第七单元　化学毒物致突变作用

　　一、基本概念

　　突变是遗传物质发生的可遗传的变异。能够引起突变的物质称为致突变物。

　　二、外源化学物致突变的类型

　　基因突变、染色体畸变及染色体数目变化。三类遗传学损伤的本质是相同的，受损程度不同，是否在光学显微镜观察到区分之。

　　(一)基因突变

　　基因突变指基因核苷酸序列或数目的改变。

　　1.碱基置换　碱基置换指某一碱基被另一个碱基取代所致的突变。即错误配对。如果是嘌呤换成另一嘌呤，或者是嘧啶换成另一嘧啶，称为转换;如果是嘧啶换成嘌呤，或者嘌呤换成嘧啶，称为颠换。

　　转换和颠换的结果取决于其导致密码子改变，成为同义突变、错义突变、无义突变或终止密码突变。

　　2.移码突变　移码突变指发生一对或几对(3对除外)的碱基减少或增加，以致从受损点开始阅读框架完全改变。

　　(二)染色体畸变

　　染色体畸变指染色体的结构改变，它是指遗传物质大的改变，一般可用光学显微镜检查细胞有丝分裂中期相染色体(细胞遗传学检测)来发现。损伤发生在DNA复制前可诱导染色体型畸变，复制后，则诱导染色单体型畸变。

　　1.染色体结构异常　染色体结构异常是染色体或染色单体断裂所致。能引起染色体或染色单体发生断裂的物质称为断裂剂。当染色体或染色单体断端不重接或不在原处重接，即出现染色体结构异常。

　　(1)(断片)缺失：无着丝粒的部分可与有着丝粒的部分分开，形成断片，有着线粒的部分称为缺失。

　　(2)倒位：在一条染色体或染色单体上发生两处断裂，其中间节段旋转180°后再重接。如果被颠倒的是有着丝点的节段，称为臂间倒位;如被颠倒的仅是长臂或短臂范围内的一节段，称为臂内倒位。

　　(3)易位：从某个染色体断下的节段接到另一染色体上。两条非同源染色体同时发生断裂，交换染色体片段，称互相易位。

　　(4)重复　当插入片段使染色体具有两段完全相同的节段时，称为重复。

　　(5)其他　微小体、无着丝点环、环状染色体、双着丝点染色体、断裂、裂隙、辐射体

　　2.染色体数目异常(基因组突变)　体细胞二倍体(2n);生殖细胞单倍体。正常体细胞染色体数目2n为标准，分整倍性畸变和非整倍性畸变。整倍性畸变指染色体数目的异常是以染色体组为单位的增减，非整倍性畸变系指比二倍体多或少一条或多条染色体。

　　三、外源化学物致突变作用机制

　　(一)直接以DNA为靶的突变机制

　　包括：①共价结合生成加合物 ;②平面大分子嵌入DNA链 ;③碱基类似物 ;④碱基的化学结构改变或破坏

　　(二)不以DNA为靶的突变机制

　　非整倍体可由细胞在第一次减数分裂时同源染色体不分离，或在第二次减数分裂或有丝分裂过程中，姐妹染色单体不分离而形成。

　　(三)DNA损伤修复与突变

　　只有DNA损伤不能被修复或在修复中出现了错误，一般需经过2次或多次细胞周期DNA损伤才有可能固定成为突变(突变固定)，并传递到后代的细胞或个体。

　　DNA损伤修复的机制和方式：切除修复、错配修复、光修复，SOS修复，复制后修复。

　　四、突变的不良后果

　　(一)体细胞突变后果

　　体细胞突变后果有肿瘤、衰老、动脉粥样硬化及致畸等。

　　(二)生殖细胞突变后果

　　生殖细胞突变的后果可分为致死性突变和非致死性突变，又可分为显性与隐性。显性致死突变使精子不能受精、合子及胚胎早死。非致死性突变显性遗传将造成下一代遗传病发生率增加或新遗传病种出现;隐性遗传则增加下一代基因库的遗传负荷。

　　五、化学致突变物的检测

　　所观察的现象并不一定就是三类遗传学损伤，而可能是致突变过程中发生的其他作用(事件)。

　　(一)致突变试验的遗传学终点和试验组合的选择

　　将致突变试验观察到的现象所反映的各种遗传学事件称为遗传学终点。遗传学终点分为4类：①基因突变;②染色体畸变;③不分离;④原发性DNA损伤。

　　成组试验组合的原则为：①多个遗传学终点;②原核生物和真核生物;③体外试验和体内试验;④体细胞和生殖细胞。

　　(二)常用的致突变试验方法

　　1.细菌回复突变试验-鼠伤寒沙门菌回变试验(Ames试验)

　　原核生物体外试验、基因突变。

　　鼠伤寒沙门菌试验菌株(突变型)不能自行合成组氨酸，在不含组氨酸的最低营养平皿上不能生长。突变型试验菌株可被各种诱变因素诱导,回复突变成野生型，即恢复了合成组氨酸的能力，可在此平皿上生长成可见菌落。

　　鼠伤寒沙门菌野生型(原养型)←→组氨酸营养缺陷型突变株(his+)　回复突变　(his)

　　如果受试物处理组回变菌落数显著超过阴性对照组;并有剂量反应关系，即可判定受试物为鼠伤寒沙门菌的致突变物。

　　Ames试验中使用的标准菌株为TA97、TA98、TA 100和TA 102。his-突变外，附加突变：①深粗糙型突变(rfa)、②切除修复基因uvrB缺失(△uvrB)和③抗药因子(R因子即抗氨苄青霉素的PKMl01质粒和抗四环素的PAQ1质粒)。

　　TA97和TA98主要用于检测移码型突变;TA100和TA102可检测碱基置换。

　　有点试验和掺入试验两种。应分别进行不加及加代谢活化系统的试验，常用为S9混合液，即用多氯联苯诱导的大鼠肝匀浆经9000 g离心得到的上清液，再加上NADP及葡萄糖-6-磷酸等辅助因子。

　　2.微核试验

　　体内试验，遗传学终点是染色体畸变和不分离。

　　微核是染色体断片或因纺锤体受损伤而迟滞的整个染色体，分裂的后期仍留在子细胞的胞质内。检测断裂剂和有丝分裂毒物。

　　常用的是啮齿类动物骨髓嗜多染红细胞。在主核排出时微核可留在胞浆中。

　　3.染色体畸变试验

　　细胞遗传学检验，即制备中期相染色体标本，在光镜下观察染色体形态结构和数目改变。遗传学终点为染色体畸变。

　　啮齿类动物睾丸细胞染色体畸变试验，用于检测对生殖细胞的染色体损伤作用。

　　4.程序外DNA合成试验

　　DNA受损后，发生在正常复制合成期(S期)以外DNA的修复合成，称为程序外DNA合成(UDS)或DNA修复合成。

　　3H-胸苷掺入量，反映DNA修复合成情况。需将受试细胞分裂阻断同步化于G1期，再用羟基脲抑制残存的S期半保留DNA复制，放射自显影法和液闪计数法确定3H-胸苷掺入量。

　　A1 型题

　　1.易位是(　)

　　A.当某一染色体发生两次断裂后，其中间节段倒转180°再重接倒位

　　B.从某个染色体断下的节段接到另一染色体上

　　C.在同一染色体内染色单体交换

　　D.在不同染色体间染色单体交换

　　E.染色体发生一次或多次断裂而不重接

　　『正确答案』B

　　2.体细胞突变可能的后果不包括(　)

　　A.致癌

　　B.致畸

　　C.衰老

　　D.遗传性疾病

　　E.动脉粥样硬化

　　『正确答案』D

　　3.生殖细胞突变可能的后果是(　)

　　A.遗传负荷增加

　　B.衰老

　　C.肿瘤

　　D.动脉粥样硬化

　　E.癌症

　　『正确答案』A

　　4.微核试验可用于检测(　)

　　A.DNA加合物

　　B.引起核碎的遗传毒物

　　C.断裂剂

　　D.引起碱基置换的遗传毒物

　　E.引起移码突变的遗传毒物

　　『正确答案』C

　　5.UDS的遗传学终点为(　)

　　A.基因突变

　　B.基因扩增

　　C.染色体结构异常

　　D.DNA完整性改变

　　E.染色体数目异常

　　『正确答案』D

　　A2型题

　　1.小鼠骨髓细胞微核试验，计数的细胞为(　)

　　A.嗜多染红细胞

　　B.骨髓细胞

　　C.红细胞

　　D.中性粒细胞

　　『正确答案』A