毒理学概论

优化法
transgenic cell and animals
由高剂量测试
基因组转录谱 蛋白质组表达谱 代 谢 组 谱 分子标 志物
低剂量测试
分子病 理学 组织芯片
细胞芯片
替代或部分替代以死亡、组织病理学为主的传统毒性指 标体系; 阐明和评价更接近实际条件下暴露剂量对人体 的毒性效应，解决从高剂量向低剂量外推时的误差。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
毒素(toxin)
是活的生物有机体中存在的或 向外界释放、分泌的一类具有明显生物活性物 质。根据来源可分为动物毒素、植物毒素、微 生物毒素三类。 植物毒素(plant toxin)
含甙类植物：强心毒甙、氢氰酸、皂素等 含生物碱类植物：乌头碱、雷公藤碱等
含毒蛋白类植物：相思豆、巴豆树等
含酚类化合物植物：鱼藤酮(毒血藤)儿茶酚(漆树)
中毒 (poisoning，toxication )
是生物体受到毒 物作用而引起功 能性或器质性改 变后出现的疾病 状态。
不同化学物半数致死量的比较
物质名称 动物 途径 LD50(mg/kg)
乙醇 氯化钠 硫酸钠 硫酸吗啡 苯巴比妥钠 DDT 硫酸番木鳖 碱 尼古丁 筒箭毒素 河豚毒素 二恶英 肉毒毒素
通过动物试验和对人的观察， 阐明某化合物的毒性及其潜在危 害，然后对化合物作出可以接受 或不可以接受的鉴定，或者特定 人群在一定条件下的接触该物质 的安全浓度和剂量。
安全限值(safe level)
依据化学因素与人体健康关系 的研究成果，规定的能保证不致产 生任何功能以及形态损害的化学物 限值，或其有有害效应的危险度水 平被人们所接受的容许限值 (permissible level)
毒理学的发展趋势
以毒理基因组学为先导 整体性地迈向分子毒理学
基因组学 毒理基因组学和环境基因组学 (toxicogenomics or environmental genomics ) 蛋白质组学→毒理蛋白质组学(toxicoproteomics) 代谢组学→毒理代谢组学(toxicometabonomics) 生物信息学或硅上生物学→硅上毒理学(in silico toxicology)
小鼠 小鼠 大鼠 大鼠 大鼠 大鼠 大鼠 大鼠 大鼠 大鼠 豚鼠 大鼠
经口 腹腔注射 经口 经口 经口 经口 腹腔注射 腹腔注射 腹腔注射 腹腔注射 腹腔注射 腹腔注射
10000 4000 1500 900 150 100 2 1 0.5 0.1 0.001 0.00001
安全性评价(safety evaluation)
在日常接触途 径和剂量下即 能对机体产生 损害作用的化 学物
毒 物
内源性毒物(endotoxin)是指在动物体内形成的 毒物，主要是机体内代谢产物。它们在正常生 理活动过程中，由于自体解毒机制或排泄作用 而不会发生毒性作用。 外源性毒物(extenal toxicants) 即环境毒物， 种类多；对机体的致病作用往往较强，有的还 能促进内源性毒物的形成，加重中毒的病理过 程，因而，外源性毒物对生物体中毒的发生和 发展具有特别重要的作用。
毒理学肩负着保护人体健康、保 护生态环境的重大责任，它是人类生 活最为贴近的学科之一。所以，有人 把它作为一个警察学科，既要对进入 环境的各类化学品签发护照，又要对 进入环境的化学品的危害性进行评价。 Toxicology is a science for the is a science for the Toxicology wellbeing of mankind wellbeing of mankind
中期－根据候选产品的性质、按GLP和Guidline 要求，通过一系列的毒理学试验对候选产品进行 安全性评价，决定候选产品是否可以继续开发即 安全地进入临床研究或现场试验。 后期－实施某些毒理学试验和人体毒性研究，建 立毒性标志物和临床毒性终点(clinical endpoint)， 以决定临床研究或现场试验是否可以继续进行， 直至作为可否上市销售的重要依据。
有害作用与非有害作用
有害作用与非有害作用的区分确定是 一件重要而复杂的工作，需要大量的知 识，需要从整个机体的全部生命过程、 机体适应其他应急状态的能力和环境因 素可能对寿命的影响来全面综合考虑。 对从理论上阐述什么是有害效应，尚无 明确一致意见。长期以来形成美、苏两大 学派。
非有害作用(non-adverse effect)
毒理学的研究内容
检测理化因素产生的有害作用 的性质(危害性鉴定功能)
定性，毒理作用的机制
毒理学的两 个基本功能
评价在特殊暴露条件下出现毒 性的可能性(危险度评价功能) 定量，毒理作用剂量
毒理学的研究任务
建立评价外源性化学物对机体的有害作 用的方法，阐明有害作用的性质，发生 规律和机制； 寻找外源性化学物对机体有害作用的早 期生物监测和医学监护的方法； 为采取预防措施、制订安全限值和管理 部门决策提供科学依据。
毒理学概论
现代毒理学(modern toxicology)
是研究外源性化学物及物理和生物因 素对生物有机体的有 害作用及其机理，预 测其对人体和生态环 境的危害,为确定安全 限值和采取防治措施 提供科学依据的一门 学科。
世界八大公害事件
时间 地点 主要污染物 中毒人数
1930 1948 1956 1943
由低通量测试
高通量测试发展
(high throughput testing)
目前的研究一方面采用体外实验建立了急性毒性、 致畸性的胚胎毒性、遗传毒性等高通量筛选系统； 另一方面采用生物芯片技术建立了高通量的毒性评 价和研究芯片。如英国研制的 Toxiblot芯片中专门 设计了机制性毒理学、安全性评价等专用芯片。一 些研究致力于发展主要器官毒性评价基因芯片和检 测肝脏毒性、肾脏毒性、心脏毒性、致癌性的蛋白 质组技术平台。
原则二，实验动物必须暴露于高剂量，这是发现对人 潜在危害的必需的和可靠的方法。 此原则是根据质反应的概念，随剂量或暴露 增加，群体中效应发生率增加。
原则三，成年的健康(雄性和雌性末孕)实验动物 和人可能的暴露途径是基本的选择 选用成年的健康(雄性和雌性未孕)实验动物 是为了使实验结果具有代表性和可重复性。这样 可降低实验对象的多样性，减少实验误差。 外源化学物以不同途径染毒，实验动物表现 的毒性可有很大差异 。因此，毒理学试验中染 毒途径的选择，应尽可能模拟人接触该受试物的 方式。
建立评价某些新的外源物质的方法体系
转基因食品和药物、生物农药和新型生物制品 （单克隆抗体、DNA疫苗、重组细胞因子、基 因治疗制品、反义药物、克隆组织或器官、干细 胞移植等）
THANKS
实验动物由单一性模型
遵循“ 3R ”原则，更多地采 用替代动物和替代试验
特征性模型
替代(replacement) 减少(reduction) 优化(refinement)
替代法
in vitro and computer technologies ， use nonmammalian organisms,
1548) 药物。 物质本身不是并非毒物，主要是剂 量才使一个物质变成毒物。
外源化学物(xenobiotics)
也称为外来化合物或外来生物活性物质, 指存 在于外界环境中,可能与机体接触并进入机体， 在体内呈现一定的生物学作用的化学物质。
毒物 (toxicant, poison, toxic agent)
毒理学研究的方法
一、实验室研究
生物学，化学，物理学，医学，数学等研究方法研究毒 物的作用机理和作用强度
二、临床观察
中毒人群的临床治疗观察记录和志愿者试验观察
三、流行病学调查
大样本量记录暴露人群的反应，建立毒物暴露和特定毒 性间的关系
毒理学各种研究方法的关系
毒理学作为一门实验科学是以动物实验为中心 的，毒理学动物实验的设计、实施、结果观察和 评价是毒理学研究的基本功。 体外实验主要用于筛选和预测急性毒性和机制 研究； 体内试验是以实验动物为模型，最终目的是通 过外源化学物对实验动物的毒性反应，向人外推， 以期评估外源化学物对人的危害及危险性。 人体实验和流行病学调查则可进一步深化和证 实在动物实验中所得到的资料。
安全性评价方法 动物试验
整体动物试验 (in vivo) 一般毒性 试验 急性毒性 亚急性毒性 亚慢性毒性 慢性毒性 特殊毒性 试验 致突变 致癌 致畸 体外试验 (in vitro) 微生物 试验 致突变 哺乳动物 试验
组织器官水平 细胞亚细胞水平 分子水平
毒理学试验的原则
原则一，化学物在实验动物产生的作用可以外推于人 基本假设为：①人是最敏感的动物物种；②人和实 验动物的生物学过程包括化学物的代谢，与体表面 积相关。这两个假设也是全部实验生物学和医学的 前提。
1)不引起形态、生长、发育和寿命的改变 2)不引起机体功能的损伤 3)不损害机体对额外应激状态的代偿能力 4)接触停止后，发生的改变可逆，且不能 检出机体维持自稳态 (homeostasis)能力 的 损害
5)不增加机体对其它有害作用的敏感性
有害作用（WHO）
1) 能反映早期临床疾病的效应 2)不易恢复并使机体维持自稳态能力 降低效应 3) 使个体对其它有害因素不良作用易 感性增加的效应 4) 反映机体功能水平偏离“ 正常”范 围的效应 5) 反映引起了某些重要的代谢和生化 改变的效应
如何判别有害作用和非有害作用
1.与正常值或参比值(reference effect) 比较，超过x2sd可判定为有害作用。 2.处理组与对照组比较，如有统计学 差异(如p0.05或p0.01)则判断为有害 作用。
毒性(toxicity) 指外源性化学
物能引起生物体损伤的能力， 所引起的损害作用总称为毒作 用或毒效应。
由被动毒理学向主动毒理学发展
毒理学评价将贯穿于新产品发现和开 发的全过程，包括按GLP规范和不受GLP 规范的研究
早期－及时发现和淘汰因毒性不适用于进一步研 究开发的化学物或化学结构，指导化学物合成， 帮助选择先导化学物。
微型化 自动化 样品量少 不受GLP约束
发现毒理学(discovery toxicology) 预测毒理学 (predictive toxicology) 硅上毒理学 (In Silico toxicology) 定量构效分析 (QSAR)
1955 1953 1968 1960
比利时马斯河谷 美国多诺拉城 英国伦敦 美国洛杉矶
日本富山县 日本水俣、新泻 日本安知 日本四日
SO2 /氟化物/粉尘 SO2、金属粉尘 SO2、烟尘 光化学烟尘
镉 甲基汞 多氯联苯 SO2、烟尘、 石油化工废气 砷
6000余人死亡60人 6000余人死亡20人 4000余人死亡 全市1/2人患红眼病 400余人死亡 患病258人,死128人 患病2000余人,死352人 中毒1684人,死30余人 患病800余人,死36人
慢性砷中毒
1971 日本
All substances are poisons, there is none which is not a poison. The right dose differentiates a poison and remedy. No substance is a poison by itself. It is the dose that makes a substance a 所有物质都是毒物，没有不是毒物 poison. Parcelsus(1493的物质，唯有剂量使之区分为毒物还是
毒理学实验的局限性
WH0在《临床前药物安全性实验原则》文件中指出 “虽然事先对生物活性物质进行了最仔细彻底的研究，但 给人使用时总是不可避免地要冒一定的风险。”这就是利 用动物实验的局限性。 实验动物和人对外源化学物的反应敏感性不同，有时甚 至存在着质的差别。 有些化学物在高剂量和低剂量的毒性作用规律并不一定一致 毒理学实验所用动物数量有限，那些发生率很低的毒性 反应，在少量动物中难以发现。 实验动物都是实验室培育的品系，一般选用成年健康动 物，反应较单一，而接触人群可以是不同的人种、种族， 而且包括年老体弱及患病的个体，在对外源化学物毒性反 应的易感性上存在很大差异。