1第九章食品中外源外源化學物致突變作用2主要內容一基本概念二化學毒物致突變的類型三致突變作用機制和后果四化學毒物致突變作用的研究方法3一基本概念變異(variation)生物有機體的屬性之一，表現為親代與子代的差別。可遺傳的變異：遺傳物質變化引起的變異。不遺傳的變異：由環境引起的，遺傳物質沒有發生變化。突變(mutation)遺傳結構本身的變化及其引起的變異稱為突變。

自發突變(spontaneousmutation):是由于普遍存在的未知因素作用下，在自然條件下發生的突變。特點：發生過程長、頻率很低，高等生物的自發突變率為1×10—10～1×10—5，即每一世代在10萬到100億個配子中可能有一個突變發生。誘發突變(inducedmutation)：是指人為地造成突變。特點：發生過程短、頻率高，既可被人類利用，也可能對人類產生危害。5遺傳毒理學(GeneticToxicology)

毒理學的一個分支，是研究外源化學物及其它環境因素對機體遺傳機構的毒性作用的一門新科學。其主要目的是檢測那些能引起DNA損傷的化學、物理等因素，研究其遺傳毒作用的特點及對人類的潛在危害。6致突變作用(mutagenesis)

凡能引起生物體遺傳物質發生改變的化學物質或任何環境因子稱為致突變物或誘變物，也稱遺傳毒物。

是指外來因素特別是化學因子引起細胞核中的遺傳物質發生改變，而且此種改變可隨同細胞分裂過程而傳遞。簡單地說突變的發生及其過程即稱為致突變作用。致突變物(mutagen)7?具有很高的化學活性，其原型就可引起生物體突變的物質。直接致突變物：?本身不能引起突變，必須在體內經過代謝活化，才具有致突變性的物質。間接致突變物：8脫氧核糖DNA﹢磷酸根堿基﹢核苷酸∥回顧9baseO3P脫氧核苷酸10多聚脫氧核苷酸鏈基因（gene)是帶有一定遺傳信息并能產生某種功能產物的DNA分子片段。是DNA分子中具有完整功能的最小單位。基因組（genome)一個物種或一個細胞中所有基因的整體組成。三個堿基構成的三聯密碼叫密碼子，體現了一個氨基酸信息；密碼子…..TTAGGGGACGCGCATGAA……..AATCCCCTGCGCGTACTT….12染色質（chromatin)

間期細胞的細胞核內由ＤＮＡ、組蛋白、非組蛋白及少量ＲＮＡ組成的線性復合結構，是間期細胞遺傳物質存在的形式。染色體（chromosome)

是指細胞在有絲分裂或減數分裂過程中，由染色質聚縮而成的棒狀結構．13一基本概念細胞周期細胞從前一次分裂結束起到下一次分裂結束為止的活動過程，分為間期與分裂期兩個階段。G1期：主要合成RNA和蛋白S期:主要合成DNAG2期:主要合成RNA和蛋白M期:有絲分裂期間期分裂期14DNA(染色質)復制蛋白質合成間期變化前期中期后期末期15一基本概念有絲分裂指細胞核分裂的過程，一個細胞由此分裂生成兩個子細胞，每個子細胞各具有與親代細胞完全相同的染色體。減數分裂

指通過兩次細胞分裂（即兩個細胞周期）使細胞染色體減少一半的一種特殊的有絲分裂。有性生殖的個體在形成生殖細胞過程中采用減數分裂方式。16有絲分裂減數分裂一基本概念17一基本概念體細胞(somaticcell)

體細胞是一個相對于生殖細胞的概念，最初由受精卵分裂而得到，體細胞多是二倍體細胞，含有兩套完全相同的染色體，其遺傳損傷不會遺傳給下一代。生殖細胞(germcell)

往往是單倍體，其染色體改變即突變可傳給下一代。18二、化學毒物致突變的類型基因突變染色體畸變染色體數目的改變從作用機制角度19化學毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)基因中DNA序列的變化。因基因突變限制在一特定的部位，故稱為點突變。是遺傳物質在分子水平的改變。1．堿基置換(basesubstitution)指DNA序列上的某個堿基被其他堿基所取代。轉換(transition)顛換(transvertion)20化學毒物致突變的類型堿基置換后果１.同義突變

密碼子的兼并性

密碼發生突變，但所編碼的氨基酸不變，即表型相同的基因型突變。發生同義突變對機體無影響。化學毒物致突變的類型２.錯義突變堿基置換后果

是編碼某種氨基酸的密碼子經堿基替換以后，變成編碼另一種氨基酸的密碼子，從而使多肽鏈的氨基酸種類和序列發生改變。堿基置換編碼氨基酸信息的改變（Ａ氨基酸Ｂ氨基酸）基因產物改變基因產物可能失活化學毒物致突變的類型堿基置換后果３.無義突變堿基置換密碼子改變（氨基酸編碼密碼子非編碼的終止密碼子）蛋白質合成提前結束基因產物不完全或無功能

是編碼某一氨基酸的三聯體密碼經堿基替換后,變成不編碼任何氨基酸的終止密碼。基因產物不完全或無功能基因產物不完全或無功能

化學毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)1．堿基置換(basesubstitution)2．移碼突變(frameshiftmutation)是DNA中增加或減少了一對或幾對不等于3的倍數的堿基對所造成的突變。…..TTAGGGGACGCGCATGAA……..AATCCCCTGCGCGTACTT….…..TTAGGGGGACGCGCATGAA……..AATCCCCCTGCGCGTACTT….

發生移碼突變后由于所編碼的蛋白質的活性改變較大，故常出現致死性突變（突變造成死胎、自然流產和出生后天折等，稱為致死性突變）。24化學毒物致突變的類型一、基因突變(genemutation)1．堿基置換(basesubstitution)2．移碼突變(frameshiftmutation)3.三核苷酸重復：特定三聯核苷酸重復排列(不明原因的擴增)4．大段損傷

是DNA序列上有較長的一段序列的重新分布，也稱DNA重排。大段缺失或插入，這種損傷有時可跨越兩個甚至數個基因。在大段損傷中，因缺失的片斷遠遠小于光學顯微鏡可觀察到的染色體缺失，故稱小缺失。25化學毒物致突變的類型二、染色體畸變染色單體型畸變染色體型畸變指染色體結構的改變，是遺傳物質大的改變，由染色體和染色單體斷裂所致。

能使染色體或染色單體發生斷裂的物質稱為斷裂劑。化學毒物致突變的類型二、染色體畸變1.倒位2.缺失3.重復4.易位臂間倒位臂內倒位相互易位單方易位27化學毒物致突變的類型三、染色體數目異常非整倍體畸變非整倍體畸變指細胞丟失或增加一條或幾條染色體。整倍體畸變

染色體數目的異常是以染色體組為單位的增減，如形成單倍體、三倍體、四倍體等。28第三節致突變作用的機制及后果一、DNA損傷(一)由各種類型堿基損傷造成的突變1、堿基錯配烷化劑堿基引起DNA二級結構改變公認的致突變機制：DNA損傷-修復-突變DNA損傷：致突變物作用下，DNA結構和功能改變，阻礙轉錄、復制及翻譯。一級結構、空間結構。烷化劑提供烷基與DNA共價化合292、平面大分子嵌入DNA鏈化學物靜電吸附核苷酸鏈之間嵌入DNA單鏈的堿基之間移碼突變多環的平面結構30致突變作用的機制及后果一、以DNA為靶的損傷機理3、堿基類似物的取代堿基類似物正常堿基細胞周期的S期(DNA合成期)堿基類似物堿基置換31致突變作用的機制及后果一、以DNA為靶的損傷機理(一)堿基錯配(二)平面大分子嵌入DNA鏈(三)堿基類似物的取代(四)改變或破壞堿基的化學結構化學物堿基氧化破壞或改變堿基結構鏈斷裂轉換型堿基置換32一、以DNA為靶的損傷機理(一)堿基錯配(二)平面大分子嵌入DNA鏈(三)堿基類似物的取代(四)改變或破壞堿基的化學結構(五)二聚體的形成細胞或機體紫外線環丁烷嘧啶二聚體DNA阻止DNA復制細胞死亡致突變作用的機制及后果33一、以DNA為靶的損傷機理(六)DNA加合物形成親電性化合物1.＋DNA加合物共價鍵2.烷化劑＋DNADNA甲基化或乙基化共價鍵致突變作用的機制及后果34一、以DNA為靶的損傷機理(七)DNA-蛋白質交聯物（DPC)形成DNA蛋白質交聯DPC嚴重影響DNA構象與功能高度基因突變、染色體斷裂、致死性突變現象致突變作用的機制及后果鉻、鎳35不以DNA為靶的損傷機理二、對DNA合成和修復有關的酶系統作用DNA復制保真性修復酶系統受損DNA損傷引起突變DNA復制是復雜、多步驟過程，多種酶類參與確保其復制高保真性。致突變作用的機制及后果36四、整倍體和非整倍體的形成

（對紡錘體的毒作用）中期后期非整倍體突變致突變作用的機制及后果對紡錘體干擾不完全阻止完全阻止整倍體突變前期不以DNA為靶的損傷機理37五、誘變重組效應重組劑：增加有絲分裂重組頻率。致突變作用的機制及后果絲裂霉素和亞硝酸38生殖細胞：其影響有可能遺傳到下一代。六、突變的后果突變的后果取決于化學毒物所作用的靶細胞。體細胞：其影響僅能在直接接觸該物質的個體身體上表現出來，不可能遺傳到下一代。致突變作用的機制及后果39（1）癌變：體細胞突變是細胞癌變的重要基礎，在許多腫瘤中，都可觀察到癌基因的活化和抑癌基因的失活，并存在缺失、易位、倒位等染色體畸變。1.體細胞突變的后果（2）致畸胎：致突變物可透過胎盤作用于胚胎體細胞引起畸胎，所以致畸作用不完全是親代生殖細胞突變的后果。（3）其他不良后果：動脈粥樣硬化、衰老等402.生殖細胞突變的后果（1）對機體無影響，如同義突變;

（2）導致對健康無影響的生化組成的遺傳學差異;

（3）導致遺傳易感性的改變;（4）導致先天畸形等遺傳性疾病;（5）致死性突變，造成配子死亡、死胎及自發流產等。非致死突變致死突變突變的不良后果體細胞突變生殖細胞突變良性腫瘤惡性轉化細胞衰老動脈硬化未知疾病癌變老化顯性致死隱性致死存活突變出生缺陷基因負荷流產死胎先天性疾病分化的胚胎細胞受損未分化的胚胎細胞出生缺陷(流產/死胎)癌變出生缺陷(功能或結構畸形)化學物和遺傳危害示意圖（圖9.6）42第四節化學毒物致突變作用的

研究方法一、觀察項目的選擇（一）觀察的效應終點類型遺傳學終點：試驗觀察到現象所反映的各種事件的統稱，可分為三類：基因突變，染色體畸變；DNA損傷等其他遺傳損傷的檢測。實際工作中，沒有一種致突變試驗能涵蓋所有的遺傳學終點，故需用一組試驗配套進行檢測。（二）成套的觀測項目測試方法取決測試方案制定的需要，試驗方法入選原則：1.包含每一類型的遺傳學終點；2.包括多種進化程度不同物種；3.體內試驗與體外試驗配合；4.包括體細胞和生殖細胞。43第四節化學毒物致突變作用的

研究方法二、常用的致突變試驗(一)鼠傷寒沙門菌/組氨酸回復突變試驗細菌回復突變試驗(Ames試驗)鼠傷寒沙門氏菌原養型(his+)組氨酸營養缺陷型突變株。(his-)正向突變回復突變±代謝活化系統受試物Ames試驗原理圖大鼠肝酶誘導劑勻漿離心9000g上清（S９）輔助因子+44一、常用的致突變試驗(一)細菌回復突變試驗(Ames試驗)

四種標準測試菌株TA97TA98TA100TA102移碼突變堿基置換

如果受試物處理組回變菌落數顯著超過陰性對照組；并有劑量反應關系，即可判定受試物為鼠傷寒沙門菌的致突變物。45一、常用的致突變試驗（二）微核試驗(micronucleustest，MNT）斷片缺失因紡錘體受損傷而丟失的整個染色體不能進入子代細胞的細胞核中在間期的子代細胞漿內形成一個或幾個規則的次核，因比主核小，故稱微核。微核試驗：通過觀察有微核的細胞率（‰），用于檢測斷裂劑及非整倍體誘發劑。46一、常用的致突變試驗（二）微核試驗(micronucleustest，MNT）可用作微核檢測的細胞植物細胞（蠶豆根尖）哺乳動物細胞（骨髓細胞、肝細胞等）非哺乳動物細胞（魚紅細胞等）應用最多的是：

嚙齒類動物骨髓多染紅細胞（PCE）474849MNNCE50515253（三）微核試驗(micronucleustest，MNT）1.動物選擇：大、小鼠，以小鼠最為廣泛，剛成年，20g左右，每組10只，♀♂各半。2.染毒途徑：經口、經皮、經呼吸道及注射等。3.染毒次數及取樣時間：不同化學毒物誘發微核出現的高峰時間不盡相同，在24~72h波動。建議采用多次染毒的方法。其中以４次染毒比較方便合理，即每天染毒一次，連續4天，第5天取樣。也可采用30h兩次給藥法，即兩次給受試物間隔24h，第二次給受試物后6h取材。４.劑量選擇和分組：至少兩個處理組（高：LD50/7的80%，低：LD50/7的40%），陽性對照組（環磷酰胺），陰性對照組54（三）微核試驗(micronucleustest，MNT）5.骨髓液的制備和涂片：6.固定：甲醇溶液固定7.染色：Giemsa應用液染色８.觀察計數：計數1000個PCE中含微核的PCE數,并且計數200個細胞中PCE與NCE的比值。

如果試驗組微核細胞率顯著高于陰性對照組；并有劑量反應關系，即可認為受試物對該試驗動物的骨髓細胞染色體有損傷作用。55MNNCE56(四)小鼠精子畸形分析和睪丸染色體畸變分析

精子形態受基因控制，受常染色體、X、Y性染色體決定。本實驗可檢測環境因子在體內對生殖細胞的致突變作用。小鼠睪丸染色體畸變試驗檢測環境有害物質對整體哺乳動物睪丸生殖細胞染色體的損傷。染色體形態結構和數目的改變，又稱細胞遺傳學試驗。57一、常用的致突變試驗（三）哺乳動物細胞基因突變試驗正向突變：野生型基因失活的突變小鼠淋巴瘤細胞系(L5178)中國倉鼠肺(V97)細胞株中國倉鼠卵巢細胞(AS52)細胞株特定基因座

常用的基因座是hprt(HypoxanthineGuaninePhosphoribosylTransferase，次黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶）、Tk(thymidinekinase，胸腺激酶）和gpt(黃嘌呤鳥嘌呤磷酸核糖基轉移酶)58

原理：hprt，tk及gpt編碼的產物可催化相應核苷的磷酸化反應，生成相應的核苷單磷酸。這些磷酸化產物可摻人DNA中，引起細胞死亡。核苷類似物(如5-溴脫氧尿嘧啶核苷，三氟胸苷及6-硫代鳥嘌呤等)也可作為其底物被磷酸化，可通過觀察在含核苷類似物的選擇培養液中細胞集落形成數量，檢測受試物的致突變性。（二）哺乳動物細胞基因突變試驗59(五)顯性致死試驗

選用成年動物，每周更換一批新的雌鼠與染毒雄鼠交配，根據不同周次交配的雌鼠發生胚胎顯性致死可判斷受試物遺傳毒性作用于精子的發育階段。60二、致突變試驗中的一些問題

（一）體外活化系統在體外致突變試驗中，為了檢測直接及間接誘變劑