毒理緒論課件

1、現(xiàn) 代 毒 理 學(xué)-緒 論Modern toxicology 毒理學(xué)教研室內(nèi) 容第一節(jié) 毒理學(xué)概述第二節(jié) 毒理學(xué)研究內(nèi)容第三節(jié) 毒理學(xué)的研究方法第四節(jié) 毒理學(xué)的發(fā)展趨勢第五節(jié) 毒理學(xué)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、專業(yè)雜志、專著、相關(guān) 網(wǎng)頁第一節(jié) 毒理學(xué)概述反應(yīng)停災(zāi)難英國倫敦SO2煙塵污染、美國洛杉磯光化學(xué)煙霧、日本水俁病和痛痛病、切爾諾貝利核電站放射性物質(zhì)泄漏等公害發(fā)生 蘇丹紅、三聚氰胺奶粉事件海 豹 兒 童反應(yīng)停（Thalidomide 沙利度胺） 前蘇聯(lián)基輔地區(qū) 放射性物質(zhì) 13人死亡 切爾諾貝利核電站 13萬居民迫散 反應(yīng)堆爆炸 核塵飄至鄰國洛杉礬在40年代就擁有250萬輛汽車，每天大約消耗1100噸汽油，

2、排出1000多噸碳?xì)洌–H）化合物，3O0多噸氮氧（NOx）化合物，700多噸一氧化碳（CO）。另外，還有煉油廠、供油站等其他石油燃燒排放，這些化合物被排放到陽光明媚的洛杉磯上空，制造了一個(gè)毒煙霧工廠。 二惡英是指含有二個(gè)或一個(gè)氧鍵連結(jié)二個(gè)苯環(huán)的含氯有機(jī)化合物。由于氯原子在19的取代位置不同，構(gòu)成75種異構(gòu)體多氯代二苯（PCDD）和135種異構(gòu)體多氯二苯并呋喃（PCDF）通常總稱為二惡英（Dioxin），其中有17種（2、 3、7、8位被氯取代的）被認(rèn)為對人類和生物危害最為嚴(yán)重。 二惡英被稱為“地球上毒性最強(qiáng)的毒物”。它是一種含氯的強(qiáng)毒性有機(jī)化學(xué)物質(zhì)，在自然界中幾乎不存在，只有通過化學(xué)合成才能

3、產(chǎn)生，是目前人類創(chuàng)造的最可怕的化學(xué)物質(zhì)。例如：0.1克的二惡英毒量就能致數(shù)十人死亡，致上千只禽類于死地。該化合物可經(jīng)皮膚、粘膜、呼吸道、消化道進(jìn)入體內(nèi)，有致癌、致畸形及生殖毒性，可造成免疫力下降、內(nèi)分泌紊亂。高濃度二惡英可引起人的肝、腎損傷，變應(yīng)性皮炎及出血。它一般用皮克（10-12克）或納克（10-9克）來計(jì)量。越戰(zhàn)期間，美國在越南撒下大量除草劑，其中混入了二惡英，受害地區(qū)出生了大量的畸形兒，事后被證實(shí)為二惡英所致。 二惡英在環(huán)境中已存在了數(shù)千萬年，通常濃度很低。環(huán)境中的二惡英主要來源于人類的生產(chǎn)活動(dòng)。在工業(yè)化國家，環(huán)境中二惡英濃度于七十年代達(dá)到峰值，其后下降。垃圾焚化、氯氣脫色、香煙燃燒、

4、六氯酚和五氯酚的生產(chǎn)過程、燃燒用五氯酚或三氯苯酚處理過的木材都可產(chǎn)生二惡英。二惡英性質(zhì)穩(wěn)定，土壤中的半衰期為12年，氣態(tài)二惡英在空氣中光化學(xué)分解的半衰期為8.3天，在人體內(nèi)降解緩慢，主要蓄積在脂肪組織中。 第二節(jié) 毒理學(xué)研究內(nèi)容descriptivemechanisticregulatory whatwhyhow機(jī)理毒理學(xué)有害因子與生物體相互作用/毒作用的細(xì)胞、生物學(xué)分子機(jī)制。1.治療、預(yù)防（危險(xiǎn)評定）有機(jī)磷殺蟲劑抑制膽堿酯酶活性2.機(jī)制的研究還可為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)更安全的替代化學(xué)物、臨床解毒和治療藥物研究提供理論基礎(chǔ)。如孕婦早期服用反應(yīng)停導(dǎo)致新生兒出生缺陷被禁用，其機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)該藥有明顯抑制血管生

5、成的作用，用于治療某些腫瘤和感染性疾病有很好的效果。3.毒理學(xué)機(jī)制研究，還有助于生理學(xué)、生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和藥理 學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展。如河豚毒素和DDT（dichlorodiphenylreichloroethane）用于神經(jīng)軸突膜離子梯度調(diào)節(jié)的研究。3. 生物學(xué)標(biāo)志物分子毒理學(xué)作為機(jī)制研究的工具為發(fā)現(xiàn)和保護(hù)易感人群免受環(huán)境有害因素的影響、篩選特征性生物學(xué)標(biāo)志物以及根據(jù)個(gè)體遺傳背景定制藥物治療方案提供了重要的平臺。分子毒理學(xué)還可以比較準(zhǔn)確地預(yù)測個(gè)體對毒物的易感性，個(gè)體對某種毒物的易感性完全是由所在的基因型決定的。因此，測定某一個(gè)體的基因型對預(yù)測個(gè)體對毒物的易感性至關(guān)重要。如通過基因克隆對P4

6、50 lAl基因的研究表明，P450lAl有兩種類型，即Ml和M2型，兩者之間只有一個(gè)堿基不一樣。M2型被認(rèn)為是P450lAl的高誘導(dǎo)型，因此M2型與肺癌的發(fā)生關(guān)系更為密切。有流行病學(xué)資料表明，M2型純合子，在日本肺癌患者中的百分率為正常人群中的2倍，在瑞典肺癌患者中的百分率為正常人群中的13倍，說明在這兩國的人群中，M2型是吸煙誘發(fā)肺癌的易感性基因。 管理毒理學(xué)政府有關(guān)機(jī)構(gòu)根據(jù)描述性和機(jī)理研究資料，作出是否允許人工合成的新化學(xué)物進(jìn)入人類環(huán)境的判斷和決定，提出相應(yīng)的安全使用（接觸）標(biāo)準(zhǔn)和管理措施，按照政策法令對外源性毒物進(jìn)行管理和控制，參與政策法令的制定并且履行監(jiān)督和執(zhí)法職能?，F(xiàn)代毒理學(xué) 科學(xué)

7、（硬件） 觀測和搜集資料即獲得論據(jù)和事實(shí) 應(yīng)用毒性資料（事實(shí)和依據(jù)），來預(yù)測對人群、動(dòng)物和其它環(huán)境生物的 潛在危害，提出相應(yīng)的安全使用標(biāo)準(zhǔn)和管理措施。 描述毒理學(xué)機(jī)制毒理學(xué)管理毒理學(xué) 藝術(shù)（軟件）第三節(jié) 毒理學(xué)的研究方法毒理學(xué)常用的研究方法有化學(xué)分析、體外試驗(yàn)、體內(nèi)試驗(yàn)、人體觀察和流行病學(xué)調(diào)查以及危險(xiǎn)度評定?？梢愿鶕?jù)研究的目的或毒理學(xué)安全性評價(jià)/危險(xiǎn)度評定要求選擇相應(yīng)的試驗(yàn)方法。 現(xiàn)代毒理學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)室方法臨床觀察和流行病學(xué)調(diào)查綜合危險(xiǎn)度評定實(shí)驗(yàn)室的方法化學(xué)方法生物學(xué)方法 化學(xué)物組成 化學(xué)物理化特性 化學(xué)物、代謝產(chǎn)物濃度 體外試驗(yàn) 整體動(dòng)物試驗(yàn)體外試驗(yàn)(in vitro) PCRSSCP(

8、Polymerase chain reaction Single strand conformation polymorphism ) 熒光原位雜交 單細(xì)胞凝膠電泳 Ames 微核 UDS(Unscheduled DNA synthesis test ) 染色體畸變彗星試驗(yàn)照片嗜多染紅細(xì)胞微核熒光原位雜交體外試驗(yàn)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是:簡單、快速、經(jīng)濟(jì)，因此能在一段時(shí)間內(nèi)對大量化學(xué)物的潛在毒性進(jìn)行篩選； 實(shí)驗(yàn)條件比較容易控制，可以用來測量生物體的某一特異性毒性，而不受機(jī)體多種復(fù)雜因素的影響； 由于體外試驗(yàn)有以上優(yōu)點(diǎn)，加之動(dòng)物實(shí)驗(yàn)不符合倫理學(xué)要求，受動(dòng)物保護(hù)組織反對，已有國家和國際組織要求減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

9、、尋找體外替代實(shí)驗(yàn)方法。 體外試驗(yàn)方法的主要缺點(diǎn)： 各種微生物或細(xì)胞的培養(yǎng)都是在離體條件下，難以精確地模擬或反映外源物在生物體內(nèi)的生物轉(zhuǎn)運(yùn)和生物轉(zhuǎn)化過程，也無法得到毒效學(xué)和毒代動(dòng)力學(xué)的資料。 整體動(dòng)物試驗(yàn)（in vivo）一般毒性試驗(yàn)特殊毒性試驗(yàn)急性毒性亞急性毒性亞慢性毒性慢性毒性致突變致癌致畸生殖毒性整體動(dòng)物試驗(yàn)的發(fā)展趨勢：根據(jù)3R原則，選擇科學(xué)合理的動(dòng)物試驗(yàn)方法是今后毒理學(xué)試驗(yàn)的一個(gè)發(fā)展方向。3R即減少(reduction)、優(yōu)化(refinement)和替代(replacement)的簡稱。減少是在滿足實(shí)驗(yàn)要求，又不損失應(yīng)得信息的前提下，盡可能減少實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的數(shù)量；選擇合適的方法，如采用1

10、0只動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的上、下法(up and down method)進(jìn)行急性毒性測定。 優(yōu)化是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能選擇和改良實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，減輕動(dòng)物可能遭受的痛苦，如采用非致死終點(diǎn)或濃縮樣品減少灌胃次數(shù)。替代是不通過與動(dòng)物相關(guān)的實(shí)驗(yàn)或過程去獲取所需的資料，如采用體外細(xì)胞和組織培養(yǎng)替代整體動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。但目前動(dòng)物替代實(shí)驗(yàn)方法的研究和應(yīng)用主要取決于有效性驗(yàn)證，在驗(yàn)證過程中，少數(shù)方法獲得通過；由于絕大多數(shù)的毒性試驗(yàn)都不能在人身上進(jìn)行；而體外試驗(yàn)又是在離體條件而不能反映整體情況；因此多數(shù)整體動(dòng)物試驗(yàn)有不可替代的作用。規(guī)范性的常規(guī)動(dòng)物試驗(yàn)方法進(jìn)一步國際化。例如，國際協(xié)調(diào)組織（ICH）已經(jīng)頒布了一些試驗(yàn)規(guī)范和指導(dǎo)原則

11、：良好實(shí)驗(yàn)室規(guī)范（ Good Laboratory Practice ，GLP）、標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程（standard operating procedure，SOP）轉(zhuǎn)基因動(dòng)物在毒理學(xué)中的應(yīng)用 轉(zhuǎn)基因動(dòng)物是指其基因組中含有外來遺傳物質(zhì)的動(dòng)物，它被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究的各個(gè)方面。由于轉(zhuǎn)基因動(dòng)物集整體、細(xì)胞和分子水平于一體，更能體現(xiàn)生命整體研究的效果。例如，攜帶激活的H-ras原癌基因小鼠、P53(+/-)基因刪除動(dòng)物、含乳糖操縱子的噬菌體的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物，用于特定組織毒性研究。臨床觀察 藥物臨床前試驗(yàn)研究 藥物毒副作用 中毒病人的治療處理流行病 學(xué)調(diào)查 暴露環(huán)境衛(wèi)生學(xué)調(diào)查 暴露人群健康狀況監(jiān)測綜合危險(xiǎn)度評

12、定綜合實(shí)驗(yàn)室和人群流行病學(xué)資料，分析歸納作出危險(xiǎn)度的結(jié)論，制定安全限值并加以實(shí)施和管理第四節(jié) 毒理學(xué)的發(fā)展趨勢一、分子生物學(xué)等新技術(shù)的應(yīng)用將加速毒理學(xué)的發(fā)展過程毒理學(xué)是研究外源物對生物體的不良影響，或稱毒效應(yīng)。毒效應(yīng)本質(zhì)即外源物或其代謝產(chǎn)物與機(jī)體生物化學(xué)分子相互作用的結(jié)果。“組學(xué)（-omicsProteomics，Genomics，Metabonomics）”作為生命科學(xué)的前沿學(xué)科，具有“通量化”、“整合”優(yōu)勢。毒理學(xué)將“組學(xué)”作為工具，通過大通量的基因、轉(zhuǎn)錄、代謝譜、蛋白質(zhì)譜分析，鑒定毒性以及毒作用模式。為更準(zhǔn)確、整合、快速測試外源物（如環(huán)境化學(xué)物、藥物、農(nóng)藥、化妝品等）毒性和毒作用機(jī)制以及

13、安全性評價(jià)和危險(xiǎn)性評定工作展示了良好的應(yīng)用前景。生物學(xué)反應(yīng)以基因表達(dá)、蛋白表達(dá)、代謝表達(dá)數(shù)據(jù)庫描述，當(dāng)然，需要接納多學(xué)科的參與，如生物信息學(xué)、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)等。二、 “二極”分化現(xiàn)象更為突出1. 研究水平越來越精細(xì)，從細(xì)胞、分子和基因水平研究毒理學(xué)問題將是普通的科學(xué)工作。2. 近30年來毒理學(xué)由于發(fā)展迅速及與相關(guān)學(xué)科的交叉而形成了許多分支。如根據(jù)工作任務(wù)可分為臨床毒理學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、工業(yè)毒理學(xué)、管理毒理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)與法醫(yī)毒理學(xué)等；根據(jù)研究手段與終點(diǎn)不同可分為免疫毒理學(xué)、分子毒理學(xué)、膜毒理學(xué)、遣傳毒理學(xué)、分析毒理學(xué)等；根據(jù)研究對象可分為昆蟲毒理學(xué)、獸醫(yī)毒理學(xué)、人體毒理學(xué)與植物毒理學(xué)； 根據(jù)不同外源

14、性化學(xué)物可分為金屬毒理學(xué)、農(nóng)藥毒理學(xué)、食品毒理學(xué)、放射毒理學(xué)、藥物毒理學(xué)；根據(jù)研究工作性質(zhì)可分為描述毒理學(xué)(指常規(guī)毒性試驗(yàn)和安全評價(jià))、機(jī)理毒理學(xué)和管理毒理學(xué)等。近年來還出現(xiàn)更多的毒理學(xué)分支，如比較毒理學(xué)、急癥毒理學(xué)等?？梢灶A(yù)見，本世紀(jì)還將出現(xiàn)一些新的分支。3. 毒理學(xué)的軟件部分管理毒理學(xué)仍將是毒理學(xué)的研究熱點(diǎn)之一，這將從宏觀上為化學(xué)毒物的管理提供科學(xué)依據(jù)。三、低劑量興奮（hormesis）劑量反應(yīng)（效應(yīng)）關(guān)系對毒理學(xué)的影響毒物引起的反應(yīng)/效應(yīng)程度隨著劑量的加大而增強(qiáng)的劑量反應(yīng)關(guān)系是毒理學(xué)的基本原理。毒性評價(jià)的重要參數(shù)“閾劑量”即建立在此劑量反應(yīng)曲線的基礎(chǔ)上。人們很早就觀察到低劑量范圍的生物效

15、應(yīng)不同于高劑量范圍的生物效應(yīng)，如，低劑量的各種抗生素能促進(jìn)細(xì)菌生長，劑量增加到一定程度才表現(xiàn)出抑菌作用。后來將抗生素作用于細(xì)菌表現(xiàn)出的低劑量興奮（促進(jìn)細(xì)菌生長）和高劑量抑制的雙相生物效應(yīng)稱為“毒物興奮效應(yīng)模型”?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種外源化學(xué)物作用于不同的生物體普遍存在低劑量興奮效應(yīng)關(guān)系。目前有關(guān)低劑量興奮效應(yīng)的生物學(xué)意義，多認(rèn)為是一種適應(yīng)性反應(yīng)，機(jī)理有待研究。過去各種原因低劑量的興奮效應(yīng)往往被忽略。近來聚焦低劑量興奮效應(yīng)關(guān)系，意味著重新審視公認(rèn)的毒理學(xué)基本原理，影響深遠(yuǎn)。 四、表觀基因組學(xué)（epigenomics）對研究人類環(huán)境相關(guān)疾病的影響經(jīng)典遺傳學(xué)認(rèn)為：遺傳的分子基礎(chǔ)是核酸，生命的遺傳信息儲(chǔ)存在核

16、酸的堿基序列上。近年興起的“表觀遺傳學(xué)”（epigenetics）和有關(guān)研究工作進(jìn)展，使經(jīng)典的遺傳觀念面臨著巨大的挑戰(zhàn)。許多研究發(fā)現(xiàn)，DNA被直接或間接甲基化、乙?；蛄姿峄然瘜W(xué)方法修飾，可以導(dǎo)致基因活性的改變。重要的是，這些改變不僅影響著個(gè)體的發(fā)育與生長，而且還可以在不改變DNA序列的情況下遺傳給下一代。Michael Skinner等（Science 2005 ）報(bào)道，懷孕大鼠短期暴露于高濃度甲氧滴滴涕，子代雄性大鼠精子數(shù)目減少，不孕率增加。繼續(xù)觀察四代雄性大鼠，均出現(xiàn)相同的情況。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)雄性大鼠精子數(shù)目減少和兩個(gè)基因的甲基化有關(guān)。最近10多年來，通過對DNA甲基化模式的研究，人們

17、發(fā)現(xiàn)許多種類的癌細(xì)胞都有著異常的DNA甲基化行為，腫瘤抑制基因常常被過量地甲基化而導(dǎo)致失去活性，而基因的DNA序列并不發(fā)生變化。表觀遺傳學(xué)使人們對基因組的認(rèn)識又增加了一個(gè)新視點(diǎn)。盡管確切的機(jī)理有待進(jìn)一步探討，但無疑為環(huán)境與人類疾病的研究常開一扇大門?？傊?，毒理學(xué)與人類日常生活和生產(chǎn)勞動(dòng)關(guān)系日益密切，如環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境的惡化、藥物的不良反應(yīng)、食品的安全性、獸藥及農(nóng)藥的危害，以及作業(yè)環(huán)境的有毒物質(zhì)是世界范圍內(nèi)的嚴(yán)重問題?？梢灶A(yù)見，在21世紀(jì)毒理學(xué)將會(huì)獲得更大的發(fā)展，為人類做出更大的貢獻(xiàn)。雖然近年來細(xì)胞、分子水平的研究取得了很大的進(jìn)展，但僅從基因分子水平研究外源性化學(xué)物的毒性及其機(jī)制是不夠的，因?yàn)?/p>

18、機(jī)體還有宏觀的一面，必須把微觀研究與宏觀研究緊密結(jié)合起來，也就是將整體試驗(yàn)與體外細(xì)胞、分子水平的研究結(jié)合起來才能得出正確結(jié)論。 學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)國際毒理學(xué)會(huì)國際環(huán)境誘變劑學(xué)會(huì)國際畸胎學(xué)會(huì)中國毒理學(xué)會(huì)中國環(huán)境誘變劑學(xué)會(huì)中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會(huì)衛(wèi)生毒理專業(yè)委員會(huì)中國藥理學(xué)會(huì)藥物毒理專業(yè)委員會(huì)專業(yè)雜志Toxicology Experimental and Human ToxicologyMutation Research Parmacology &Applied ToxicologyTeratology Comparative Parmocology & ToxicologyToxicological Science 毒理學(xué)雜志Toxicology Letter 中國藥理學(xué)和毒理學(xué)雜志Reproductive Toxicology 致癌、致畸、致突變毒理學(xué)專著Casarett &Doull Toxicology: The Basic S