食品论坛 http://bbs.foodmate.net 第九章 食品中化学物的化学致癌作用 癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位， 甚至第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症的病因很复杂， 有遗传因素和环境因素（化学性、物理性及生物性因素）等。癌症的病因学和发病学研究将 有助于阐明癌症的本质，并且将有助于采取适当的措施进行有效的预防和阻断癌症的发 生。 化学物致癌作用的研究已有多年的历史。近几十年来，化学致癌问题引起了广泛的关注。 国际癌症研究所在 1970 年左右指出，80％～90％的人类癌症和环境因素有关，其中主要是 化学因素，约占 90％以上。Doll 和 Peto 于 1981 年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分 率(范围)；烟草 30％(25％～40％)，酒精 3％(2％～4％)，饮食 35％(10％～70％)，食品添加 剂＜1％，生殖和性行为 7％(1％～13％)，职业 4％，污染 2％，工业产品＜1％，药品和医 学处置 1％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，感染 10％?，未知 7％。其中，化学因素约 占 77％。 化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿 瘤的过程，具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。在此，“癌”的 含义已作了推广，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变(肉瘤)及良性肿瘤。 第一节 人癌细胞的基因型特征 据推测癌细胞可能有 300 个以上的基因发生了改变。至今，已有超过 50 个显性癌基因 被鉴定；约有 30 种家族性肿瘤综合征与肿瘤抑制基因有关。当然，肯定还存在许多未被鉴 定的肿瘤相关性基因。例如：Test 等(1991)在一组小细胞肺癌中观察到 100 多种异常。尽管 其中的许多异常可能不代表对癌症的发生产生影响的基因，其他一些异常却可能代表着尚未 鉴定的肿瘤相关基因。有关参与细胞信号传导、增殖和维持 DNA 保真度基因的研究也提示， 它们的改变可能影响到细胞的增殖与突变，甚至致癌过程。 已有很多证据表明突变引起癌症，包括：①很多致癌物是致突变物；②对某些致癌物的 易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力；③DNA 修复能力的缺失增 加癌发生的可能性；④在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性；⑤某些癌具有可遗 传性；⑥癌的单克隆性；⑦某些癌有突变的癌基因；⑧某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或 突变。 多种实验方法已经证实癌细胞和相应的正常细胞之间在基因水平上存在差异。表 9-1 列 出了人类的已确认或预期可影响肿瘤发生的部分基因。肿瘤相关基因包括癌基因、肿瘤抑制 基因及 DNA 保真性相关基因，限于篇幅，以下只能举例介绍 ras 和 p53 的发现、性质及功 能。 ‘ 215
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 第九章 食品中化学物的化学致癌作用 癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位， 甚至第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症的病因很复杂， 有遗传因素和环境因素（化学性、物理性及生物性因素）等。癌症的病因学和发病学研究将 有助于阐明癌症的本质，并且将有助于采取适当的措施进行有效的预防和阻断癌症的发 生。 化学物致癌作用的研究已有多年的历史。近几十年来，化学致癌问题引起了广泛的关注。 国际癌症研究所在 1970 年左右指出，80％～90％的人类癌症和环境因素有关，其中主要是 化学因素，约占 90％以上。Doll 和 Peto 于 1981 年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分 率(范围)；烟草 30％(25％～40％)，酒精 3％(2％～4％)，饮食 35％(10％～70％)，食品添加 剂＜1％，生殖和性行为 7％(1％～13％)，职业 4％，污染 2％，工业产品＜1％，药品和医 学处置 1％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，感染 10％?，未知 7％。其中，化学因素约 占 77％。 化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿 瘤的过程，具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。在此，“癌”的 含义已作了推广，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变(肉瘤)及良性肿瘤。 第一节 人癌细胞的基因型特征 据推测癌细胞可能有 300 个以上的基因发生了改变。至今，已有超过 50 个显性癌基因 被鉴定；约有 30 种家族性肿瘤综合征与肿瘤抑制基因有关。当然，肯定还存在许多未被鉴 定的肿瘤相关性基因。例如：Test 等(1991)在一组小细胞肺癌中观察到 100 多种异常。尽管 其中的许多异常可能不代表对癌症的发生产生影响的基因，其他一些异常却可能代表着尚未 鉴定的肿瘤相关基因。有关参与细胞信号传导、增殖和维持 DNA 保真度基因的研究也提示， 它们的改变可能影响到细胞的增殖与突变，甚至致癌过程。 已有很多证据表明突变引起癌症，包括：①很多致癌物是致突变物；②对某些致癌物的 易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力；③DNA 修复能力的缺失增 加癌发生的可能性；④在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性；⑤某些癌具有可遗 传性；⑥癌的单克隆性；⑦某些癌有突变的癌基因；⑧某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或 突变。 多种实验方法已经证实癌细胞和相应的正常细胞之间在基因水平上存在差异。表 9-1 列 出了人类的已确认或预期可影响肿瘤发生的部分基因。肿瘤相关基因包括癌基因、肿瘤抑制 基因及 DNA 保真性相关基因，限于篇幅，以下只能举例介绍 ras 和 p53 的发现、性质及功 能。 ‘ 215
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 表 9-1 肿瘤相关基因 基因类型与命名 功 能 1. 癌基因 EGF、TGF、gp30、p75、NAF、NDF、heregulin，sis（PDGF）、hst 生长因子 (KS-3)、FGF-5、FGF-6、IGF-Ⅱ、eck erbB-1、erbB-2、HER-2／neu、erbB-3．fms、ret、mas、trk、met、 生长因子受体或受体同源物 dbl、kit、eek、elk、eck Ha-ras、Ki-ras、N-ras、gsp、gip C 蛋白 obl、BCR-abl、src、fps/fes、fgr、yes、syn、lck、sea 膜结合或细胞浆酪氨酸蛋白激酶 raf/mil、pim-1、cot、mos 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶 c-myc、L-myc、N-myc、lyl-1、tal、scl、fos、jun、RARa/myl 转录因子 erbA、evi-1、vav、gli-1、myb、rel、ski、ets 2. 肿瘤抑制基因 Rb、p53 细胞周期调控 APC/FAP 细胞周期调控(可能的功能) DCC 细胞粘附或配体受体(可能的功能) WT1 转录因子(可能的功能) NFl、NF2、VHL 信号转导(可能的功能) 3. DNA 修复基因 (1) 错配修复 HMSH2、GTBP 形成杂二聚体，结合错配碱基 HMLH1、hPMS1、hPMS2 菌 MutL 基因的同源基因，功能未知 (2) 核苷酸切除修复 XPA 合损伤 DNA XPB（ERCC3） DNA 解旋酶 XPC 结合单链 DNA(ssDNA) HHR23B 与 XPC 结合 XPD(ERCC2) 解旋酶 XPE 结合损伤 DNA ERCC1 内切酶亚单位 XPF(ERCC4) 内切酶亚单位 XPG 内切酶 RPA 结合 ssDNA PCNA 引物模板结合复合物的形成 CSB(RECC6) 参与转录链的优先修复 (3) 碱基切除修复 DNA 糖基化酶 切除损伤碱基的酶家族 脱嘌呤／胞嘧啶内切酶 水解 5 端碱基的磷酸二酯键 DNA 聚合酶β、δ、ε 损伤链的再合成 DNA 连接酶 I 和Ⅲ 新合成的链与临近核苷酸的连接 (4) X 射线诱导损伤的修复 XRCCl DNA 连接酶活性，单链断裂的修复 XRCC2 双链断裂的再连接 XRCC3 单链断裂的再连接 XRCC4、XRCC5(KU80)、XRCC6(KU70)、XRCC7(scid) 双链断裂的修复，V(D)J 重组 216 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 表 9-1 肿瘤相关基因 基因类型与命名 功 能 1. 癌基因 EGF、TGF、gp30、p75、NAF、NDF、heregulin，sis（PDGF）、hst 生长因子 (KS-3)、FGF-5、FGF-6、IGF-Ⅱ、eck erbB-1、erbB-2、HER-2／neu、erbB-3．fms、ret、mas、trk、met、 生长因子受体或受体同源物 dbl、kit、eek、elk、eck Ha-ras、Ki-ras、N-ras、gsp、gip C 蛋白 obl、BCR-abl、src、fps/fes、fgr、yes、syn、lck、sea 膜结合或细胞浆酪氨酸蛋白激酶 raf/mil、pim-1、cot、mos 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶 c-myc、L-myc、N-myc、lyl-1、tal、scl、fos、jun、RARa/myl 转录因子 erbA、evi-1、vav、gli-1、myb、rel、ski、ets 2. 肿瘤抑制基因 Rb、p53 细胞周期调控 APC/FAP 细胞周期调控(可能的功能) DCC 细胞粘附或配体受体(可能的功能) WT1 转录因子(可能的功能) NFl、NF2、VHL 信号转导(可能的功能) 3. DNA 修复基因 (1) 错配修复 HMSH2、GTBP 形成杂二聚体，结合错配碱基 HMLH1、hPMS1、hPMS2 菌 MutL 基因的同源基因，功能未知 (2) 核苷酸切除修复 XPA 合损伤 DNA XPB（ERCC3） DNA 解旋酶 XPC 结合单链 DNA(ssDNA) HHR23B 与 XPC 结合 XPD(ERCC2) 解旋酶 XPE 结合损伤 DNA ERCC1 内切酶亚单位 XPF(ERCC4) 内切酶亚单位 XPG 内切酶 RPA 结合 ssDNA PCNA 引物模板结合复合物的形成 CSB(RECC6) 参与转录链的优先修复 (3) 碱基切除修复 DNA 糖基化酶 切除损伤碱基的酶家族 脱嘌呤／胞嘧啶内切酶 水解 5 端碱基的磷酸二酯键 DNA 聚合酶β、δ、ε 损伤链的再合成 DNA 连接酶 I 和Ⅲ 新合成的链与临近核苷酸的连接 (4) X 射线诱导损伤的修复 XRCCl DNA 连接酶活性，单链断裂的修复 XRCC2 双链断裂的再连接 XRCC3 单链断裂的再连接 XRCC4、XRCC5(KU80)、XRCC6(KU70)、XRCC7(scid) 双链断裂的修复，V(D)J 重组 216 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 一、癌基因(oncogene) 癌基因的检测主要通过 DNA 转染试验。如把来源于人癌细胞的 DNA 文库导人受体细 胞(如 NIH3T3 中)，这样，受转染细胞就会有一少部分发生转化，分离转化细胞克隆，抽提 并制备 DNA 文库。该文库中含有人 DNA 和小鼠 DNA，以人特有的 Alu 核酸序列为探针， 分出含人 Alu 基因的克隆，并抽提 DNA 作转染实验，找出含有人的癌基因的克隆。进而寻 找出引起细胞转化的 DNA 序列和其代表的基因，如 H-ras。通过这种方法确认的基因被称 为显性转化癌基因。将正常功能已发生改变的这些基因的单拷贝转染细胞即可引起细胞的恶 性转化。细胞癌基因活化方式有：基因突变、外源基因插人、染色体易位与基因重排、基因 丢失、DNA 甲基化程度降低等。 ras 基因家族有 5 个成员，即 H-ras-1、ras-2、K-ras-1、K-ras-2 和 N-ras。其中，H-ras 和 K-ras 最初从大鼠肉瘤病毒中鉴定出，N-ras 是从人的神经母细胞瘤鉴定出的。ras 基因家 族的特征是：基因的核苷酸序列(一级结构)相差很大，几乎完全不同，但所编码的蛋白质分 子量大致相同，均为 p2lras 蛋白，且其氨基酸序列有 85％的同源性。H-c-ras 和 K-c-ras 各自 定位于两条不同的染色体上，但其中均有一个基因座位是假基因(pseudogene)。所谓假基因 是指缺失了内含子而不能转录的变异基因，因此也没有蛋白质翻译产物。ras 基因转录与翻 译后，先在胞浆中形成分子量为 22kD 的蛋白质，它是 P21 的前体蛋白，这种前体蛋白一旦 合成就被转运至细胞膜，与细胞膜结合并修饰成为成熟的 p2l ras 蛋白。大约 24h 后，p21ras 被磷酸化而锚泊于细胞膜上。p2lras 没有蛋白激酶活性，但与鸟嘌呤核苷酸(GTP、GDP)有 高度亲和力，并具有 GTP 酶活性，能促使苏氨酸磷酸化。故 p2lras 参与细胞内的信息转导。 p21ras 的 N 端第 12 位、59 位和 61 位氨基酸是热点突变位置。 ras 基因家族的表达有相对的组织特异性。H-ras 主要在泌尿道肿瘤如膀胱癌、肾盂癌等 中表达，K-ras 主要在肺癌和结肠癌中表达较高，而 N-ras 则主要在造血系统的恶性肿瘤表 达。但最近的研究指出，表达的这种组织特异性是相当有限的，如 H-ras 和 K-ras 在胆囊癌、 胰腺癌、肾母细胞瘤、慢性淋巴细胞性白血病及黑色素瘤的表达也较高。而 N-ras 在神经母 细胞瘤、纤维肉瘤及横纹肌肉瘤中的表达也有一定程度增加。 二、肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) 肿瘤抑制基因，又称抗癌基因，是癌细胞中另一类的常见的异常基因。肿瘤抑制基因要 获得转化活性，两个等位基因编码区内都需发生灭活性损伤。这些灭活性损伤包括等位基因 丢失和编码区灭活性突变。肿瘤抑制基因是经过体细胞杂交研究发现的，正常细胞与肿瘤细 胞融合后肿瘤的形成就会受到抑制。对儿童视网膜细胞瘤的研究也为该类基因的存在提供了 证据。该病有散发型和遗传型两种。Knudsen 推测视网膜细胞瘤的家族性是由于生殖细胞发 生了两次可遗传性突变，并且两次突变发生于同一位置。散发型视网膜瘤患者常单侧眼发生 肿瘤，其生殖细胞没有遗传缺陷，只是癌细胞中两个等位基因分别发生突变，视网膜细胞中 视网膜基因蛋白(Rb)异常。由于该分子结构异常干扰了自身的磷酸化，导致该分子失活。因 此，该分子可被缺失、重排或突变灭活。 p53 是人类肿瘤中分布最广泛的一种突变的肿瘤抑制基因。对p53 基因的认识经历了几 个阶段，即肿瘤抗原、癌基因和肿瘤抑制基因。直到 1989 年才知道其癌基因的作用实际上 是突变型p53 基因的作用，而野生型p53 是一种肿瘤抑制基因。人p53 定位于 17 号染色体短 ‘ 217
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 一、癌基因(oncogene) 癌基因的检测主要通过 DNA 转染试验。如把来源于人癌细胞的 DNA 文库导人受体细 胞(如 NIH3T3 中)，这样，受转染细胞就会有一少部分发生转化，分离转化细胞克隆，抽提 并制备 DNA 文库。该文库中含有人 DNA 和小鼠 DNA，以人特有的 Alu 核酸序列为探针， 分出含人 Alu 基因的克隆，并抽提 DNA 作转染实验，找出含有人的癌基因的克隆。进而寻 找出引起细胞转化的 DNA 序列和其代表的基因，如 H-ras。通过这种方法确认的基因被称 为显性转化癌基因。将正常功能已发生改变的这些基因的单拷贝转染细胞即可引起细胞的恶 性转化。细胞癌基因活化方式有：基因突变、外源基因插人、染色体易位与基因重排、基因 丢失、DNA 甲基化程度降低等。 ras 基因家族有 5 个成员，即 H-ras-1、ras-2、K-ras-1、K-ras-2 和 N-ras。其中，H-ras 和 K-ras 最初从大鼠肉瘤病毒中鉴定出，N-ras 是从人的神经母细胞瘤鉴定出的。ras 基因家 族的特征是：基因的核苷酸序列(一级结构)相差很大，几乎完全不同，但所编码的蛋白质分 子量大致相同，均为 p2lras 蛋白，且其氨基酸序列有 85％的同源性。H-c-ras 和 K-c-ras 各自 定位于两条不同的染色体上，但其中均有一个基因座位是假基因(pseudogene)。所谓假基因 是指缺失了内含子而不能转录的变异基因，因此也没有蛋白质翻译产物。ras 基因转录与翻 译后，先在胞浆中形成分子量为 22kD 的蛋白质，它是 P21 的前体蛋白，这种前体蛋白一旦 合成就被转运至细胞膜，与细胞膜结合并修饰成为成熟的 p2l ras 蛋白。大约 24h 后，p21ras 被磷酸化而锚泊于细胞膜上。p2lras 没有蛋白激酶活性，但与鸟嘌呤核苷酸(GTP、GDP)有 高度亲和力，并具有 GTP 酶活性，能促使苏氨酸磷酸化。故 p2lras 参与细胞内的信息转导。 p21ras 的 N 端第 12 位、59 位和 61 位氨基酸是热点突变位置。 ras 基因家族的表达有相对的组织特异性。H-ras 主要在泌尿道肿瘤如膀胱癌、肾盂癌等 中表达，K-ras 主要在肺癌和结肠癌中表达较高，而 N-ras 则主要在造血系统的恶性肿瘤表 达。但最近的研究指出，表达的这种组织特异性是相当有限的，如 H-ras 和 K-ras 在胆囊癌、 胰腺癌、肾母细胞瘤、慢性淋巴细胞性白血病及黑色素瘤的表达也较高。而 N-ras 在神经母 细胞瘤、纤维肉瘤及横纹肌肉瘤中的表达也有一定程度增加。 二、肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) 肿瘤抑制基因，又称抗癌基因，是癌细胞中另一类的常见的异常基因。肿瘤抑制基因要 获得转化活性，两个等位基因编码区内都需发生灭活性损伤。这些灭活性损伤包括等位基因 丢失和编码区灭活性突变。肿瘤抑制基因是经过体细胞杂交研究发现的，正常细胞与肿瘤细 胞融合后肿瘤的形成就会受到抑制。对儿童视网膜细胞瘤的研究也为该类基因的存在提供了 证据。该病有散发型和遗传型两种。Knudsen 推测视网膜细胞瘤的家族性是由于生殖细胞发 生了两次可遗传性突变，并且两次突变发生于同一位置。散发型视网膜瘤患者常单侧眼发生 肿瘤，其生殖细胞没有遗传缺陷，只是癌细胞中两个等位基因分别发生突变，视网膜细胞中 视网膜基因蛋白(Rb)异常。由于该分子结构异常干扰了自身的磷酸化，导致该分子失活。因 此，该分子可被缺失、重排或突变灭活。 p53 是人类肿瘤中分布最广泛的一种突变的肿瘤抑制基因。对p53 基因的认识经历了几 个阶段，即肿瘤抗原、癌基因和肿瘤抑制基因。直到 1989 年才知道其癌基因的作用实际上 是突变型p53 基因的作用，而野生型p53 是一种肿瘤抑制基因。人p53 定位于 17 号染色体短 ‘ 217
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 臂(17p13，1)，长约 20kb，有 11 个外显子和 10 个内含子，转录成 2.5kb mRNA，编码 393 个氨基酸的蛋白，分子量为 53kD，有 5 个高度保守区，即第 13-19，117—142，171-192， 236-258，270-286。野生型p53 蛋白主要参与细胞周期的G1／S交界处的检查点的检查机制， 负责检查细胞基因组的完整性，如DNA有损伤，则p53 使细胞阻滞于G1期，以使其修复，如 修复失败，则p53 蛋白可启动细胞发生凋亡。突变型p53 蛋白不仅不能抑制肿瘤发生，反而 促进细胞恶性转化，抑制细胞凋亡。此外，突变型p53 蛋白的半衰期远比野生型长，野生型p53 蛋白的半衰期为 20min，而突变型p53 蛋白的半衰期为 1.4-7h。人类肿瘤中，p53 突变主要在高 度保守区，以第 175、248、249、273 及 282 位点突变率最高。p53 基因突变有三种类型，即完 全丢失、显性负突变(dominant negative mutation)和显性正突变(dominant positive mutation)。完全 丢失是指细胞内两个等位基因均丢失或失活。有时细胞内野生型与突变型p53 基因共存，但 由于后者的表达产物的半衰期较长，使其浓度远高于野生型p53 蛋白。突变型p53 蛋白与野 生型p53 蛋白结合并使后者失去抑癌作用，这称为显性负突变。显性正突变是指野生型p53 基因变为突变型p53 而获得致癌活性。临床上，Li-Fmurneni综合征是一种家族性p53 基因原 发缺陷症，显性遗传，细胞染色体缺失 17p，患者受照射后，p53 蛋白不能被诱导高表达， 故患者对照射易感，易并发乳腺癌、肉瘤、脑瘤及结肠癌等多种肿瘤。 三、DNA 保真性相关基因 第三类基因系与 DNA 修复相关性基因。在某些方面，它与肿瘤抑制基因相似。因为单 个正常的等位基因就可以决定表型，必须两个等位基因全部失活才能增加癌症的易感性。 DNA 修复相关基因在癌症发生中很重要，但并不是决定肿瘤表型最重要的成份。 癌基因、肿瘤抑制基因和其他癌相关基因在正常细胞的功能是参与信号转导、细胞周期 调控及 DNA 复制和修复中 DNA 保真性的控制。已知有 300 多个遗传特征与癌发生率有关， 80 多个基因在癌细胞中发生改变，30 多个基因与人的肿瘤高易感性有关。这些数据及癌细 胞表型的变化，说明致癌过程是一种多态现象，是由多种途径组成的。癌症的发生是多步骤、 需多基因参与的过程，包括癌基因和癌基因的协同、癌基因和抑癌基因的协同。 癌基因和肿瘤抑制基因比较见表 9-2，近年的研究表明，正常细胞必须通过肿瘤相关基 因遗传改变的积累才能形成癌细胞，遗传改变的多样性和复杂性导致癌细胞的各种表型如自 主性增殖、脱离细胞周期控制点、细胞和结构的非典型性、侵袭和转移等。lloyd 等(1990) 认为成人肿瘤的形成过程可能积累多达 10 次以上的突变。癌症的发病机制是复杂的，不同 靶器官的机制也不尽相同。Vogelstein 等(1988)描述的人结肠癌多阶段模型(图 9-1)显示，在 引发和促长阶段后还有多种遗传学改变，因而，致癌的进展阶段也是相当复杂的，在进展阶 表 9-2 致癌过程中涉及的两组基因比较 原 癌 基 因 肿瘤抑制基因 1. 涉及细胞生长和分化 1. 功能不清楚，但可能涉及生长和分化(负调节?) 2. 存在基因家族 2. 存在基因家族 3. 在癌中被活化或扩增 3. 在痛中被灭活或丢失 4. 因点突变、染色体易位或基因扩增而活化 4. 因染色体丢失、染色体缺失、点突变、 转换、体细胞重而灭活 5. 几乎没有证据与遗传性癌有关 5. 有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 218 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 臂(17p13，1)，长约 20kb，有 11 个外显子和 10 个内含子，转录成 2.5kb mRNA，编码 393 个氨基酸的蛋白，分子量为 53kD，有 5 个高度保守区，即第 13-19，117—142，171-192， 236-258，270-286。野生型p53 蛋白主要参与细胞周期的G1／S交界处的检查点的检查机制， 负责检查细胞基因组的完整性，如DNA有损伤，则p53 使细胞阻滞于G1期，以使其修复，如 修复失败，则p53 蛋白可启动细胞发生凋亡。突变型p53 蛋白不仅不能抑制肿瘤发生，反而 促进细胞恶性转化，抑制细胞凋亡。此外，突变型p53 蛋白的半衰期远比野生型长，野生型p53 蛋白的半衰期为 20min，而突变型p53 蛋白的半衰期为 1.4-7h。人类肿瘤中，p53 突变主要在高 度保守区，以第 175、248、249、273 及 282 位点突变率最高。p53 基因突变有三种类型，即完 全丢失、显性负突变(dominant negative mutation)和显性正突变(dominant positive mutation)。完全 丢失是指细胞内两个等位基因均丢失或失活。有时细胞内野生型与突变型p53 基因共存，但 由于后者的表达产物的半衰期较长，使其浓度远高于野生型p53 蛋白。突变型p53 蛋白与野 生型p53 蛋白结合并使后者失去抑癌作用，这称为显性负突变。显性正突变是指野生型p53 基因变为突变型p53 而获得致癌活性。临床上，Li-Fmurneni综合征是一种家族性p53 基因原 发缺陷症，显性遗传，细胞染色体缺失 17p，患者受照射后，p53 蛋白不能被诱导高表达， 故患者对照射易感，易并发乳腺癌、肉瘤、脑瘤及结肠癌等多种肿瘤。 三、DNA 保真性相关基因 第三类基因系与 DNA 修复相关性基因。在某些方面，它与肿瘤抑制基因相似。因为单 个正常的等位基因就可以决定表型，必须两个等位基因全部失活才能增加癌症的易感性。 DNA 修复相关基因在癌症发生中很重要，但并不是决定肿瘤表型最重要的成份。 癌基因、肿瘤抑制基因和其他癌相关基因在正常细胞的功能是参与信号转导、细胞周期 调控及 DNA 复制和修复中 DNA 保真性的控制。已知有 300 多个遗传特征与癌发生率有关， 80 多个基因在癌细胞中发生改变，30 多个基因与人的肿瘤高易感性有关。这些数据及癌细 胞表型的变化，说明致癌过程是一种多态现象，是由多种途径组成的。癌症的发生是多步骤、 需多基因参与的过程，包括癌基因和癌基因的协同、癌基因和抑癌基因的协同。 癌基因和肿瘤抑制基因比较见表 9-2，近年的研究表明，正常细胞必须通过肿瘤相关基 因遗传改变的积累才能形成癌细胞，遗传改变的多样性和复杂性导致癌细胞的各种表型如自 主性增殖、脱离细胞周期控制点、细胞和结构的非典型性、侵袭和转移等。lloyd 等(1990) 认为成人肿瘤的形成过程可能积累多达 10 次以上的突变。癌症的发病机制是复杂的，不同 靶器官的机制也不尽相同。Vogelstein 等(1988)描述的人结肠癌多阶段模型(图 9-1)显示，在 引发和促长阶段后还有多种遗传学改变，因而，致癌的进展阶段也是相当复杂的，在进展阶 表 9-2 致癌过程中涉及的两组基因比较 原 癌 基 因 肿瘤抑制基因 1. 涉及细胞生长和分化 1. 功能不清楚，但可能涉及生长和分化(负调节?) 2. 存在基因家族 2. 存在基因家族 3. 在癌中被活化或扩增 3. 在痛中被灭活或丢失 4. 因点突变、染色体易位或基因扩增而活化 4. 因染色体丢失、染色体缺失、点突变、 转换、体细胞重而灭活 5. 几乎没有证据与遗传性癌有关 5. 有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 218 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 段中外源化学物也可能影响肿瘤的演变。近年来的研究还发现，癌的侵袭和转移也是个复杂 的过程，由相应的基因控制，如转移基因及转移抑制基因。癌基因和肿瘤抑制基因的研究为 鉴定化学致癌物作用靶基因提供了基础。体内存在的癌症相关基因是癌症发生的内因，而环 境致癌因素是癌症发生的外因。已经证明化学致癌物引起实验动物的癌症涉及这些癌基因的 活化和肿瘤抑制基因的灭活。 染色体：5q 12p 18q 17p 改变：突变/丢失 突变 突变/丢失 突变/丢失 基因：APC/MCC DNA K-ras DCC p53 低甲基化 其他改变 正常上皮 →上皮过度增殖 → 早期腺瘤 → 中期腺瘤 → 晚期腺瘤 → 癌症 → 转移 ————— ———— —————————————————— 引发 促长 进展 图 9-1 结肠致癌作用的多阶段模型(Vogelstein 等，1988) 第二节 化学致癌机制 对化学致癌作用的机制研究已有多年的历史，并形成了一些学派，主要有遗传机制学派 (genetic theory)和遗传外机制学派(epigenetic theory)。遗传机制学派认为，外来致癌因素引起 细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，从而导致癌变。遗传外机制学派认为癌症的 发生是由于非基因改变机制引起的。随着分子生物学、生物化学及遗传学等基础学科的迅速 发展，目前对致癌作用机制的认识逐步深入，鉴于致癌物的多样性和致癌过程的复杂性，遗 传机制和遗传外机制可能是相辅相成的，在致癌作用的不同阶段中起作用。化学致癌机制重 要的学说有亲电子剂学说、体细胞突变学说、癌基因学说和癌变的阶段学说。目前认为，正 常细胞经过遗传学改变的积累，才能转变为癌细胞，癌症的发生是多阶段过程，至少包括引 发、促长和进展阶段。 癌变的阶段学说是在上世纪 40 年代，Rous、Mottram 和 Bemblum 等分别研究利用致癌 性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动， initiation)和促长(promotion)两个阶段。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿 瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20 周后不发生乳头瘤或很少发生。但 如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周 2 次，共 20 周)则有约 1／3～ 1／2 的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。 据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂 (initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波 醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得 到证实。进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进 展(progression)阶段。化学致癌过程的主要阶段见图 9-2，在引发和进展阶段有细胞基因组 ‘ 219
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 段中外源化学物也可能影响肿瘤的演变。近年来的研究还发现，癌的侵袭和转移也是个复杂 的过程，由相应的基因控制，如转移基因及转移抑制基因。癌基因和肿瘤抑制基因的研究为 鉴定化学致癌物作用靶基因提供了基础。体内存在的癌症相关基因是癌症发生的内因，而环 境致癌因素是癌症发生的外因。已经证明化学致癌物引起实验动物的癌症涉及这些癌基因的 活化和肿瘤抑制基因的灭活。 染色体：5q 12p 18q 17p 改变：突变/丢失 突变 突变/丢失 突变/丢失 基因：APC/MCC DNA K-ras DCC p53 低甲基化 其他改变 正常上皮 →上皮过度增殖 → 早期腺瘤 → 中期腺瘤 → 晚期腺瘤 → 癌症 → 转移 ————— ———— —————————————————— 引发 促长 进展 图 9-1 结肠致癌作用的多阶段模型(Vogelstein 等，1988) 第二节 化学致癌机制 对化学致癌作用的机制研究已有多年的历史，并形成了一些学派，主要有遗传机制学派 (genetic theory)和遗传外机制学派(epigenetic theory)。遗传机制学派认为，外来致癌因素引起 细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，从而导致癌变。遗传外机制学派认为癌症的 发生是由于非基因改变机制引起的。随着分子生物学、生物化学及遗传学等基础学科的迅速 发展，目前对致癌作用机制的认识逐步深入，鉴于致癌物的多样性和致癌过程的复杂性，遗 传机制和遗传外机制可能是相辅相成的，在致癌作用的不同阶段中起作用。化学致癌机制重 要的学说有亲电子剂学说、体细胞突变学说、癌基因学说和癌变的阶段学说。目前认为，正 常细胞经过遗传学改变的积累，才能转变为癌细胞，癌症的发生是多阶段过程，至少包括引 发、促长和进展阶段。 癌变的阶段学说是在上世纪 40 年代，Rous、Mottram 和 Bemblum 等分别研究利用致癌 性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动， initiation)和促长(promotion)两个阶段。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿 瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20 周后不发生乳头瘤或很少发生。但 如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周 2 次，共 20 周)则有约 1／3～ 1／2 的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。 据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂 (initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波 醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得 到证实。进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进 展(progression)阶段。化学致癌过程的主要阶段见图 9-2，在引发和进展阶段有细胞基因组 ‘ 219
食品论坛 http://bbs.foodmate.net (DNA)的结构改变。在促长阶段虽不涉及细胞基因组的结构改变，但依赖于基因的表达改变。 前致癌物 正常细胞 活化 修复 引发的细胞 终致癌物 致癌物-DNA 促长 加合物 分化的肿瘤 DNA 复制 进展 错配修复失败 DNA 修复 不分化的癌 转移 细胞死亡 细胞含错配碱基 DNA 结合 图 9-2 化学致癌过程的主要阶段 一、引发阶段 引发阶段是指化学物或其活性代谢物(亲电子剂)与 DNA 作用，导致体细胞突变成引发 细胞的阶段。在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA 修复和 细胞增殖。 Miller 等(1971)提出亲电子剂学说，认为大多数有机致癌物都是间接致癌物(indirect acting carcinogen)，又称前致癌物(pro-carcinogen)，或先形成近致癌物(proximate carcinogen) 再进一步活化成终致癌物(ultimate carcinogen)。终致癌物是亲电子剂，含有亲电子中心，可 与细胞大分子的亲核中心共价结合，进而导致癌症。本身就有反应活性，不需要代谢活化的 致癌物或能自发形成亲电子剂的致癌物称为直接致癌物(direct acting carcinogen)。毒物代谢 酶类对于间接致癌物具有代谢活化和代谢解毒双重功能，间接致癌物的致癌性取决于代谢活 化和代谢解毒之间的平衡。终致癌物引起 DNA 损伤可诱导 DNA 修复，DNA 修复可能是无 误的，也可能将错误的碱基引入基因组，而细胞增殖对于产生基因组可遗传的改变是必需的。 引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分裂来“固定”引发事件， 引发所确定的基因型和／或表型是不可逆的。引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发 是不可逆的，但并非所有的引发细胞都将构成肿瘤，因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋 亡)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发剂本身有致癌性，大多数是致 突变物，没有可检测的阈剂量，引发作用是不可逆的并且是累积性的。引发剂作用的靶主要 是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征是取决于细胞对 致癌物的代谢、DNA 修复及细胞增殖／凋亡的平衡。 二、促长阶段 促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂单独使用不具致癌 性，必须在引发剂后使用才发挥促长作用，促长剂通常是非致突变物，存在阈剂量和最大效 应，其剂量反应关系呈 S 形曲线。促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部增殖并引起良 性局灶性病理损害如乳头瘤、结节或息肉。这些病损很多会消退，仅少数细胞发生进一步突 变引成恶性肿瘤。促长剂可能经特异的受体中介干扰细胞信号转导途径、改变基因表达；促 长剂可能在细胞和分子水平上通过改变细胞周期控制，选择性促进引发细胞的增殖；促长剂 还可能抑制程序性细胞死亡(凋亡)。促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的， 220 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net (DNA)的结构改变。在促长阶段虽不涉及细胞基因组的结构改变，但依赖于基因的表达改变。 前致癌物 正常细胞 活化 修复 引发的细胞 终致癌物 致癌物-DNA 促长 加合物 分化的肿瘤 DNA 复制 进展 错配修复失败 DNA 修复 不分化的癌 转移 细胞死亡 细胞含错配碱基 DNA 结合 图 9-2 化学致癌过程的主要阶段 一、引发阶段 引发阶段是指化学物或其活性代谢物(亲电子剂)与 DNA 作用，导致体细胞突变成引发 细胞的阶段。在引发过程中至少有三个细胞功能是重要的，即致癌物的代谢，DNA 修复和 细胞增殖。 Miller 等(1971)提出亲电子剂学说，认为大多数有机致癌物都是间接致癌物(indirect acting carcinogen)，又称前致癌物(pro-carcinogen)，或先形成近致癌物(proximate carcinogen) 再进一步活化成终致癌物(ultimate carcinogen)。终致癌物是亲电子剂，含有亲电子中心，可 与细胞大分子的亲核中心共价结合，进而导致癌症。本身就有反应活性，不需要代谢活化的 致癌物或能自发形成亲电子剂的致癌物称为直接致癌物(direct acting carcinogen)。毒物代谢 酶类对于间接致癌物具有代谢活化和代谢解毒双重功能，间接致癌物的致癌性取决于代谢活 化和代谢解毒之间的平衡。终致癌物引起 DNA 损伤可诱导 DNA 修复，DNA 修复可能是无 误的，也可能将错误的碱基引入基因组，而细胞增殖对于产生基因组可遗传的改变是必需的。 引发阶段历时很短，引发作为一个突变事件，需要一次或多次细胞分裂来“固定”引发事件， 引发所确定的基因型和／或表型是不可逆的。引发细胞在形态上与正常细胞很难区别。引发 是不可逆的，但并非所有的引发细胞都将构成肿瘤，因其中大多数将经历程序性细胞死亡(凋 亡)。引发细胞不具有生长自主性，因此不是肿瘤细胞。引发剂本身有致癌性，大多数是致 突变物，没有可检测的阈剂量，引发作用是不可逆的并且是累积性的。引发剂作用的靶主要 是原癌基因和肿瘤抑制基因。引发阶段的个体变异、物种差异及亲器官特征是取决于细胞对 致癌物的代谢、DNA 修复及细胞增殖／凋亡的平衡。 二、促长阶段 促长阶段是引发细胞增殖成为癌前病变或良性肿瘤的过程。促长剂单独使用不具致癌 性，必须在引发剂后使用才发挥促长作用，促长剂通常是非致突变物，存在阈剂量和最大效 应，其剂量反应关系呈 S 形曲线。促长剂通常影响引发细胞的增殖，导致局部增殖并引起良 性局灶性病理损害如乳头瘤、结节或息肉。这些病损很多会消退，仅少数细胞发生进一步突 变引成恶性肿瘤。促长剂可能经特异的受体中介干扰细胞信号转导途径、改变基因表达；促 长剂可能在细胞和分子水平上通过改变细胞周期控制，选择性促进引发细胞的增殖；促长剂 还可能抑制程序性细胞死亡(凋亡)。促长阶段历时较长，早期有可逆性，晚期为不可逆的， 220 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 因此在促长阶段(特别是在早期)持续给以促长剂是必需的。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。证实引发和促长作用的实验方案如 图 9-3A，实验期限一般为 3-6 个月，终点一般是癌前损害(PNL)，如小鼠皮肤乳头瘤、大鼠 和小鼠肝转化灶、大鼠乳腺末端芽状增生、大肠和结肠的变性隐窝等。 三、进展阶段 进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程，在进展期肿瘤 获得生长、侵袭和转移。在进展期中可观察到恶性肿瘤(癌)的多种特征，包括生长率增加、 侵袭、转移、对激素无反应性、形态特征随疾病的发展独立地变异等。这些特征是由于在进 展阶段的核型不稳定性。环境因素在早期可影响进展阶段，但随恶性肿瘤的生长和核型不稳 定性的发展，对环境因素的反应可能丧失。作用于促长阶段的细胞转变成进展期的化学物称 为进展剂(progressor)，进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。进展剂导致核型 不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端粒功能改变、DNA 低甲基化、重组、 基因易位和基因扩增等。进展阶段主要的特征是核型不稳定性，肿瘤的染色体发生断裂和断 片易位，存在多复本或部分／整个缺失。染色体结构改变伴有细胞癌基因和／或肿瘤抑制基 因的突变，这些突变可能反映了适于恶性生长的细胞选择并也可能反过来增加了核型不稳定 性。这些突变可能来自于癌基因／肿瘤抑制基因的功能改变或由于化学致癌物暴露。 表 9-3 多阶段致癌的形态学和生物学特征 引 发 促 长 进 展 1. 不可逆性 1. 在基因表达和细胞水平上有可逆性 1. 不可逆性 2. 经引发的“干细胞”在形态 学上不能鉴定 2. 持续给以促长剂才可维持促长细 胞群 2. 核型不稳定性导致细胞基 因组结构的形态学改变； 3. 对外源化学物及其他化学因 子敏感； 3. 对衰老、饮食和激素因子敏感 3. 在进展阶段早期，已改变 的细胞对环境因子敏感； 4. 引发细胞可能自发(内源性) 发生； 4. 内源性促长剂可起“自发性”促长 作用； 4. 在进展阶段观察到良性或 恶性能肿瘤 5. 需经细胞分裂“固定”； 5. 剂量—反应关系显示有阈值和最大 作用； 5. 进展剂使已促长的细胞进 入此期。 6. 剂量—反应关系没有易于确 定的阈值； 6. 以能否有效地扩大引发细胞群来确 定促长剂的相对强度。 7. 经规定的促长阶段后，定量癌前 病变来确定引发剂的相对强度。 图 9-3 在动物致癌研究中(A)证实引发和促长的实验模式(B)证实进展作用的实验模式 A 式 B PNL—癌前损害，NL—恶性损害；i 二偶见，1+-4+：少量-大量；V 引发剂，■ 促长剂，Ⅲ 进展剂 ‘ 221
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 因此在促长阶段(特别是在早期)持续给以促长剂是必需的。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。证实引发和促长作用的实验方案如 图 9-3A，实验期限一般为 3-6 个月，终点一般是癌前损害(PNL)，如小鼠皮肤乳头瘤、大鼠 和小鼠肝转化灶、大鼠乳腺末端芽状增生、大肠和结肠的变性隐窝等。 三、进展阶段 进展阶段是从引发细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程，在进展期肿瘤 获得生长、侵袭和转移。在进展期中可观察到恶性肿瘤(癌)的多种特征，包括生长率增加、 侵袭、转移、对激素无反应性、形态特征随疾病的发展独立地变异等。这些特征是由于在进 展阶段的核型不稳定性。环境因素在早期可影响进展阶段，但随恶性肿瘤的生长和核型不稳 定性的发展，对环境因素的反应可能丧失。作用于促长阶段的细胞转变成进展期的化学物称 为进展剂(progressor)，进展剂可引起染色体畸变，但不一定具有引发活性。进展剂导致核型 不稳定性的机制很多，包括有丝分裂装置的紊乱、端粒功能改变、DNA 低甲基化、重组、 基因易位和基因扩增等。进展阶段主要的特征是核型不稳定性，肿瘤的染色体发生断裂和断 片易位，存在多复本或部分／整个缺失。染色体结构改变伴有细胞癌基因和／或肿瘤抑制基 因的突变，这些突变可能反映了适于恶性生长的细胞选择并也可能反过来增加了核型不稳定 性。这些突变可能来自于癌基因／肿瘤抑制基因的功能改变或由于化学致癌物暴露。 表 9-3 多阶段致癌的形态学和生物学特征 引 发 促 长 进 展 1. 不可逆性 1. 在基因表达和细胞水平上有可逆性 1. 不可逆性 2. 经引发的“干细胞”在形态 学上不能鉴定 2. 持续给以促长剂才可维持促长细 胞群 2. 核型不稳定性导致细胞基 因组结构的形态学改变； 3. 对外源化学物及其他化学因 子敏感； 3. 对衰老、饮食和激素因子敏感 3. 在进展阶段早期，已改变 的细胞对环境因子敏感； 4. 引发细胞可能自发(内源性) 发生； 4. 内源性促长剂可起“自发性”促长 作用； 4. 在进展阶段观察到良性或 恶性能肿瘤 5. 需经细胞分裂“固定”； 5. 剂量—反应关系显示有阈值和最大 作用； 5. 进展剂使已促长的细胞进 入此期。 6. 剂量—反应关系没有易于确 定的阈值； 6. 以能否有效地扩大引发细胞群来确 定促长剂的相对强度。 7. 经规定的促长阶段后，定量癌前 病变来确定引发剂的相对强度。 图 9-3 在动物致癌研究中(A)证实引发和促长的实验模式(B)证实进展作用的实验模式 A 式 B PNL—癌前损害，NL—恶性损害；i 二偶见，1+-4+：少量-大量；V 引发剂，■ 促长剂，Ⅲ 进展剂 ‘ 221
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 证实进展作用的实验方案比较复杂(图 9-3B)，是在引发和促长阶段之后再给以进展剂， 然后再继续给以促长剂，实验应有适当的对照，终点为恶性损害(NL)。引发、促长和进展阶 段的形态学和生物学特征见表 9-3。兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为 完全致癌物(complete carcinogen)。 综上所述，化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶 段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细 胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定性。正常细胞经过遗传学 改变的积累才能转变为癌细胞。 第三节 化学致癌物的分类 可以用多种标准对化学致癌物进行分类，如根据化学致癌物的结构和来源、根据致癌作 用的证据可靠性程度、根据作用机制等。本节主要介绍国际癌症研究所(1ARC)的分类及根 据作用机制的分类。 一、IARC 分类 IARC 从 1971 年起组织专家组收集和评价世界各国有关化学物质对人类致癌危险性的 资料，编辑出版《IARC 关于化学物质致人类癌症危险性评价专题论文集》，并于 1979 年、 1982 年和 1987 年三次组织专家组对上述专题论文集所评价的环境因子和类别、混合物及暴 露环境对人类的致癌性进行再评价，并出版报告。自 1987 年专题论文集改名为《IARC 关 于致人类癌症危险性评价专题论文集》，并扩展到物理因子、生物因子致人类癌症危险性评 价。 IARC 关于化学物质致人类癌症危险性分类只与一种化学物致癌性证据的充分性(证据 权重)有关，而并不涉及其致癌活性大小及其机制。IARC 将化学物对人类致癌性资料(流行 病学调查和病例报告)和对实验动物致癌性资料分为四级：致癌性证据充分、致癌性证据有 限、致癌性证据不足及证据提示缺乏致癌性。对人致癌性证据充分是指在致癌物和人癌症发 生之间有因果关系。致癌性证据有限是指因果关系的解释是可信的，但其他的解释如偶然性、 偏倚、混杂因素不能完全排除。致癌性证据不足是指资料的性质、一致性或统计学把握度不 足以判断因果关系或没有对人致癌性的资料。证据提示缺乏致癌性是指有几个在已知人类充 分暴露水平范围内的研究表明暴露水平与所研究的癌症无关联。 分类为人致癌物(组 1)必须要有流行病学证据的支持。流行病学研究(队列研究和病例对 照研究)试图为化学品接触与人群癌症发生(或死亡)增加的因果关系提供证据。癌症流行病学 研究是比较困难的，一般是在人群接触某种化学品多年之后进行，可能有很多混杂因素，并 往往受到经费和时间的限制。为治疗目的给以化学品(药品)和职业性接触，较易控制接触条 件，但个体数和接触期限也往往受到限制。因此，对于很多化学品需要由动物致癌试验、短 期试验等为接触此化学品的致癌危险性提供论据(主要用于危害鉴定)。 实验动物致癌性资料证据评价标准： (1) 致癌性证据充分指确立了受试物与肿瘤发生率(恶性或恶性和良性肿瘤合计)增加的 因果关系：①见于两种或两种以上动物；②一个物种但经两次或多次独立的试验(包括不同 222 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 证实进展作用的实验方案比较复杂(图 9-3B)，是在引发和促长阶段之后再给以进展剂， 然后再继续给以促长剂，实验应有适当的对照，终点为恶性损害(NL)。引发、促长和进展阶 段的形态学和生物学特征见表 9-3。兼有引发剂、促长剂和进展剂作用的化学致癌物可称为 完全致癌物(complete carcinogen)。 综上所述，化学致癌是长期的、复杂的多阶段过程，至少涉及引发、促长和进展三个阶 段。在引发和进展阶段涉及遗传机制，在促长阶段主要是遗传外机制。在引发阶段主要是细 胞原癌基因和肿瘤抑制基因的突变，在进展阶段主要是核型不稳定性。正常细胞经过遗传学 改变的积累才能转变为癌细胞。 第三节 化学致癌物的分类 可以用多种标准对化学致癌物进行分类，如根据化学致癌物的结构和来源、根据致癌作 用的证据可靠性程度、根据作用机制等。本节主要介绍国际癌症研究所(1ARC)的分类及根 据作用机制的分类。 一、IARC 分类 IARC 从 1971 年起组织专家组收集和评价世界各国有关化学物质对人类致癌危险性的 资料，编辑出版《IARC 关于化学物质致人类癌症危险性评价专题论文集》，并于 1979 年、 1982 年和 1987 年三次组织专家组对上述专题论文集所评价的环境因子和类别、混合物及暴 露环境对人类的致癌性进行再评价，并出版报告。自 1987 年专题论文集改名为《IARC 关 于致人类癌症危险性评价专题论文集》，并扩展到物理因子、生物因子致人类癌症危险性评 价。 IARC 关于化学物质致人类癌症危险性分类只与一种化学物致癌性证据的充分性(证据 权重)有关，而并不涉及其致癌活性大小及其机制。IARC 将化学物对人类致癌性资料(流行 病学调查和病例报告)和对实验动物致癌性资料分为四级：致癌性证据充分、致癌性证据有 限、致癌性证据不足及证据提示缺乏致癌性。对人致癌性证据充分是指在致癌物和人癌症发 生之间有因果关系。致癌性证据有限是指因果关系的解释是可信的，但其他的解释如偶然性、 偏倚、混杂因素不能完全排除。致癌性证据不足是指资料的性质、一致性或统计学把握度不 足以判断因果关系或没有对人致癌性的资料。证据提示缺乏致癌性是指有几个在已知人类充 分暴露水平范围内的研究表明暴露水平与所研究的癌症无关联。 分类为人致癌物(组 1)必须要有流行病学证据的支持。流行病学研究(队列研究和病例对 照研究)试图为化学品接触与人群癌症发生(或死亡)增加的因果关系提供证据。癌症流行病学 研究是比较困难的，一般是在人群接触某种化学品多年之后进行，可能有很多混杂因素，并 往往受到经费和时间的限制。为治疗目的给以化学品(药品)和职业性接触，较易控制接触条 件，但个体数和接触期限也往往受到限制。因此，对于很多化学品需要由动物致癌试验、短 期试验等为接触此化学品的致癌危险性提供论据(主要用于危害鉴定)。 实验动物致癌性资料证据评价标准： (1) 致癌性证据充分指确立了受试物与肿瘤发生率(恶性或恶性和良性肿瘤合计)增加的 因果关系：①见于两种或两种以上动物；②一个物种但经两次或多次独立的试验(包括不同 222 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 时间或不同实验室或在不同实验方案条件下)；③在一个物种一次试验中，恶性肿瘤发生率、 部位、肿瘤类型或发癌时间得到肯定的阳性结果。 (2) 致癌性证据有限指资料提示有致癌作用，但在作决定性评价中证据有限：①致癌性 证据限于一个试验；②在设计、实施或结果解释的合理性方面尚有疑问；③仅有良性肿瘤、 未确定致癌性潜力的损伤、或该种系中此肿瘤的自发率较高。 (3) 致癌性证据不足指资料由于重要的定性或定量上的限制，不足以证明致癌作用的存 在与否，或没有实验动物致癌性的资料。 (4) 证据提示无致癌性是指有足够的资料(至少两种种系)证明该物质无致癌性。但需指 出，证据提示无致癌性的结论必然限于所研究的种系、肿瘤部位和暴露剂量水平。 IARC 根据对人类和对实验动物致癌性资料，以及在实验系统和人类其他有关的资料(包 括癌前病变、肿瘤病理学、遗传毒性、结构—活性关系，代谢和动力学，理化参数及同类的 生物因子)进行综合评价，将环境因子和类别、混合物及暴露环境与人类癌症的关系分为下 列四组： 组 1，对人类是致癌物。对人类致癌性证据充分者属于本组。 组 2，对人类是很可能或可能致癌物。又分为两组，即组 2A 和组 2B。 组 2A，对人类很可能(probably)是致癌物，指对人类致癌性证据有限。对实验动物致癌 性证据充分。 组 2B，对人类是可能(possible)致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性 证据并不充分；或指对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。 组 3，现有的证据不能对人类致癌性进行分类。 组 4，对人类可能是非致癌物。 IARC 专家组在 1999 年 1 月报告对 834 种环境因子和类别、混合物及暴露环境与人类 癌症关系评价结果，其中组 1 有 75 种，组 2A 有 59，组 2B 有 225 种，组 3 有 471 种，组 4 有 1 种。组 1 和组 2A 详见本章附录。 IARC 对化学物质引起人类癌症危险性评价，是目前公认的权威性资料。在要了解某种 化学物的致癌性时，应首先查阅 IARC 的资料(网址 http：193．51．164．11／monoeval／ crthgr01．html)。 二、根据致癌机制分类 根据化学致癌物的作用机制，Weisburger 和 William 将化学致癌物分为遗传毒性和非遗 传毒性两大类。 1. 遗传毒性致癌物(genotoxic carcinogens) 遗传毒性致癌物对 DNA 造成损害，属于遗传毒性致癌物有以下几种： (1) 直接致癌物：亲电子性有机化合物，不依赖代谢活化，能直接与 DNA 反应。 (2) 间接致癌物：需经宿主或体外代谢活化成亲电子剂后才能与 DNA 反应。 (3) 无机致癌物：有些可能是亲电子剂，但有些是通过选择性改变 DNA 复制保真性， 导致 DNA 的改变，如金属镍、铬。 2. 非遗传毒性致癌物(non-genotoxic carcinogens) 非遗传毒性致癌物不与 DNA 反应，可能间接地影响 DNA 并改变基因组导致细胞癌变， 或者通过促长作用、增强作用导致癌的发展。非遗传毒性致癌物包括以下几种： ‘ 223
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 时间或不同实验室或在不同实验方案条件下)；③在一个物种一次试验中，恶性肿瘤发生率、 部位、肿瘤类型或发癌时间得到肯定的阳性结果。 (2) 致癌性证据有限指资料提示有致癌作用，但在作决定性评价中证据有限：①致癌性 证据限于一个试验；②在设计、实施或结果解释的合理性方面尚有疑问；③仅有良性肿瘤、 未确定致癌性潜力的损伤、或该种系中此肿瘤的自发率较高。 (3) 致癌性证据不足指资料由于重要的定性或定量上的限制，不足以证明致癌作用的存 在与否，或没有实验动物致癌性的资料。 (4) 证据提示无致癌性是指有足够的资料(至少两种种系)证明该物质无致癌性。但需指 出，证据提示无致癌性的结论必然限于所研究的种系、肿瘤部位和暴露剂量水平。 IARC 根据对人类和对实验动物致癌性资料，以及在实验系统和人类其他有关的资料(包 括癌前病变、肿瘤病理学、遗传毒性、结构—活性关系，代谢和动力学，理化参数及同类的 生物因子)进行综合评价，将环境因子和类别、混合物及暴露环境与人类癌症的关系分为下 列四组： 组 1，对人类是致癌物。对人类致癌性证据充分者属于本组。 组 2，对人类是很可能或可能致癌物。又分为两组，即组 2A 和组 2B。 组 2A，对人类很可能(probably)是致癌物，指对人类致癌性证据有限。对实验动物致癌 性证据充分。 组 2B，对人类是可能(possible)致癌物，指对人类致癌性证据有限，对实验动物致癌性 证据并不充分；或指对人类致癌性证据不足，对实验动物致癌性证据充分。 组 3，现有的证据不能对人类致癌性进行分类。 组 4，对人类可能是非致癌物。 IARC 专家组在 1999 年 1 月报告对 834 种环境因子和类别、混合物及暴露环境与人类 癌症关系评价结果，其中组 1 有 75 种，组 2A 有 59，组 2B 有 225 种，组 3 有 471 种，组 4 有 1 种。组 1 和组 2A 详见本章附录。 IARC 对化学物质引起人类癌症危险性评价，是目前公认的权威性资料。在要了解某种 化学物的致癌性时，应首先查阅 IARC 的资料(网址 http：193．51．164．11／monoeval／ crthgr01．html)。 二、根据致癌机制分类 根据化学致癌物的作用机制，Weisburger 和 William 将化学致癌物分为遗传毒性和非遗 传毒性两大类。 1. 遗传毒性致癌物(genotoxic carcinogens) 遗传毒性致癌物对 DNA 造成损害，属于遗传毒性致癌物有以下几种： (1) 直接致癌物：亲电子性有机化合物，不依赖代谢活化，能直接与 DNA 反应。 (2) 间接致癌物：需经宿主或体外代谢活化成亲电子剂后才能与 DNA 反应。 (3) 无机致癌物：有些可能是亲电子剂，但有些是通过选择性改变 DNA 复制保真性， 导致 DNA 的改变，如金属镍、铬。 2. 非遗传毒性致癌物(non-genotoxic carcinogens) 非遗传毒性致癌物不与 DNA 反应，可能间接地影响 DNA 并改变基因组导致细胞癌变， 或者通过促长作用、增强作用导致癌的发展。非遗传毒性致癌物包括以下几种： ‘ 223
食品论坛 http://bbs.foodmate.net (1) 促长剂：本身无致癌性，在给以遗传毒性致癌物之后再给以促长剂可增强遗传毒性 致癌物的致癌作用，也可促进“自发性”转化细胞发展成癌。如佛波酯(TPA 及其衍生物)、 苯巴比妥、二丁基羟基甲苯(BHT)、1，8，9—蒽三醇、DDT、TCDD(二恶英)及胆盐等。 (2) 激素调控剂：主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用。如乙烯 雌酚、雌二醇、硫脲。 (3) 细胞毒剂：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展。如次氮基三乙酸及氯 仿等。 (4) 过氧化物酶体增殖剂：过氧化物酶体增殖可导致细胞内氧自由基过量生成。如祛脂 乙酯、邻苯二甲酸乙基己酯。 (5) 免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。如嘌呤同型物。 (6) 固态物质：物理状态是关键性因素，可能涉及细胞毒性。如塑料、石棉等。 3. 未分类：美舍吡伦。 非遗传毒性致癌物并无与 DNA 反应的证据，在慢性染毒可引起实验动物癌症发生率增 加，其中某些非遗传毒性致癌物是对自发性引发细胞起促长剂作用。但并非所有的非遗传毒 性致癌物均有促长活性。这些致癌物可能经多种机制起作用，包括：①引起细胞增殖失调， 直接的或持续的组织损伤，并随之导致细胞增殖；②增强氧应激，生成活性氧自由基，导致 DNA 损伤；③扰乱受体中介细胞信号转导过程。 此外，已鉴定了一类助癌物(cocareinogen)。助癌物本身无致癌性，在致癌物之前或同时 应用助癌物可显著增加癌症的发生。如芘在苯并(a)芘致皮肤肿瘤起助癌作用，纸烟烟雾中 的儿茶酚和其他酚类化合物可能兼具促长剂和助癌物的作用。助癌作用的机制可涉及增加致 癌物的细胞摄入、增加活化的致癌物的比例、耗尽竞争性亲核剂、抑制 DNA 修复、促进 DNA 损伤固定为突变等。助癌物的作用特点和机制与促长剂不同，对人类癌症的发生同样 具有重要的意义。 第四节 哺乳动物致癌试验 哺乳动物致癌试验是鉴定化学致癌物的标准体内试验。哺乳动物致癌试验用来确定受试 物对试验动物的致癌性、剂量—反应关系及诱发肿瘤的靶器官。在下列情况下，一般应考虑 进行致癌性评价：①人体可能长期暴露于该化学物；②该化学物或其代谢物的化学结构与已 知致癌物相似；③反复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。此外，研究结果表明， 如在 3 种遗传毒理学短期试验均得到阳性结果，可预测为遗传毒性致癌物；如在 3 种遗传毒 理学短期试验均得到阴性结果，可预测为非遗传毒性非致癌物；如经 5 种遗传毒理学短期试 验仍不能预测其致癌性的化学品，应优先进行哺乳动物致癌试验。 ICH(1995)根据已知的危险因素、拟定的适应症和用药时间，提出下列进行新药致癌性 研究的范围，避免不必要的试验。 ①临床上连续应用 6 个月以上的药品；对慢性或复发性疾病需间断性长期反复治疗的药 品；造成长期暴露的给药系统。 ②已知属于对人具有潜在致癌性的同类化合物；构效关系提示具有致癌危险性的物质； 长期毒性试验发现癌前病变；原型或代谢产物在组织内长期蓄积，引起局部组织反应或其他 224 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net (1) 促长剂：本身无致癌性，在给以遗传毒性致癌物之后再给以促长剂可增强遗传毒性 致癌物的致癌作用，也可促进“自发性”转化细胞发展成癌。如佛波酯(TPA 及其衍生物)、 苯巴比妥、二丁基羟基甲苯(BHT)、1，8，9—蒽三醇、DDT、TCDD(二恶英)及胆盐等。 (2) 激素调控剂：主要改变内分泌系统平衡及细胞正常分化，常起促长剂作用。如乙烯 雌酚、雌二醇、硫脲。 (3) 细胞毒剂：可能引起细胞死亡，导致细胞增殖活跃及癌发展。如次氮基三乙酸及氯 仿等。 (4) 过氧化物酶体增殖剂：过氧化物酶体增殖可导致细胞内氧自由基过量生成。如祛脂 乙酯、邻苯二甲酸乙基己酯。 (5) 免疫抑制剂：主要对病毒诱导的恶性转化起增强作用。如嘌呤同型物。 (6) 固态物质：物理状态是关键性因素，可能涉及细胞毒性。如塑料、石棉等。 3. 未分类：美舍吡伦。 非遗传毒性致癌物并无与 DNA 反应的证据，在慢性染毒可引起实验动物癌症发生率增 加，其中某些非遗传毒性致癌物是对自发性引发细胞起促长剂作用。但并非所有的非遗传毒 性致癌物均有促长活性。这些致癌物可能经多种机制起作用，包括：①引起细胞增殖失调， 直接的或持续的组织损伤，并随之导致细胞增殖；②增强氧应激，生成活性氧自由基，导致 DNA 损伤；③扰乱受体中介细胞信号转导过程。 此外，已鉴定了一类助癌物(cocareinogen)。助癌物本身无致癌性，在致癌物之前或同时 应用助癌物可显著增加癌症的发生。如芘在苯并(a)芘致皮肤肿瘤起助癌作用，纸烟烟雾中 的儿茶酚和其他酚类化合物可能兼具促长剂和助癌物的作用。助癌作用的机制可涉及增加致 癌物的细胞摄入、增加活化的致癌物的比例、耗尽竞争性亲核剂、抑制 DNA 修复、促进 DNA 损伤固定为突变等。助癌物的作用特点和机制与促长剂不同，对人类癌症的发生同样 具有重要的意义。 第四节 哺乳动物致癌试验 哺乳动物致癌试验是鉴定化学致癌物的标准体内试验。哺乳动物致癌试验用来确定受试 物对试验动物的致癌性、剂量—反应关系及诱发肿瘤的靶器官。在下列情况下，一般应考虑 进行致癌性评价：①人体可能长期暴露于该化学物；②该化学物或其代谢物的化学结构与已 知致癌物相似；③反复染毒毒性试验提示该化学物可能产生癌前病变。此外，研究结果表明， 如在 3 种遗传毒理学短期试验均得到阳性结果，可预测为遗传毒性致癌物；如在 3 种遗传毒 理学短期试验均得到阴性结果，可预测为非遗传毒性非致癌物；如经 5 种遗传毒理学短期试 验仍不能预测其致癌性的化学品，应优先进行哺乳动物致癌试验。 ICH(1995)根据已知的危险因素、拟定的适应症和用药时间，提出下列进行新药致癌性 研究的范围，避免不必要的试验。 ①临床上连续应用 6 个月以上的药品；对慢性或复发性疾病需间断性长期反复治疗的药 品；造成长期暴露的给药系统。 ②已知属于对人具有潜在致癌性的同类化合物；构效关系提示具有致癌危险性的物质； 长期毒性试验发现癌前病变；原型或代谢产物在组织内长期蓄积，引起局部组织反应或其他 224 ‘