第八章外源化學(xué)物致癌作用

1、第八章外源化學(xué)物致癌作用,Carcinogenesis of Xenobiotics,教學(xué)目的,掌握：化學(xué)致癌物概念、分類；觀察化學(xué)毒物致癌作用的基本方法熟悉：化學(xué)致癌機(jī)制；化學(xué)致癌過程了解：非遺傳毒性致癌機(jī)制,近三十年以來，癌癥發(fā)病數(shù)以年均3-5%的速度遞增；3/4新增病例發(fā)生在新興工業(yè)國家及發(fā)展中國家；癌癥已成為人類第二位死因，超過艾滋病、結(jié)核、瘧疾致死病例的總和；WHO要求各會(huì)員國制定國家癌癥防控規(guī)劃，指出“If you

2、’re not planning, you’re planning to fail”—Dr. John R. Seffrin,癌癥已成為一個(gè)全球性公共健康問題,全球癌癥狀況,2002 年, (IARC報(bào)告)全球惡性腫瘤新發(fā)病例1090萬死亡病例670萬帶瘤生存患者2460萬,發(fā)病率最高：肺癌、乳腺癌和大腸癌死亡率最高：肺癌、胃癌和肝癌患病率最高：乳腺癌,預(yù)計(jì)2020 年,1000萬 死亡,1500萬 新發(fā)病例,3000萬 帶瘤

3、生存,腫瘤是可以預(yù)防的,要降低腫瘤的發(fā)病率，首先必須識(shí)別、鑒定化學(xué)致癌因素和有害的生活方式，闡明其作用機(jī)理，然后采取措施加以防治研究化學(xué)物致癌作用具有非常重要意義,掃煙囪工人與陰囊癌－1775年英國醫(yī)生Pott發(fā)現(xiàn)掃煙囪的工人陰囊癌的發(fā)病率較高，并推斷陰囊癌可能與工人長年接觸煤煙灰和瀝青有關(guān)，從而拉開了西方醫(yī)學(xué)研究腫瘤病因的序幕。直到本世紀(jì)初，日本人山極和市川用煤焦油涂抹兔子的耳朵，成功地誘發(fā)了皮膚癌，證實(shí)了英國醫(yī)生一百多年前的推斷

4、。這一成功的試驗(yàn)還引起了醫(yī)學(xué)界對(duì)化學(xué)物品致癌研究的重視?，F(xiàn)在已經(jīng)證實(shí)，化學(xué)致癌物是導(dǎo)致人類腫瘤的主要因素。,人類對(duì)腫瘤的認(rèn)識(shí),案例,1775年，英國外科醫(yī)生Pott在他行醫(yī)之際，注意到一些清掃煙囪的工人常患陰囊癌。這些工人的體型都非常瘦小，可能是煙囪口徑的限制，清掃的工作一定要這種體型的人才能勝任，有些家境不好的孩子在很年幼的時(shí)候就加入煙囪清掃工作的行列。這些人整天在煙囪里爬上爬下，臟頭污臉，經(jīng)常裸體工作，極少洗澡，渾身上下特別是腹股

5、溝部位積滿油煙污垢。他們的工作服大都是常年一套，難得有換洗的機(jī)會(huì)，經(jīng)常是煤煙累累，尤其是靠近陰囊部分的工作褲上積存的煤煙最多。,Pott醫(yī)生調(diào)查后認(rèn)為陰囊與這些煤煙長期接觸，久而久之導(dǎo)致了陰囊癌的發(fā)生，陰囊癌也因此得名為“掃煙囪者癌”。 Pott推測煤煙中存在某些化學(xué)物誘導(dǎo)了陰囊癌的 發(fā)生，于是，開始了致癌物的探索，這是歷史上化學(xué)致癌研究的開端。 問題： 煤煙中是什么化學(xué)物質(zhì)導(dǎo)致陰囊癌

6、的發(fā)生？煤煙暴露還與哪些腫瘤有關(guān)？,腫瘤(tumor,neoplasm) 指具有分裂潛能的細(xì)胞受致癌因素作用后發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化和克隆性增生所形成的新生物。人的任何部位、任何組織都可以發(fā)生腫瘤。,第一節(jié) 概述,毒理學(xué)中的“癌”是廣義的概念，包括：癌、肉瘤、良性腫瘤。實(shí)際上毒理學(xué)中所指的化學(xué)致癌作用，是指化學(xué)致腫瘤作用。,化學(xué)致癌作用(chemical carcinogenesis) 是指化學(xué)物質(zhì)引起或增進(jìn)正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成為腫

7、瘤的過程。,化學(xué)致癌物(chemical carci-nogen) 指凡能引起動(dòng)物和人類腫瘤、增加其發(fā)病率或死亡率的化合物。,腫瘤的發(fā)生是環(huán)境因素和機(jī)體的遺傳易感性共同決定的。,第二節(jié)　化學(xué)致癌過程,案例,20世紀(jì)40年代Berenblum進(jìn)行了皮膚致癌試驗(yàn)，他在小白鼠與兔的皮膚上涂抹苯并（a）比、二甲基苯并比蒽或甲基膽蒽等PAHs?！　　“l(fā)現(xiàn)多次涂抹后方能引起皮膚腫瘤的發(fā)生。但如果在涂抹幾次后，再用巴豆油涂抹，則腫瘤的出現(xiàn)明顯加快；

8、且單純用苯并（a）比誘發(fā)腫瘤時(shí)所需濃度比苯并（a）比再輔以巴豆油時(shí)的濃度大1000倍?！　　‰S后60年代科學(xué)家在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上作了進(jìn)一步研究，開展了一系列小鼠皮膚致癌實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的總過程為15-70周，（1）與上述試驗(yàn)一樣單給予小劑量的PAHs，結(jié)果沒有腫瘤發(fā)生。（2）先給予小劑量的PAHs后，每周兩次再輔以巴豆油，結(jié)果產(chǎn)生了腫瘤。（3）先給予巴豆油后給予PAHs，結(jié)果無巴豆油發(fā)生。（4）單給予巴豆油，結(jié)果沒有產(chǎn)生腫瘤?！　　栴}：

9、以上試驗(yàn)結(jié)果對(duì)揭示化學(xué)致癌的發(fā)生過程有何啟示？,（一）引發(fā)階段（initiaition）：基因突變,（二）促長階段（promotion）：良性腫瘤,（三）進(jìn)展階段（progression）：惡性腫瘤,一、細(xì)胞癌變的多階段學(xué)說,腫瘤發(fā)生是一個(gè)長期的、多階段的、多基因改變積累的過程，具有多基因控制和多因素調(diào)節(jié)的復(fù)雜性。　　人體細(xì)胞：增生、異型變、良性腫瘤、原位癌發(fā)展到浸潤癌和轉(zhuǎn)移癌；體外細(xì)胞：永生化、分化逆轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)化。,化學(xué)致癌物,,代謝活

10、化,形成DNA加合物,,固定,啟動(dòng)細(xì)胞,癌前病變,惡性變,,,,解毒作用,排泄,,DNA修復(fù)（不能修復(fù)者凋亡）,,潛伏期,暴露,引發(fā),促長,進(jìn)展,效應(yīng),多階段致癌理論模式圖,,人類結(jié)腸腫瘤的發(fā)生與發(fā)展過程發(fā)生的分子事件是理解癌變過程癌基因和抑癌基因協(xié)同作用的經(jīng)典模型；此過程也驗(yàn)證了腫瘤發(fā)生是一個(gè)多基因參與、多步驟的過程。,一、引發(fā)階段,引發(fā)階段指細(xì)胞在各種致癌因素作用下，發(fā)生基因突變或表觀遺傳變異，導(dǎo)致異常增生的單克隆癌細(xì)胞的生成，從而

11、引發(fā)致癌過程。引發(fā)劑（initiator）：指具有引發(fā)作用的化學(xué)物。引發(fā)劑大多數(shù)是致突變物，沒有可檢測的閾劑量。引發(fā)細(xì)胞（initiated cell）：在引發(fā)劑的作用下發(fā)生了不可逆的遺傳性改變，但其表型可能正常，不具有自主生長性，因此不是腫瘤細(xì)胞。引發(fā)劑作用的靶：主要是原癌基因和腫瘤抑制基因。,二、促長階段,促長階段指引發(fā)細(xì)胞增殖成為癌前病變或良性腫瘤的過程。促長劑（promoter，促癌劑）：指具有促長作用的化學(xué)物。促長劑本

12、身不能誘發(fā)腫瘤，只有作用于引發(fā)細(xì)胞才表現(xiàn)其致癌活性；通常是非致突變物，不與DNA發(fā)生反應(yīng)；促長劑通常具有閾劑量。,二、促長階段,惡性腫瘤的發(fā)生是一個(gè)逐漸演變的過程，人體上某些器官的一些良性病容易出現(xiàn)細(xì)胞異常增生，具有惡性變化傾向，這些異常增生具有癌變傾向的病變稱為癌前病變。,二、促長階段,良性腫瘤是指機(jī)體內(nèi)某些組織的細(xì)胞發(fā)生異常增殖，呈膨脹性生長，似吹氣球樣逐漸膨大，生長比較緩慢。由于瘤體不斷增大，可擠壓周圍組織，但并不侵入鄰近的正常組

13、織內(nèi)，瘤體多呈球形、結(jié)節(jié)狀。周圍常形成包膜，因此與正常組織分界明顯，用手觸摸，推之可移動(dòng)，手術(shù)時(shí)容易切除干凈，摘除不轉(zhuǎn)移，很少有復(fù)發(fā)。,促癌劑佛波酯,機(jī)制：通過激活蛋白激酶C刺激細(xì)胞增生而起作用。例：小鼠多階段皮膚誘癌試驗(yàn)　　　一些致癌劑雖能致突變，但不能誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生，直到佛波酯等處理突變的細(xì)胞，誘導(dǎo)細(xì)胞增生后才出現(xiàn)腫瘤。,二、促長階段,促長階段的特點(diǎn)：促長階段歷時(shí)較長，早期有可逆性，晚期為不可逆的，因此在促長階段（特別是在早期

14、）持續(xù)給以促長劑是必需的。2.促長階段的另一個(gè)特點(diǎn)是對(duì)生理因素調(diào)節(jié)的敏感性，衰老、飲食和激素可影響促長作用，許多影響因素本身就是促長劑。,二、促長階段,三、進(jìn)展階段,進(jìn)展階段指從癌前病變或良性腫瘤轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤的過程。在進(jìn)展階段腫瘤獲得惡性化的特征，如生長加快、侵襲、轉(zhuǎn)移、抗藥性等。進(jìn)展劑（progressor ）：指使細(xì)胞由促長階段進(jìn)入進(jìn)展階段的化學(xué)物。進(jìn)展劑具有引起染色體畸變的特性。完全致癌物（complete carcin

15、ogen）：指同時(shí)具有引發(fā)、促長及進(jìn)展作用的化學(xué)物。,三、進(jìn)展階段,進(jìn)展階段關(guān)鍵的分子特性： 染色體的不穩(wěn)定性 主要表現(xiàn)：染色體發(fā)生斷裂 　染色體斷片易位 　非整倍體等,前致癌物,終致癌物,分化的腫瘤,引發(fā)的細(xì)胞,癌變多階段

16、學(xué)說,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性致癌模型，致癌過程劃分明確，但在人的實(shí)際情況中，由于可同時(shí)或反復(fù)接觸引發(fā)劑、促長劑或致癌劑，往往一種因素可以起很多作用（吸煙具有引發(fā)和促癌作用），因此可能會(huì)有反復(fù)的DNA損傷、促長、細(xì)胞克隆性擴(kuò)增等循環(huán)性進(jìn)行，致癌的分期有時(shí)不一定按照描述的程序發(fā)生?！　　∥覀兞私舛嚯A段致癌機(jī)制目的是為了如何控制癌癥?！　　∫l(fā)劑到處存在。人們不可避免接觸，因此很難完全避免接觸引發(fā)劑，所以最可能控制癌癥發(fā)生的環(huán)節(jié)是對(duì)促長期化學(xué)預(yù)防；如

17、使用促長劑的抑制劑（維生素A類）、抑制促長劑轉(zhuǎn)變成進(jìn)展期的抑制劑（抗氧化劑）。,小結(jié),分析,腫瘤的形成與致癌物的性質(zhì)、接觸劑量和時(shí)間有關(guān)，且致癌作用的充分表達(dá)要經(jīng)過一個(gè)較長的過程。和傳染病的潛伏期或退行性疾病的前驅(qū)期相似，腫瘤的發(fā)生也有一個(gè)潛伏期，在這潛伏階段內(nèi)，細(xì)胞要經(jīng)過多階段的癌前變化，茶能發(fā)展成腫瘤。先給予小劑量致癌物，能使細(xì)胞受到引發(fā)成為具有腫瘤潛能的細(xì)胞，以后再給予促癌劑，則可促進(jìn)其發(fā)展為成腫瘤。但促癌劑沒有致癌作用，而且只能

18、促進(jìn)已經(jīng)被引發(fā)的細(xì)胞發(fā)展成腫瘤，引發(fā)和促長的次序不能顛倒，因此在實(shí)驗(yàn)中觀察到單獨(dú)給予促癌劑或在引發(fā)前給予促癌劑，都無腫瘤發(fā)生。,第三節(jié) 化學(xué)致癌機(jī)制,機(jī)制,外源化學(xué)物致癌物誘導(dǎo)的腫瘤發(fā)生可能是兩種機(jī)制共同作用的結(jié)果。,化學(xué)致癌作用：多因素、多基因參與的多階段過程。－體細(xì)胞突變致癌學(xué)說：DNA堿基序列的改變，造成DNA損傷而引發(fā)的腫瘤的遺傳毒性機(jī)制。－非突變致癌學(xué)說：對(duì)DNA外靶分子作用的非遺傳毒性機(jī)制。,一、體細(xì)胞突變學(xué)說,理論

19、依據(jù)：－－致癌物活化代謝后生成的DNA加合物誘導(dǎo)基因突變。－－大多數(shù)的致癌物在致突變實(shí)驗(yàn)中呈陽性。－－DNA修復(fù)缺陷可以導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。－－在許多腫瘤組織中發(fā)生染色體畸變或基因組不穩(wěn)定性－－腫瘤細(xì)胞來源于單細(xì)胞克隆。－－癌基因的突變以及抑癌基因突變或缺失在腫瘤細(xì)胞中普遍存在。,32,（一）DNA加合物（DNA adduct)致癌物多數(shù)具有遺傳毒性，具有遺傳毒性的致癌物盡管化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不盡相同，但有一共同的特點(diǎn)，即一般都是親

20、電子劑。親電劑+DNA親核物 → 加合物 →DNA損傷→ 部分細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化 →腫瘤DNA加合物在化學(xué)致癌作用過程中起到關(guān)鍵作用，是引起腫瘤的直接原因之一。在腫瘤防治、人群生物監(jiān)測、環(huán)境化學(xué)物暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有應(yīng)用價(jià)值。,33,（二）原癌基因、癌基因及抑癌基因,1.原癌基因（pro-oncogene）：指機(jī)體內(nèi)正常細(xì)胞所具有的能致癌的遺傳信息。正常情況下呈靜止?fàn)顟B(tài)，對(duì)細(xì)胞無害且具有重要生物學(xué)功能（調(diào)控細(xì)胞生長分化，促進(jìn)細(xì)胞分裂、增殖

21、等）。,－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 原癌基因 功 能 相關(guān)腫瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－erb-B 受體酪氨酸激酶，EGF受體 星形細(xì)胞瘤、 卵巢癌、 ras G-蛋白　

22、 肺癌、結(jié)腸癌、膀胱癌等 src 非受體酪氨酸激酶 羅氏肉瘤 Abl-1 非受體酪氨酸激酶　 慢性髓性白血?。?34,2.癌基因（oncogene）：是指細(xì)胞內(nèi)或病毒內(nèi)存在的，能誘導(dǎo)正常細(xì)胞發(fā)生轉(zhuǎn)化，使正常細(xì)胞

23、獲得一個(gè)或多個(gè)新生物特性的基因。癌基因?qū)嵸|(zhì)上是一類被激活的基因，所指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)能夠促成細(xì)胞惡性表型的形成。,35,己知的細(xì)胞癌基因分為下列四類:1 蛋白激酶類2 信息傳遞蛋白類3 生長因子及其受體類4 核內(nèi)蛋白類 癌基因點(diǎn)突變是導(dǎo)致癌基因活化的主要形式。,36,3.抑癌基因（anti-oncogene）： 是正常細(xì)胞分裂生長的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，其編碼的蛋白質(zhì)能夠降低或抑制細(xì)胞分裂活性?；蚍Q為腫瘤抑制基

24、因（tumor suppressor gene）.這類基因?qū)?xì)胞的生長、增殖和分化起負(fù)調(diào)節(jié)作用，即抑癌作用。,－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ 抑癌基因 功 能 相關(guān)腫瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－Rb 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 RB、成骨肉瘤

25、、胃癌P53 轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子 星狀細(xì)胞瘤、膠質(zhì)母細(xì)胞瘤、 WT 負(fù)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子 WT、橫紋肌肉瘤、肺癌、 DCC 細(xì)胞粘附分子 直腸癌 p21

26、 CDK抑制因子 前列腺癌－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－,37,化學(xué)物通過代謝產(chǎn)物或直接作用于遺傳物質(zhì)，使其發(fā)生突變，并使原癌基因活化成癌基因或抑癌基因失活，細(xì)胞成為具有發(fā)展為腫瘤潛能的引發(fā)（或啟動(dòng)）細(xì)胞。,38,（三）DNA修復(fù)與化學(xué)致癌正確修復(fù)：受損的DNA完全回復(fù)原有的結(jié)構(gòu)與功能，不發(fā)生突變 。錯(cuò)誤修復(fù)：經(jīng)修復(fù)的DNA部分仍可能在結(jié)構(gòu)和功能上存在缺陷，細(xì)胞雖能生

27、存，但出現(xiàn)突變 。DNA損傷---修復(fù)---突變---腫瘤,體細(xì)胞突變機(jī)制的理論基礎(chǔ),點(diǎn)突變和染色體重排使原癌基因激活或過度表達(dá)；抑癌基因突變或失活導(dǎo)致細(xì)胞增殖失控；DNA修復(fù)功能缺陷進(jìn)一步促進(jìn)基因組的不穩(wěn)定性和增加患腫瘤的易感性。,二、非突變致癌機(jī)制,1.表觀遺傳變異：DNA甲基化水平的改變2.細(xì)胞異常增生：細(xì)胞增生促進(jìn)癌前細(xì)胞灶優(yōu)先生長。3.免疫抑制：免疫缺陷4.內(nèi)分泌激素失調(diào)：體內(nèi)雌激素異常，體外環(huán)境內(nèi)分泌干擾物5.

28、過氧化酶體增殖劑激活受體：誘導(dǎo)氧化應(yīng)激狀態(tài),第四節(jié) 有關(guān)化學(xué)致癌的分子事件,一、端粒調(diào)控與細(xì)胞永生化,端粒：有絲分裂鐘端粒假說： 抑癌基因p53和Rb的失活以及端粒酶的激活是細(xì)胞獲得永生化的必要條件。意義： －－尋找端粒酶抑制劑，為腫瘤治療提供新藥物。 －－尋找端粒酶激活劑，為維持細(xì)胞活力和阻止細(xì)胞衰老開拓新途徑。,二、細(xì)胞周期調(diào)控紊亂,細(xì)胞增生過程由細(xì)胞周期來完成。細(xì)胞周期的驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，細(xì)胞周期的監(jiān)