第八章 外源化學物致癌作用

第八章外源化學物致癌作用

chemicalcarcinogenesis衛(wèi)生毒理學教研室陳艷1/12/20231掌握：基本概念（化學致癌、化學致癌物）；化學致癌物的代謝活化；直接和間接致癌物；癌基因和抑癌基因；化學致癌多階段過程：引發(fā)、促長、進展；熟悉：IARC致癌物的分類；按機制分類；化學致癌物的判別：短期致癌試驗、動物致癌試驗、人群流行病學觀察；了解：致癌作用的影響因素；化學致癌物危險評價。1/12/202321775年——英國Pott

陰囊癌1895年——德國Rehn

職業(yè)性膀胱癌1915年——日本山極和市川試驗性皮膚癌1922年——英國Kennway

動物皮膚癌1945年——英國Case職業(yè)性膀胱癌1/12/20233腫瘤指有分裂潛能的細胞受致癌因素的作用后發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和克隆性增生所形成的新生物，在人體任何部位、任何組織都可以發(fā)生腫瘤。化學致癌作用(chemicalcarcinogenesis)是指化學物質(zhì)引起正常細胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成腫瘤的過程。化學致癌物(chemicalcarcinogen)是指具有化學致癌作用的化學物質(zhì)。

1/12/20234第一節(jié)化學致癌機制第二節(jié)化學致癌物的分類第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/20235第一節(jié)化學致癌機制一、化學致癌作用——多因素、多基因參與的多階段過程致癌過程有多個與癌腫有關(guān)的基因參與不同器官來源、不同組織類型、臨床階段以至同一種腫瘤在不同地區(qū)所見的遺傳變化是不同的多種環(huán)境致癌物、致癌因子或條件可協(xié)同作用個體的不同遺傳背景對腫瘤的發(fā)生發(fā)展有重要影響1/12/20236二、與致癌作用有關(guān)的代謝活化與滅活：

前致癌物近致癌物終致癌物

Precarcinogensproximatecarcinogensultimatecarcinogens第一節(jié)化學致癌機制1/12/20237三、化學致癌作用的分子機制：（一）DNA加合物：（二）DNA修復與致癌過程：（三）癌基因、原癌基因和抑癌基因：

1、癌基因（oncogene）和原癌基因（proto-oncogene）：

2、抑癌基因（anti-oncogene）（四）基因表達調(diào)控異常與腫瘤的發(fā)生：第一節(jié)化學致癌機制1/12/20238四、化學致癌過程：引發(fā)階段促長階段進展階段（initiation）（promotion）（progression）第一節(jié)化學致癌機制1/12/20239第一節(jié)化學致癌機制前致癌物終致癌物細胞含錯配堿基細胞死亡不分化的癌分化的腫瘤致癌物-DNA加合物引發(fā)的細胞正常細胞活化轉(zhuǎn)移DNA結(jié)合修復DNA復制錯配修復失敗DNA修復促長進展1/12/202310第二節(jié)化學致癌物的分類IARC將化學物對人類致癌性資料(流行病學調(diào)查和病例報告)和對實驗動物致癌性資料分為四級（2002，878）：組1，對人類是致癌物。對人類致癌性證據(jù)充分者屬于本組。87組2，對人類是很可能或可能致癌物。又分為兩組，即組2A和組2B。

組2A，對人類很可能(probably)是致癌物，指對人類致癌性證據(jù)有限，對實驗動物致癌性證據(jù)充分。63

組2B，對人類是可能(possible)致癌物，指對人類致癌性證據(jù)有限，對實驗動物致癌性證據(jù)并不充分；或指對人類致癌性證據(jù)不足，對實驗動物致癌性證據(jù)充分。234組3，現(xiàn)有的證據(jù)不能對人類致癌性進行分類。493組4，對人類可能是非致癌物。11/12/202311根據(jù)致癌機制分類

1.genotoxiccarcinogens直接致癌物間接致癌物無機致癌物2.non-genotoxiccarcinogens促長劑●激素調(diào)控劑細胞毒劑●過氧化物酶體增殖劑免疫抑制劑●固態(tài)物質(zhì)3.未分類：美舍吡倫第二節(jié)化學致癌物的分類1/12/202312一、用于致癌物篩選的短期試驗（一）致突變試驗：①基因突變試驗：鼠傷寒沙門氏菌回復突變試驗(Ames試驗);②染色體畸變試驗：體外細胞系細胞遺傳學分析，小鼠骨髓微核試驗，大鼠骨髓染色體畸變試驗;③原發(fā)性DNA損傷：DNA加合物，鏈斷裂，DNA修復誘導(細菌SOS反應(yīng)，大鼠肝UDS誘導)，SCE試驗；④體外細胞轉(zhuǎn)化：敘利亞地鼠胚胎細胞，Balb/c3T3細胞。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202313一、用于致癌物篩選的短期試驗：（二）哺乳動物短期致癌試驗：哺乳動物短期致癌試驗又稱為有限體內(nèi)試驗，指時間有限(數(shù)月)，靶器官有限。較受重視的短期致癌試驗有下列四種：1．小鼠皮膚腫瘤誘發(fā)試驗：于小鼠皮膚局部連續(xù)涂抹受試物，以觀察皮膚乳頭瘤和癌的發(fā)生，一般20周可結(jié)束實驗，較敏感的小鼠為SENCAR小鼠。此試驗也可設(shè)計為檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為致癌性多環(huán)芳烴，促長劑為佛波醇酯(TPA)。2．小鼠肺瘤誘發(fā)試驗：染毒途徑常用腹腔注射，也可灌胃或吸入，一般30周可結(jié)束實驗，觀察肺腫瘤的發(fā)生。較敏感的小鼠為A系小鼠。此試驗也可設(shè)計)b檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為烏拉坦，促長劑為二丁基經(jīng)基甲苯(BHT)。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/2023143．大鼠肝轉(zhuǎn)化灶誘發(fā)試驗。對大鼠進行肝大部切除術(shù)后，給以受試物，一般可在8～14周結(jié)束實驗，觀察肝轉(zhuǎn)化灶生成。肝轉(zhuǎn)化灶是癌前病變，有γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性升高，G6P酶和ATP酶活性降低，以及鐵攝取能力降低。轉(zhuǎn)化灶可用組織化學或免疫化學方法鑒定。此試驗也可設(shè)計為檢測受試物的引發(fā)活性或促長活性。典型的引發(fā)劑為二乙基亞硝胺(DEN)，促長劑為苯巴比妥(PB)。4．雌性大鼠乳腺癌誘發(fā)試驗，一般可用SD大鼠(或Wistar大鼠)，實驗周期為6個月。此四個試驗不是成組試驗，應(yīng)根據(jù)受試物的特點選擇使用。此四個試驗任一試驗得到陽性結(jié)果的意義與長期動物致癌試驗相似，但陰性結(jié)果并不能排除受試物的致癌性。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202315一、用于致癌物篩選的短期試驗：（二）哺乳動物短期致癌試驗：何時應(yīng)考慮進行致癌性評價：①人體可能長期暴露于該化學物；②該化學物或其代謝物的化學結(jié)構(gòu)與已知致癌物相似；③反復染毒毒性試驗提示該化學物可能產(chǎn)生癌前病變。如在3種遺傳毒理學短期試驗均得到陽性結(jié)果，可預(yù)測為遺傳毒性致癌物；如在3種遺傳毒理學短期試驗均得到陰性結(jié)果，可預(yù)測為非遺傳毒性非致癌物；如經(jīng)5種遺傳毒理學短期試驗仍不能預(yù)測其致癌性的化學品，應(yīng)優(yōu)先進行哺乳動物致癌試驗。

第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202316ICH(1995)根據(jù)已知的危險因素、擬定的適應(yīng)癥和用藥時間，提出下列進行新藥致癌性研究的范圍，避免不必要的試驗。①臨床上連續(xù)應(yīng)用6個月以上的藥品；對慢性或復發(fā)性疾病需間斷性長期反復治療的藥品；造成長期暴露的給藥系統(tǒng)。②已知屬于對人具有潛在致癌性的同類化合物；構(gòu)效關(guān)系提示具有致癌危險性的物質(zhì)3長期毒性試驗發(fā)現(xiàn)癌前病變3原型或代謝產(chǎn)物在組織內(nèi)長期蓄積，引起局部組織反應(yīng)或其他病理生理反應(yīng)的物質(zhì)。③具有遺傳毒性的物質(zhì)往往具有致癌性，如擬長期使用，應(yīng)進行慢性毒性試驗(1年)，檢測早期致癌反應(yīng)。④擬用于病人預(yù)期壽命少于3年的藥品不必進行致癌試驗，如腫瘤治療藥等。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202317

⑤局部使用吸收很差的藥物不必進行經(jīng)口致癌試驗。

⑥已具有致癌性資料的藥物的各種酸、堿、鹽應(yīng)提供其在藥物動力學、藥效學或安全性方面沒有明顯改變的證據(jù)，對于酯和復雜的衍生物在確定是否需要進行致癌試驗時也應(yīng)有類似的資料，并應(yīng)個案討論。

⑦基本作為替代治療的內(nèi)源性物質(zhì)不需要進行致癌試驗。但對生物技術(shù)制品，下列情況可考慮進行致癌試驗：生物學作用明顯不同于天然相應(yīng)物質(zhì)的制品；結(jié)構(gòu)明顯不同于天然相應(yīng)物質(zhì)的制品；在人體引起局部或全身濃度明顯增加的制品。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202318第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法二、哺乳動物長期致癌試驗：（一）試驗動物

物種和品系：要求用兩種實驗動物，常規(guī)選用大鼠和小鼠，也可用倉鼠。嚙齒類動物對多數(shù)致癌物易感性較高，壽命相對較短，費用也較低，生理和病理學資料較完備，因此使用最廣泛。在選擇品系時應(yīng)選擇較敏感、自發(fā)腫瘤率低、生活力強及壽命較長的品系。性別：為接近人類情況，應(yīng)使用同等數(shù)量的雌雄兩種性別的動物。年齡：使用剛斷乳的動物，以保證有足夠長的染毒和發(fā)生癌癥的時間，而且幼年動物解毒酶及免疫系統(tǒng)尚未完善，對致癌作用比較敏感。1/12/202319（二）劑量選擇和動物數(shù)量

致癌試驗一般設(shè)三個試驗組。美國NCI推薦以最大耐受劑量(MTD)為高劑量。最大耐受劑量是由90天毒性試驗來確定的，此劑量應(yīng)使動物體重減輕不超過對照組的10％，并且不引起死亡及導致縮短壽命的中毒癥狀或病理損傷。ICH(1995)提出，高劑量選擇可以根據(jù)：①毒性終點，即最大耐受劑量(MTD);②藥代動力學終點，嚙齒動物血漿AUC(時量曲線下面積)為人的25倍；③選擇吸收飽和劑量;④藥效學終點，不應(yīng)產(chǎn)生生理學和內(nèi)穩(wěn)態(tài)紊亂;⑤最大可行劑量，受試物在飼料中最高含量為5％。限制劑量為1500mg／(kg體重·d)。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202320（二）劑量選擇和動物數(shù)量中及低劑量組則按等比級數(shù)下推，如分別為上一個劑量水平的1/2或1/3。低劑量組應(yīng)不影響動物的正常生長、發(fā)育和壽命，即不產(chǎn)生任何毒性效應(yīng)。但低劑量組應(yīng)高于人的接觸劑量，一般不低于高劑量的10％。中劑量組介于高、低劑量之間，如有可能按受試物的毒物動力學性質(zhì)來確定。對照組除不給受試物外，其他條件均與試驗組相同。同時應(yīng)設(shè)陰性(溶劑或賦形劑)對照組。必要時可設(shè)陽性對照組，陽性致癌物最好與受試物的化學結(jié)構(gòu)相近。動物數(shù)量：每組至少有雌雄各50只動物，希望在出現(xiàn)第一個腫瘤時，每組還有不少于25只動物。

第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202321第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202322（三）染毒途徑

經(jīng)口染毒是將受試物給予實驗動物的常用途徑，一般把受試物摻人飼料或飲水中連續(xù)給予動物(5～7天/周)。若摻入后的適口性不良，可用灌胃法。摻入濃度要定期監(jiān)測，觀察其均勻性和穩(wěn)定性，摻入的濃度一般不超過5％。經(jīng)皮染毒，涂敷受試物的面積一般不少于動物體表總面積的10％。必須保證受試物與皮膚良好接觸，并防止動物舔食。每天涂抹一次，每周3～7次。吸入染毒，每天染毒4小時，每周5～7天。染毒柜內(nèi)受試物濃度應(yīng)定期或連續(xù)監(jiān)測，其分布應(yīng)均勻、恒定。其他注射途徑可根據(jù)需要采用。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202323（四）試驗期限

ICH(1997)建議參考下面幾條準則：(1)一般情況下，試驗期限小鼠和倉鼠應(yīng)為18個月，大鼠為24個月；然而對于某些生命期較長或自發(fā)腫瘤率低的動物品系，小鼠和倉鼠可持續(xù)24個月，大鼠可持續(xù)30個月。(2)當最低劑量組或?qū)φ战M存活的動物只有25％時，也可以結(jié)束試驗，對于有明顯性別差異的試驗，則試驗結(jié)束的時間對不同的性別應(yīng)有所不同，在某種情況下因明顯的毒性作用，只造成高劑量組動物過早死亡，此時不應(yīng)結(jié)束試驗。一個合格的陰性對照試驗應(yīng)符合下列標準：①因自溶、同類自食，或因管理問題所造成的動物損失在任何一組都不能高于10％。②小鼠和倉鼠在18個月，大鼠在24個月時各組存活的動物不能少于50％。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202324（五）觀察和結(jié)果分析

1．一般觀察每天觀察受試動物一次，主要觀察其外表、活動、攝食情況等。在實驗最初三個月每周稱體重一次，以后每兩周稱體重一次。經(jīng)飼料或飲水給以受試物時，應(yīng)記錄食物消耗量或飲水量，以計算受試物的攝入量。觀察時要注意有無腫瘤出現(xiàn)、腫瘤出現(xiàn)時間及死亡時間。老年動物多病易死，應(yīng)加強巡視，防止動物死亡后未及時刻驗，發(fā)生尸體組織自溶。

2．病理檢查動物自然死亡或處死后必須及時進行病理檢查，包括肉眼和組織切片檢查。組織切片檢查應(yīng)包括已出現(xiàn)腫瘤或可疑腫瘤的器官和肉眼檢查有明顯病變的器官，應(yīng)注意觀察癌前病變。通過病理檢查確定腫瘤的性質(zhì)和靶器官。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202325（五）觀察和結(jié)果分析3．結(jié)果分析統(tǒng)計各種腫瘤的數(shù)量(包括良性和惡性腫瘤)及任何少見的腫瘤、患腫瘤的動物數(shù)、每只動物的腫瘤數(shù)及腫瘤潛伏期。腫瘤發(fā)生率(％)＝(實驗結(jié)束時患腫瘤動物總數(shù)/有效動物總數(shù))×100％式中，有效動物總數(shù)指最早發(fā)現(xiàn)腫瘤時存活動物總數(shù)。腫瘤潛伏期即從攝入受試物起到發(fā)現(xiàn)腫瘤的時間，因為內(nèi)臟腫瘤不易覺察，通常將腫瘤引起該動物死亡的時間定為發(fā)生腫瘤的時間。應(yīng)對試驗結(jié)果進行仔細的統(tǒng)計學分析，并研究劑量—反應(yīng)關(guān)系。

第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202326致癌試驗陽性的判定標準[WHO(1969)]：(1)對于對照組也出現(xiàn)的一種或數(shù)種腫瘤，試驗組腫瘤發(fā)生率增加；(2)試驗組發(fā)生對照組沒有的腫瘤類型；(3)試驗組腫瘤發(fā)生早于對照組；(4)與對照組比較，試驗組每個動物的平均腫瘤數(shù)增加。在進行試驗的兩個物種兩種性別動物中，有一種結(jié)果為陽性，即認為該受試物有致癌性。兩個物種兩種性別動物試驗結(jié)果均為陰性時，方能認為未觀察到致癌作用。第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202327第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法結(jié)果報告：應(yīng)著重報告發(fā)現(xiàn)腫瘤的部位、數(shù)量、性質(zhì)、癌前病變，以及其他毒性效應(yīng)；應(yīng)報告劑量—反應(yīng)關(guān)系及統(tǒng)計學分析結(jié)果。如在動物組織中觀察到良性和惡性腫瘤，并有良性腫瘤向惡性化進展的證據(jù)，在進行統(tǒng)計學分析之前將良性和惡性腫瘤合并是適宜的，但仍希望分別對良性和惡性腫瘤分別進行統(tǒng)計學處理。評價該試驗不同劑量良性腫瘤和惡性腫瘤的相對數(shù)量可有助于確定該受試動物對受試物的劑量反應(yīng)關(guān)系。另一方面，如果僅觀察到良性腫瘤，并無惡性化進展的證據(jù)，則將此受試物認為是致癌物是不適宜的，此僅提示在該試驗條件下需要進一步研究。1/12/202328三、人群流行病學觀察：（一）接觸標記

（二）生物效應(yīng)標記

（三）敏感性標記

第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法1/12/202329第三節(jié)觀察化學毒物致癌作用的基本方法四、轉(zhuǎn)基因小鼠在致癌作用的研究

1．轉(zhuǎn)癌基因小鼠。與轉(zhuǎn)錄啟動子連接的癌基因轉(zhuǎn)入后可直接在某些特定的組織中高效表達，使該組織細胞處于引發(fā)狀態(tài)，這類轉(zhuǎn)基因動物是研究化學物致癌作用的敏感體系。攜帶癌基因的轉(zhuǎn)基因動物可用于