中药致癌作用

第七章中药致癌作用ChemicalCarcinogenesis癌症是遗传因素和环境因素交互作用的结果1775年英国Pott报告扫烟囱工人阴囊癌高发，提出与煤烟尘有关；1895年德国Rehn报告染料工人职业性膀胱癌，疑是化学物质引起；1915年日本山极和市川用煤焦油成功诱发实验性皮肤癌；1922年英国Kennway从煤焦油中分离出多种多环芳烃，其中几种可诱发动物皮肤癌，证实了化学物的致癌性；1945年英国Caes对染料工业膀胱癌流行病学调查，证实β–萘胺及联苯胺的致癌性。1970年，国际癌症研究所：80~90%的人类癌症和环境因素有关，其中主要是化学因素，约占90%以上。化学致癌作用(chemicalcarcinogenesis指化学物质引起并诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。化学致癌物(chemicalcarcinogen)具有致癌作用的化学物质。前致癌物(pro-carcinogen)间接致癌物(indirect-carcinogen)近致癌物(proximatecarcinogen)终致癌物(ultimatecarcinogen第一节化学致癌过程正常细胞经过遗传学改变的积累，才能转变为癌细胞，癌症的发生是多阶段过程，包括：引发阶段(initiation)促长阶段(promotion)进展阶段(progression)一、引发阶段概念：化学物或其活性代谢物与DNA作用，导致体细胞突变的过程。引发剂(initiator)：大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量。引发作用靶点：原癌基因和肿瘤抑制基因引发细胞(initiatedcell)引发时间短，是一个突变事件，需经过细胞分裂来“固定”引发是不可逆遗传性改变，表型可能正常，无自主生长性----非肿瘤细胞并非所有引发细胞均将形成肿瘤，大多数细胞将凋亡。二、促长阶段概念：引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂(promoter)：具有促长作用的化学物。促长剂性质：非突变剂，有量效关系、阈剂量和最大作用。通常能引起局部增殖并引起良性肿瘤，少数细胞可成恶性肿瘤。促长阶段特点：时间长，早期可逆，晚期不可逆。对生理因素调节敏感(特别是早期)，衰老、激素和饮食可影响促长作用。对开展肿瘤预防有重要意义促长作用机制复杂，可通过改变基因表达起作用。促长剂：佛波酯(TPA，巴豆油活性成分)—小鼠皮肤癌糖精----膀胱癌四氯二苯并对二恶英(TCDD)---大鼠肝癌、肺、皮肤肿瘤性激素—作用器官、肝脏肿瘤证实引发和促长作用实验：周期：3-6个月终点：癌前损害(PNL)--小鼠皮肤乳头瘤、大鼠和小鼠肝转化灶等三、进展阶段概念：从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿瘤的过程恶性生物学特征：自主性和异质性增加、生长加速、侵袭性加强、出现浸润和转移。出现恶性特征原因：--核型不稳定性(染色体不稳定性)：染色体发生断裂、断片易位及非整倍体变化。微卫星不稳定性(micosatelliteinstability，MSI)--不稳定性生物学标志：进展剂(progressor)：使细胞由促长阶段进入进展期的化学物。--砷酸盐、石棉纤维、苯、羟基脲等完全致癌物(compeletcarcinogen)同时具有引发、促长及进展阶段作用的致癌物。(黄曲毒素)综上所述----化学物致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶段。在引发和进展阶段主要是遗传机制，在促长阶段主要是表遗传机制。在引发阶段主要是细胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定。正常细胞经过遗传学改变的积累才转变为癌细胞。遗传机制学说(genetictheory)：外来致癌因素引起细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，导致癌变。表遗传机制学说(epigenetictheory)：癌症的发生是由于非基因改变机制引起的化学致癌机制学说：亲电子剂学说、体细胞突变学说、癌基因学说、癌变多阶段学说第二节化学致癌机制体细胞突变学说突变与癌症：1)很多致癌物是致突变物2)对某些致癌物的易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力3)DNA修复能力的缺失增加癌发生的可能性4)在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性5)某些癌有突变的癌基因6)癌的单克隆性7)某些癌具有可遗传性8)某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或突变癌基因与肿瘤抑制基因癌基因(oncogene)：一类能引起细胞恶性转化及癌变的基因。通常以原癌基因(pro-oncogene)形式普遍存在于正常基因组内。在进化过程中高度保守，具有正常的生物学功能，对细胞增殖、分化和信息传递的调控起重要作用。只有当受到各种致癌因素作用而激活变为活化的癌基因或过度表达后才显示其致癌性。如ras基因家族肿瘤抑制基因(tumorsuppressorgene)：抑癌基因或抗癌基因。作用方式与癌基因相反，在正常细胞中抑制增殖和促进分化。在致癌因素作用下，肿瘤抑制基因突变或失活而引起细胞的恶性转化。如p53非突变致癌机制化学物通过不涉及基因结构(DNA序列)的改变，使基因外的一些变化，影响基因的调控，使基因出现不正常关闭和开放，进而影响细胞的增殖，引癌变。表遗传学(epigenetics)研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门遗传学分支学科。(在基因的DNA序列没有发生改变的情况下,基因功能发生了可遗传的变化,并最终导致了表型的变化。)1、表观遗传调控失常导致肿瘤发生2、细胞异常增生3、免疫抑制4、内分泌激素失衡5、过氧化酶体增殖剂激活受体第三节、化学致癌物分类(作用机制)遗传毒性致癌物(genotoxiccarcinogens)非遗传毒性致癌物(non-genotoxiccarcinogens)表(观)遗传致癌物(epigeneticcarcinogens)1、遗传性致癌物概念：进入细胞后作用于遗传物质(主要是DNA)，通过引起细胞遗传物质的改变，导致癌变的化学物---可利用遗传毒理学试验来检测(1)直接致癌物(directcarcinogen)：无需体内代谢活化即可致癌。大多数为亲电子剂，可与细胞大分子亲核中心发生共价结合。如：烷基和芳香基环氧化物、内酯、硫酸酯、亚硝酰胺等(2)、间接致癌物(indirectcarcinogen)：需体内代谢，活化代谢产物致癌。前致癌物(precarcinogen)近致癌物(proximatecarcinogen)：代谢后先转变为化学性质活泼但寿命短暂的中间形式终致癌物(ultimatecarcinogen产物为亲电子剂，一些可能有多种代谢产物如：多环芳烃类化合物、芳香胺类、亚硝胺类、偶氮化合物、硝基杂环类、黄曲毒素B1等(3)、无机致癌物：有些可能是亲电子剂，但可通过选择性改变DNA复制保真性，导致DNA改变如：金属镍、铬、钛、镉或它们的盐类等有些无机元素由于放射性致癌如：氡、铀、钋、镭等2、非遗传性致癌物概念：不作用于机体遗传物质的化学致癌物可能间接影响DNA并改变基因组导致细胞癌变，通过促进有丝分裂和抑制凋亡导致癌的发展。(1)、促长剂：本身无致癌性在给以遗传毒性致癌物之后再给予促长剂可增强遗传毒性致癌物的致癌作用；可促进“自发性”转化细胞发展成癌。如：佛波酯(TPA及其衍生物)—小鼠皮肤癌(已知活性最高)色氨酸、糖精----膀胱癌二恶英(TCDD)、DDT、氯丹、苯巴比妥---肝癌丁基羟甲苯(BHT)—肺肿瘤、肝细胞腺瘤、膀胱癌(2)、激素调控(内分泌调控)：主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用如：雌、雄激素、类固醇雌二醇、已烯雌酚---人、动物肿瘤已烯雌酚---经胎盘致癌与化学致癌物同时或稍后接触睾酮或合成激素---前列腺癌或其他性器官肿瘤抑制甲状腺激素合成或分泌物质—甲状腺瘤长期在剂量使用抗甲状腺物质如硫脲、某些磺胺类药物---肿瘤(3)、细胞毒剂：可引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展如：氮川三乙酸---大鼠肾癌、膀胱癌氯仿等(4)、过氧化物酶体增殖剂：导致细胞内氧自由基过量生成过氧化物酶体增殖剂(peroxisomeproliferator)：可引起肝脏过氧化物酶体增殖的化合物。如：降血脂药：氯贝丁酯(安妥明)增塑剂：邻苯二甲酸乙基已酯(5)、免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶化转化起增强作用如：嘌呤同类物(咪唑嘌呤、巯嘌呤)—人或动物白血病或淋巴瘤(6)、固态物质：物理状态是关键性因素如：一些惰性物质(塑料)或金属薄片---啮齿类动物体内的种植部位引发肉瘤(物理特性、表面积决定致癌能力)石棉纤维—恶性间皮瘤或呼吸系统肿瘤(石棉的晶体结构，与组分无关)3、未分类如：二噁烷、美舍吡伦、乙醇、丙烯腈等助癌物Cocarcinogen：本身或单独接触无致癌性，在致癌物之前或同时接触可增加肿瘤的发生的一类化合物。本身既不具引发作用，也不具促长作用，但可促进引发作用和增强促长作用，即促进或增强全部致癌过程如：芘：苯并(a)芘---皮肤肿瘤香烟雾中儿茶酚、其他酚类---促长剂、助癌物第四节中药致癌物的评定主要根据：人群流行病学调查：可信度取决于严密的设计，研究过程受许多因素限制和干扰动物试验结果：花费大，周期长，动物使用数量大一般评定分析流程：化学物构效关系分析：利用定量构效关系(QSAR)，从有害物质的化学结构特点来评估受试物潜在的致癌危险性短期试验：致突变组合试验、细胞恶性转化试验、哺乳动物短期致癌试验等进行初步筛查，若结果阳性再进行下一步试验哺乳动物长期致癌试验：经典、标准致癌性检测方法一、短期试验(一)致突变试验优点：方法简单、快速、费用低、无需特殊检测仪器缺点：需要组合试验，无法检出非遗传毒性致癌物(阳性：遗传毒性致癌物or遗传毒性非致癌物阴性：非遗传毒性非致癌物or非遗传毒性致癌物)要求：灵敏度(sensitivity)--阳性符合率(呈阳性的比例)特异性(specificity)--阴性符合率(呈阴性的比例)①基因突变试验：鼠伤寒沙门菌回复突变试验(Ames试验)、培养哺乳动物细胞TK或HGPRT正向突变试验；②染色体畸变试验：体外细胞系细胞遗传学试验、小鼠骨髓微核试验、大鼠骨髓染色体畸变试验；③原发性DNA损伤：DNA加合物、链断裂、慧星试验、DNA修复诱导(细菌SOS反应，大鼠肝UDS诱导)、SCE试验；④体外细胞转化：叙利亚地鼠胚胎细胞(二)细胞恶性转化试验(cellmalignanttransformationassay)概论：外源因素对体外培养的细胞所诱发的恶性表型改变，包括细胞形态、细胞增殖速度、生长特性、软体畸变等变化，当细胞接种在裸鼠皮下可形成肉眼可见的肿瘤。即培养细胞在有害因素作用下发生一系列与肿瘤形成有关的细胞形态学及生物学特性的改变。体外细胞转化是一个多阶段的过程，具有体内致癌过程的某些特点，最终产生在形态学、生长方式、生物化学上发生改变的细胞克隆。例：成纤维细胞体外转化的表型改变：在等基因宿主或裸鼠体内形成肿瘤；细胞估计寿命无限长(永生化)；核型改变；细胞形态改变；生长杂乱；失去锚基依赖性生长特性，可在软琼脂中形成集落；能在低血清培养液生长；丢失某些表面蛋白；具有纤维蛋白溶解活性；表面微绒毛增加；-------------观察终点：细胞恶变(遗传学终点之一)确定恶性转化的可靠指标：在敏感宿主中的成瘤性。通常是接种于免疫抑制动物半固体培养基中成杂乱生长、形成集落及细胞交叉重叠常用细胞株(系)：金黄地鼠胚胎细胞(GHE)、叙利亚地鼠胚胎细胞(SHE)、中国地鼠肺细胞(CHL，V79)、BALB∕C-3T3发展趋势：动物原代细胞培养系统(SHE)非整倍体细胞系人体上皮细胞(人类癌症70%源于此)细胞选择的主要原则：①体外容易培养和传代，阴性细胞克隆背景较低；②细胞自发突变率低或自发转化能力很弱，动物裸鼠试验呈阴性；③已获无限生长能力，但仍保持接触抑制而无致瘤性的细胞系(如病毒感染的永生化细胞：大鼠RLV∕RE细胞和仓鼠SA7∕SHE细胞)；细胞恶性转化试验评价：1、体外转化试验的终点仍属形态转化或恶性前期转化。此种转化可能发展为真正肿瘤，也可能停滞在此阶段，不进一步恶化。因此阳性结果的解释