第9章-外源化学物致癌作用

1第八章外源化学物致癌作用2肿瘤是一类严重危害人类生命健康的疾病➢恶性肿瘤已成为人类死亡的第一位或第二位原因，每年全世界约有700万人死于癌症➢恶性肿瘤在我国各种死因中排列第二位3•肿瘤（tumor,neoplasm）：有分裂潜能的细胞受致癌因素作用后发生恶性转化和克隆性增生所形成的新生物。肿瘤良性肿瘤恶性肿瘤癌肉瘤毒理学中“癌”的概念第一节概述4•恶性肿瘤：癌（carcinoma）:上皮细胞来源的恶性肿瘤称为癌；如胃癌、肝癌、肺癌、乳腺癌等。肉瘤（sarcoma）:由间质细胞来源的恶性肿瘤称为肉瘤；如平滑肌肉瘤、脂肪肉瘤、血管肉瘤等。5基底膜毛细血管转移瘤粘附在肝脏毛细血管壁外渗上皮细胞中的良性肿瘤结缔组织穿透基底膜侵入毛细血管向毛细血管壁外渗出增殖形成转移瘤1/10006癌的主要特点•不死性•迁移性•失去接触抑制接触抑制(contactinhibition)是指细胞在生长过程中达到相互接触时停止分裂的现象，1954年，由艾伯克龙比(Aberchrombie)等首先发现。7癌细胞的生理特征•细胞周期失控•具有迁移性•接触抑制丧失（接触抑制：细胞在生长过程中达到相互接触时停止分裂的现象）•定着依赖性丧失(正常真核细胞，除成熟血细胞外，大多须粘附于特定的细胞外基质上才能抑制凋亡而存活，称为定着依赖性anchoragedependence/贴壁依赖性，肿瘤细胞失去定着依赖性，可以在琼脂、甲基纤维素等支撑物上生长。)•去分化现象（是指一种已经分化或部分分化的成熟细胞反向褪去成熟细胞的特征，成为了一个分化程度较低的细胞。）•对生长因子需要量降低•代谢旺盛•蛋白质合成及分解代谢都增强•线粒体功能障碍8➢肿瘤的发生过程是机体与环境之间发生复杂的、动态的交互作用的过程。•机体因素----遗传易感性、健康状况、心理因素•环境因素----食物、环境污染、职业和生活方式（如饮食习惯、吸烟等）、社会因素•一般估计，80%-90%的人类肿瘤与环境有关，其中主要是化学因素。•肿瘤是可以预防的，要降低其发生率，首先必须认识、鉴定化学致癌因素和有害的生活方式，阐明其作用机理，然后采取措施，加以防治。9➢1775年，英国医师PercivallPott报道阴囊癌，推测致癌物是煤焦油和烟炱。——首例化学致癌报道10化学致癌物（chemicalcarcinogen）能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。例如，黄曲霉毒素，苯并（a）芘及苯等。化学致癌作用（chemicalcarcinogenesis）指化学物质引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成为肿瘤的过程。11第二节化学致癌过程12一、细胞癌变的多阶段学说➢肿瘤的发生是一个长期的、多阶段、多基因改变的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。人类有些癌症潜伏期15-20年，动物诱导癌症出现需1-2周或2-12月。引发阶段（initiation)促长阶段(promotion)进展阶段(progression)癌基因、抑癌基因、细胞周期调节基因、细胞凋亡基因等。13引发阶段（initiation）是指在化学致癌物作用下，发生基因突变或表观遗传变异，导致异常增生的单个克隆癌细胞的生成，即成为突变细胞或称为活动细胞，从而引发致癌过程。具有引发作用的化学物质称为引发剂或启动剂。特点：•化学致癌作用的第一步，将正常细胞转变为肿瘤细胞的起始步骤。•通常是相对迅速的过程•启动作用是不可逆的，它对DNA的损伤是细微的，很可能仅仅是转换、颠换、小缺失等基因突变。细胞癌变的多阶段学说14•不可逆•经引发的“干细胞”在形态学上无法识别•对外源性化学物质和其他化学因素敏感•存在自发的引发作用(内源性）•剂量-反应关系良好，但很难确定阈值•需经细胞分裂“固定突变”•引发作用必须发生在促长作用之前，“纯”引发作用在无促长时不导致肿瘤，引发剂的强度以促长阶段后发生的癌前病变来定量引发阶段的主要特征细胞癌变的多阶段学说15促长阶段（promotion）•化学致癌作用的第二阶段，是指促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的过程。促长剂:具有促长作用的化学物质。特点：•引发剂作用后，促癌物的作用是长期的、慢性的，才能引起肿瘤。•促长剂的作用相对短暂，是可逆的，它有物种特异性，并有一定的阈值，低于阈值剂量，即不起促进作用。•促长作用选择性地启动细胞增殖或细胞凋亡相对减少，从而实现克隆扩展。细胞癌变的多阶段学说16促长阶段的主要特征•促长在早期阶段的改变是可逆的•促长剂通常是非致突变物，本身没有或仅有微弱的致癌作用，需要持续和反复暴露才能维持促长细胞群，即刺激细胞分裂，形成肿瘤。•促长剂的有效性仅出现在引发作用之后，促长剂的相对强度以能否有效地扩大引发细胞群来确定•只有促长剂的慢性作用，而没有引发剂作用也不会引起肿瘤。•内源性促长剂可起“自发”促长作用•剂量-反应显示有可测定的阈值•对饮食和激素等因素敏感细胞癌变的多阶段学说进展阶段（progression）化学致癌第三阶段，是指在肿瘤形成过程中，在促长之中或之后，突变细胞表现出不可逆的遗传学改变，其标志为：遗传不稳定性增加和恶性转化。突变细胞在形态、功能、代谢和行为方面表现出肿瘤的特征：如生长加速、侵袭性、转移能力及生化、免疫性能改变。进展阶段：是指由良性肿瘤变为恶性肿瘤，并进一步演变为更具恶性表型或具有侵袭特征的肿瘤过程，主要表现为自主性和异质性增加，生长速度、侵袭性加强等恶性特征。当细胞开始失去维持核型稳定的能力并出现染色体畸变时，进入进展阶段。细胞癌变的多阶段学说18进展阶段的主要特征•不可逆•核型不稳定性导致细胞基因组结构的形态学改变、染色体异常•进展的早期阶段对环境因素敏感•观察到良性或恶性肿瘤•进展剂使已促长细胞进入该阶段细胞癌变的多阶段学说19正常细胞单个突变细胞：生长受限引发促长剂解除生长受限大的克隆细胞群可能发生进一步突变20二甲基苯蒽佛波醇酯p-53抑癌基因二甲基苯蒽佛波醇酯p-53抑癌基因H-ras原癌基因22二、遗传易感性与化学致癌肿瘤的发生是环境致癌因素的作用与个体遗传易感性共同决定的，个体的遗传易感性又是由特定基因的遗传多态性（代谢酶基因多态性、DNA修复酶基因多态性）决定的，基因的遗传多态性的分子基础是单核苷酸多态性SNP。SNP：singlenucleotidepolymorphism,单核苷酸多态性24第三节化学致癌机制25•体细胞突变学说（遗传损失机制学说）：即造成DNA损伤，这种损伤可以通过细胞分裂传给后代，引发肿瘤的遗传毒性机制•非突变致癌学说：即对DNA以外靶分子作用的非遗传毒性机制化学致癌机制分为：26体细胞突变学说理论的证据：1.致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因发生突变；2.大多数致癌物在致突变实验中呈阳性；3.DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生；4.在许多肿瘤组织中发生染色体畸变或基因组不稳定5.肿瘤细胞来源于单个突变细胞克隆；6.癌基因的突变及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，而且突变的基因型可传递给子代细胞。从本质上说，肿瘤是细胞中多基因突变累积的结果。一、体细胞突变学说27（一）DNA加合物（DNAadduct)致癌物多数具有遗传毒性，具有遗传毒性的致癌物一般都是亲电子剂亲电剂+DNA亲核物→DNA加合物→DNA损伤→部分细胞恶性转化→肿瘤DNA加合物在化学致癌作用过程中起到关键作用，是引起肿瘤的直接原因之一，可作为人类接触环境污染物的生物学标志。（接触标志物&效应标志物）28（二）原癌基因、癌基因及抑癌基因1.原癌基因（pro-oncogene）：•指机体内正常细胞所具有的能致癌的遗传信息。即癌基因的原型。•正常情况下呈静止状态，对细胞无害且具有重要生物学功能（调控细胞生长分化，促进细胞分裂、增殖等）。29一些原癌基因－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－原癌基因功能相关肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－sis生长因子Erwing网瘤erb-B受体酪氨酸激酶，EGF受体星形细胞瘤、卵巢癌、肺癌、胃癌、唾腺癌rasG-蛋白肺癌、结肠癌、膀胱癌等src非受体酪氨酸激酶罗氏肉瘤Abl-1非受体酪氨酸激酶慢性髓性白血病rafMAPKKK，丝氨酸/苏氨酸激酶腮腺肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－302.癌基因（oncogene）：是指一类具有诱发恶性转化能力的潜在基因（在自然或实验条件下）。1）它们是化学致癌物作用的主要靶分子2）在细胞癌变过程中起关键作用3）实质上是一类被激活的基因，所指导合成的蛋白质能够促成细胞恶性表型的形成已经发现的癌基因有100多种致癌物→原癌基因→癌基因→癌变点突变31•己知的细胞癌基因分为下列四类:1蛋白激酶类2信息传递蛋白类3生长因子及其受体类4核内蛋白类323.抑癌基因（anti-oncogene）：是正常细胞分裂、生长、增殖的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性。或称为抗癌基因(anti-oncogene)肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgene）抑癌基因失活→肿瘤细胞增殖失控。遗传毒性致癌物主要通过：致癌物→原癌基因→癌基因致癌物→抑癌基因→抑癌基因失活突变突变肿瘤形成33抑癌基因主要有以下功能:(1)诱导终末分化(2)维持基因稳定(3)触发衰老，诱导细胞程序性死亡(4)调节细胞生长(5)抑制蛋白酶活性(6)改变DNA甲基化酶活性(7)调节组织蛋白酶活性(8)调节血管形成(9)促进细胞间联系34一些抑癌基因及其功能－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－抑癌基因功能相关肿瘤－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－Rb转录调节因子RB、成骨肉瘤、胃癌、SCLC、乳癌、结肠癌P53转录调节因子星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、结肠癌、乳癌、成骨肉瘤、SCLCWT负调控转录因子WT、横纹肌肉瘤、肺癌、膀胱癌、乳癌、肝母细胞瘤NF-1GAP，神经纤维瘤、嗜铬细胞瘤、rasGTP酶激活因子雪旺氏细胞瘤、神经纤维瘤DCC细胞粘附分子直肠癌p21CDK抑制因子前列腺癌－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－人类肿瘤中50%以上存在p53基因异常35（三）DNA修复与化学致癌•正确修复：受损的DNA完全回复原有的结构与功能，不发生突变（无差错修复）•错误修复：经修复的DNA部分仍可能在结构和功能上存在缺陷，细胞虽能生存，但出现突变（“易错”修复）•DNA损伤---错误修复---DNA突变---肿瘤36二、非突变致癌机制(表观遗传致癌学说)•在正常体细胞转变为癌细胞过程中，有时基因结构即DNA序列并未改变，而发生了基因外的一些变化，这些变化影响基因调控，使基因出现不正常的关闭和开放。•表观遗传学（epigenetics）是研究从基因演绎为表型的过程和机制的一门新兴的遗传学分支。•表观遗传信息提供何时、何地以及如何应用遗传信息的指令，在时空顺序上控制基因的表达，它不涉及DNA序列的改变，但又可以通过细胞分裂遗传给子代细胞。表观遗传修饰网络包括：•DNA甲基化•组蛋白修饰•染色质重塑•非编码RNA非突变致癌机制(表观遗传致癌学说)包括：•➢表观遗传调控失常致癌•➢细胞异常增生致癌•➢内分泌激素失衡致癌•➢免疫抑制致癌•➢过氧化酶体增殖剂激活受体PPAR39第三节化学致癌相关的分子事件一、基因突变二、端粒调控与细胞永生化三、细胞周期调控紊乱四、细胞凋亡与肿瘤发生40一、基因突变癌基因抑癌基因DNA修复酶基因细胞凋亡调控基因维持基因组稳定的基因这些基因的突变与肿瘤的发生密切相关化学致癌相关的分子事件41二、端粒调控与细胞永生化端粒（telomere)：真核染色体的末端结构，为一特定的DNA-蛋白质复合体结构。随细胞分裂逐渐缩短。端粒酶(telomerase)：一种反转录酶，由蛋白质和RNA两部分组成核糖蛋白复合体，其中RNA是一段模板序列，指导合成端粒DNA的重复序列片段。端粒酶被激活，可使细胞