勞動(dòng)衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)教研室張麗副教授第七章外源化學(xué)物致突變作用聯(lián)系方式單擊此處添加文本電話號(hào)：659568郵箱：181102293@目的及要求遺傳和變異是生物界的普遍生命現(xiàn)象，是保證生物世代間生命延續(xù)的基本內(nèi)容，本章介紹的就是外源化學(xué)物對(duì)遺傳變異的影響。要求掌握突變、致突變的相關(guān)概念以及致突變類型，致突變實(shí)驗(yàn)的遺傳學(xué)終點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)組合的選擇以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。遺傳毒理學(xué)（Genetictoxicology）第一節(jié)概述第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型第三節(jié)致突變作用機(jī)制和后果第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響第五節(jié)觀察化學(xué)毒物致突變作用的基本方法第一節(jié)概述達(dá)爾文與進(jìn)化論自然選擇學(xué)說歸納起來有如下5點(diǎn)：遺傳變異繁殖過剩生存斗爭(zhēng)適者生存基因突變是進(jìn)化的原料，而環(huán)境的選擇是一種動(dòng)力

基本概念

變異（variation）--親代之間或子代個(gè)體之間出現(xiàn)不同程度的差異，這種差異稱為變異突變(Mutation)--遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而引起的遺傳信息改變，均可稱為突變。按突變?cè)蚍譃樽园l(fā)突變(spontaneousmutation)和誘發(fā)突變(inducedmutation)，自發(fā)突變與物種的進(jìn)化有關(guān)；誘發(fā)突變指人為的造成突變。致突變作用（mutagenesis）--外來因素引起細(xì)胞核中遺傳物質(zhì)發(fā)生改變的能力。致突變物又稱誘變劑（mutagen）--能夠引起突變的物質(zhì)為致突變物。研究外源化學(xué)物及其他環(huán)境因素對(duì)生物體遺傳機(jī)構(gòu)的損害作用及其規(guī)律，是毒理學(xué)的一個(gè)分支。其主要目的是檢測(cè)那些能引起DNA損傷的環(huán)境因素，研究其遺傳毒作用的特點(diǎn)及對(duì)人類的潛在危害。遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)第二節(jié)化學(xué)毒物致突變的類型遺傳學(xué)相關(guān)基本知識(shí)DNA的組成脫氧核糖、磷酸、堿基DNA的功能堿基的排列順序蘊(yùn)含著遺傳信息；DNA最主要的功能是編碼蛋白質(zhì)。DNA的復(fù)制與翻譯復(fù)制：半保留復(fù)制翻譯：中心法則遺傳學(xué)相關(guān)基本知識(shí)堿基置換(base—pairsubstitution)指某一堿基配對(duì)性能改變或脫落所致的突變，分為轉(zhuǎn)換(transition)和顛換(transvertion)兩種，如圖：一、基因突變(genemutation)TAGC轉(zhuǎn)換顛換基因突變--轉(zhuǎn)換與顛換示意圖

Base-pairSubstitutions

蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸賴氨酸賴氨酸苯丙氨酸絲氨酸移碼突變(frameshiftmutation)

指發(fā)生一對(duì)或幾對(duì)（三對(duì)除外）的堿基減少或增加，以致從受損點(diǎn)開始?jí)A基序列完全改變，形成錯(cuò)誤的密碼，并轉(zhuǎn)譯成為不正常的氨基酸。frameshiftmutationFrameshiftmutation蛋氨酸賴氨酸苯丙氨酸甘氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸賴氨酸亮氨酸丙氨酸苯丙氨酸甘氨酸后果?同義突變(synonymousmutation)：指沒有改變基因產(chǎn)物氨基酸序列的改變?錯(cuò)義突變（missensemutation)：指堿基序列的改變引起了產(chǎn)物氨基酸序列的改變Missensemutation?無義突變(nonsensemutation)：指某個(gè)堿基的改變使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變?yōu)榈鞍踪|(zhì)合成的終止密碼子，導(dǎo)致多肽鏈在成熟之前終止合成的改變終止密碼突變

?鏈終止突變：指無義突變使肽鏈過早終止?延長(zhǎng)突變：指如果終止密碼子因突變而為氨基酸編碼，結(jié)果產(chǎn)生過長(zhǎng)的肽鏈的現(xiàn)象指染色體的結(jié)構(gòu)改變?nèi)旧珕误w型畸變(chromatid-typeaberration)染色體型畸變(chromosomeaberration)

染色體畸變裂隙(gap)

斷裂(break)斷片(fragment)和缺失(deletion)

微小體(minutebody)無著絲點(diǎn)環(huán)環(huán)狀染色體

雙著絲點(diǎn)染色體

倒位(inversion)

易位(translocation)

插入(insertion)和重復(fù)(duplication)輻射體

二、染色體畸變(chromosomeaberration)（1）缺失—

染色體少了某一片段,通常是致死的

（2）重復(fù)—

染色體上多出了一段

（3）倒位—

染色體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的順序發(fā)生顛倒

（4）易位—

染色體斷裂，斷裂片斷接到其他地方

染色體結(jié)構(gòu)畸變的類型缺失(deletion)ABCFDEGHBCFADEGHBCCBFADEGHBCABCFDEGHBCNormalTandem順接重復(fù)Reverse反接重復(fù)Displaced異位重復(fù)重復(fù)(duplication)ABCFDEGHBCAABCFDEGHBCAAFDEGHBCFADEGHBCOverlapofhomologuesSimultaneousbreakReunionofhomologuesABCFDEGABCFDEGABCFDEGParacentricABCFDEGABCFDEGACBFEDGPericentric倒位(inversion)倒位的類型1)、臂內(nèi)倒位(paracentricinversion)2)、臂間倒位(pericentricinversion)

倒位片段不含著絲粒。倒位片段含著絲粒。易位(translocation)易位的類型1)、相互易位(reciprocaltranslocation)

非同源染色體之間相互置換了一段染色體片段。2)、簡(jiǎn)單易位(interstitialtranslocation)

一條染色體片斷插入到非同源染色體區(qū)段之中。3)、羅伯遜式易位(Robertsoniantranslocation)

也稱著絲粒融合或整臂融合。由兩個(gè)非同源的端著絲粒染色體的長(zhǎng)臂相互重接成一條長(zhǎng)的中央著絲粒染色體；短臂相互連接成交互的產(chǎn)物，常在細(xì)胞分裂中丟失。ABCFDEMNQOPAFDEMNQOPBCInterstitialtranslocation間質(zhì)異位ABCFDEMNQOPABCQOPMNFDEReciprocaltranslocation相互異位＋＋Robertsoniantranslocation三、非整倍體和多倍體

非整倍體(aneuploid)指細(xì)胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時(shí)稱為單體(monosome)增加一條染色體時(shí)稱為三體(trisome)染色體數(shù)目的改變會(huì)導(dǎo)致基因平衡的失調(diào)，可能影響細(xì)胞的生存或造成形態(tài)及功能上的異常。如21三體導(dǎo)致先天愚型(Down氏綜合征)。整倍體(euploid)

指染色體數(shù)目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體(triploid)、四倍體(tetraploid)等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細(xì)胞及人類自然流產(chǎn)的胎兒細(xì)胞中可有三倍體細(xì)胞的存在。發(fā)生于生殖細(xì)胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。誘發(fā)突變

基因突變

染色體畸變

堿基置換

（錯(cuò)配）移碼突變（缺失、插入）大段損傷結(jié)構(gòu)異常

缺失(deletion)重復(fù)(duplication)倒位(inversion)易位(translocation)臂間倒位臂內(nèi)倒位數(shù)目異常

非整倍體（aneuploidy）

多倍體(polyploid)轉(zhuǎn)換(transition)顛換(transversion)第三節(jié)致突變作用機(jī)制和后果

一、引起突變的DNA變化（一）堿基損傷1.堿基錯(cuò)配?烷化劑(alkylatingagent):是指對(duì)DNA和蛋白質(zhì)具有強(qiáng)烈烷化作用的物質(zhì)一般情況下甲基化＞乙基化＞高碳烷基化

目前認(rèn)為最常受到烷化的是?鳥嘌呤的N－7位，其次是O－6位?腺嘌呤的N－1、N－3和N－7也易烷化?AP位點(diǎn)（apurinicorapyrimidinicsite)：是指丟失堿基的DNA留下了一個(gè)無嘌呤或無嘧啶的位點(diǎn)2.平面大分子嵌入DNA鏈嵌入劑（intercalatingagent)：指能以靜電吸附形式嵌入DNA單鏈的堿基之間或DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的相鄰多核苷酸鏈之間的物質(zhì)如丫啶類染料分子多數(shù)是多環(huán)的平面結(jié)構(gòu)，特別是三環(huán)結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)度為6.8×102nm，恰好是DNA單鏈相鄰堿基距離的兩倍通常引起移碼突變3.堿基類似物取代?有些化學(xué)物的結(jié)構(gòu)與堿基非常相似，稱堿基類似物?它們能在S期中可與天然堿基競(jìng)爭(zhēng)，并取代其位置例如5－溴脫氧尿嘧啶能取代胸腺嘧啶核苷；

2－氨基嘌呤(2-AP）能取代鳥嘌呤

bromodeoxyuridineThymine4.堿基的化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變或破壞?化學(xué)物可對(duì)堿基產(chǎn)生氧化作用，從而破壞或改變堿基的結(jié)構(gòu)，基于引起鏈斷裂?有些化學(xué)物質(zhì)可在體內(nèi)形成有機(jī)過氧化物或自由基，如甲醛、氨基甲酸乙酯和乙氧咖啡堿等，可間接使嘌呤的化學(xué)結(jié)構(gòu)破壞，容易出現(xiàn)DNA鏈斷裂（二）DNA鏈?zhǔn)軗p1.二聚體的形成：紫外線環(huán)丁烷嘧啶和4-6光產(chǎn)物阻止DNA復(fù)制引起細(xì)胞死亡Thyminedimersproducedbyultravioletirradiation

2.DNA加合物形成（DNAadducts）?活性化學(xué)物質(zhì)與細(xì)胞大分子之間通過共價(jià)鍵形成的穩(wěn)定復(fù)合物。如生物毒素、多環(huán)芳烴和芳香胺類致癌物可使DNA形成大加合物，使DNA的立體構(gòu)象發(fā)生明顯變化，阻斷受損部位的半保留復(fù)制和轉(zhuǎn)錄3.DNA-蛋白質(zhì)交聯(lián)（DNA-proteincrosslinks，DPC）四、突變的后果

?突變的后果取決于化學(xué)毒物所作用的靶細(xì)胞

?體細(xì)胞：其影響僅能在直接接觸該物質(zhì)的個(gè)體身體上表現(xiàn)出來，不可能遺傳到下一代?生殖細(xì)胞：其影響有可能遺傳到下一代二、引起突變的細(xì)胞分裂過程改變（自學(xué)）三、其他改變（自學(xué)）

突變的不良后果1.生殖細(xì)胞突變的后果（1）致死性突變：

?顯性致死：突變配子與正常配子結(jié)合后，在著床前或著床后的早期胚胎死亡.?隱性致死：需要純合子或半合子才能出現(xiàn)死亡效應(yīng)現(xiàn).（2）非致死性突變（可遺傳的改變）

?先天畸形等遺傳性疾病?遺傳易感性改變?生物個(gè)體生殖細(xì)胞發(fā)生突變或染色體畸變后，有些可能會(huì)在世代傳遞、選擇過程中在人群中固定下來，增加人類的遺傳負(fù)荷

遺傳負(fù)荷（geneticload)：指人群中每個(gè)個(gè)體所攜帶有害基因或致死基因的平均水平2.體細(xì)胞突變的后果（1）癌變：體細(xì)胞突變是細(xì)胞癌變的重要基礎(chǔ)，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變（2）致畸胎：致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細(xì)胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細(xì)胞突變的后果（3）其他不良后果：動(dòng)脈粥樣硬化、衰老第四節(jié)機(jī)體對(duì)致突變作用的影響機(jī)體修復(fù)DNA損傷的機(jī)制可分為兩大類：損傷耐受機(jī)制：指DNA遺傳可繞過那些阻止DNA復(fù)制的DNA損傷。DNA修復(fù)直接修復(fù)切除修復(fù)O6甲基鳥嘌呤修復(fù)光修復(fù)錯(cuò)配堿基修復(fù)堿基切除修復(fù)核苷酸切除修復(fù)復(fù)制后修復(fù)呼救性修復(fù)DNA損傷的修復(fù)機(jī)制（一）、DNA損傷的修復(fù)

X射線損傷修復(fù)交叉互補(bǔ)基因（XRCC1）是一種重要的DNA修復(fù)蛋白在內(nèi)外氧劑及烷化劑導(dǎo)致的DNA單鏈斷裂和堿損傷修復(fù)中起重要作用，XRCC1能通過自身的不同部位與多種堿基切除修復(fù)相關(guān)蛋白結(jié)合，發(fā)生相互作用促進(jìn)對(duì)DNA損傷修復(fù)，對(duì)維持基因組的穩(wěn)定起關(guān)鍵作用，并參與順鉑（DDP）或卡鉑（CBP）引起的損傷修復(fù)過程。DNA修復(fù)能力是與腫瘤易感性和腫瘤化療敏感性密切相關(guān)的雙刃劍：DNA修復(fù)能力強(qiáng)，腫瘤易感性低，然而在腫瘤治療過程中，修復(fù)能力的增加卻阻礙了