)重復重復( (duplication)duplication)：在一套染色體里，一個染色體片段出現不在一套染色體里，一個染色體片段出現不止一次。止一次。 (3) (3)倒位倒位( (inv

23、ersion)inversion)：一個染色體片段被顛倒了，如顛倒的片段包一個染色體片段被顛倒了，如顛倒的片段包括著絲點，稱為臂間倒位括著絲點，稱為臂間倒位( (pericentric inversion)pericentric inversion)；如不包括著如不包括著絲點則稱為臂內倒位絲點則稱為臂內倒位( (paracentric inversion)paracentric inversion)。 (4)(4)易位易位( (translocation)translocation)：一個染色體片段的位置改變了。最常一個染色體片段的位置改變了。最常見的是相互易位見的是相互易位( (recipr

24、ocal)reciprocal)，涉及兩個非同源染色體片段的交涉及兩個非同源染色體片段的交換。換。 三、非整倍體和多倍體三、非整倍體和多倍體 非整倍體非整倍體( (aneuploid)aneuploid)和多倍體和多倍體( (polyploid)polyploid)的細胞的染色體數的細胞的染色體數目是不同于正常的細胞染色體數目。非整倍體指增加或減少一條目是不同于正常的細胞染色體數目。非整倍體指增加或減少一條或幾條染色體；而多倍體是超過二體的整倍性畸變，其染色體數或幾條染色體；而多倍體是超過二體的整倍性畸變，其染色體數目可成倍增加。目可成倍增加。 例如，人類體細胞正常為二倍體例如，人類體細胞正常

25、為二倍體(2(2n)n)，有有4646條染色體。如果細胞條染色體。如果細胞有有4545或或4747條染色體，定義為非整倍體。如果有條染色體，定義為非整倍體。如果有6969條染色體，定義條染色體，定義為多倍體，此為三倍體。例如，為多倍體，此為三倍體。例如，DownDown綜合征，由綜合征，由2121染色體三體染色體三體( (trisome 21)trisome 21)所致，它多了一條染色體，有三條所致，它多了一條染色體，有三條2121染色體，染色染色體，染色體數目為體數目為4747條，即該病由非整倍體所引起。條，即該病由非整倍體所引起。 英國醫生英國醫生 Langdon Down Langdon

26、 Down 首先描述了先天愚型的臨床表現，首先描述了先天愚型的臨床表現，因此將此病稱為因此將此病稱為DownDown綜合征，即唐氏綜合征。在我國，先天愚型綜合征，即唐氏綜合征。在我國，先天愚型一詞較為常用。一詞較為常用。19591959年，法國細胞遺傳學家年，法國細胞遺傳學家LcjeuneLcjeune證實此病的病證實此病的病因是患者多了一個小的因是患者多了一個小的G G組染色體組染色體( (后來確定為后來確定為2121號染色體號染色體) )。故此。故此病又稱為病又稱為2121三體綜合征三體綜合征( (trisomg 21)trisomg 21)。 據估計我國目前大約有據估計我國目前大約有60

27、60萬以上的萬以上的2121三體綜合征患兒，按目前三體綜合征患兒，按目前的出生率我國平均的出生率我國平均2020分鐘就有一例分鐘就有一例2121三體綜合征患兒出生，全國三體綜合征患兒出生，全國每年出生的唐氏綜合征患兒將達每年出生的唐氏綜合征患兒將達2700027000例左右。例左右。 47,47,XY,+21 XY,+21 單純三體，男性單純三體，男性 。DownDown綜合征綜合征第三節第三節 化學毒物致突變作用的機化學毒物致突變作用的機制及后果制及后果 在實驗動物中，用化學物質可誘導基因突變、染色體畸變、非在實驗動物中，用化學物質可誘導基因突變、染色體畸變、非整倍體和多倍體。在已檢出的致突

28、變物中，大多數有不同程度的整倍體和多倍體。在已檢出的致突變物中，大多數有不同程度的特異性。特異性。 一、引起突變的一、引起突變的DNADNA變化變化 ( (一一) )堿基損傷堿基損傷 1. 1.堿基錯配：烷化劑堿基錯配：烷化劑( (alkylating agent)alkylating agent)是對是對DNADNA和蛋白質都有和蛋白質都有強烈烷化作用的物質。強烈烷化作用的物質。 烷化作用指烷化劑提供甲基或乙基等烷基與烷化作用指烷化劑提供甲基或乙基等烷基與DNADNA共價結合的過程。共價結合的過程。 烷化劑所致甲基損傷表現為錯配。例如，乙基亞硝基脲烷化劑所致甲基損傷表現為錯配。例如，乙基亞硝

29、基脲( (ethylnitrosourea,ENU)ethylnitrosourea,ENU)上的乙基可與上的乙基可與DNADNA共價結合。共價結合。 錯配不是烷化劑引起突變的惟一機制，有些烷化堿基可引起錯配不是烷化劑引起突變的惟一機制，有些烷化堿基可引起DNADNA二級結構改變。二級結構改變。 2. 2.平面大分子嵌入平面大分子嵌入DNADNA鏈鏈 如如9-9-氨基吖啶氨基吖啶(9-(9-aminoacridine)aminoacridine)致突變作用，是化學物插入致突變作用，是化學物插入DNADNA的堿基對中所致。的堿基對中所致。 有些化學物的結構與堿基非常相似，稱堿基類似物。它們能在有

30、些化學物的結構與堿基非常相似，稱堿基類似物。它們能在S S期中可與天然堿基競爭，并取代其位置。例如期中可與天然堿基競爭，并取代其位置。例如5-5-溴脫氧尿嘧啶核溴脫氧尿嘧啶核苷能取代胸腺嘧啶，苷能取代胸腺嘧啶，2-2-氨基嘌呤氨基嘌呤(2-(2-AP)AP)能取代鳥嘌呤。能取代鳥嘌呤。 4. 4.致突變物改變或破壞堿基的化學結構致突變物改變或破壞堿基的化學結構 有些化學物可對堿基產生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結有些化學物可對堿基產生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結構，有時還引起鏈斷裂。構，有時還引起鏈斷裂。 例如，亞硝酸根能使腺嘌呤和胞嘧啶發生氧化性脫氨，相應變例如，亞硝酸根能使腺嘌呤和胞

31、嘧啶發生氧化性脫氨，相應變為次黃嘌呤和尿嘧啶。羥胺能使胞嘧啶為次黃嘌呤和尿嘧啶。羥胺能使胞嘧啶C-6C-6位的氨基變成羥氨基。位的氨基變成羥氨基。這些改變都會造成轉換型堿基置換。但是亞硝酸雖然也能使鳥嘌這些改變都會造成轉換型堿基置換。但是亞硝酸雖然也能使鳥嘌呤變為黃嘌呤，但是由于黃嘌呤的配對性能與鳥嘌呤一致，故并呤變為黃嘌呤，但是由于黃嘌呤的配對性能與鳥嘌呤一致，故并不發生堿基置換。不發生堿基置換。 ( (二二) )DNADNA鏈受損鏈受損 當細胞或機體受到紫外線刺激，會使當細胞或機體受到紫外線刺激，會使DNADNA發生化學變化，其主要發生化學變化，其主要產生環丁烷嘧啶二聚體和產生環丁烷嘧啶二

32、聚體和(4-6)(4-6)光產物。這些損傷可阻止光產物。這些損傷可阻止DNADNA的復的復制，并引起細胞的死亡。制，并引起細胞的死亡。 2. 2.DNADNA加合物形成加合物形成 它是活性化學物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩定復合它是活性化學物與細胞大分子之間通過共價鍵形成的穩定復合物，通常很難用一般的化學或生物學方法使其解離。例如，烷化物，通常很難用一般的化學或生物學方法使其解離。例如，烷化的的DNADNA加合物，加合物，O O6 6- -甲基脫氧鳥苷，可引起堿基置換。甲基脫氧鳥苷，可引起堿基置換。 3. 3.DNA-DNA-蛋白質交聯物蛋白質交聯物( (DNA-protein crox

33、slinksDNA-protein croxslinks，DPC)DPC)形成形成 它是致突變物對生物大分子物質的一種重要的遺傳損害，也是它是致突變物對生物大分子物質的一種重要的遺傳損害，也是一種穩定的共價結合物。已知許多外來化合物如苯并一種穩定的共價結合物。已知許多外來化合物如苯并( (a)a)芘、砷化芘、砷化合物、醛類化合物合物、醛類化合物( (如甲醛如甲醛) )及一些重金屬及一些重金屬( (如鎳、鉻如鎳、鉻) )等，均可引等，均可引起起DNA-DNA-蛋白質交聯物。蛋白質交聯物。DPCDPC一旦形成，必將對一旦形成，必將對DNADNA構象與功能產生構象與功能產生嚴重影響。嚴重影響。 二、

34、引起突變的細胞分裂過程的改變二、引起突變的細胞分裂過程的改變 非整倍體和多倍體的產生不同于其他致突變作用，因為它們涉非整倍體和多倍體的產生不同于其他致突變作用，因為它們涉及不同的細胞靶分子。非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常及不同的細胞靶分子。非整倍體和多倍體是由于染色體分離異常而產生。主要涉及細胞分裂過程的改變如紡錘體、微管蛋白的合而產生。主要涉及細胞分裂過程的改變如紡錘體、微管蛋白的合成與聚合，微管結合蛋白合成與功能發揮，細胞分裂紡錘纖維的成與聚合，微管結合蛋白合成與功能發揮，細胞分裂紡錘纖維的功能發揮，著絲粒與之有關的蛋白質作用，極體復制與分離，減功能發揮，著絲粒與之有關的蛋白質作用，

35、極體復制與分離，減數分裂時同源染色體聯合配對和重組等。數分裂時同源染色體聯合配對和重組等。 三、其它的改變三、其它的改變 對對DNA合成和修復有關的酶系統作用可間接導致合成和修復有關的酶系統作用可間接導致DNA損傷，損傷，誘發基因突變或染色體畸變。誘發基因突變或染色體畸變。 1.DNA的高保真復制需多種酶類的參與，并且在基因調控下進行，的高保真復制需多種酶類的參與，并且在基因調控下進行，其過程中的任何一個環節損傷，將影響其過程中的任何一個環節損傷，將影響DNA復制的高保真性，有復制的高保真性，有可能引起突變?？赡芤鹜蛔?。 2.修復：修復：DNA修復過程是清除受損傷的修復過程是清除受損傷的DN

36、A片段，并合成新的片片段，并合成新的片段來替換的過程。段來替換的過程。DNA是生命物質中唯一具有自身修是生命物質中唯一具有自身修 復能力的分子，其修復過程是依賴各種各樣的酶來進行。例如，光復能力的分子，其修復過程是依賴各種各樣的酶來進行。例如，光修復的光裂合酶，切割修復的修復的光裂合酶，切割修復的DNADNA糖基酶和切除核酸酶。它們有可糖基酶和切除核酸酶。它們有可能成為化學毒物的靶分子。能成為化學毒物的靶分子。 四、突變的后果四、突變的后果 突變的后果，取決于化學毒物所作用的靶細胞，是生殖細胞，突變的后果，取決于化學毒物所作用的靶細胞，是生殖細胞，還是體細胞。如是體細胞，其影響僅能在直接接觸該

37、物質的個體還是體細胞。如是體細胞，其影響僅能在直接接觸該物質的個體身上表現出來，而不可能遺傳到下一代；如是生殖細胞，其影響身上表現出來，而不可能遺傳到下一代；如是生殖細胞，其影響才有可能遺傳到下一代。才有可能遺傳到下一代。 ( (一一) )生殖細胞突變生殖細胞突變 基因突變對于健康的意義在于與許多按孟德爾定律遺傳的疾病基因突變對于健康的意義在于與許多按孟德爾定律遺傳的疾病有關。例如，在新生兒遺傳病中，約有有關。例如，在新生兒遺傳病中，約有1.31.3為常染色體顯性遺傳，為常染色體顯性遺傳，0.250.25為常染色體隱性遺傳及為常染色體隱性遺傳及0.050.05與性染色體有關。與性染色體有關。

38、許多遺傳病是由隱性突變表達所致，如苯丙酮尿癥許多遺傳病是由隱性突變表達所致，如苯丙酮尿癥( (phenylketonuria)phenylketonuria)，它由上一代遺傳，當父母均有基因突變時，它由上一代遺傳，當父母均有基因突變時，該病即可表現出來。如只有一方的基因突變，后代即是表型正常該病即可表現出來。如只有一方的基因突變，后代即是表型正常的攜帶者。的攜帶者。 基因突變除了引起按孟德爾遺傳規律遺傳的疾病外，基因突變除了引起按孟德爾遺傳規律遺傳的疾病外，在人類許多復雜病因的疾病中，遺傳因素也起著部分作在人類許多復雜病因的疾病中，遺傳因素也起著部分作用。即增加下一代基因庫用。即增加下一代基因

39、庫( (gene pool)gene pool)的遺傳負荷的遺傳負荷( (genetic load)genetic load)。基因庫指某一物種在特定時期中能將基因庫指某一物種在特定時期中能將遺傳信息傳至下一代的處于生育年齡的群體所含有的基遺傳信息傳至下一代的處于生育年齡的群體所含有的基因總和。遺傳負荷指一種物種的群體中每一個攜帶的可因總和。遺傳負荷指一種物種的群體中每一個攜帶的可遺傳給下一代的有害基因的平均水平。遺傳給下一代的有害基因的平均水平。 在遺傳性疾病中，還有一個原因是染色體異常。在遺傳性疾病中，還有一個原因是染色體異常。大約每大約每10001000名嬰兒中有名嬰兒中有4 4名患有與

40、染色體畸形有關的綜名患有與染色體畸形有關的綜合征。染色體異常估計在受檢的雙親中有合征。染色體異常估計在受檢的雙親中有5 5，在死亡，在死亡的嬰兒有的嬰兒有6 6，在自然流產和死亡胚胎占，在自然流產和死亡胚胎占3030。引起遺。引起遺傳病染色體異常的類型中，非整倍體最常見，多倍體次傳病染色體異常的類型中，非整倍體最常見，多倍體次之，結構異常約占之，結構異常約占5 5。 突變除引起遺傳病外，還可造成生殖毒性，表現為突變除引起遺傳病外，還可造成生殖毒性，表現為胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全及生長遲緩。生殖毒性胚胎死亡、畸胎、胚胎功能不全及生長遲緩。生殖毒性可由親代生殖細胞突變所致，也可由胚胎細胞突變所

41、致。可由親代生殖細胞突變所致，也可由胚胎細胞突變所致。 ( (二二) )體細胞突變體細胞突變 體細胞突變后果有腫瘤、衰老、動脈粥樣硬化及致體細胞突變后果有腫瘤、衰老、動脈粥樣硬化及致畸等，最受注意的是腫瘤。畸等，最受注意的是腫瘤。 突變與癌發生過程中，中心作用的重要證據是來自突變與癌發生過程中，中心作用的重要證據是來自于癌基因和抑癌基因的分子生物學研究。癌基因指可刺于癌基因和抑癌基因的分子生物學研究。癌基因指可刺激正常細胞向癌細胞轉向的基因，它源于原癌基因。癌激正常細胞向癌細胞轉向的基因，它源于原癌基因。癌的發生是因為正常細胞生長和發育發生了遺傳學改變，的發生是因為正常細胞生長和發育發生了遺傳

42、學改變，正常細胞增殖調節需要在促正常細胞增殖調節需要在促 進生長因子與限制生長因子之間達到平衡，當原癌基因進生長因子與限制生長因子之間達到平衡，當原癌基因突變后，可刺激生長的基因過度表達，而抑癌基因的突突變后，可刺激生長的基因過度表達，而抑癌基因的突變，可導致細胞增殖失去抑制作用。變，可導致細胞增殖失去抑制作用。 抑癌基因抑癌基因( (或稱為腫瘤抑制基因、抗癌基因，或稱為腫瘤抑制基因、抗癌基因，antioncogene)antioncogene)的突變失活或缺失在許多腫瘤發生過程的突變失活或缺失在許多腫瘤發生過程中起著重要作用。與癌基因不同，抗癌基因是隱性遺傳，中起著重要作用。與癌基因不同，抗

43、癌基因是隱性遺傳，即為雜合子時，它不能表達。即為雜合子時，它不能表達。 在許多人類的腫瘤中，可發現在許多人類的腫瘤中，可發現1717號染色體上，稱之號染色體上，稱之為為p53p53抑癌基因的突變。通過深入研究，認為人類腫瘤抑癌基因的突變。通過深入研究，認為人類腫瘤與與p53p53基因接觸致突變物有一定關系?；蚪佑|致突變物有一定關系。 許多腫瘤涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活。觀許多腫瘤涉及癌基因的活化和抑癌基因的失活。觀察到多基因改變都支持癌起源于遺傳變化積累的觀點，察到多基因改變都支持癌起源于遺傳變化積累的觀點，說明致癌作用是一多階段、多步驟的過程。它包括引發說明致癌作用是一多階段、多步驟

44、的過程。它包括引發( (initiation)initiation)、促長促長( (promotion)promotion)和進展和進展( (progression)progression)三個階段，突變在這三個階段中均有作用。引發指誘發三個階段，突變在這三個階段中均有作用。引發指誘發遺傳物質改變的過程，即細胞突變過程，它是癌變的始遺傳物質改變的過程，即細胞突變過程，它是癌變的始發階段，為一個不可逆過程。具有引發作用的物質稱為發階段，為一個不可逆過程。具有引發作用的物質稱為引發劑引發劑( (initiator)initiator)。促長指由癌變細胞開始增殖過程。促長指由癌變細胞開始增殖過程。可

45、刺激促長過程的物質稱促長劑可刺激促長過程的物質稱促長劑( (promotor)promotor)。 由于結腸腫瘤的演進具有很明確的形態學時相，就由于結腸腫瘤的演進具有很明確的形態學時相，就有可能確定這種類型的腫瘤中基因突變發生的順序。正有可能確定這種類型的腫瘤中基因突變發生的順序。正常的結腸黏膜最初由上皮增生發展成為良性的腺瘤常的結腸黏膜最初由上皮增生發展成為良性的腺瘤、級，再經腺癌發展成為轉移癌。結腸腫瘤的發生級，再經腺癌發展成為轉移癌。結腸腫瘤的發生似乎是由于抑癌基因似乎是由于抑癌基因APCAPC的雜合性丟失而開始的，的雜合性丟失而開始的，APCAPC的的缺失可以發生于生殖缺失可以發生于生

46、殖 細胞或體細胞，導致逐漸增大的良性腺瘤。在良性腺瘤細胞或體細胞，導致逐漸增大的良性腺瘤。在良性腺瘤中常常有其中一個細胞發生中常常有其中一個細胞發生RasRas癌基因突變而導致進一癌基因突變而導致進一步的克隆性發展。隨后發生的抑癌基因步的克隆性發展。隨后發生的抑癌基因DCCDCC和和p53p53缺失促缺失促進了從良性到惡性的發展過程。從腺瘤到癌的演進過程進了從良性到惡性的發展過程。從腺瘤到癌的演進過程中還伴有中還伴有DNADNA損傷修復基因的突變以及損傷修復基因的突變以及DNADNA甲基化狀態的甲基化狀態的改變，因此，結腸癌變的過程是一個多基因參與、多步改變，因此，結腸癌變的過程是一個多基因參

47、與、多步驟的過程。驟的過程。第四節第四節 機體對致突變作用的影響機體對致突變作用的影響 機體修復機體修復DNADNA損傷的機制可分為兩大類：損傷耐受損傷的機制可分為兩大類：損傷耐受機制和修復機制。損傷耐受指機制和修復機制。損傷耐受指DNADNA遺傳可繞過那些阻止遺傳可繞過那些阻止DNADNA復制的復制的DNADNA損傷。例如，細菌的重組修復，其復制機損傷。例如，細菌的重組修復，其復制機制是繞過一不能配對的嘧啶三聚體或者較大的化學加合制是繞過一不能配對的嘧啶三聚體或者較大的化學加合物，在受損對應的新物，在受損對應的新DNADNA鏈上留下一間隙，然后，通過鏈上留下一間隙，然后，通過重組過程，將來自

48、母本鏈的重組過程，將來自母本鏈的DNADNA片段填上間隙。片段填上間隙。DNADNA修復修復機制可分為直接修復和切除修復。機制可分為直接修復和切除修復。 直接修復指引起直接修復指引起DNADNA損傷的反應為可逆性的，如光修復。損傷的反應為可逆性的，如光修復。切除修復指將損傷或不正確的甲基去除和替換，如核苷切除修復指將損傷或不正確的甲基去除和替換，如核苷酸去除，它是負責較大范圍損傷的修復。酸去除，它是負責較大范圍損傷的修復。 一、一、DNADNA損傷的修復損傷的修復 ( (一一) )光復活光復活 光復活是一種依賴光的過程，它通過酶切下光復活是一種依賴光的過程，它通過酶切下DNADNA上上嘧啶二聚

49、體，將毗連的嘧啶接回原結構上。光復活所依嘧啶二聚體，將毗連的嘧啶接回原結構上。光復活所依賴的酶，為光裂合酶賴的酶，為光裂合酶( (photolyase)photolyase)，它廣泛存在于生物它廣泛存在于生物體內，包括原核生物和真核生物。體內，包括原核生物和真核生物。 ( (二二) )“適應性適應性”反應反應 機體有一種修復功能，依賴烷基轉移酶作用，將鳥機體有一種修復功能，依賴烷基轉移酶作用，將鳥嘌呤嘌呤O O6 6位甲基轉給蛋白質位甲基轉給蛋白質O O6 6- -甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤- -DNADNA甲基化轉甲基化轉移酶。這樣，鳥嘌呤可恢復其正常的堿基配對特性。移酶。這樣，鳥嘌呤可恢復其正常

50、的堿基配對特性。 ( (三三) )切除修復切除修復 切除修復是負責較大范圍損傷的修復機制，它是多切除修復是負責較大范圍損傷的修復機制，它是多步驟修復過程，分為兩種：一是切除核苷酸修復，另一步驟修復過程，分為兩種：一是切除核苷酸修復，另一是切除是切除 堿基修復。切除修復不僅存在于細菌，也存在于真核生物，但它們堿基修復。切除修復不僅存在于細菌，也存在于真核生物，但它們在某些細節上有差異。在某些細節上有差異。 核苷酸切除是所有生物體內最常見的修復機制。它基本上可修核苷酸切除是所有生物體內最常見的修復機制。它基本上可修復所有種類的復所有種類的DNADNA損傷，包括紫外線光產物、其他機制不能去除較損傷，

51、包括紫外線光產物、其他機制不能去除較大的大的DNADNA加合物以及由化學毒物所致的加合物以及由化學毒物所致的DNADNA鏈問交聯如順鉑鏈問交聯如順鉑( (cisplatin)cisplatin)。修復機制非常復雜，雖已有深入研究，但對于修復修復機制非常復雜，雖已有深入研究，但對于修復中的不均一性解釋在轉錄、修復及突變之間關系的不可預見性所中的不均一性解釋在轉錄、修復及突變之間關系的不可預見性所知尚少。知尚少。 由由DNADNA糖基酶糖基酶( (DNA glycosylase)DNA glycosylase)作用于受損的作用于受損的DNADNA，該酶可識該酶可識別異常的堿基，通過切斷堿基與脫氧核

52、糖連接的鍵，使受損的堿別異常的堿基，通過切斷堿基與脫氧核糖連接的鍵，使受損的堿基脫落，產生一個無嘌呤或無嘧啶位點，即基脫落，產生一個無嘌呤或無嘧啶位點，即APAP位點。位點。APAP內切酶將內切酶將DNADNA鏈切斷，由聚合酶及連接酶作用完成修復過程。鏈切斷，由聚合酶及連接酶作用完成修復過程。 誤配修復誤配修復( (mismatch repair)mismatch repair)是一類性質截然不同的切除修復。是一類性質截然不同的切除修復。 它可以識別并除去錯配的堿基對，如它可以識別并除去錯配的堿基對，如G:TG:T和和A:CA:C。 復制后修復復制后修復( (post replication

53、repairpost replication repair，PRR)PRR)與前與前述的修復交聯不同。述的修復交聯不同。PRRPRR嚴格來說，不是修復，而是一嚴格來說，不是修復，而是一種耐受過程，一種以容忍損傷繼續存在和在高突變率情種耐受過程，一種以容忍損傷繼續存在和在高突變率情況下，以換取細胞繼續生存的耐受過程。況下，以換取細胞繼續生存的耐受過程。 5. 5.呼救性修復呼救性修復( (SOS repair)SOS repair) 亦可稱亦可稱SOSSOS修復，此種修復對致突變作用不能提供修復，此種修復對致突變作用不能提供完全的保護。完全的保護。 二、遺傳因素對致突變作用的影響二、遺傳因素對致

54、突變作用的影響 化學致突變作用的模式為損傷化學致突變作用的模式為損傷- -修復修復- -突變，只有修突變，只有修復功能飽和或能力不足時才會引起突變。個體因素影響復功能飽和或能力不足時才會引起突變。個體因素影響致突變作用有兩個方面，一是先天性，即遺傳因素，也致突變作用有兩個方面，一是先天性，即遺傳因素，也就是遺傳多態性就是遺傳多態性( (genetic polymorphysm)genetic polymorphysm)。二是后天性，二是后天性，主要指不同生活方式如吸煙、飲酒、營養缺乏或不平衡、主要指不同生活方式如吸煙、飲酒、營養缺乏或不平衡、年齡等。一般認為，遺傳多態性在個體因素影響致突變年齡

55、等。一般認為，遺傳多態性在個體因素影響致突變作用中起決定作用。再者，后天的敏感性亦有可能在一作用中起決定作用。再者，后天的敏感性亦有可能在一定遺傳背景上出現。定遺傳背景上出現。 ( (一一) )代謝酶遺傳多態性代謝酶遺傳多態性 遺傳多態性是一個衡量遺傳變異的數據，即群體中遺傳多態性是一個衡量遺傳變異的數據，即群體中多態基因的比例。多態性的標準是，當一個基因座位的多態基因的比例。多態性的標準是，當一個基因座位的最常見的等位基因頻率不超過最常見的等位基因頻率不超過0.950.95時，這個基因座位即時，這個基因座位即是多態性。代謝酶遺傳多態性的生物學意義在于解釋有是多態性。代謝酶遺傳多態性的生物學意

56、義在于解釋有些人易受致突變作用，是因為其體內代謝酶與大多數人些人易受致突變作用，是因為其體內代謝酶與大多數人不同，即代謝酶有遺傳多態性。不同，即代謝酶有遺傳多態性。 細胞色素細胞色素P-450P-450是機體代謝化學毒物的主要酶類。發現這些酶是機體代謝化學毒物的主要酶類。發現這些酶的多態性使代謝功能出現較大差異，并因此而影響機體對某些毒的多態性使代謝功能出現較大差異，并因此而影響機體對某些毒物的敏感性。物的敏感性。 與致突變作用關系密切的是環氧水化酶與致突變作用關系密切的是環氧水化酶( (EH)EH)。EHEH的作用具有三的作用具有三重性，它既是活化酶，如參與苯并重性，它既是活化酶，如參與苯并

57、( (a)a)芘代謝，使之最后生成終致芘代謝，使之最后生成終致癌物，也是解毒酶。癌物，也是解毒酶。EHEH活性存在明顯的個體差異?；钚源嬖诿黠@的個體差異。 3.3.谷胱甘肽硫轉移酶谷胱甘肽硫轉移酶( (GST) GST) 它是體內重要的解毒酶系之一，許多疏水性及親電它是體內重要的解毒酶系之一，許多疏水性及親電子物質通過子物質通過GSTGST與谷胱甘肽結合形成硫醚酸，經尿排出與谷胱甘肽結合形成硫醚酸，經尿排出體外。已知體外。已知、三種類型三種類型GSTGST均有多態性。均有多態性。GSTGST是是GST1GST1位點的產物。這一位點有兩個活躍的等位具有變位點的產物。這一位點有兩個活躍的等位具有變

58、異型：異型：GST1-1GST1-1、GST1-2GST1-2，有些個體完全無活性者有些個體完全無活性者( (O-O-等等位基因位基因) )稱為稱為GST1-OGST1-O。GSTGST的缺乏與肺癌敏感性有密切的缺乏與肺癌敏感性有密切關系，即關系，即GST1-OGST1-O的個體是患肺癌的高危人群。的個體是患肺癌的高危人群。 ( (二二) )修復功能的個體差異修復功能的個體差異 機體對機體對DNADNA損傷有多種修復系統，使其遺傳保持高損傷有多種修復系統，使其遺傳保持高保真度。修復過程由不同功能的酶參與，表現出明顯的保真度。修復過程由不同功能的酶參與，表現出明顯的個體差異。說明修復酶存在多態性

59、。即修復能力差異造個體差異。說明修復酶存在多態性。即修復能力差異造成機體對損傷的反應不一。成機體對損傷的反應不一。 1.1.O O6 6- -甲基鳥嘌呤甲基鳥嘌呤- -DNA-DNA-甲基轉移酶甲基轉移酶( (MGMT)MGMT) 它是體內一種特異性修復酶。其作用是將嘌吟與嘧它是體內一種特異性修復酶。其作用是將嘌吟與嘧啶上的烷基轉移到自身胱氨酸的殘基上，而使堿基恢復啶上的烷基轉移到自身胱氨酸的殘基上，而使堿基恢復原有的配對性。該酶有明顯的組織差異和個體差異。原有的配對性。該酶有明顯的組織差異和個體差異。 2.2.聚聚( (二磷酸腺苷二磷酸腺苷- -核糖核糖) )多聚酶多聚酶( (PARP)PA

60、RP) PARPPARP的激活為的激活為DNADNA損傷后細胞的早期反應之一，它損傷后細胞的早期反應之一，它催化的反應作為催化的反應作為DNADNA損傷的一系列細胞反應的過程之一，損傷的一系列細胞反應的過程之一，可影響可影響DNADNA修復及損傷的結局；它對外來因素造成基因修復及損傷的結局；它對外來因素造成基因突變和腫瘤發生可產生抑制或促進作用，對于突變和腫瘤發生可產生抑制或促進作用，對于PARPPARP的研的研究具有重要的毒理學意義。究具有重要的毒理學意義。第五節第五節 觀察化學毒物致突變作用觀察化學毒物致突變作用的基本方法的基本方法 目前已有目前已有200200多種試驗，但重要的和作為常規