动物毒理学(第七章)_动物毒理学第5章
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第七章 毒物的特殊毒性作用
毒物的特殊毒性是相对毒物的一般毒性而言的，包括致突变作用﹑致癌作用﹑生殖发育毒性作用﹑致敏作用﹑神经行为毒性﹑免疫毒性等内容。
第一节 致突变作用
突变是指可以通过复制而遗传的DNA结构的任何永久性改变，是一种遗传性状。遗传毒性和致突变性是两个既有联系又有区别的概念，遗传毒性泛指对遗传物质的毒性，遗传物质的改变若不能及时修复，可引起致突变性及其他各种不同效应，而致突变性是精确的概念，可以定量检测一个实验群体中的突变发生率。突变可分为自发性突变和诱发性突变。
遗传毒理学主要是研究化学物和放射性物质的致突变作用及其对生物遗传物质的影响。突变的发生及其过程称为致突变作用。能够引起突变的物质称为致突变物或诱变物。携带突变的生物个体或种群或株系称为突变体。
一致突变的类型
在遗传毒理学中将遗传学损伤分为3类，即基因突变﹑染色体畸变和染色体分离异常。
（一）基因突变基因突变指基因中DNA系列发生的改变。根据发生机理可将之分为4
个类型，即碱基对置换﹑移码突变﹑整码突变和片段改变。
（二）染色体畸变染色体畸变是指染色体结构的改变，其改变的基础是DNA链的断裂。
在细胞有丝分裂中期，染色体结构改变若仅涉及组成染色体的两条染色单体中的一条，称为染色单体型畸变；若两条染色单体均受损伤则称为染色体型畸变。如果损伤发生在DNA复制前，则在中期相观察到染色体型畸变；如果发生在DNA复制后，则观察到染色体单体型畸变。
染色体畸变的类型主要包括（1）断裂（2）断片﹑缺失和微小体（3）倒位
（4）环状染色体和无着丝粒环（5）插入和复制（6）易位（7）辐射体
（三）染色体分离异常染色体分离异常指基因组中染色体数目的改变，又称染色体数目畸变。生殖细胞减数分裂后，染色体数目减半，称为单倍体。细胞分裂过程中，当染色体复制异常或分离障碍时，就会导致染色体数目异常，包括整倍体和非整倍体。整倍体指以染色体组为单位增减的染色体数目异常，有三倍体和四倍体，超过二倍体的整倍性改变统称为多倍体。非整倍体是指细胞丢失或增加一条或多条染色体。细胞缺失一条染色体时称单体，增加一条时称三体。染色体数目改变会导致基因平衡失调，可能影响细胞的生存或导致形态及功能异常。
二化学致突变作用的机理
（一）DNA的损伤改变或破坏碱基的化学结构碱基类似物取代标准碱基平面大分子嵌入DNA链DNA链受损（1）紫外线照射（2）DNA-蛋白质交联物形成（3）DNA链断裂
（二）非整倍体及整倍体的诱发
三DNA损伤的修复
（一）生物体对DNA的修复直接修复（1）光修复（2）“适应性”反应切除修复（1）碱基切除修复（2）核苷酸切除修复错配修复
（二）DNA损伤修复与突变复制后修复应急修复
四突变的不良后果生殖细胞突变的不良后果体细胞突变的不良后果
五致突变物的检测方法及评价
（一）试验配套和遗传学终点
（二）核心标准试验组中各种试验方法鼠伤寒沙门氏菌营养缺陷型回复突变试验显性致死试验微核试验
（三）其他可供选择的方法染色体畸变分析姐妹染色单体交换小鼠淋巴瘤试验程序外DNA合成试验果蝇伴性隐性致死试验精子畸形试验
（四）新检测方法及其在遗传检测中的地位现有检测方法的局限性转基因动物致突变试验基因扩增法
（五）试验结果的评价
第二节 毒物的生殖发育毒性作用
生殖发育是哺乳动物衍繁种族的生理过程，其中包括生殖细胞（或称配子，即精子和卵细胞）发生、卵细胞受精、着床、胚胎形成、胚胎发育、器官发生、胎仔发育、分娩和哺乳过程。生殖发育也可称为繁殖过程。
一生殖毒性
外来化合物对生殖过程的损害作用，即生殖毒性。
（一）外源化学物对雄性生殖系统的损害对雄性生殖系统的直接影响棉酚﹑重金属﹑有机氯杀虫剂﹑有机磷杀虫剂﹑杀线虫剂和工业污染物等均具有不同程度的生殖毒性。对内分泌功能的影响
（二）外源化学物对雌性生殖系统的损害作用对卵巢的直接影响对内分泌功能的影响
二 发育毒性
发育毒性是指在到达成年之前诱发的任何有害影响，包括在胚胎期和胎儿期诱发或显示的影响，以及出生后诱发或显示的影响，即对出生前的胚胎﹑胎儿以及出生后的幼子的结构和功能的影响。根据子代发育过程中接触化学物阶段性的不同，发育毒性主要表现为4种情况。即1 胚胎死亡，外源化学物作用于配子的生成阶段，使受精卵在着床前死亡，或在着床后胚胎发育到一定阶段死亡。早期死亡被吸收或着床前排出，晚期死亡则为死胎。2 畸形，指胎儿形态及结构异常，如腭裂﹑多趾等。3 生长迟缓，在胎儿期接触毒物可引起生长迟缓及功能发育不全。生长迟缓是指胎儿的生长发育较正常的胎儿缓慢，表现在体重﹑身长及骨骼
钙化等方面。4 功能缺陷，指由于胚胎发育障碍所致的功能障碍，包括器官系统﹑生化﹑生理﹑免疫功能及神经行为等方面的异常。
（一）致畸作用
由于外来化合物干扰，活产胎仔胎儿出生时，某种器官表现形态结构异常。致畸作用所表现的形态结构异常，在出生后立即可被发现。
（二）致畸作用的机理基因突变和染色体畸变细胞毒作用酶的抑制对细胞膜损伤非特异性发育毒性作用母体及胚胎的正常功能受到干扰
（三）影响致畸作用的因素致畸敏感性种属差异性染毒剂量
三 生殖发育毒性评价方法
（一）三段生殖毒性试验一般生殖毒性试验致畸试验围产期毒性试验
（二）繁殖试验
（三）体外试验
第三节化学致癌作用
一化学致癌物及其分类
化学致癌物是指具有诱发肿瘤形成能力的化学物。目前发现的人类致癌物有74个，这些致癌物分属于传染性病原体，滥用物质，化学物以及尘土与纤维等。
根据化学致癌物的生物学活性及致癌作用的靶可将化学致癌物分为两类，即具有DNA活性的遗传毒性致癌物及非遗传毒性致癌物。
根据化学物在致癌过程中所表现的作用，可将致癌物分为引发物﹑促癌物及催癌物。
二 化学致癌作用机理
化学致癌可分为以下三个阶段引发阶段引发作用是不可逆的，是累积性的。引发剂本身有致癌性，大多数是致癌物，其作用的靶主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。促癌阶段促癌剂单独使用不具致癌性催癌阶段
（一）遗传毒性致癌物的作用机理遗传毒性致癌物与DNA相互作用——DNA加合物的形成及突变
2DNA修复化学突变不是损伤→突变这一简单模式，而是损伤→修复→突变模式形成的。癌基因及肿瘤抑制基因原癌基因发生突变后能被激活成为癌基因，从而激活细胞周期以及刺激细胞分裂。肿瘤抑制基因编码一些能抑制细胞分裂增殖的蛋白。
（二）非遗传毒性致癌物的作用机理细胞死亡及细胞增殖——有丝分裂增加与癌症发生大量无控制的细胞增殖是致癌过程
不可缺少的条件，细胞死亡调控失调也是肿瘤形成的重要条件。
能引起增生及赘生物的化学物常与致癌作用密切相关。病原体﹑尿道及膀胱中的结石也能引起非遗传毒性的致癌作用。细胞死亡能引起周围增生，这种增生导致的有丝分裂增加，最后还可能引起分裂中的细胞发生次级突变，从而也可引起癌症。细胞分裂与凋亡紊乱所引起的癌症发生干扰细胞分化的物质能引起细胞不受控制的生长。细胞生长﹑分化及凋亡三者能调控多细胞生物的体内平衡。细胞信号转导介导的癌症发生细胞外的信号分子把不同的生长信号从细胞外传递到细胞核，首先是由位于细胞表面的受体感受其作用，出现级联式信号传递，进入胞浆，再传递至细胞核，以决定有关基因的表达程度。
细胞信号放大系统包括3个方面，即○1 酪氨酸蛋白激酶激活，使蛋白质上的酪氨酸残基磷酸化；○2 鸟嘌呤核苷调节蛋白系统；○3 磷酸脂，聚磷酸肌酐系统。DNA的氧化损伤氧化应激可有炎症过程，辐射以及化学物如金属（铁﹑铜）脂质过氧化物促进剂﹑多酚等引起。
三化学致癌物的判别
（一）短期致癌物筛选试验遗传毒性检测方法细胞转化试验
（二）动物体内致癌试验短期致癌试验
（1）小鼠肺肿瘤诱发试验
（2）小鼠皮肤肿瘤试验
（3）雌性大鼠乳腺癌诱发试验
（4）大鼠肝异变灶诱变试验长期致癌试验长期致癌试验全称为哺乳动物长期致癌试验或哺乳动物终生试验，是目前公认的确证化学致癌物的标准和经典的体内试验。
（1）动物选择在致癌试验中选择动物最重要的依据是对诱发肿瘤的易感性。因此，要考虑物种、品系、年龄和性别。
（2）动物数量为避免假阴性，每组动物数较一般毒性试验为多。如当对照肿瘤自发率为1%，而染毒组肿瘤发生率为20%时，每组动物需要40只才能有90%的把握度为阳性；如自发率上升为10%，或肿瘤发生率下降为10%，则每组动物需214只或114只。所以一般提出每组最少50只动物是指当对照组肿瘤自发率为1、5、10、20或30%时，染毒组肿瘤发生率应相应为20、30、40、50或60%才有0.9以上的把握度获得阳性结果。
（3）剂量设计一般使用三个剂量。较低剂量为前一级较高剂量的1/3至1/4，最低剂量最好相当于或低于人类实际可能接触的剂量。最高剂量应为最大耐受量。理想的最大耐受量不应致死，也不引起可能缩短寿命的毒性表现和病理改变，与对照组相比体重下降不大于10%。
（4）染毒途径和试验期限原则上试验期限要求长期或终生。一般情况下小鼠最少1.5年，大鼠2年；可能时分别延长至2年和2.5年。
一般主张一直染毒至试验结束。但也有人认为，为减少中途非肿瘤死亡，应在9至12月后即停止染毒，以便使动物可由中毒或亚中毒状态恢复，存活时间较长和存活动物也较多。对于完全致癌物无较多影响，对于促癌剂有可能出现可逆过程，以至肿瘤发生率下降。
（5）检测指标要进行系统的病理学检查。
四致癌试验评价
国际抗癌联盟（IARC）对动物致癌物的概念较为严格，要求1 在多种或多品系动物试验中；或在几个不同试验中，特别是不同剂量或不同染毒途径的试验中间的恶性肿瘤发生率增高；或2 在肿瘤发生率﹑肿瘤出现的部位﹑肿瘤类型或出现肿瘤的年龄提前等各方面均明显突出，才确定为动物致癌物。
