檳榔堿遺傳毒理概述及毒作用機(jī)制課件

檳榔堿遺傳毒理概述及毒作用

機(jī)制2005級研究生趙云霞

檳榔堿遺傳毒理概述

檳榔堿是檳榔的主要生物堿成分。十幾年來，咀嚼檳榔引起口腔黏膜炎癥，口腔黏膜下纖維性變（OSF）和增加患口腔癌的危險等報導(dǎo)逐漸增多，檳榔的毒性引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。隨著研究的深入，檳榔堿被認(rèn)為是檳榔產(chǎn)生毒性作用的主要成分。國內(nèi)外關(guān)于檳榔堿毒理的研究包括遺傳毒理、生殖與發(fā)育毒理、神經(jīng)系統(tǒng)毒理，研究最多的是遺傳毒理。嚼食檳榔與致癌之間的因果檳榔關(guān)系已得到了確認(rèn)，檳榔堿可導(dǎo)致小鼠骨髓細(xì)胞和中國倉鼠肺細(xì)胞（CHO）染色體畸變，增加姐妹染色單體交換頻率；使DNA分子單鏈斷裂，引起DNA損傷。

遺傳毒理學(xué)

是研究外源性化學(xué)物質(zhì)或其他環(huán)境因素致突變作用及對人體健康危害效應(yīng)及其規(guī)律的科學(xué)，是毒理學(xué)的一個分支。其主要目的是研究致突變作用的機(jī)制及對人類的危害，檢測發(fā)現(xiàn)致突變物，提出評價和預(yù)防致突變物的方法。

突變

是指遺傳物質(zhì)發(fā)生變化引起遺傳信息的改變，并發(fā)生新的表型效應(yīng)。致突變試驗可以對有潛在危害的外源性化學(xué)物質(zhì)做出預(yù)報。分析突變和致突變對于了解化學(xué)致癌性具有十分重要的意義。

最受關(guān)注的致突變試驗是鼠傷寒沙門菌營養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變試驗（Ames）。此試驗用于檢測化學(xué)物質(zhì)的誘變性，預(yù)測其遺傳危害和潛在致癌作用的可能性。它是利用一組鼠傷寒沙門氏組氨酸缺陷型試驗菌株測定引起沙門氏菌堿基置換或移碼突變的化學(xué)物質(zhì)所誘發(fā)的組氨酸缺陷型（his-）回變到野生型（his+）的試驗方法。其原理是鼠傷寒沙門氏組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株不能合成組氨酸，故在缺乏組氨酸的培養(yǎng)基上，僅少數(shù)自發(fā)回復(fù)突變的細(xì)菌生長。假如有致突變物存在，則營養(yǎng)缺陷型的細(xì)菌回復(fù)突變成野生型，因此能生長形成菌落，據(jù)此判斷受試樣品是否為致突變物。某些致突變物需要代謝活化后才能引起回復(fù)突變，故需加入經(jīng)誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)的大鼠肝制備的S9混合液。

試驗菌株一般使用鼠傷寒沙門氏桿菌TA97、TA98、TA100、TA102菌株，特殊情況下選用TA1535、TA1537等菌株。TA100、TA102主要用于檢測可引起堿基對置換的致突變物，TA97及TA98用于檢測可引起移碼突變的致突變物。凡誘發(fā)回變的菌落數(shù)為自發(fā)回變菌落數(shù)的2倍或2倍以上，并有劑量反應(yīng)關(guān)系，即為致突變物。

致突變的機(jī)制遺傳毒性致癌物引起的突變可能是由于DNA氧化損傷，直接突變作用，DNA修復(fù)保真性的改變和細(xì)胞周期調(diào)節(jié)機(jī)制的改變等。

DNA氧化損傷：致突變物可以在體內(nèi)產(chǎn)生自由基等氧化性物質(zhì)使細(xì)胞受損，DNA損傷具有潛在的致突變和致癌作用?；钚匝?ROS)是生物體內(nèi)隨氧化代謝活動不斷產(chǎn)生，并且性質(zhì)活潑的一些含氧產(chǎn)物，主要包括超氧陰離子()，羥自由基(·OH)，過氧化氫(H2O2)，單線態(tài)氧和脂質(zhì)過氧化物等。適量的活性氧是維持細(xì)胞生長和機(jī)體抗感染所必需的，但過量的活性氧可對機(jī)體造成病理生理損害。ROS是很多生理病理發(fā)生的主要參與者，包括化學(xué)致癌、老化、動脈硬化和風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等。它可以侵害細(xì)胞大分子以致?lián)p害細(xì)胞功能、組織而影響人體健康。

3、谷胱甘肽(GSH)是人體細(xì)胞內(nèi)自然生成的抗氧化劑。其它經(jīng)由膳食攝取的抗氧化劑如維生素C和維生素E在細(xì)胞內(nèi)都要靠谷胱甘肽來發(fā)揮其功能及再生，GSH也是細(xì)胞色素P450代謝途徑的關(guān)鍵基質(zhì)。GSH是人體細(xì)胞最豐富的抗氧化劑，具有優(yōu)良的循環(huán)再生能力。主要分為還原(即GSH)和氧化(即GSSG)兩型，還原型GSH分子中的半胱氨酸殘基所攜帶的硫醇基，被氧化后即轉(zhuǎn)成氧化型，而氧化型GSSG可以再由GSH還原酶還原到原來硫醇型。

并不是所有DNA損傷都會引起突變，細(xì)胞可對DNA損傷自行修復(fù)，表現(xiàn)為細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期受阻滯。

細(xì)胞凋亡：細(xì)胞凋亡是由于細(xì)胞內(nèi)外因子誘發(fā)了細(xì)胞內(nèi)一個特殊的蛋白酶級聯(lián)反應(yīng)而發(fā)生的有序死亡。凋亡可在各種異常情況下發(fā)生，細(xì)胞處于不利生長環(huán)境及各類型的打擊（如DNA損傷、線粒體損傷或惡性轉(zhuǎn)化）都可通過誘發(fā)凋亡除去受損細(xì)胞。

凋亡過程被看作是修復(fù)過程基于兩個理由，其一是凋亡可以攔阻導(dǎo)致壞死的過程。凋亡的細(xì)胞出現(xiàn)皺縮，核和胞漿物質(zhì)濃縮，然后破裂為膜結(jié)合的碎片（凋亡小體）而被吞噬。壞死時，細(xì)胞與細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器腫脹并隨著膜溶解而碎裂。凋亡是有序的，而壞死是無序的，以細(xì)胞外環(huán)境中細(xì)胞碎屑形成而終結(jié)。壞死的細(xì)胞成分吸引入侵的炎癥細(xì)胞，進(jìn)而發(fā)生的炎癥過程會擴(kuò)大炎癥損傷。凋亡時死亡細(xì)胞不經(jīng)炎癥而清除。其二是凋亡可以清除具有潛在致突變作用的DNA損傷細(xì)胞從而攔阻腫瘤形成。

細(xì)胞周期改變：

正常大部分細(xì)胞處于G0期（一種分化過的和靜止的狀態(tài)）。在得到分裂信號后，它們進(jìn)入細(xì)胞分裂周期的G1期。G0/G1轉(zhuǎn)移需要即時早期基因的激活以使細(xì)胞獲得復(fù)制的能力。此時隨著對生長因子應(yīng)答的增加，這些細(xì)胞進(jìn)入DNA合成期（S）。如果這個過程被阻斷（如由于p53蛋白的蓄積），細(xì)胞可能會發(fā)生凋亡。

在DNA復(fù)制后，細(xì)胞進(jìn)入G2期準(zhǔn)備有絲分裂。有絲分裂（M）是細(xì)胞周期中最短的期相，產(chǎn)生的子代細(xì)胞可分化并進(jìn)入靜止的細(xì)胞池（G0）。細(xì)胞內(nèi)G1/S交界處的關(guān)卡點負(fù)責(zé)檢查染色體、DNA是否有損傷，如果DNA有損傷，則把細(xì)胞阻止于G1期，要求細(xì)胞先進(jìn)行修復(fù)，然后才能復(fù)制，以免遺傳信息出錯，以維持細(xì)胞正常功能。如果DNA損傷能被正確無誤地修復(fù)，則不會引起突變。只有損傷不能被修復(fù)或在修復(fù)中出現(xiàn)了錯誤，一般需要經(jīng)過兩次或多次細(xì)胞周期才有可能固定下來，并遺傳到后代的細(xì)胞或個體，引起突變?；瘜W(xué)突變的模式為：遺傳結(jié)構(gòu)損傷－損傷修復(fù)－突變固定－突變

p53蛋白是最主要的細(xì)胞周期相關(guān)蛋白，是細(xì)胞內(nèi)的“分子警察”、“基因組的衛(wèi)士”，具有非常重要而復(fù)雜的生理功能，主要在DNA損傷時被激活，使細(xì)胞阻滯在G1期，以便在DNA開始合成前進(jìn)行損傷修復(fù)。正常細(xì)胞中，p53蛋白的水平都很低，當(dāng)射線或其它因素引起DNA損傷時，p53蛋白大量增加。正常的p53基因表達(dá)產(chǎn)物可以阻斷細(xì)胞生長，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長。因此人們將p53基因歸屬為腫瘤抑制基因。野生型p53蛋白在正常細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)量通常維持在一定的水平上，具有抗細(xì)胞增殖的能力，限制細(xì)胞的生長分裂，停頓于G1期，不進(jìn)入S期，主要表現(xiàn)在：

①p53控制DNA的復(fù)制。野生型p53與專一成分結(jié)合阻礙DNA復(fù)制起始復(fù)合物的裝配，抑制DNA的復(fù)制，突變型p53無此功能。細(xì)胞在DNA損傷后需于G1期切除和修復(fù)，以保持基因組的穩(wěn)定性，然后開始復(fù)制。②野生型p53基因阻止細(xì)胞生長分裂。在抑制細(xì)胞的轉(zhuǎn)化生長方面，一方面可以抑制細(xì)胞的生長，以保證細(xì)胞內(nèi)的DNA修復(fù)酶有足夠的時間來修復(fù)損傷的DNA，從而防止DNA突變在細(xì)胞染色體上的積累；另一方面，當(dāng)受損細(xì)胞的DNA無法被修復(fù)時，p53則會導(dǎo)致受損細(xì)胞進(jìn)入特定的死亡程序，即凋亡。p