外源化学物致癌作用

第八章外源化学物致癌作用ChemicalCarcinogenesisOfficeTel:62215730概要第一节化学致癌过程第二节化学致癌机制第三节化学致癌相关的分子事件第四节化学致癌物的分类第五节化学致癌筛查的基本方法目的要求掌握化学物致癌作用的概念、过程及机制。熟悉观察外源化学物致癌作用的常用方法及评价。了解化学致癌的相关分子事件。Cancer中国常见疾病死亡率排行榜排位疾病死亡原因占死亡总λ数(%)1脑血管病22.63%2恶性肿瘤22.17%3心脏病16.77%4呼吸系统疾病14.09%5损伤、中毒6.18%6消化系统疾病3.10%7内分泌,营养代谢系统2.66%8泌尿、生殖系病1.49%9精神病1.16%10神经病0.97%TypesofHumanCarcinogensPhysicalCarcinogensBiologicalCarcinogensChemicalCarcinogens(UV暴露,电离辐射）)(Viruses-EBV,HBV,HIV,HPV;Bacteria-H.pylori;Parasites-liverflukes,Schistosoma)(Organic,Inorganic,Fiber,Hormones)DollandPeto1981年归因于环境因素的癌死亡百分比烟草30%污染2%酒精3%工业产品1%饮食35%药品和医学处置1%食品添加剂1%地球物理因素3%生殖和性行为7%感染10%职业4%1775年——英国Pott阴囊癌（煤焦油）1895年——德国Rehn职业性膀胱癌（染料厂）1915年——日本山极和市川试验性皮肤癌（煤焦油）1922年——英国Kennway动物皮肤癌（多环芳烃）1945年——英国Case职业性膀胱癌（β-萘胺和联苯胺）研究致癌物的历史肿瘤发生指有致癌剂诱导细胞的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，从而引发致癌过程。在人体任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。化学致癌作用(chemicalcarcinogenesis)是指化学物质引起或诱导正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程。化学致癌物(chemicalcarcinogen)是指具有化学致癌作用的化学物质。一、细胞癌变的多阶段学说——多因素、多基因参与的多阶段过程致癌过程有多个与肿瘤有关的基因参与；不同器官来源、不同组织类型、临床阶段以至同一种肿瘤在不同地区所见的遗传变化是不同的；多种环境致癌物、致癌因子或条件可协同作用；个体的不同遗传背景对肿瘤的发生发展有重要影响。第一节化学致癌过程化学致癌过程引发(initiation)促长(promotion)进展（progression)1．引发阶段：相对迅速的过程化学致癌物对靶细胞DNA产生损伤作用，经细胞分裂增殖固定下来，造成单个或少量细胞发生永久性不可逆转的遗传性改变，成为启动细胞。具有引发作用的化学物质，称为引发剂(initiator),单独作用一般不会引起肿瘤2．促长阶段：特点：1）长期、慢性2）引发产生作用是不可逆改变，促长在早期阶段的改变是可逆的;3）引发必须发生在促长之前；4）只有促癌物的慢性作用而没有引发物的作用也不会引起肿瘤；具有促长作用的化学物质，称为促长剂(promoter)。Theeffectofatumorpromoterexposuretoatumorinitiator(mutagenic)andatumorpromoter(nonmutagenic)3．进展阶段：指在肿瘤形成过程中，在促进之中或之后，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化表现，在形态或功能代谢和行为方面逐渐表现出肿瘤的特征改变。在进展阶段起作用的物质称为进展剂(progressor)，常常也是启动剂或完全致癌剂。前致癌物终致癌物细胞含错配碱基细胞死亡不分化的癌分化的肿瘤致癌物-DNA加合物引发的细胞正常细胞活化转移DNA结合修复DNA复制错配修复失败DNA修复促长进展外源化学物致癌过程化学致癌过程的主要步骤（一）肿瘤转化：①宿主酶系统的生物转化：化学物具有亲电或阳离子自由基的终致癌物。②终致癌物与细胞成分的相互作用，即具亲电性或自由基的反应性物质与含亲核基团的大分子包括DNA共价结合。共价结合产物称加合物(adduct)。③损伤固定化:细胞在有DNA损伤下复制,则遗传结果可诱导发生永久性改变Metabolicactivationofacarcinogen黄曲霉毒素（二）肿瘤发展:肿瘤转化的细胞，如果在组织稳态因素(homeostaticfactors)控制下可保持休眠状态。某些不正常因素的细胞可发展至形成肿瘤。在促长物的作用下增生发展成为肿瘤。有的则有赖于宿主条件如激素依赖性肿瘤即这样。Majorsignalingpathwaysrelevanttocancer二、致癌作用的影响因素联合作用(一)致癌性的增强1增强致癌物的吸收；2增强遗传毒性致癌物的代谢活化或使其解毒减弱；3抑制DNA修复；4选择性增强DNA受损细胞的增殖。(二)致癌性的抑制1在靶器官中发生竞争性的取代；2活化作用酶系统活力发生改变；3解毒效果和受体比例发生改变1、蛋白质2、脂肪3、碳水化合物人类结肠癌的发生与低渣易消化食物有关。4、矿物质与维生素VitA缺乏宫颈癌和膀胱癌VitC和VitE降低肝、呼吸道和上消化道肿瘤营养因素宿主因素1、物种、品系和器官特异性2-萘胺可诱导人、犬、猴和仓鼠膀胱癌，但对小鼠仅诱发肝癌和肺癌，在大鼠和兔几乎对各器官均不诱发肿瘤。2、年龄AFB1可对新生小鼠诱发肝脏肿瘤，对断奶小鼠则不能诱发。3、性别和内分泌平衡如2-乙酰氨基氟主要在雄性大鼠诱发肝癌；邻氨基偶氮甲苯对雌性小鼠比雄性更易诱发肝癌。如孕妇用大量的二乙基已烯雌酚可使其女儿青春期前的阴道癌危险性增高。4、遗传易感性与化学致癌酒精的代谢乙醇脱氢酶(ADH)，乙醛脱氢酶（ALDH）ADH（ADH1-ADH7），其中ADH2在酒精代谢过程中有很重要的作用。ADH2基因有3个等位基因：ADH2*1为野生型，表达产物缺乏乙醇脱氢酶活性，ADH2*2表达产物的生物活性是ADH2*1的40倍，ADH2*3表达产物的生物活性亦证明高于ADH2*1表达产物。第二节化学致癌机制体细胞突变学说（遗传损伤机制学说）癌基因学说亲电子剂学说癌变多阶段学说非突变致癌机制当生物在某些化学因素、物理因素、生物因素的作用下，生物细胞中的遗传物质发生了突然的改变，引起细胞的形态与功能失调，从而导致机体的衰老。一、体细胞突变学说体细胞突变学说提出的证据1）致癌物代谢活化后生成的DNA加合物诱导基因突变；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性；5）肿瘤细胞来源于单克隆；6）癌基因的突变以及抑癌基因的突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在，而且突变的基因型可以通过细胞分裂传递给子代细胞。DNA加合物(Adduct)外源化学物与DNA碱基共价结合形成DNA加合物DNA加合物是DNA损伤的主要形式后果：碱基突变、缺失、插入、交联、DNA链断裂等部分突变的频率或肿瘤的发生与加合物形成成正比DNA加合物作为接触生物学标志物或效应生物学标志物二、癌基因学说1969年RobertHuebner和GeorgeTodaro提出癌基因学说主张：细胞癌变是由于病毒基因组中的癌基因引起的,癌基因是病毒基因组的一部分。基于发现病毒致癌是由于携带有能致癌的遗传信息，即癌基因。病毒癌基因直接或经过逆转录后．整合于宿主细胞的基因组，从而发挥其致癌作用。1、癌基因（oncogene）和原癌基因（proto-oncogene）癌基因是一类引起细胞癌变的基因。具有正常的生物学功能。如生长因子，识别因子、蛋白激酶、DNA结合蛋白等。肿瘤基因存在于所有细胞在正常状态下叫原癌基因(proto-oncogene)。2、抑癌基因（tumoursupressorgeneORanti-oncogene）肿瘤抑制基因能对抗肿瘤作用的基因，属隐性基因。己证明，肿瘤抑制基因的产品能被肿瘤蛋白激活。肿瘤抑制基因的不能表达或其产品的非活化均导致肿瘤转化。人类肿瘤的代表性癌基因及其分类前癌基因作用癌基因活化机制亚细胞定位人类的肿瘤生长因子：PDGF-β链FGFsishst-1int-2过度表达过度表达细胞外细胞外星形细胞，骨肉瘤，乳腺癌等胃癌，胶质母细胞癌膀胱癌，乳腺癌，黑色素瘤生长因子受体：EGFR家族csf-1受体erb-B1erb-B2erbB-3过度表达扩增过度表达fms点突变透膜透膜透膜透膜肺鳞癌，脑膜瘤，卵巢癌等乳腺癌，卵巢癌，肺癌，胃癌等乳腺癌白血病参与信息转导蛋白质：结合GTPH-rasK-rasN-ras点突变点突变点突变胞膜内胞膜内胞膜内甲状腺癌，膀胱癌等结肠癌、肺癌、胰腺癌等白血病，甲状腺癌非受体酪氨酸激酶abl易位胞膜内慢性髓性及急性淋巴细胞性白血病细胞核调节性蛋白质：转录活化物c-mycN-nycL-myc易位扩增扩增核内核内核内Burkitt淋巴瘤神经母细胞瘤，肺小细胞癌肺小细胞癌正常细胞中的c-onc必须经过激活，才能导致细胞的恶性转化癌基因活化方式有:基因突变,外源基因插入,染色体易位与基因重排,基因丢失,DNA甲基化程度降低等.膀胱癌细胞系的ras癌基因：即第12位密码子GGC突变为GTC，使甘氨酸变为缬氨酸，于是产生能刺激细胞发生转化的异常蛋白。人类肿瘤中已发现和鉴定的抑癌基因与基因突变有关的肿瘤基因染色体定位基因产物的功能体细胞突变种系突变Rb13p14核磷酸蛋白、调节转录因子、介导细胞生长、分化、发育的控制视网膜母细胞瘤、骨肉瘤，乳腺癌，前列腺癌膀胱癌，小细胞肺癌等视网膜母细胞瘤、骨肉瘤p5317p13.1转录因子、控制细胞周期和凋亡脑、乳腺、结直肠、食管，肝与肺癌，肉瘤Li-Fraumeni综合征（肉瘤、乳腺癌等）APC5q21结合β连环蛋白、调节细胞粘附和、细胞骨架的关系结肠、胃及胰腺癌等家族性腺瘤性息肉病DCC18q21透膜细胞粘附分子结肠、胃癌？WT111p13转录调节蛋白抑制基因转录肾母细胞瘤（Wilms瘤）Wilms瘤NF117q11起GAP样作用下调Rsa蛋白神经鞘瘤Ⅰ型神经纤维瘤病NF222q12?神经鞘瘤，脑膜瘤Ⅱ型神经经纤维瘤病、听神经瘤、脑膜瘤Kundson(1974)提出二次突变假说（twohithypothesis）视网膜母细胞瘤基因（Rb）Rb基因定位于染色体13q14家族性视网膜母细胞瘤的患儿年龄小，多见于幼儿和儿童,双侧发病的较多。散发性可能性只有家族性的万分之一，而且发病较晚，多为单侧。三、亲电子剂学说Miller等(1971)提出：大多数有机致癌物需进一步活化成终致癌物(ultimatecarcinogen).终致癌物是亲电子剂,含有亲电子中心,可与细胞大分子的亲核中心共价结合,进而导致癌症.四、癌变的阶段学说上世纪40年代,提出：化学致癌的两阶段学说,即引发(启动,initiation)和促长(promotion)两个阶段实验证据：（1）用亚致癌剂量多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次,20周后不发生乳头瘤或很少发生（2）但如再用巴豆油涂抹同一部位(每周2次,20周)则有约1/3～共1/2的小鼠发生乳头瘤（3）单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤.癌变的阶段学说在肝,膀胱,肺,胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得到证实.表观遗传调控失常导致肿瘤发生细胞异常增生免疫抑制内分泌激素失衡过氧化酶体增殖剂激活受体五、非突变致癌机制NEWVIEWOFCANCER:“EPIGENETIC”CHANGESCOMEBEFOREMUTATIONS----《NATURE》2006“EpigeneticChangesareterriblyimportantinCancer.”An