第二次--第七章 外源性化学物致突变作用
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第七章外源化学物致突变作用
掌握：遗传毒理学相关概念；化学毒物致 突变类型；观察化学致突变物作用的基本 方法。
熟悉：化学毒物的致突变作用及其后果. 了解：机体对致突变作用的影响.
第一节 概述
案例 1 食品的致突变性
人类的食物中存在某些致突变的化合物。 在这些化合物中，除了本来就存在食品中 外，有相当一部分是在烹调加工过程中形 成的。
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
蛋白质含量最高的肉类在烹调时可形成大 量致突变物。这是由于蛋白质热解时可形 成许多含氮的杂环物质，提供了致突变物 的前体。
案例2 化妆品的致突变性
由于育发、染发、烫发、脱发、美乳、健 美、除臭、祛斑和防晒的化妆品属于特殊 用途化妆品。由于配方中含有特殊的功效 成分如育发剂中含有氮芥、染发剂中含有 邻苯二胺，这些物质在体现功效的同时， 常具有强致突变性，其安全性日益收到重 视。卫生部对特殊用途化妆品的安全性评 价有明确规定，Ames试验是试验组合中的 必做项目。
第七章 外源化学物致突变作用
一般毒性作用 特殊毒性作用
（致畸、致突变、致癌）——“三致”作用
致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？
现实生活中……
2公斤重的太空茄
经历过太空遨游的辣椒种子，经宇宙射线照射大多发生了遗传性基因突变。 太空椒的培育利用了可遗传的变异：基因突变
目的要求
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例)
熟悉：化学毒物的致突变作用及其后果. 了解：机体对致突变作用的影响.
第一节 概述
案例 1 食品的致突变性
人类的食物中存在某些致突变的化合物。 在这些化合物中，除了本来就存在食品中 外，有相当一部分是在烹调加工过程中形 成的。
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
蛋白质含量最高的肉类在烹调时可形成大 量致突变物。这是由于蛋白质热解时可形 成许多含氮的杂环物质，提供了致突变物 的前体。
案例2 化妆品的致突变性
由于育发、染发、烫发、脱发、美乳、健 美、除臭、祛斑和防晒的化妆品属于特殊 用途化妆品。由于配方中含有特殊的功效 成分如育发剂中含有氮芥、染发剂中含有 邻苯二胺，这些物质在体现功效的同时， 常具有强致突变性，其安全性日益收到重 视。卫生部对特殊用途化妆品的安全性评 价有明确规定，Ames试验是试验组合中的 必做项目。
第七章 外源化学物致突变作用
一般毒性作用 特殊毒性作用
（致畸、致突变、致癌）——“三致”作用
致突变作用---造就了“蜘蛛侠”？
现实生活中……
2公斤重的太空茄
经历过太空遨游的辣椒种子，经宇宙射线照射大多发生了遗传性基因突变。 太空椒的培育利用了可遗传的变异：基因突变
目的要求
表 21-2 点突变的类型(以 Tyr 的密码子为例)
外源化学物致突变作用
遗传毒理学 (genetic toxicology)：研究化学、物理因素及生 物因素等对遗传物质（DNA）及活细胞遗传过程的作用， 以及人类接触致突变物可能引起的健康损伤效应。
遗传毒理学主要研究内容： 致突变作用及机制； 应用检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。
32
Mismatch (about 1/1000 base additions)
A A C T GG C Wild type
T T GA CCG
A A C T GG C
AACT AGC
3'
5'
A A C T GG C
T T GA TC G
MUTANT T T GA T CG
DNA replication
30
一、基因突变
基因突变（gene mutation）：指基因中DNA序列的变化。因为 基因突变限制在一个特定的部位，故称为点突变(point mutation)。
突变基因：存在突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因
基因突变可分为两种类型： 碱基置换(base substitution) 移码突变 (frame shift mutation)
普遍存在的未知因素作用下，自然条件下发生的突变。 特点：发生过程长，频率极低 , 与物种的进化有关。
诱发突变 (induced mutation)
人为的造成突变 。它已被农、林、牧、渔业和园艺学家利用 来培育和选择新种或良种。
特点：发生过程短，频率高，既可被人类利用，也可能对人 类产生危害。
29
突变的分类
基因突变 (gene mutation)： 一个或几个DNA 碱基对的改变。用光学显微镜观察不 到，必须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断。
遗传毒理学主要研究内容： 致突变作用及机制； 应用检测系统发现和探究致突变物； 提出评价致突变物健康危害的方法。
32
Mismatch (about 1/1000 base additions)
A A C T GG C Wild type
T T GA CCG
A A C T GG C
AACT AGC
3'
5'
A A C T GG C
T T GA TC G
MUTANT T T GA T CG
DNA replication
30
一、基因突变
基因突变（gene mutation）：指基因中DNA序列的变化。因为 基因突变限制在一个特定的部位，故称为点突变(point mutation)。
突变基因：存在突变的基因 野生型基因：没有发生突变的基因
基因突变可分为两种类型： 碱基置换(base substitution) 移码突变 (frame shift mutation)
普遍存在的未知因素作用下，自然条件下发生的突变。 特点：发生过程长，频率极低 , 与物种的进化有关。
诱发突变 (induced mutation)
人为的造成突变 。它已被农、林、牧、渔业和园艺学家利用 来培育和选择新种或良种。
特点：发生过程短，频率高，既可被人类利用，也可能对人 类产生危害。
29
突变的分类
基因突变 (gene mutation)： 一个或几个DNA 碱基对的改变。用光学显微镜观察不 到，必须通过生长发育、生化、形态等表型改变来判断。
第七章外源化学物致突变作用详解演示文稿
第二十七页，共100页。
染色体插入和重复示意图
染色体的臂间倒位
第二十八页，共100页。
染色体相互易位示意图
第二十九页，共100页。
三、非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid) 细胞的染色体数目不同于正常的染 色体数目。 或称为基因组突变（genomic mutation) 即基 因组中染色体数目的改变 • 染色体数目异常以二倍体细胞为标准进行命 名。 • 非整倍体指增加或减少一条或几条染色体； • 多倍体指以染色体组为单位的增加。
变作用。这项研究结果不但有助于研究基因的本 质和基因如何控制代谢作用及个体发育，有利于 通过突变基因进行染色体结构分析研究，而且在 诱变育种发展农业生产方面也有重要意义。
1946年获诺贝尔
生理学医学奖。
第五页，共100页。
突变作用的研究史
20世纪50年代，Watson 和Crick阐明了DNA的结构，为研 究突变机理开辟了一条新的途径。
指染色体结构改变，它是指遗传物质大的改变。一般可用 光学显微镜检查适当有丝分裂中期的染色体来发现。分染 色单体型畸变和染色体型畸变。
结构异常:缺失 (deletion)
重复 (duplication) 倒位 (inversion)
易位 (translocation)
第二十六页，共100页。
染色体缺失及环状染色体的形成图
产生原因：基因重组、基因突变、染色体成分 改变、细胞质变化。
• 突变（Mutation）遗传物质自身发生改变 及其引起的变异。分为自发突变和诱发突 变
第九页，共100页。
• 遗传毒理学 (genetic toxicology) 属毒理学下属三级学科,是研究化学性和 放射性物质对机体遗传物质的损害作用 （致突变作用）及可能引起的健康效应。
8第七章外源化学物致突变作用8-1
2.变异(variation)：亲子之间或子代个体之间出现不同 程度的差异, 称为变异。
意义：遗传使物种保持相对稳定，变异使物种不断进化。
3.突变(mutation)：发生频过率程低长，
遗传物质本身的变化及引起的变异。
自发突变：物种进化
突变 诱发突变
物理、化学、生物等环境因素引起。
新品种培育、选择、改良 人类健康危害
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用光学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
非整倍体(aneuploidy)：指增 加或减少一条或几条染色体; 如单 体、三体、四体、缺体等，由于有 丝分裂或减数分裂过程中染色体不 分离造成。
多倍体(polyploidy ) 指染色体数目成倍 增加。三倍体、四 倍体，由于细胞核 分裂和细胞分裂不 同步所致。
染色体数目异常的基本类型
类型
公式
基因突变的案例
——多毛症
丹尼一家五代人都患有这种“狼 人综合征”，他和26岁的哥哥拉里 从小便被当成“怪物”，被关进笼 子中四处展出。
多毛症基因曾是人类身 上的一种“失传基因”。当远 古时代的人类还是长满毛发的 灵长类动物时，身上就存在着 这种基因，但当人类渐渐进化 后，这种基因变得不再需要， 就开始发生突变而“关闭”。 然而丹尼的家族不知何故，他 们体内被“关闭”的多毛症基 因现在又被“打开来了”。 “狼人综合征”非常罕 见，患病概率只有100亿分之 一，且没有根治办法。
意义：遗传使物种保持相对稳定，变异使物种不断进化。
3.突变(mutation)：发生频过率程低长，
遗传物质本身的变化及引起的变异。
自发突变：物种进化
突变 诱发突变
物理、化学、生物等环境因素引起。
新品种培育、选择、改良 人类健康危害
1.概念： 基因中DNA序列的变化。亦称点突变，是组成一个染色 体的一个或几个基因发生改变，不能用光学显微镜直接 观察。
2.类型： （1）根据基因结构的改变分类：
碱基置换、移码突变
（一）碱基置换（base substitution）
某一碱基配对性能改变或 脱落所致的突变。 转换：同类碱基间的取代。 颠换 ：不同类碱基间的取 代。
非整倍体(aneuploidy)：指增 加或减少一条或几条染色体; 如单 体、三体、四体、缺体等，由于有 丝分裂或减数分裂过程中染色体不 分离造成。
多倍体(polyploidy ) 指染色体数目成倍 增加。三倍体、四 倍体，由于细胞核 分裂和细胞分裂不 同步所致。
染色体数目异常的基本类型
类型
公式
基因突变的案例
——多毛症
丹尼一家五代人都患有这种“狼 人综合征”，他和26岁的哥哥拉里 从小便被当成“怪物”，被关进笼 子中四处展出。
多毛症基因曾是人类身 上的一种“失传基因”。当远 古时代的人类还是长满毛发的 灵长类动物时，身上就存在着 这种基因，但当人类渐渐进化 后，这种基因变得不再需要， 就开始发生突变而“关闭”。 然而丹尼的家族不知何故，他 们体内被“关闭”的多毛症基 因现在又被“打开来了”。 “狼人综合征”非常罕 见，患病概率只有100亿分之 一，且没有根治办法。
外源化学物致突变作用
? 染色体数目的改变会导致基因平衡的失调，可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的异常。如21三体导致先天愚型(Down氏综合征)。
第三节 化学毒物致突变作用的机制及后果
3.碱基类似物（Base analogs ）取代
影响细胞分裂过程的因素：
纺锤体
微管蛋白的合成与聚合
微管结合蛋白的合成与功能发挥
2)碱基切除修复
(base excision repair, BER)
? DNA糖基酶识别、水解受损碱基→受损碱基脱落→AP位点→AP内切酶切断与受损碱基连接的脱氧核糖→聚合酶、连接酶完成修复
3.错配修复（mismatch repair, MMR）
? 识别、去除错配的碱基对（G：T，A：C）
个体对致突变物敏感性差异的原因有:
1)代谢酶的遗传多态性;
2)修复能力差异;
3)宿主因素.
直接修复和切除修复
1.直接修复
1).光复活
光裂合酶切除紫外线产生的胸腺嘧啶二聚体；进化程度越高此功能越弱
2)“适应性”反应（O6-甲基鸟嘌呤修复）
O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶（胱氨酸残基接受甲基），修复烷基化的鸟嘌呤，可阻止DNA交链形成，在修复过程中不可逆性失活，但该酶具诱导性
无义突变:mRNA上的密码子由氨基酸编码密码子变成非编码的终止密码(UAG、UGA、UAA)。基因产物是不完全或是无功能的
2.移码突变（frameshift mutation）
? 指发生一对或几对（3对除外）的碱基增加或减少，以致从受损点开始碱基系列（阅读框架）完全改变，形成错误的密码，并转译成为不正常的氨基酸
(一) 代谢酶遗传多态性
遗传多态性(genetic polymorphysm )
毒理学基础：第7章 外源化合物致突变作用
突变的类型
遗传
基因突变 染色体结构改变 染色体数目改变
机理 以DNA为靶的损伤：
基因突变 染色体畸变 不以DNA为靶的损伤 染色体数目改变
1.本质相同，损伤的程度不同 2.基因突变在光学显微镜下不能观察 3.染色体畸变（结构、数目）可在光 学显微镜下观察
1.基因突变
Genetic mutation：指基因在结构上发生 了碱基对组成和排列序列的改变 两种：碱基置换、移码突变
突变是致突变作用的后果 致突变物（mutagen）：能引起突变的物质，又称诱变剂 遗传毒物（genotoxic agent）：因致突变物能引起遗传物质损伤，又称
其为遗传毒物 遗传毒性：对基因组的损伤能力，包括对基因组的毒作用引起的致突
变性及其他各种不同效应。 致突变性：引起遗传物质发生突变的能力。在一个实验群体中突变率
无义密码子：UAA，UAG ，UGA
Tyrosine (Tyr) 酪氨酸 Serine (Ser)丝氨酸
移码突变（frameshift mutation）
√指发生一对或几对不等于3的倍数的碱基减少或 增加，以致从受损点开始碱基序列完全改变，形成 错误的密码，并转译为不正常的氨基酸
√因为碱基序列所形成的一系列三联体密码子相互 间无标点符号，于是从受损位点开始密码子的阅读 框完全改变
3.染色体数目异常
动物正常体细胞染色体数目2n为标准 异常：整倍性畸变—单倍体、三倍体、四倍体
非整倍性畸变—比二倍体多或少一条或多 条染色体
Down 综合征-为21-三体syndrome
发病率：1/800，1.25‰ 以13亿人口计
1.25‰x13亿=162.5万。
体征：智力发育不全，发育迟缓，面容呆滞，眼 距宽。
第七章 外源化学物致突变作用
第七章外源化学物致突变作用(答案仅供参考)一、名词解释1.致突变作用：外来因素，特别是化学物引起细胞核中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随细胞分裂过程而传递。
2.致突变物：能够引起突变的物质。
3.微核试验：是观察受试物能否产生微核的试验。
主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。
4.遗传负荷：指一种物种的群体中每一个携带的可遗传给下一代的有害基因的平均水平。
5.Ames test：即细菌回复突变试验，是利用突变体的测试菌株，观察受试物能否纠正或补偿突变体所携带的突变改变，判断其致突变性。
常用菌株为鼠伤寒沙门菌和大肠杆菌。
二、选择题1. 下列哪些形式不属于基因突变BA．颠换B．倒位C．移码突变D．大段损伤2. 碱基置换的后果是出现DA．同义密码B．错义密码C．终止密码D．以上都对3. DNA链中减少了一对碱基可导致BA．染色体畸变B．移码突变C．碱基置换D．大段损伤4. 颠换与转换的不同点主要在于AA．碱基置换的类型B．产生的氨基酸C．产生的蛋白质D．导致的后果5. 导致染色体结构异常的原因是CA．DNA交联B．DNA链的复制错误C．DNA链的断裂与异常重接D．DNA链的断裂与原位6. 关于大段损伤的描述错误的是AA．DNA链大段缺失B．跨越基因的损伤C．DNA断裂D．光镜下可见7. 染色体断裂后不重接则不能形成下列哪种形态学改变B A．无着丝粒断片B．染色体缺失C．环状染色体D．微核8. 下列哪些发生断裂与重接的染色体基因不丢失和增加C A．倒位B．插入C．易位D．重复9. 有关染色体畸变的描述错误的是BA．光镜下可见的变化B．光镜下不可见的变化C．染色体结构异常D．染色体数目异常10. 染色体数目异常出现三体可记为BA．2n-1B．2n+1C．2n+3D．2n-311. 以下哪种情况属于染色体整倍性畸变DA．nB．2nC．3nD．上述AC都是12. 下列哪种类型不属于以DNA为靶的诱变D A．烷化剂作用B．碱基类似物取代作用C．嵌入剂作用D．对DNA合成酶系的破坏作用13. 下列哪种作用是以DNA为靶的化学诱变作用D A．对有丝分裂作用的干扰B．对DNA合成酶系的破坏C．对DNA复制酶系的破坏D．以上都不是14. 突变的后果有BA．肿瘤，显性致死，炎症B．显性致死，隐性致死，遗传性疾病C．显性致死，炎症，遗传性疾病D．隐性致死，变态反应，肿瘤15. 下列哪种后果不是生殖细胞突变引起的DA．显性致死B．显性遗传病C．隐性遗传病D．癌症16. 在染色体畸变试验中，染色体结构的改变不能观察到B A．断片B．微小体C．微核D．染色体环17. 突变发生在生殖细胞，结局不包括 CA．畸形B．早产C．肿瘤D．遗传性疾病18. 关于微核的描述不正确的是CA．实质是DNAB．是丢失的染色体片段C．存在于细胞核中D．存在于细胞质中19. 以DNA损伤为检测终点的致突变试验是CA．微核试验B．染色体畸变试验C．Ames试验D．姐妹染色单体交换试验20. 化学毒物引起突变类型不包括BA．基因突变B．癌变C．染色体畸变D．染色体数目异常21. 化学毒物引起细胞突变的最直接原因是DA．细胞膜脂质过氧化损伤B．细胞钙稳态失调C．蛋白质损伤D．核苷酸损伤22. Which of the following terms does NOT describe a mutagenic effect? BA. chromatid deletion.B. mitosis.C. polyploid.D. nondisjunction.三、简答题1. 简述遗传学损伤的类型及突变的不良后果。
外源化学物致突变作用
如：5-溴尿嘧啶(5BU)的氢键特性与 T 相同，故可替代T与 A 配对。A＝T → A＝5BU
TJMC 31
4. 碱基的化学结构改变或破坏 某些化合物与碱基相互作用，可使碱基的化学结构发生改
变，这类化合物称为碱基改造剂。 碱基化学结构改变后，使碱基配对异常，导致碱基置换。 常见的碱基改造剂有：羟胺，亚硝酸盐，烷化剂 如：在亚硝酸盐作用下氧化脱氨基 C → U A → HX (次黄嘌呤) 如：C 在羟胺作用下，可生成 6-羟胺基胞嘧啶(C*)，而 6-
切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。
TJMC 11
3. 生物因素：病毒、基因工程等
转基因鲑鱼(上)比同年龄 的野生鲑鱼(下)重 11 倍
TJMC 12
突变的类型
基因突变
突变 染色体数目变化
染色体畸变
碱基置换 移码突变 密码子插入或丢失 非整倍体
转换
碱基插入
多倍性
颠换
碱基丢失
缺失、断片 重复 倒位 易位 ……
TJMC 13
第二节 外源化学物致突变的类型
(一) 基因突变（gene mutation；point mutation） 1. 定义：基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的可遗
传的变异。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构 上发生碱基对的组成或排列顺序的改变。这种改变属于 基因化学基础的变化，不能应用光学显微镜直接进行观 察，须采用理化或生物学方法才能检出。
3.4Å
TJMC 29
AT G C 解链 GC AT
A G 嵌入 G A
A G
嵌入 G A 模板链
A
AT
G
GCA 插入一个碱基GGCA
AT
AT
GC
TJMC 31
4. 碱基的化学结构改变或破坏 某些化合物与碱基相互作用，可使碱基的化学结构发生改
变，这类化合物称为碱基改造剂。 碱基化学结构改变后，使碱基配对异常，导致碱基置换。 常见的碱基改造剂有：羟胺，亚硝酸盐，烷化剂 如：在亚硝酸盐作用下氧化脱氨基 C → U A → HX (次黄嘌呤) 如：C 在羟胺作用下，可生成 6-羟胺基胞嘧啶(C*)，而 6-
切尔诺贝利事故增加儿童体内DNA变异。
TJMC 11
3. 生物因素：病毒、基因工程等
转基因鲑鱼(上)比同年龄 的野生鲑鱼(下)重 11 倍
TJMC 12
突变的类型
基因突变
突变 染色体数目变化
染色体畸变
碱基置换 移码突变 密码子插入或丢失 非整倍体
转换
碱基插入
多倍性
颠换
碱基丢失
缺失、断片 重复 倒位 易位 ……
TJMC 13
第二节 外源化学物致突变的类型
(一) 基因突变（gene mutation；point mutation） 1. 定义：基因突变是指基因组DNA分子发生的突然的可遗
传的变异。从分子水平上看，基因突变是指基因在结构 上发生碱基对的组成或排列顺序的改变。这种改变属于 基因化学基础的变化，不能应用光学显微镜直接进行观 察，须采用理化或生物学方法才能检出。
3.4Å
TJMC 29
AT G C 解链 GC AT
A G 嵌入 G A
A G
嵌入 G A 模板链
A
AT
G
GCA 插入一个碱基GGCA
AT
AT
GC
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点试法：用作定性试验，适用于短期大量筛选
表层培养基＋指示菌±S9 受试物10μl
阳性
培养48小时
阴性
39
平板掺入法：用作定量测定
表层培养基＋指示菌±S9＋受试物 阳 性
培养48小时
阴 性
40
Ames试验结果判断
阳性结果判定： ①平均每皿回变菌落数为对照(自发回变菌落数)的2倍及 以上 ②可重复性，用一个相应菌株重复 (阴性全套菌株重复)； ③有剂量－反应关系。
（二）成套的观察项目 没有一种致突变试验能涵盖所有的遗传学 终点，故需用一组试验配套进行检测。
31
成套的观察项目中试验可入选原则：
一组可靠的试验系统应包括： 每一类型的遗传学终点 包括几个进化程度不同的物种：包括原核细胞
和真核细胞。 体内试验与体外试验相结合，体外实验要有活
化系统 生殖细胞和体细胞
（2）检测外源性化学物对哺乳动物生殖细胞的遗 传毒性，预测其对人类的遗传危险性。
（3）各种遗传毒物的监测和评价，为化学物的可 使用性研究和卫生标准制定提供依据。
21
基本原理： 将化学物与生物测试系统接触，然后
观察该生物系统是否发生致突变性检测指 标病及的毒哺、乳改细动变菌物，、等真以菌判、定植物其、是昆否虫、具培有养致的哺突乳变动性物细。胞 凡• 能昆虫使生果物蝇、测蟾试蜍系等 统发生突变的化合物， 即• 可哺乳认动为物具细胞有株致（突C变HO作、用V79。、人类淋巴细胞等）
58
59
(五)果蝇伴性隐性致死试验 (sex-linked recessive lethal test，SLRL ）
1、光修复（光 裂合酶）：
修复由紫外线 损伤产生的胸 腺嘧啶二聚体。
2.“适应性”反应
主要是O 6 -甲基鸟嘌呤- DNA甲基转移酶 （MGMT）修复鸟嘌呤 O 6 位的烷基化损伤。
9
（二） 切除修复
较大范围损伤的修复机制，多步骤修复过程。 是一种比较普遍的修复机制。 核苷酸切除修复和碱基切除修复两种。
1. 原理：将受试物与检测系统(动物或细胞)接触，然后直 接观察生物体的细胞染色体发生的结构或数目的改变。 可在体细胞(骨髓细胞、外周血细胞)或生殖细胞 (精原细胞)进行。可为体外试验，也可为体内试验。
2. 方法：• 直接观察• 显带观察• 流式细胞仪
结构畸变：裂隙、断裂、断片、微小体、染色体环、多着 丝粒染色体等。
25
已有致突变试验能反映的遗传学终点: 1. 基因突变--DNA碱基序列改变 2. 染色体畸变--染色体完整性改变 3. 染色体组畸变--染色体分离改变 4. DNA原始损伤--DNA完整性改变， DNA重排或交换
26
DNA原始损伤
彗星试验 SCE（姐妹染色单体交换试验） UDS（程序外DNA修复试验） 枯草杆菌DNA修复试验 SOS显色试验 原噬菌体诱导试验 酿酒酵母有丝分裂重组试验
第七章 外源化学物致突变作用 Chapter 7 Chemical Mutagenesis
公共卫生学院: 房蕾
主要内容
第一节 概述 第二节 外源化学物致突变的类型 第三节 外源化学物致突变的作用机制及后果 第四节 机体对致突变作用的影响 第五节 观察外源化学物致突变作用基本方法
2
目的求：
掌握：几种主要的遗传毒理学实验。 熟悉：其他观察外源化学物致突变作用的常用方
状态。 损伤耐受机制（tolerance mechanisms） ： 指DNA遗传可绕过阻止DNA复制的DNA损伤。
5
一、DNA 损伤的修复
（一）直接修复 （二）切除修复 （三） DNA双链断裂修复 （四）交联修复
6
（一）直接修复
多数生物体内，主要依赖酶作用。
光修复 “适应性”反应
7
设立阳性和阴性对照组。 只要在一种试验菌株得到阳性结果，即认为受试物是致
突变物。 仅当四种试验菌株均得到阴性结果，才认为受试物是非
致突变物。 一般用来测试受试物诱变性时，必须通过其中四个菌株
的检测。
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试验各组 均包括加S - 9和不加S - 9 两种情况。 ➢ 不加S-9得到阳性结果：受试物是直接致突变物； ➢ 加S-9才得到阳性结果：受试物是间接致突变物。
• 整体哺乳动物（小鼠，大鼠等） • 植物细胞 （紫露草，蚕豆根尖）
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一、观察项目的选择
（一）观察效应终点的类型 有许多试验所观察到的现象并不反映基
因突变、染色体畸变和染色体分离异常，而仅 反映致突变过程中发生的其他事件。
遗传学终点（genetic endpoint）：通过遗传 毒理学试验观察到的现象所反映的各种事件即 试验的观察终点。
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(二)微核试验(Micronucleus test，MNT)
原理：指染色体或染色单体的无着丝点断片或纺
锤丝受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后
期遗留在子细胞胞质中，形成微核。
由于形成的园形或杏形结构较正常核小（小于正常间期核
的1/3～1/5，红细胞直径的1/20～1/5），故称为微核。
形成原因 （1）受到染色体断裂剂作用 （2）受到纺缍体毒物的作用
此时，用染色剂如吉姆萨和光处理，使双股含 BrdU的染色单体着色浅淡，而单股含BrdU的 染色单体着色深浓。在光镜下，可清晰分辨出发 生交换的染色单体。
TJMC 56
57
SCE 试验可分为体外试验、体内试验和体 内、体外结合试验。
体外 SCE 试验可采用CHO、V79、CHL， 人外周血淋巴细胞等。
在DNA合成期，所有染色体均进行复制，复制 后形成两条姐妹染色单体。
SCE：指染色体复制过程中同一条染色体中的 两条染色单体间发生遗传物质的互换。其频率 与可能与DNA的断裂和重接有关，故可间接反 映DNA损伤。
用于检测DNA损伤。
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原理：
对于分裂的细胞，如将5－溴脱氧尿嘧啶核苷 （BrdU）加入合成的原料中，经过2个分裂周 期，两条染色单体的其中一条的双股DNA链中 的胸腺嘧啶核苷均被BrdU取代，另一条只有一 股被取代。
法及评价。 了解：机体对致突变作用的影响。
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第四节 机体对致突变作用的影响
遗传物质在所有物种中能世代相传的原因：
1）DNA执行高度保真的复制，对复制中的错误 能 及时纠正，即通过修复而达到高度保真；
2）机体已进化有多种机制修复DNA损伤以保护 亲
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DNA损伤修复按其机制可分为两类: 修复机制（repair mechanisms） ： 对已发生分子改变的补偿措施，使其回复为原有
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突
遗 传 学 终 点 的 关 系
变 发 生 过 程 中 的 事 件
与
细胞屏障 化学物
接触
DNA损伤
无误修复 正常细胞
未修复 修复错误
DNA完整 性改变
DNA 交换重
排
基因 突变
染色体 结构异
常
染色体数 目异常
遗传学终点
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已有致突变试验能反映的遗传学终点: 1. 基因突变 2. 染色体畸变 3. 染色体组畸变 4. DNA原始损伤
常用的菌株有鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌。
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1.鼠伤寒沙门菌回复突变试验（Ames试验）：
是应用最广泛的检测基因突变的方法
检测环境诱变剂的一组实验中的首选试验
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Ames试验原理
组氨酸缺陷型沙门氏菌，均含有控制组氨酸合成基因， 当培养基中不含有组氨酸时它们不能生长。但在受到 某些致突变物作用时，菌体内DNA 特定部位发生基 因突变而回复为野生型菌，此时，培养基中不含组氨 酸该菌也能够生长，可据诱发的回复菌落数判断化学 毒物的致突变性。
2．聚(二磷酸腺苷-核糖)多聚酶(PARP)： 另一类参与DNA断裂的修复酶。PARP的激
活为DNA损伤后细胞的早期反应之一。
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第五节 观察化学毒物致突变作用的基本方法
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1、如何进行致突变试验的选择？ 2、怎样进行化学致突物的检测？
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遗传毒理学试验目的：
（1）检测外源性化学物的致突变性，预测其对哺 乳动物和人的致癌性。
化学致突变作用模式： DNA损伤－修复－突变模式
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二、遗传因素对致突变作用的影响
个体因素影响致突变作用有两个方面: 一、先天性：遗传因素—起决定作用 二、后天性：不同生活方式等
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二、遗传因素对致突变作用的影响
(一) 代谢酶遗传多态性 遗传多态性 (genetic polymorphism)：
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传统的微核试验是体内试验，常用啮齿类动物 骨髓嗜多染红细胞（PCE）做微核试验：
（1）PCE 是红细胞成熟的一个阶段，此时红细胞 的主核已排出，微核仍保留在胞质内，易辨认。
（2）PCE 胞质含RNA染色与成熟红细胞易于区别。
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微核 嗜多染细胞
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(二)微核试验(Micronucleus test，MNT) 微核试验(Micronucleus test，MNT)： 是观察受试物能否产生微核的试验。 其主要可检出DNA断裂剂和非整倍体诱变剂。
数目异常：需在染毒后经过一次有丝分裂才能发现。
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染色体图像分析系统
染色体被自动排序
TJMC 53
3. 结果分析
每个剂量组至少观察500个中期分裂相细胞 细胞畸变率（％） 染色体畸变率（％）
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(四) 姐妹染色单体交换试验 （sister-chromatid exchange，SCE）：
是一个衡量遗传变异的数据，即群体中多态基 因的比例。 1. 氧化代谢酶：细胞色素P450酶 2. 酯酶：环氧化物水解酶 3. 谷胱甘肽硫转移酶 (GST)
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（二） 修复功能的个体差异--修复酶的多态性
1．O6-甲基鸟嘌呤-DNA-甲基转移酶(MGMT)： 体内一种特异性修复酶。MGMT多态性可