第一篇：食品毒理學第六章外源化學物質的致突變作用

第六章 外源化學物質的致突變作用

遺傳毒理學(Genetic Toxicology)

毒理學的一個分支，研究外源化學物及其他環境因素對生物體遺傳機構的損害作用及其規律。其主要目的是檢測那些能引起DNA損傷的環境因素，研究其遺傳毒作用的特點及對人類的潛在危害。

1、突變(mutation)

遺傳結構本身的變化及其引起的變異稱為突變，突變實際上是遺傳物質的一種可遺傳的變異。

?自發突變(spontaneous mutation)

由于自然界中誘變劑的作用或由于偶然的自制、轉錄、修復時的堿基配對錯誤所產生的突變。

?誘發突變(induced mutation)

人為造成的突變。

?正面意義

培育新品種，如農業、林業、養殖業等

?負面意義

對環境、人類健康、物種等的危害

2、致突變作用或誘變作用

(mutagenesis)

外源化學物及其他環境因素引起生物體突變發生（細胞核中的遺傳物質發生變化，這種改變隨細胞分裂過程傳遞）的作用及過程稱為致突變作用

即：突變的發生及其過程即為致突變作用。

誘發因素

化學因素

藥品、農藥、食品添加劑、調味品、化妝品、洗滌劑、塑料、著色劑、化肥、化纖等

物理因素

電離輻射、紫外線、電磁波、溫度（超高溫、超低溫）等

生物因素

真菌的代謝產物、病毒、寄生蟲等

1、基因突變

指在基因中DNA序列的改變。主要包括堿基置換、移碼突變、整碼突變、片段突變（大段損傷）等。

?堿基置換

指某一堿基配對性能改變或脫落所致的突變。

?轉換AG / TC

?顛換A（G）T（C）

?移碼突變

指發生一對或幾對（三對除外）的堿基減少或增加，以致從受損點開始堿基序列完全改變，形成錯誤的密碼，并轉譯成為不正常的氨基酸。

2．染色體畸變

是指染色體結構的改變。染色體結構改變的基礎是DNA鏈的斷裂，所以把能引起染色體畸變的外源化學物稱為斷裂劑。

3.染色體數目異常

指基因組中染色體數目的改變，也稱為基因組突變、染色體數目畸變。

非整倍體非整倍體指細胞丟失或增加一條或幾條染色體。缺失一條染色體時稱為單體，增加一條染色體時稱為三體。染色體數目的改變會導致基因平衡的失調，可能影響細胞的生存或造

成形態及功能上的異常。如21三體導致先天愚型(Down氏綜合征)。

整倍體整倍體指染色體數目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成三倍體、四倍體等。在人體，3n為69條染色體，4n為92條染色體。在腫瘤細胞及人類自然流產的胎兒細胞中可有三倍體細胞的存在。發生于生殖細胞的整倍體改變，幾乎都是致死性的。

三、突變的不良后果

體細胞突變的不良后果

1.體細胞突變與癌變。

2.體細胞突變與致畸

3.體細胞突變的其他不良后果

生殖細胞突變的不良后果

1.致死性突變

2.可遺傳的改變

四、致突變作用的研究方法

評定外源化學物對生殖細胞及體細胞的致突變性，對遺傳危害性作出初步評價，并預測其

致癌、致畸的可能性，還可用于環境遺傳毒物污染的監測及評價。

基因突變和染色體畸變的檢測可直接反映化學毒物的致突變性，是評價化學毒物致突變性唯一可靠的方法。

還有許多試驗所觀察到的現象并不反映基因突變、染色體畸變和染色體分離異常，而僅反映致突變過程中發生的其他事件。

遺傳學終點分為5類：

①DNA完整性的改變(形成加合物，斷裂，交聯)；

②DNA重排或交換；

③DNA堿基序列改變；

④染色體完整性改變；

⑤染色體分離改變。

其中③實際上指基因突變，④指染色體畸變。

2．成套的觀察項目

遺傳毒理學評價程序通常為一組體內、外遺傳毒理學試驗。

因為：

①化學毒物的種類和結構多種多樣，其致突變的機制不盡相同，作用的靶細胞也不一樣，有的是體細胞，或生殖細胞，或兩者兼而有之，故在成套觀察項目中既要用體細胞檢測又要用生殖細胞；除了從分子水平還要從細胞水平來檢測化學毒物的遺傳毒性。

②致突變物中僅少數具有直接致突變作用，大多數為間接致突變作用，即需要在體內代謝活化后，才具有致突變作用。體內試驗具有完整的活化系統，而體外試驗則通過加入模擬代謝系統來彌補缺乏活化系統的不足。這是體內與體外試驗的主要差別。

③化學毒物的致突變性有強，也有弱；有的在某一檢測系統中是強致突變物，而在另一系統中可能是弱的致突變物。對于弱致突變物在某些系統中比較容易漏檢，即出現假陰性。

遺傳毒理學成套觀察項目中試驗入選原則有：

①選擇的遺傳毒性試驗應包括5種類型的遺傳學終點。

②通常的實驗材料有病毒、細菌、真菌、培養的哺乳細胞、植物、昆蟲及哺乳動物等。③體內試驗與體外試驗配合。

④應包括生殖細胞和體細胞。

通常，對于一種受試物應當先用原核細胞或體細胞的體外試驗按遺傳學終點合理配套進行試驗，并對有陽性結果的遺傳學終點驗證其在體內的真實性，再行選用生殖細胞致突變試驗進行遺傳危害的評價。

3、檢測方法

?以基因突變為指標的檢測法

Ames試驗

?以染色體為指標的方法

經典的染色體畸變分析方法

微核試驗法

姐妹染色單體互換測試法

?常用的致突變試驗

(一)細菌回復突變試驗(Ames試驗)

Ames試驗是以營養缺陷型的突變體菌株為指示生物檢測基因突變的體外試驗。常用的菌株有組氨酸營養缺陷型鼠傷寒沙門氏菌和色氨酸營養缺陷型的大腸桿菌

原理：用鼠傷寒沙門氏菌的組氨酸缺陷型（不能在沒有組氨酸的培養基上生長的突變型）菌株為測試對象，如果菌株用某待測化學物質處理后能在沒有組氨酸的培養基上形成菌落，就說明發生了回復突變。根據菌落出現的數目就可以估算出該物質誘變能力的強弱。

(二)微核試驗

以骨髓細胞或外周血淋巴細胞中微核的數量變化為指標的測試方法。

各類染色體畸變中除易位、倒位或互換外一般常伴有無著絲粒斷片的產生，這種斷片在間期細胞的細胞質中呈現為一種圓形或橢圓形的結構──微核。因此微核出現的數目可作為染色體畸變的指標、微核(Micronucleus)的產生與染色體損傷有關，是染色體或染色單體的無著絲點斷片或紡錘絲受損傷而丟失的整個染色體，在細胞分裂后期遺留在細胞質中，末期之后，單獨形成一個或幾個規則的次核，包含在子細胞的胞質內，因比主核小，故稱微核。

微核試驗是通過觀察有微核的細胞率(‰)，用于檢測斷裂劑及非整倍體誘發劑。

可用于微核檢測的細胞很多，現已建立了植物細胞(如紫露草花粉母細胞、蠶豆根尖等)、哺乳類動物細胞(如骨髓細胞、肝細胞、脾細胞、肺細胞、淋巴細胞、紅細胞、精子、鼻及胃粘膜上皮細胞、皮膚細胞等)、非哺乳類動物細胞(如魚紅細胞、蟾蜍紅細胞等)的微核試驗方法。

我國衛生部在《食品安全性毒理學評價程序》(1994)中對遺傳毒理學試驗的要求：根據受試物的化學結構、理化性質以及對遺傳物質作用終點的不同，并兼顧體外和體內試驗 以及體細胞和生殖細胞的原則，在Ames試驗、小鼠骨髓微核試驗或骨髓細胞染色體畸變試驗、小鼠精子畸形試驗和睪丸染色體畸變試驗中選擇四項，如其中一項試驗為陽性，還應在其他備選試驗(V79細胞HGPRT基因突變試驗，顯性致死試驗，果蠅伴性隱性致死試驗，UDS試驗)中再選擇兩項試驗進行。

我國《農藥安全性毒理學評價程序》(1991)中對遺傳毒理學試驗的要求則為：

Ames試驗和大腸桿菌回復突變試驗，骨髓細胞微核試驗或骨髓細胞染色體畸變試驗，睪丸細胞染色體畸變試驗或顯性致死試驗為必做項目，若有一項出現陽性，還需從精子畸形試驗、體外培養細胞染色體畸變試驗、UDS、果蠅伴性隱性致死試驗等試驗中再選擇兩項進行。?致 突 變

? 致 癌

? 致 畸