外源化学物致癌作用.ppt

第八章外源化学物致癌作用,Carcinogenesis of Xenobiotics,教学目的,掌握：化学致癌物概念、分类；观察化学毒物致癌作用的基本方法熟悉：化学致癌机制；化学致癌过程了解：非遗传毒性致癌机制,近三十年以来，癌症发病数以年均3-5%的速度递增；3/4新增病例发生在新兴工业国家及发展中国家；癌症已成为人类第二位死因，超过艾滋病、结核、疟疾致死病例的总和；WHO要求各会员国制定国家癌症防控规划，指出“If youre not planning,youre planning to fail”Dr.John R.Seffrin,癌症已成为一个全球性公共健康问题,全球癌症状况,2002 年,(IARC报告)全球恶性肿瘤新发病例1090万死亡病例670万带瘤生存患者2460万,发病率最高：肺癌、乳腺癌和大肠癌死亡率最高：肺癌、胃癌和肝癌患病率最高：乳腺癌,预计2020 年,1000万 死亡,1500万 新发病例,3000万 带瘤生存,肿瘤是可以预防的,要降低肿瘤的发病率，首先必须识别、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研究化学物致癌作用具有非常重要意义,扫烟囱工人与阴囊癌1775年英国医生Pott发现扫烟囱的工人阴囊癌的发病率较高，并推断阴囊癌可能与工人长年接触煤烟灰和沥青有关，从而拉开了西方医学研究肿瘤病因的序幕。直到本世纪初，日本人山极和市川用煤焦油涂抹兔子的耳朵，成功地诱发了皮肤癌，证实了英国医生一百多年前的推断。这一成功的试验还引起了医学界对化学物品致癌研究的重视。现在已经证实，化学致癌物是导致人类肿瘤的主要因素。,人类对肿瘤的认识,案例,1775年，英国外科医生Pott在他行医之际，注意到一些清扫烟囱的工人常患阴囊癌。这些工人的体型都非常瘦小，可能是烟囱口径的限制，清扫的工作一定要这种体型的人才能胜任，有些家境不好的孩子在很年幼的时候就加入烟囱清扫工作的行列。这些人整天在烟囱里爬上爬下，脏头污脸，经常裸体工作，极少洗澡，浑身上下特别是腹股沟部位积满油烟污垢。他们的工作服大都是常年一套，难得有换洗的机会，经常是煤烟累累，尤其是靠近阴囊部分的工作裤上积存的煤烟最多。,Pott医生调查后认为阴囊与这些煤烟长期接触，久而久之导致了阴囊癌的发生，阴囊癌也因此得名为“扫烟囱者癌”。Pott推测煤烟中存在某些化学物诱导了阴囊癌的 发生，于是，开始了致癌物的探索，这是历史上化学致癌研究的开端。问题：煤烟中是什么化学物质导致阴囊癌的发生？煤烟暴露还与哪些肿瘤有关？,肿瘤(tumor,neoplasm)指具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。人的任何部位、任何组织都可以发生肿瘤。,第一节 概述,毒理学中的“癌”是广义的概念，包括：癌、肉瘤、良性肿瘤。实际上毒理学中所指的化学致癌作用，是指化学致肿瘤作用。,化学致癌作用(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起或增进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(chemical carci-nogen)指凡能引起动物和人类肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。,肿瘤的发生是环境因素和机体的遗传易感性共同决定的。,第二节化学致癌过程,案例,20世纪40年代Berenblum进行了皮肤致癌试验，他在小白鼠与兔的皮肤上涂抹苯并（a）比、二甲基苯并比蒽或甲基胆蒽等PAHs。发现多次涂抹后方能引起皮肤肿瘤的发生。但如果在涂抹几次后，再用巴豆油涂抹，则肿瘤的出现明显加快；且单纯用苯并（a）比诱发肿瘤时所需浓度比苯并（a）比再辅以巴豆油时的浓度大1000倍。随后60年代科学家在上述试验的基础上作了进一步研究，开展了一系列小鼠皮肤致癌实验，实验的总过程为15-70周，（1）与上述试验一样单给予小剂量的PAHs，结果没有肿瘤发生。（2）先给予小剂量的PAHs后，每周两次再辅以巴豆油，结果产生了肿瘤。（3）先给予巴豆油后给予PAHs，结果无巴豆油发生。（4）单给予巴豆油，结果没有产生肿瘤。问题：以上试验结果对揭示化学致癌的发生过程有何启示？,（一）引发阶段（initiaition）：基因突变,（二）促长阶段（promotion）：良性肿瘤,（三）进展阶段（progression）：恶性肿瘤,一、细胞癌变的多阶段学说,肿瘤发生是一个长期的、多阶段的、多基因改变积累的过程，具有多基因控制和多因素调节的复杂性。人体细胞：增生、异型变、良性肿瘤、原位癌发展到浸润癌和转移癌；体外细胞：永生化、分化逆转、转化。,化学致癌物,代谢活化,形成DNA加合物,固定,启动细胞,癌前病变,恶性变,解毒作用,排泄,DNA修复（不能修复者凋亡）,潜伏期,暴露,引发,促长,进展,效应,多阶段致癌理论模式图,人类结肠肿瘤的发生与发展过程发生的分子事件是理解癌变过程癌基因和抑癌基因协同作用的经典模型；此过程也验证了肿瘤发生是一个多基因参与、多步骤的过程。,一、引发阶段,引发阶段指细胞在各种致癌因素作用下，发生基因突变或表观遗传变异，导致异常增生的单克隆癌细胞的生成，从而引发致癌过程。引发剂（initiator）：指具有引发作用的化学物。引发剂大多数是致突变物，没有可检测的阈剂量。引发细胞（initiated cell）：在引发剂的作用下发生了不可逆的遗传性改变，但其表型可能正常，不具有自主生长性，因此不是肿瘤细胞。引发剂作用的靶：主要是原癌基因和肿瘤抑制基因。,二、促长阶段,促长阶段指引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂（promoter，促癌剂）：指具有促长作用的化学物。促长剂本身不能诱发肿瘤，只有作用于引发细胞才表现其致癌活性；通常是非致突变物，不与DNA发生反应；促长剂通常具有阈剂量。,二、促长阶段,恶性肿瘤的发生是一个逐渐演变的过程，人体上某些器官的一些良性病容易出现细胞异常增生，具有恶性变化倾向，这些异常增生具有癌变倾向的病变称为癌前病变。,二、促长阶段,良性肿瘤是指机体内某些组织的细胞发生异常增殖，呈膨胀性生长，似吹气球样逐渐膨大，生长比较缓慢。由于瘤体不断增大，可挤压周围组织，但并不侵入邻近的正常组织内，瘤体多呈球形、结节状。周围常形成包膜，因此与正常组织分界明显，用手触摸，推之可移动，手术时容易切除干净，摘除不转移，很少有复发。,促癌剂佛波酯,机制：通过激活蛋白激酶C刺激细胞增生而起作用。例：小鼠多阶段皮肤诱癌试验一些致癌剂虽能致突变，但不能诱导肿瘤的发生，直到佛波酯等处理突变的细胞，诱导细胞增生后才出现肿瘤。,二、促长阶段,促长阶段的特点：促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的，因此在促长阶段（特别是在早期）持续给以促长剂是必需的。2.促长阶段的另一个特点是对生理因素调节的敏感性，衰老、饮食和激素可影响促长作用，许多影响因素本身就是促长剂。,二、促长阶段,三、进展阶段,进展阶段指从癌前病变或良性肿瘤转变成恶性肿瘤的过程。在进展阶段肿瘤获得恶性化的特征，如生长加快、侵袭、转移、抗药性等。进展剂（progressor）：指使细胞由促长阶段进入进展阶段的化学物。进展剂具有引起染色体畸变的特性。完全致癌物（complete carcinogen）：指同时具有引发、促长及进展作用的化学物。,三、进展阶段,进展阶段关键的分子特性：染色体的不稳定性 主要表现：染色体发生断裂 染色体断片易位 非整倍体等,前致癌物,终致癌物,分化的肿瘤,引发的细胞,癌变多阶段学说,动物实验性致癌模型，致癌过程划分明确，但在人的实际情况中，由于可同时或反复接触引发剂、促长剂或致癌剂，往往一种因素可以起很多作用（吸烟具有引发和促癌作用），因此可能会有反复的DNA损伤、促长、细胞克隆性扩增等循环性进行，致癌的分期有时不一定按照描述的程序发生。我们了解多阶段致癌机制目的是为了如何控制癌症。引发剂到处存在。人们不可避免接触，因此很难完全避免接触引发剂，所以最可能控制癌症发生的环节是对促长期化学预防；如使用促长剂的抑制剂（维生素A类）、抑制促长剂转变成进展期的抑制剂（抗氧化剂）。,小结,分析,肿瘤的形成与致癌物的性质、接触剂量和时间有关，且致癌作用的充分表达要经过一个较长的过程。和传染病的潜伏期或退行性疾病的前驱期相似，肿瘤的发生也有一个潜伏期，在这潜伏阶段内，细胞要经过多阶段的癌前变化，茶能发展成肿瘤。先给予小剂量致癌物，能使细胞受到引发成为具有肿瘤潜能的细胞，以后再给予促癌剂，则可促进其发展为成肿瘤。但促癌剂没有致癌作用，而且只能促进已经被引发的细胞发展成肿瘤，引发和促长的次序不能颠倒，因此在实验中观察到单独给予促癌剂或在引发前给予促癌剂，都无肿瘤发生。,第三节 化学致癌机制,机制,外源化学物致癌物诱导的肿瘤发生可能是两种机制共同作用的结果。,化学致癌作用：多因素、多基因参与的多阶段过程。体细胞突变致癌学说：DNA碱基序列的改变，造成DNA损伤而引发的肿瘤的遗传毒性机制。非突变致癌学说：对DNA外靶分子作用的非遗传毒性机制。,一、体细胞突变学说,理论依据：致癌物活化代谢后生成的DNA加合物诱导基因突变。大多数的致癌物在致突变实验中呈阳性。DNA修复缺陷可以导致肿瘤发生。在许多肿瘤组织中发生染色体畸变或基因组不稳定性肿瘤细胞来源于单细胞克隆。癌基因的突变以及抑癌基因突变或缺失在肿瘤细胞中普遍存在。,32,（一）DNA加合物（DNA adduct)致癌物多数具有遗传毒性，具有遗传毒性的致癌物尽管化学结构和性质不尽相同，但有一共同的特点，即一般都是亲电子剂。亲电剂+DNA亲核物 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。在肿瘤防治、人群生物监测、环境化学物暴露风险评价有应用价值。,33,（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。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）。,原癌基因 功 能 相关肿瘤erb-B 受体酪氨酸激酶，EGF受体 星形细胞瘤、卵巢癌、ras G-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,34,2.癌基因（oncogene）：是指细胞内或病毒内存在的，能诱导正常细胞发生转化，使正常细胞获得一个或多个新生物特性的基因。癌基因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。,35,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 癌基因点突变是导致癌基因活化的主要形式。,36,3.抑癌基因（anti-oncogene）：是正常细胞分裂生长的负性调节因子，其编码的蛋白质能够降低或抑制细胞分裂活性。或称为肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）.这类基因对细胞的生长、增殖和分化起负调节作用，即抑癌作用。,抑癌基因 功 能 相关肿瘤Rb 转录调节因子 RB、成骨肉瘤、胃癌P53 转录调节因子 星状细胞瘤、胶质母细胞瘤、WT 负调控转录因子 WT、横纹肌肉瘤、肺癌、DCC 细胞粘附分子 直肠癌 p21 CDK抑制因子 前列腺癌,37,化学物通过代谢产物或直接作用于遗传物质，使其发生突变，并使原癌基因活化成癌基因或抑癌基因失活，细胞成为具有发展为肿瘤潜能的引发（或启动）细胞。,38,（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。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。DNA损伤-修复-突变-肿瘤,体细胞突变机制的理论基础,点突变和染色体重排使原癌基因激活或过度表达；抑癌基因突变或失活导致细胞增殖失控；DNA修复功能缺陷进一步促进基因组的不稳定性和增加患肿瘤的易感性。,二、非突变致癌机制,1.表观遗传变异：DNA甲基化水平的改变2.细胞异常增生：细胞增生促进癌前细胞灶优先生长。3.免疫抑制：免疫缺陷4.内分泌激素失调：体内雌激素异常，体外环境内分泌干扰物5.过氧化酶体增殖剂激活受体：诱导氧化应激状态,第四节 有关化学致癌的分子事件,一、端粒调控与细胞永生化,端粒：有丝分裂钟端粒假说：抑癌基因p53和Rb的失活以及端粒酶的激活是细胞获得永生化的必要条件。意义：寻找端粒酶抑制剂，为肿瘤治疗提供新药物。寻找端粒酶激活剂，为维持细胞活力和阻止细胞衰老开拓新途径。,二、细胞周期调控紊乱,细胞增生过程由细胞周期来完成。细胞周期的驱动能力增强，细胞周期的监控能力下降，细胞周期调控异常，细胞进入失控生长状态。关键时期：G1-S期转换,三、细胞凋亡与肿瘤发生,细胞的正常凋亡受干扰，未及时清除受损细胞。受损细胞携带的突变固定，传递。意义：以诱导细胞凋亡为目标的策略为肿瘤治疗提供了有效的靶点。,