(生物学)生物标志物与危险度评定
毒理学基础复习资料
第一章 绪论 毒理学 研究外源性化学物质对生物机体的损害作用的学科(传统定义) 。
现代毒理学：研究所有外源因素（如化学、物理和生物因素）对生物系统的损害作用、生物学机制、安全性评价)与危险性分析的科学。
机制毒理学：1、在危险度评定中，可用于验证与人类直接相关的试验动物中所观察到的某种不良结局。
2、亦可用于排除试验动物有害反应发生于人类的可能性。
3、有助于设计和生产较为安全的化学品以及合理治疗化学中毒和其他疾病。
4、有助于准确了解人类与试验动物间毒性反应的差异，识别和保护遗传上易感的个体免遭因环境暴露引起的危害，并可依据个体遗传特征制定个体化预防措施和针对性的药物治疗方案，以提高疗效降低毒性。
第二 毒理学基本概念 毒物：是指在一定条件下，以较小剂量进入机体就能干扰正常的生化过程或生理功能，引起暂时或永久性的病理改变，甚至危及生命的化学物质 毒性：指化学物质引起有害作用的固有能力。
剂量相同时，对机体损害能力越大的化学物质，毒性越高。
相对于同一损害指标，需要剂量越小的化学物质，其毒性越大。
中毒：是指生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。
毒效应：又称为毒作用，是化学物质对机体所致的不良或有害的生物学改变。
毒效应是化学物质或代谢产物在作用部位达到一定数量并停留一定时间，与组织大分子成分互相作用的结果。
当改变暴露条件时，毒效应会相应改变。
毒性是一种能力，中毒是一种状态，毒效应是种表现 损害作用：指影响机体行为的生物化学改变，功能紊乱或病理损害，或者降低对外界环境应激的反应能力。
非损害作用：机体发生的生物学变化应在机体适应代偿能力范围之内，机体对其他外界不利因素影响的易感性也不应增高。
选择毒性：一种化学物质只对某种生物产生损害作用，而对其他种类生物无害；或只对机体内某一组织器官发挥毒性，而对其他组织器官不具毒作用。
选择性毒性产生的原因： （1）物种和细胞学差异 （细菌、青霉素） （2）不同组织器官对化学物质亲和力的差异（百草枯、肺） （3）不同生物或组织器官对化学物质生物转化过程的差异（ 磺胺类药物的发明） （4）不同组织器官对化学物质所致损害的修复能力的差异（肝、肾再生能力强，脑、神经再生能力弱）靶器官：外源化学物可以直接发挥毒作用的器官就称为该物质的靶器官。
生物标志物在环境污染评估中的应用
生物标志物在环境污染评估中的应用随着社会的发展和经济的增长，环境污染问题日益严重，给人类和生物带来了巨大的危害。
环境污染的种类繁多，包括水、空气和土壤等多个方面。
而要对这些污染进行准确评估，传统的监测手段往往昂贵且耗时，很难实现对环境多样性和生态系统复杂性的全面监测。
然而，生物标志物（biomarkers）作为一种新的评估工具，正逐渐受到广泛关注并应用于环境污染评估中。
生物标志物是指在生物体内或体外受到污染或其他环境变化后，能够作为衡量生物体健康状况和环境风险的指标。
它可以是分子、细胞、组织或整个生物个体的某种生理、生化或行为的特征。
生物标志物的选择应具备以下特点：特异性、敏感性、可重复性、可测量性和可证实性。
首先，生物标志物在环境污染评估中的应用主要集中在水体污染方面。
水是人类生活和生物生存的基本需求，然而水源的污染程度一直是个令人关注的话题。
生物标志物的应用可以帮助我们了解水质受到的污染程度、污染源和其对生物体的影响。
例如，水中的激素残留物和重金属元素可以通过测量鱼类或水生生物中的生物标志物来评估水体质量。
这些生物标志物的变化可以帮助我们了解水体内的污染源以及是否对生物个体的繁殖和生长产生了负面影响。
其次，生物标志物还在土壤污染评估中发挥重要作用。
土壤是农业生产和生态系统的重要组成部分，然而，土壤的污染问题严重影响着作物生长和生态系统的健康。
生物标志物的应用可以帮助我们快速、准确地评估土壤中的有害物质含量以及其对土壤生态功能的影响。
例如，通过测量土壤中微生物群落的多样性和活性代谢物的变化，可以判断土壤是否受到了污染物的影响，进而采取相应的治理措施。
此外，生物标志物还可以应用于空气污染评估。
空气污染对人们的生活和健康造成了严重影响，但是常规的空气污染监测手段往往需要高昂的费用和复杂的设备。
生物标志物的应用可以提供一种更加便捷和经济的空气污染评估方法。
例如，通过测量城市中居民的呼吸系统和皮肤表面的生物标志物，可以判断空气污染对人体的潜在影响，以及不同污染源之间的差异。
生物安全危险评估程序
生物安全危险评估程序
生物安全危险评估程序是一种系统性的方法，用于评估生物安全领域中的生物危险性。
该程序通常包括以下步骤：
1. 风险识别：确定可能存在的生物危险源和潜在的风险。
这包括确定可能导致生物安全事故或传播疾病的生物物质、实验室或生产设施使用的生物材料和技术。
2. 危险评估：评估确定的生物危险源的潜在风险。
这包括评估生物物质的病原性、传播途径、传播能力、潜在危害和可能的后果。
3. 风险等级划分：根据危险评估结果，将生物危险源划分为不同的风险等级。
常见的风险等级划分包括低风险、中风险和高风险。
4. 风险管控：基于风险等级，制定相应的风险管理措施。
这包括实施相应的生物安全措施、制定操作规程、培训员工、监测和报告风险等。
5. 风险通报：及时向相关方面通报风险评估结果和风险管理措施，以确保透明度和协同作用。
6. 风险监测和评估：定期进行风险监测和评估，以确保风险控制措施的有效性，及时调整和改进措施。
通过实施生物安全危险评估程序，可以有效识别和控制生物危
险源，保护人类和环境的安全。
这在实验室、医疗机构、农业和食品加工等领域都非常重要。
食品毒理学期末重点试题
1. 食品毒理学:是借用基础毒理学的基本原理和方法，研究食品中有毒有害物质的性质、来源及对人体损害的作用与机制，评价其安全性，并确定这些物质的安全限量以及提出预防管理措施的一门学科。
2.3R原则:优化实验方法和技术，减少受试动物的数量和痛苦，取代整体动物试验的模式。
3.毒性作用的分类:①变态反应②特异体质反应③速发与迟发作用④局部与全身作用4.生物学标志(生物学标记或生物标志物):针对通过生物学屏障进入组织或体液的化学物质及其代谢产物，以及他们所引起的生物学效应而采用的检测指标。
可分为暴露生物学标志、效应生物学标志和易感性生物学标志。
5.剂量-效应关系:不同剂量的毒物与其引起的量化效应强度之间的关系。
6.烃类烷烃与其同系物相比，碳原子数越多，毒性越大，但当其碳原子数超过七至九个时，毒性反而下降。
同系物碳原子数相同时，支链的毒性的更大成环的毒性更大。
不饱和度越高，化学性质越活泼，毒性越强。
碳链长度相同时，炔烃的毒性更强。
7.脂/水分配系数:化学物在脂(油)相和水相中的溶解分配率达到动态平衡时的浓度比。
一种化合物的脂水分配系数较大，表明它易溶于脂，反之表明易溶于水，而呈现出化合物的亲脂性或疏脂性。
化合物的脂水分配系数大小与其毒性密切相关，它涉及化合物的吸收，分布，代谢和排泄。
8.电离度:许多外源化学物是弱有机酸或有机碱，在溶液中以非电离或电离形式存在。
以非电离形式存在的弱有机酸和有机碱具有一定的脂溶性，易通过生物膜，且其转运的速率与其脂溶性大小呈正相关。
9.最小致死剂量或浓度MLD, LD01:指一组受试物实验动物中，仅引起个别动物死亡的最小剂量或浓度。
绝对致死剂量或浓度LD100:指引起一组受试实验动物全部死亡的最低剂量或浓度半数致死剂量或浓度LD50:引起一组受试实验动物半数死亡的剂量或浓度。
观察到有害作用的最低水平LOAEL 未观察到有害作用水平N0AEL 观察到作用的最低水平LOEL 未观察到作用水平NOEL 慢性作用带Zch 急性毒作用带Z ac 暴露范围MOE10.生物转运:外源化学物的吸收、分布和排泄的过程。
最新生物安全实验室病原微生物实验活动危险度评估精品课件
第十三页，共31页。
病原微生物危害评估(pínɡ ɡū)的 要素
3）自然传播途经。
4）病原微生物在环境(huánjìng)中的稳定性。
5）病原微生物的宿主。
6）从动物研究和实验室感染报告或临床报告中得到 的信
息。
7）当地是否能进行有效的预防和治疗
2、拟从事实验活动的危险分析：
4.2.3血清学检测：血清未灭活前，检测麻疹 病毒抗体，需在BSL-2实验室内进行；血清
第二十二页，共31页。
麻疹病毒危害评估(pínɡ ɡū)报告
4.3 拟从事实验活动的危险性分析(fēnxī) 及相应的预防措施
4.3.1 标本采集
4.3.1.1 咽拭子：采集时近距离接触患者， 可能通过空气、飞沫传播而引起感染， 操作者必须加强个人防护（工作服、口 罩、帽子、一次性乳胶手套等）。
B类：其它危害程度二类病原菌的样本和 第十一页，共31页。
有关细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次氏体、螺旋体、真菌 (zhēnjūn)的说明
三、其它说明：
1、一般情况下对现场和临床的未知样本检测应 在二级以上生物安防
护级别的实验室进行，但此项工作仅限于对样本中 病原菌的初步分离鉴
定，一旦病原菌初步明确，应按病原菌的危害类别 将转移至相应级别的
有关细菌放线菌衣原体支原体立克次氏体螺旋体真菌zhnjn的说明1一般情况下对现场和临床的未知样本检测应在二级以上生物安防护级别的实验室进行但此项工作仅限于对样本中病原菌的初步分离鉴定一旦病原菌初步明确应按病原菌的危害类别将转移至相应级别的2霍乱属甲类传染病霍乱弧菌流行株按第二类管理其菌株或活菌培养物运输包装分类属a类
1、生物安全实验室正式启用前 2、收集的资料(zīliào)表明所从事的病原微 生物
生物标志物在危险度评价中的
3．1．2抗氧化酶类
Байду номын сангаас 2.3 易感性生物标志物
• 易感性标志物是指当生物体暴露于某种特定的外源化合物时，由 于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能力的一类生 物标志物，可指示生物个体对污染物的敏感性。在污染物与生物 体相互作用过程中，机体因素是很重要的，性质与剂量相同的污 染物对不同的个体可能出现迥然不同的反应，这取决于受作用个 体的敏感性一。 • 一般地各个层次的生物组织，小到微观分子，大到生态系统，在 污染物的作用下，都有各自相对应的污染效应及相应的生物标志 物。如水藻的种类、数量、结构等可以指示水体污染程度。但生 物标志物的研究多集中于分子或细胞水平，种群、群落和生态系 统层次上的生物标志物正处于研究的初始阶段。
生物标志物在危险度评价中的 应用
Applications of Biomakers in the Risk Assessment
生物标志物概述
• 1987年美国国家科学院首先将生物标志物定义为 由生物体或样品可测出由外来化合物导致的细胞学或 生物化学组份或过程、以及结构或功能的变化。 • 最初只是将耐污的生物物种称为指示生物(Indicator species或Bioindicator)，随着污染生态学的野外研究和 实验室毒性试验研究，逐渐将生物指示物的应用范围 扩大至污染生态学的不同生物学组织层次，小至分子 水平，大至生态系统结构与功能，包括发生在分子、 生物化学、生理、病理组织、生物个体、种群、群落 和生态系统等不同生物学组织水平上的生物学效应， 从生物学的角度为环境质量的监测和评价提供依据。
生物学生物标志物与危险度评定
暴露生物标志物 Biomarkers of exposure
暴露生物标志物指机体内可测量的外源性物质、 代谢产物、外源性物质或其代谢产物与靶分子或 靶细胞相互作用的产物。
暴露生物标志物与内剂量（internal dose）生物指 标本质上意义相同，后者更强调其与重要器官或 组织有害作用（adverse effects）间的关系。
cadmium in blood or adducts to DNA and haemoglobin for electrophilic compounds or metabolites 4. Very long: heavy metals in bone.
效应生物标志物 Biomarkers of Effects
种属间或种属内，个体间相同效应生物标志物改变所需要接触剂量的 差异，可以用来估算种属间和种属内毒代动力学差异带来的不确定因 素的水平，从而降低种属间外推时，毒代动力学差异导致的不确定因 素。
可以降低高剂量向低剂量外推导致的不确定因素 通过导致早期效应的机制可以推断低剂量时剂量—反应（效应）关 系曲线的形状 直接研究一般人群暴露水平下（低暴露）的剂量—反应（效应）关 系曲线
4A-Hb加合物与红细胞的生命周期一致，可 以在体内存留4个月；
4A－Hb 加合物结构鉴定； 发现4A－Hb与工人的接触剂量密切相关； 脱离TNT接触两个月后，其体内4A－血红
蛋白加合物仍维持在相当的水平 。
TNT接触水平与 4A-Hb之间 的接触-效应关系
对112名接触不同水平TNT 作业工人的研究发 现，在高暴露的装药、过筛、球磨和压药等工 种中的4-A血红蛋白加合物水平明显高于包装 和维修等低暴露工种。
暴露生物标志物
降低外暴露评价导致的不确定因素 减少了种属间外推时毒代动力学差异导致的
生物学标志物
如何进行工作？
1、标志物的筛选： 能反映疾病的进程； 特异性高、稳定性好； 检测方法灵敏、特异、快速方便。 2、标本采集与储存：无污染；不变质； 标本档案材料要齐全。
3、检测技术要合适。 （1）DNA水平：PCR、SSCP、测序 Southern Blot （2）RNA水平：RT-PCR、Northern Blot （3）蛋白质水平：Western Blot、组化 （4）功能水平：酶学、机能学
流行病学研究设计特点
• 横断面研究：应用生物学标志物的流行 病学研究大多具有横断面的特点 • 病例-对照研究：实质上也为横断面 • 病例-病例研究：将某种疾病病例按标志 物有无分为两组，比较两组间某些因素 的差异 • 队列内病例-对照研究：需要在队列建立 时采取并储存生物标本，如血清
应用生物学标志物的优点
易感性标志物举例标志物暴露疾病抗胰蛋白酶吸烟肺气肿n乙酰转移酶芳香胺膀胱癌芳香烃羟化酶吸烟肺癌生物学反应标志物举例标志物暴露生物学介质染色体致突性化学物质断裂白细胞姊妹染色单体变换白细胞粘膜点突变致突性化学物质次黄嘌呤鸟嘌呤磷酸核苷转移酶白细胞胸苷激酶白细胞癌基因活化化学致癌物组织原卟啉升高红细胞乙酰胆硷脂酶活性降低有机磷杀虫剂血浆因对暴露反应而引起的靶细胞或组织的生物学改变某些疾病的亚临床期标志物标志物疾病血清胎儿蛋白肝癌胃肠疾病胎儿神经管缺陷癌胚胎抗原胃肠癌其它胃肠疾病肿瘤相关抗原多种癌症血清谷丙转氨酶心肌梗塞疾病标志物是一生物学或生物化学事件的指示物它预示着疾病的亚临床期或是疾病自身的一种表现染色体改变
第十章 生物学标志物在流 行病学研究中的应用
(Application of biomarker)
• 2010
学习目标
• • • • 掌握生物学标志物的概念 掌握生物学标志物的分类 理解生物学标志物的用途 理解在流行病学研究中使用生物学 标志物应注意的问题
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Selection of type: risk factor vs. disease surrogate （危险因素vs.疾病的替代物）
Validity of relation to disease（与疾病相关的有效性）
Field methods（现场方法） Dose-response（剂量反应）
暴露生物标志物的类别
根据生物半衰期分为四种主要类型：
1. Very short: phenol for benzene exposure 2. Short: 2,5-hexanedione（2,5-己二酮 ）for hexane
（正己烷) exposure 3. Long: heavy metals such as lead, mercury and
生物标志物的分类
暴露生物标志物 Biomarkers of Exposure
效应生物标志物 Biomarkers of Effects
易感性生物标志物 Biomarkers of Susceptibility
Stages linking exposure to chemicals with clinical disease.
Relation of events and biomarker classification (Albertini, 2001)
Chromosome aberrations：染色体损伤；Micronuclei:微核； Aneuploidy：非整倍体；Sister chromatid exchange:姊妹染色单体交换 Somatic mutation: 体细胞突变；Mutation spectra: 突变谱
基因多态性常作为易感性生物标志物,机体DNA 修复能力 和代谢酶基因是影响机体易感性的重要因素。
易感性差异的影响因素
理想的生物标志物的特征
与机制紧密相关 敏感性和特异性 标准化的方法 便于现场使用
方法难度 非创伤性 高通量分析 费用适当
Steps to Develop Biomarker
cadmium in blood or adducts to DNA and haemoglobin for electrophilic compounds or metabolites 4. Very long: heavy metals in bone.
效应生物标志物 Biomarkers of Effects
反应几率
可接受危险度 （1
次线性
实际安全剂量
剂量
非致癌物
毒代动力学和毒效动力学 种属间和个体间差异
危险度评定中的不确定因素 Uncertainty
从动物到人 从高剂量到低剂量 从小样本到大样本
三、生物标志物在危险度 评价中的作用
生物标志物可以降低危险度评价过 程中的不确定因素，主要是围绕剂 量—反应（效应）关系评价进行。
指机体内可测量的生化、生理、行为 或其它改变，这些改变可引起确定的 或潜在的健康损害或疾病。
Examples of biomarkers of early biological effects from exposure to mutagenic agents in human populations 接触致突变物人群早期生物效应标志物举例
暴露生物标志物 Biomarkers of exposure
暴露生物标志物指机体内可测量的外源性物质、 代谢产物、外源性物质或其代谢产物与靶分子或 靶细胞相互作用的产物。
暴露生物标志物与内剂量（internal dose）生物指 标本质上意义相同，后者更强调其与重要器官或 组织有害作用（adverse effects）间的关系。
Hemizygous gene:半合子基因
易感性生物标志物 Biomarker of Susceptibility
指能使个体易于受化学、物理等有害因素影响的一些改变, 是由于其先天遗传性或后天获得性缺陷而反映出其反应能 力的一类标志物,其特点是在暴露前就已经存在。
人群对环境有害因素有不同的易感性,个体对环境因素所致 疾病的易感性受遗传因素和非遗传因素影响,后者如年龄、 疾病状况、营养等,多数情况下指遗传易感性。
Modifiers（修正）
（敏感性和特异性）Sensitivity & specificity （人群差异）Population variation
二、危险度评价
危险度评价
Risk Assessment
在人群水平上，定性和定量地评估危害因素 导致人类不良健康效应的可能性。主要由四 部分组成： 1.危害鉴定 2.剂量-反应关系评价 3.接触评定 4.危险度描述
暴露生物标志物
降低外暴露评价导致的不确定因素 减少了种属间外推时毒代动力学差异导致的
不确定因素 测定与反应（效应）终点直接相关的暴露生
物标志物的水平，提高接触评价的特异性。
效应生物标志物
效应生物标志物可在导致发病、死亡、肿瘤发生、体重减轻和组织病 理学改变低的暴露下发生改变，可提高危险度评价的敏感性。
生物标志物与危险度评定
Biomarker and Risk Assessment
南京医科大学公共卫生学院 张正东
zdzhang@
提纲
一、生物标志物 二、危险度评价 三、生物标志物在危险度评价中的作用 四、生物标志物的有效性及评价 五、问题与展望
生物标志物
Biomarker
反映生物体系与环境因子(化学的、物理的或 生物学的) 相互作用所引起的任何可测定的改 变,包括生化、生理、免疫和遗传等多方面的 改变,这些改变可发生在整体、器官、细胞、 亚细胞和分子水平上。
种属间或种属内，个体间相同效应生物标志物改变所需要接触剂量的 差异，可以用来估算种属间和种属内毒代动力学差异带来的不确定因 素的水平，从而降低种属间外推时，毒代动力学差异导致的不确定因 素。
可以降低高剂量向低剂量外推导致的不确定因素 通过导致早期效应的机制可以推断低剂量时剂量—反应（效应）关 系曲线的形状 直接研究一般人群暴露水平下（低暴露）的剂量—反应（效应）关 系曲线