第二章 污染物对生物的影响
生物系统的各级生物学水平：
生物分子
细胞器
细胞
组织
器官
器官系统
个体
种群
群落
生态系统
本章将讨论以下内容：
? 污染物在生物化学和分子水平上的影响
? 污染物在细胞和器官水平上的影响
? 污染物在个体水平上的影响
? 污染物在种群和群落水平上的影响
? 化学污染物对生物的联合作用
2.1 污染物在生物化学和
分子水平上的影响
污染物进入机体后导致的生物化学变化包括：防护性生
化反应和非防护性生化反应
作用类型 例子 后果
防护性
混合功能氧化酶的
诱导
加快新陈代谢，生成水溶性
代谢物，从而加速排泄
金属硫蛋白的生成 增加对金属的束缚速度，从而降低金属的生物利用率
非防护性
乙酰胆碱酯酶的抑
制作用
50％以上因抑制而产生可见
的毒性效应
DNA加合物的生成 若导致突变会发生损害作用
表 2－ 1 对污染物的防护性和非防护性生化反应
2.1.1 污染物对生物机体酶的影响
? 什么是酶（ enzyme ）？
? 酶是一种特殊的蛋白质，在生物体内对代谢活动起催化作用，
本身不发生变化。受酶作用的物质称为 基质（底物）,在酶
作用下的反应称为 酶促反应 。
? 酶和污染物的相互作用
? 污染物进入机体后，一方面在 酶的催化 下，进行代谢转化，
另一方面也导致体内 酶活性改变,影响酶的数量和活性。
? 另外有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境
污染物能诱导生物体内一些酶的活性增加，例如：有机氯农
药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间
体等，均可对酶产生诱导作用。
? 1 污染物对酶辅助因子的影响
? 一些污染物能与酶的辅助因子 —— 金属离子作用，从而使辅助
因子失活，影响到酶的活性。
? 例如：氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合，形成稳定络
合物，而抑制细胞色素的酶活性，使其不能传递电子，则细胞
内的氧化代谢过程中断，使机体不能利用氧，出现内窒息性缺
氧。
? 2 对酶活性中心的影响
? 污染物还能和酶的其它活性基团结合，如汞和砷与某些酶的活
性基团结合就很牢固，从而使酶失去活性。
? 3 破坏酶的结构
? 有些污染物能够取代酶分子中的某些成分，从而使酶失去活性。
如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰，破坏了
酶的正常结构，使酶失去活性。
污染物对生物体内酶的影响
? 4 与酶激活剂作用
? 有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂往往是金属离子，
凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。
? 5 污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用
? 污染物与底物有相似的结构，也能酶形成复合物，从而竞相和
酶发生作用。
? 酶的抑制
? 不可逆性抑制
? 非竞争性抑制
? 竞争性抑制
混合功能氧化酶（ MFO）
? 混合功能氧化酶（ MFO）
? MFO是污染物在体内进行生物转化相 I过程中的关键酶系，它
们对人工化学品解毒发挥了重要作用。
? MFO引起的生物转化的反应特征相同，但底物、产物的化学特
性差别很大，即具有多种催化功能。
? 混合功能氧化酶（ MFO）的作用
? MFO存在于所有的脊椎动物和大部分的无脊椎动物中，其作用
是代谢非极性的亲脂性有机化合物，包括内源性化合物和外
源性化合物。
? 从解毒作用来看，许多外源性化合物进入体内，经 MFO作用后
发生各种变化，大多数被转化成低毒易溶的代谢产物排出体
外。但有的则变成高毒甚至致癌物。
抗氧化防御系统酶
? 活性氧（ Activiated Oxygen）
? 带有 2~3个电子的分子氧还原产物，主要有,·OH,O2,H2O2
? 活性氧的控制和消除
? 由体内产生的活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧
对机体的伤害作用。
? 某些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转
化时产生大量活性氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内
的抗氧化防御系统清除，但当体内的抗氧化防御系统不能消
除这些活性氧时，它们可使 DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋
白失活 等，从而引起机体 氧化应激或氧毒性 。
? 抗氧化防御系统酶
? 超氧化物歧化酶（ SOD）
? 谷胱甘肽氧化酶（ G P x）
? 过氧化氢酶（ Ct）
2.1.2 污染物对生物大分子的影响
污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：
? 干扰正常的受体 —— 配体的相互作用
? 受体（ receptor）是许多组织细胞膜上的大分子成分，配体
（ ligand）是生物体内的一些具有生物活性的化学物。正常情
况下，受体与配体结合形成受体－配体复合物，产生一定的
生物学效应。
? 生物膜损伤
? 不少环境化学物通过改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶
嵌蛋白质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应
? 干扰细胞内钙稳态
? 正常情况下细胞内的钙浓度较低（ 10－ 7～ 10－ 8 mol/L），细胞
外浓度较高（ 103 mol/L）。各种细胞毒物，如硝基酚、过氧
化物、汞、铅等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态，引起细
胞损伤和死亡。
? 干扰细胞能量的合成
? 一些环境污染物可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生
物利用的 ATP,ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给
? 脂质过氧化 (lipid peroxidation)与自由基
? 脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式,是由于产生了自由基
而引起的,正常情况下,生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，
均可产生少量自由基，一般可被体内存在的抗氧化物质（如
维生素 C、维生素 E）所对抗，对生物危害不大。当大量污染
物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发
生脂质过氧化，对生物体造成危害。
? 与生物大分子共价结合
? 共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物
学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共
价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变
性和细胞死亡。
例：污染物对蛋白质的影响
污染物对蛋白质的影响主要表现在以下方面：
? 导致蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影
响酶的催化功能等
? 诱导生物机体内一些功能蛋白的产生：如应激蛋白
（ Stress Proteins）和 金属硫蛋白 （ Metallothionein）的
产生，这些蛋白质的产生可保护生物机体抵抗污染物
的损害。
? 注：金属硫蛋白对二价金属离子具有极高的亲和力，在细胞
内起贮存必需的微量金属如 Zn,Cu和结合有毒金属如 Cd,Hg
的作用，它与必需金属的结合起调节这些金属在细胞内浓度
的作用，而与有毒金属结合则可以保护细胞免受金属毒性影
响。
污染物对 DNA的影响
? 外源性化合物及其代谢产物能引起 DNA损伤，它们与
DNA的相互作用过程有以下四个阶段：
? 形成 DNA加合物（ DNA Addcuts）
? 发生 DNA的二次修饰
? DNA结构的破坏被固定
? 当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致 DNA突变及
其基因功能的改变
? DNA加合物的形成是产生 DNA损伤最早期的作用，随
后产生的最重要影响是 DNA结构的改变,如碱基置换、
碱基丢失、链断裂等。
? DNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染
物的遗传毒性的研究日益受到重视。
2.2 污染物在细胞和器官水平上的影响
2.2.1 对细胞膜的影响
? 对细胞膜的影响主要表现在以下方面：
? 污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤
? 污染物可影响膜的离子通透性
? 污染物与膜上的受体结合，干扰正常的生理功能
2.2.2 对细胞器的影响
? 线粒体
? 线粒体是细胞供能的场所。
? 污染物可引起其结构改变，从而影响线粒体的氧化磷酸化和
电子传递功能
? 光面内质网和糙面内质网
? 光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢
场所。
? 糙面内质网：通过附着或解离核糖体控制蛋白质的合成
? 例：多种化学致癌物如黄曲霉毒素能引起核糖体脱落，导致
蛋白质合成控制的改变。
2.2.3 污染物对组织器官的影响
? 三个概念,靶器官、效应器官和蓄积器官
? 注 1：靶器官不同于效应器官，污染物的毒作用可以通过靶器
官表现处来，也可由另外的效应器官表现出来。
? 注 2：靶器官不同于蓄积器官，污染物在蓄积器官内的浓度高
于其他器官，但对蓄积器官并不一定显示毒作用。
? 对组织器官的影响
? 对植物，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、
果实等的脱落
? 对动物，以重金属污染为例：铅可损害造血器官和神经系统，
镉可损害肝脏、肾脏，导致骨痛病。
2.3 污染物在个体水平上的影响
? 污染物对植物在个体水平上的影响：
? 主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等
? 污染物对动物在个体水平上的影响：
? 主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、
疾病敏感性增加、代谢率变化
2.3.1 死亡
? 衡量死亡的指标
? 死亡率：死亡比例的大小，为评价污染物毒性大小的生物学
指标
? 致死剂量（ Lethal Dose）或致死浓度（ Lethal Concentration）：
能引起动物死亡的污染物的剂量或浓度。
? 半数致死剂量（ LD50）或半数致死浓度（ LC50）：能引起 50％
的动物死亡的污染物的剂量或浓度。
? 影响致死效应的主要因素：
? 污染物的种类及其物理化学性质
? 生物的种类
? 作用时间、水质条件，如温度、硬度、溶解氧等
? 多种污染物的综合作用
2.3.2 对行为的影响
? 行为毒性（ Behavioral Toxicity）的概念
? 指一种污染物或其他因素（如温度、光照、辐射）使得动物
一种行为超过正常变化的范围。
? 水环境污染可影响的生物行为：
? 回避行为
? 捕食行为
? 学习行为
? 警惕行为
? 社会行为
? 对鸟类行为的影响
? 有机磷农药可影响鸟的神经系统，导致鸟的平衡和协调性的
损害。
? 受污染的鸟类还可表现出对领地的失控和不能照顾后代。
2.3.3 对繁殖的影响
? 污染物的繁殖的影响
? 主要表现为：产卵数、孵化率、幼体存活率下降以及繁殖行
为下降等
? 概念：环境激素（ Environmental Endocrine Disrupters）
? 指具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物繁殖
障碍、诱发人类重大疾病的天然物质或人工合成物质。也叫
做外源性雌激素或环境内分泌干扰物。
? 环境激素的种类包括：天然雌激素、合成雌激素、植物雌激
素,具有雌激素活性的环境化学物质
? 注：具有雌激素活性的环境化学物质：如杀虫剂、多氯联苯、
多环芳烃、洗涤剂、塑料添加剂、食品添加剂等，工业废水
和生活污水往往含有上述物质。
2.3.4 对生长和发育的影响
? 污染物对生长和发育的影响可通过生长指示器来测定
? 生长指示器（ Scope for Growth）是反映生物机体能量获取利
用和代谢的综合指标。
? P=A-(R+U)
? 注,P—— SFG； A—— 从食物获得的能量； R—— 呼吸作用
的能量损失； U—— 排泄作用的能量损失
2.4 污染物在种群和群落水平上的影响
2.4.1 对生物种群的影响
? 概念：种群（ Population）
? 是指在一定时空中同种个体的组合。
? 污染物对种群的影响表现为：
? 种群数量的密度改变
? 结构和性别比例的变化：年龄结构、种群大小、性逆转
? 遗传结构的改变：在进化过程中通过改变基因频率以适应环
境的改变
? 竞争关系的改变
2.4.2 对生物群落的影响
? 基本概念
? 群落（ Community）
? 优势种（ Dominant Species）
? 优势度？？
? 耐污种
? 敏感种
? 污染物对群落的影响表现在：
? 群落组成和结构改变
? 对 物种多样性（ Species Diversity） 的影响
? 注：物种多样性指群落中物种的数目（丰富度）和各个物种
的相对密度（群落的异质性）。
2,5 化学污染物对生物的联合作用
? 联合作用 (Combined Effect)的概念
? 指两种或两种以上化学污染物共同作用所产生的综合生物学
效应。
? 联合作用的类型：
? 相加作用（ Additive Effect）：污染物的总作用强度等于其各
个成分单独作用强度的总和。
? 协同作用（ Synergistic Effect）：污染物的总作用强度大于其
各个成分单独作用强度的总和。
? 独立作用（ Independent Effect）各污染物对机体的侵入途径、
方式、作用部位、产生毒作用的机理各不相同，因此产生的
生物学效应彼此无关。
? 拮抗作用（ Antagonistic Effect）：污染物的总作用强度小于其
中任何一种成分的单独作用强度。
研究进展
? 细胞色素 P450的研究进展
? DNA 加合物的形成与诊断研究进展
细胞色素 P450参与的生化反应与作用
? 固醇类生物合成、脂肪酸和类固醇激素等
内源性底物的氧化代谢；
? 大部分药物和外源物的生物氧化等 ;
? 它使进入机体的外源物经代谢后向两个方
向发展, 代谢解毒和代谢活化,
? 代谢活化后的产物有较强的毒性,甚至产
生致畸、致癌效应。
细胞色素 P450的生化背景
细胞色素 P450作用原理
反应式
3.3 生物的分子和细胞水平检测
? 加合物的测定
? DNA－加合物的测定
? 蛋白加合物的测定
? 一般代谢酶的活性测定
? 乙酰胆碱酯酶
? 腺三磷酶
? 解毒系统酶类诱导作用的检测
? 混合功能氧化酶的诱导作用
? 谷胱甘肽硫转移酶
? 抗氧化防御系统检测
? 过氧化氢酶
? 谷胱甘肽过氧化酶
加合物的研究意义
? 据统计,人类每年合成数以千计的新化合物并排放到环境之中,这
些化合物许多具有遗传毒性。如何对这些化学物质进行监测和评 价是一项十分艰难而重要的工作。
? 检测周围媒体 (大气、水、土壤等 ) 中化合物含量水平来评价有毒
物和人体健康之间的关系是不够的,因为这种外剂量的评价方法
只能给出生物体可能接受的大概剂量,而不能给出一定的信息来
说明生物体对毒物的吸收、代谢、生物效应等的差异。
? 随着研究的深入,人们提出应用大分子 (蛋白质,RNA,DNA )加
合物来研究和评价具有遗传毒性的化学物质致癌风险性。
? 它们不仅能反映化学物质及其代谢产物在组织或体液中的剂量,
而且能够提供实际到达的作用部位或与关键的细胞大分子反应的
确切剂量；
? 其中 DNA 加合物由于意义重大而成为多学科如环境科学、预防
医学、临床医学等领域当前的国际研究热点
DNA 加合物的形成与诊断研究进展
? DNA加合物的形成
1,毒性机理
2,形成过程
? DNA加合物的诊断
1,色谱 -质谱法
2,32 P-后标记法
3,免疫学法
DNA加合物与肿瘤
? DNA 加合物就是亲电性的化合物或其代谢产物和
生物体内大分子形成共价相连的化合物,是 DNA
化学损伤的最重要和最普遍的形式。
? 这种加合物一旦逃避自身的修复,就可能成为致突、
致畸、致癌的最小因子,因此 DNA 加合物的形成
被认为是致肿瘤过程的一个重要起始阶段。
? 研究表明 DNA 加合物的形成与肿瘤的发生、发展
之间存在着因果联系和剂量一反应关系。
毒性机理
? DNA 加合物的形成是遗传毒性物质导致生物体遗传毒性的前提,
含 DNA 加合物的 DNA 分子未能被修复或被细胞错误地复制,将
会导致一系列基因突变而产生遗传毒性,
? 大多数遗传毒性化学物质如 PAHs 在生物体内一般首先经过存在
于许多生物组织中的混合功能细胞色素氧化酶 P450的代谢,
? 它们形成 DNA 加合物的途径有 2 种,
? 1) 通过单电子氧化途径 ;2) 通过混合功能细胞色素氧化酶 P450
的激活,
? 化合物氧化途径活化并且生成嘌呤加合物,大多数通过单电子氧
化途径形成的 DNA 加合物具有不稳定的糖苷结构,能自动地使嘌
呤脱落而形成一无嘌呤位点,这个位点被认为 DNA 分子上的一个
致突变损伤,同时这些无嘌呤位点也有可能是一些化合物致癌的
主要原因。
形成过程
许多污染物是亲电化合物,它们
具有低电子密度中心,因此可以
与具有高电子密度的分子 (如具
有亲核中心的 DNA 分子或蛋白
质分子 Y) 反应,形成生物大分子
加合物,大多数亲电子剂 (RX) 的
加合物形成机理是亲核替代,亲
电子基团通过亲核原子 (O,N、
S 等 ) 的一对不共享的电子 (∶ 或
-与之形成一个新的共价键, 如式
(1) 所示被替代基团 (X)。 根据反
应物性质的不同或被亲核基团
( Y) 中和或带上了负电：
DNA 加合物与致癌关系
? DNA加合物是化学致癌过程的一个早期、可检测的重要步
骤,通过 DNA 加合物与突变和致癌关系的研究,人们认识
到 DNA 加合物可能是化学致癌物与癌症之间的一个分子
桥梁。有可能用于肿瘤防治的早期生物监测,对化学致癌机
理的探讨及肿瘤病因的研究具有重要意义,并可最终为肿瘤
的预防和治疗服务。
DNA 加合物的形成机制
? DNA 呈双链超螺旋结构存在
于细胞中,嘌呤和嘧啶碱基
重于螺旋内侧。在 DNA 的 4
个碱基中,存在着 N,O,P、
等原子,这些原子都含有孤
对电子,容易受到亲电试剂
的攻击。
? 研究表明,在 DNA 分子至少
有 12个位点易受到化学致癌
剂的攻击。
? 对于大多数致癌物都是经过
代谢活化后变成亲电的代谢
物后,再与 DNA 发生共价结
合的,但也有直接结合的化
合物。
色谱 -质谱法
目前最常用的诊断、检测及定量分析加合物的方法,
? 原理是根据复杂样品中的各组分在流动相和固相间具有不
同的分配系数,当两相作相对运动时,各组分便在两相中进
行溶解、吸附、脱附的多次反复分配,达到彼此分离的结果,
这种色谱分离技术与适当的检测手段 (如电化学检测器等 )
相结合时,就构成了色谱分析法,当前最成熟的联用仪是色
谱 / 质谱联用仪,
? 该法的优点是灵敏度高、特异性强、用于检测极微量加合
物的存在及研究其形成机理,
? GC-MC 和 LC-MC 在分析蛋白质加合物中有重要作用, 毛
细管气相色谱与质谱联合分析是 目前灵敏度最高 的技术之
一,目前已研制出毛细管区带电泳分离与质谱联用技术,并
被应用于加合物的诊断、分离和检测,
DNA加合物的诊断
高效液相色谱法及气 /质谱法
? 高效液相色谱法 (H P L C) 和气相色谱法 (G C)
联合其它敏感的检测法检测 DNA 损伤已成为一
种趋势。如 H P L C- 32P后标记方法是非常敏感
的方法。
? 气 /质联用法 (GC/M S) 虽然灵敏度稍低,但可以
提供加合物准确的结构信息,这一点是其它方法
不能比拟的。
? 目前该方法多用于尿中排泄的 DNA 加合物的检
测,需水解 DNA 才能测定。其敏感性与荧光法相
似。
32 P-后标记法
--为国际公认的最有发展前途的
方法
? Gupta 于 1982 年就建立 32 P 后标记法 (32 P-Postlabeling Assay) 来诊断、
检测生物体中形成的 DNA 加合物,
? 一种非常灵敏的诊断方法,灵敏度为 1 个 DNA 加合物 / 1× 109～ 1 × 1010核苷酸,
该法的基本原理是,与外源性物质形成加合物的单核甘酸,可抵制酸酶的降解,并被
标记上 32 P,从而通过放射性的定量分析诊断、检测所形成的 DNA 加合物,
? 此法的优点是检测能力强所需 DNA的样品量少,非常适合只能提供少量 DNA 的人
体样本 (几个微克 ) 的检测,不需要事先制备加合物标样,用空白对照可以定量计
算加合物含量,既可用于单一加合物的检测,也可用于复杂混合物的测定,及未知
的内源性亲电性物质所形成的加合物的测定,应用范围广,可适用于检测不同类型
的化学污染物,如 PAH、芳香胺、烷基化物、不饱和醛类以及活性氧、紫外线辐射
等所引发的 DNA 加合物,尤其是可用于生态毒理学研究中生物样品的加合物测定
以及判断化合物的生态毒性,
? 其缺点是特异性较差,步骤比较多,稳定性不易掌握,不同的实验室所测定的结果
差别很大。 在定量水平上存在局限性,因此有必要同其它检测方法结合起来进行应
用,
DNA加合物的诊断
免疫学法
? Sabtella 等于 1988 年创建了酶联免疫吸附测定法 (EL
ISA),该方法用生物大分子加合物抗体 (单克隆体或多克隆
体 ) 来诊断、检测靶组织中的相应加合物及其含量,可以在
特异的组织或细胞中进行定位研究,
? 其测定 DNA 加合物的灵敏度为 1 个 DNA 加合物 / 1
× 107～ 1 × 108 核苷酸,
? 该方法的基本原理为抗原抗体反应,通常需要结合其它的富
集、分离及检测加合物的方法来得出最佳测定效果,
? 其优点是费用低,简便易行,无须接触高水平的暴露量,适用
于大量人群流行病学调查的研究 ;
? 其缺点为所需样本量大,抗体间存在交叉反应,对于非抗原
性加合物和未知抗原的加合物不能进行检测,
DNA加合物的诊断
免疫学法
? 基本原理是抗原与抗体的反应。
? 已发展的方法有竞争性放射免疫测定 (R IA ) ; 固相竞争
或非竞争性酶联免疫吸附测定法 (E L I S A ) ; 超敏酶促
放射免疫测定 (U S E R IA ) 等。
? 其检测限一般为 1 个加合物 /1 × 107～ 1 × 108 核苷酸,
目前已有 20 多种单克隆多克隆抗体可供使用。
? 免疫法的优点是简便易行,价廉,不需要酶解 DNA 链,用
免疫沉淀技术可以将有加合物的 DNA 链和无加合物的
DNA 链分离，适用于大量人群流行病学调查的研究 ;
? 其缺为点是抗体存在交叉反应,所需 DNA 量较大 (25～
60Lg)。另外对于非抗原性加合物和未知抗原加合物的检
测无能为力。
荧光测定法
? 荧光测定法的原理是通过某些化合物的加合物具
有荧光特性而进行定量,其灵敏度为 1 个加合物 /
106～ 108 核苷酸,所需样品量为 100μg 左右,
? 荧光法的优点是不破坏生物大分子链,并可区分出
加合物的不同立体异构体及大分子链不同位点上
的加合物, 荧光法还可用于研究 DNA 加合物的形
成或修复与时间之间的动态关系,但不适用于检测
发光的化合物,
DNA加合物的诊断
荧光测定法
? 原理是通过某些化合物 (特别是多环芳烃 ) 的
DNA 加合物具有荧光的特性来测定,
? 其检测限为 1 个加合物 /1 06- 8核苷酸,
? 目前发展的技术有同步荧光色谱法,激发 - 发射
荧光法,低温激光法。
? 荧光法的优点是不破坏 DNA 链就可以测定,另外
可以确定加合物的不同立体异构体及 DNA 链上
的不同位点上的加合物,也可以研究 DNA 加合物
形成和切除与时间之间的动态关系。
? 其缺点是所需 DNA 样品量大 (100～ 1000ug),
而且该法不能检测非荧光化合物的混合物质形成
的加合物,所以一般只作为其它方法的补充。
DNA 加合物作为致癌生物标志物存
在的问题
? DNA 加合物的不稳定性
? DNA 加合物的本底值
? 人体生物检测的复杂性
(1) 个体差异
(2) 多种接触源
(3) 适用于分析的人体组织样品得之不易
研究意义
? 目前 DNA 加合物的诊断与测定的主要作用是化
学污染物的暴露指示,尤其是对具有遗传毒性的化
学物质的暴露指示。
? 而把 DNA 加合物测定值转化为体内暴露剂量的
方法在生态风险评价研究中有重要的应用前景,
? 不仅如此,DNA 加合物还能够应用于研究生态毒
理学数据与流行病学数据之间的相关性以及在分
子生态学水平研究污染生态过程。
国内有关 DNA 加合物的研究概括
? 我国学者在化合物 2DNA 加合物的研究始自 90年代初,尽管起步较晚,
但是研究的内容还是前沿的,主要应用目前国外较通用的 32P2后标记法。
? 中国科学院生态环境研究中心蒋湘宁等,1992 年报道了用 32P2后标记
新法 (核酸酶 P I 法 ) 研究离体活细胞培养及试管反应形成的 DNA 2苯醌
加合物,首次发现了胞嘧啶 -苯醌加合物。
? 该中心刘淑芬等也用 32P2后标记技术对几种典型有毒污染物的 DNA 加
合物作了研究,其结果发现几中有毒污染物的 DNA 加合物和毒物的性质
及剂量有相关性。
? 中国预防医学科学院李桂兰等也作了很多关于用 32P2后标记进行苯
2DNA 加合物的形成特征、条件、方法探讨方面的研究。李学明等研究
了吸烟与非吸烟肺癌病人正常肺组织中 DNA 加合物,发现随着吸烟量的
增加,肺组织中 DNA 加合物也增加,二者有显著相关性。
研究与发展趋势
DNA 加合物的研究将呈现如下趋势,
(1) 从重视对各种化合物的检测过渡到加合物结构
的确定,进而研究不同结构加合物的功能。
(2) 从动物试验转向人群分子流行病学调查。
(3) 从基础研究向应用研究转化,探索其在肿瘤防治、
人体生物监测、毒物危险度评价的应用。
(4) 除研究其与致突、致癌的关系外,研究其与神
经系统疾病、自由基以及衰老等的关系等领域。
蛋白质加合物
蛋白质加合物形成原理
蛋白质加合物检测方法
蛋白质加合物检测方法总结
生物系统的各级生物学水平：
生物分子
细胞器
细胞
组织
器官
器官系统
个体
种群
群落
生态系统
本章将讨论以下内容：
? 污染物在生物化学和分子水平上的影响
? 污染物在细胞和器官水平上的影响
? 污染物在个体水平上的影响
? 污染物在种群和群落水平上的影响
? 化学污染物对生物的联合作用
2.1 污染物在生物化学和
分子水平上的影响
污染物进入机体后导致的生物化学变化包括：防护性生
化反应和非防护性生化反应
作用类型 例子 后果
防护性
混合功能氧化酶的
诱导
加快新陈代谢，生成水溶性
代谢物，从而加速排泄
金属硫蛋白的生成 增加对金属的束缚速度，从而降低金属的生物利用率
非防护性
乙酰胆碱酯酶的抑
制作用
50％以上因抑制而产生可见
的毒性效应
DNA加合物的生成 若导致突变会发生损害作用
表 2－ 1 对污染物的防护性和非防护性生化反应
2.1.1 污染物对生物机体酶的影响
? 什么是酶（ enzyme ）？
? 酶是一种特殊的蛋白质，在生物体内对代谢活动起催化作用，
本身不发生变化。受酶作用的物质称为 基质（底物）,在酶
作用下的反应称为 酶促反应 。
? 酶和污染物的相互作用
? 污染物进入机体后，一方面在 酶的催化 下，进行代谢转化，
另一方面也导致体内 酶活性改变,影响酶的数量和活性。
? 另外有些环境污染物对酶有诱导作用。目前已发现多种环境
污染物能诱导生物体内一些酶的活性增加，例如：有机氯农
药、多氯联苯、多环芳烃、表面活性剂、增塑剂和染料中间
体等，均可对酶产生诱导作用。
? 1 污染物对酶辅助因子的影响
? 一些污染物能与酶的辅助因子 —— 金属离子作用，从而使辅助
因子失活，影响到酶的活性。
? 例如：氰化物等能与细胞色素酶中的铁离子结合，形成稳定络
合物，而抑制细胞色素的酶活性，使其不能传递电子，则细胞
内的氧化代谢过程中断，使机体不能利用氧，出现内窒息性缺
氧。
? 2 对酶活性中心的影响
? 污染物还能和酶的其它活性基团结合，如汞和砷与某些酶的活
性基团结合就很牢固，从而使酶失去活性。
? 3 破坏酶的结构
? 有些污染物能够取代酶分子中的某些成分，从而使酶失去活性。
如铍的毒作用机理就是能取代某些酶分子中的镁和锰，破坏了
酶的正常结构，使酶失去活性。
污染物对生物体内酶的影响
? 4 与酶激活剂作用
? 有些酶需要激活剂才能表现活性。酶激活剂往往是金属离子，
凡是能与激活剂作用的污染物都能抑制酶的活性。
? 5 污染物与基质竞争同种酶而抑制酶的作用
? 污染物与底物有相似的结构，也能酶形成复合物，从而竞相和
酶发生作用。
? 酶的抑制
? 不可逆性抑制
? 非竞争性抑制
? 竞争性抑制
混合功能氧化酶（ MFO）
? 混合功能氧化酶（ MFO）
? MFO是污染物在体内进行生物转化相 I过程中的关键酶系，它
们对人工化学品解毒发挥了重要作用。
? MFO引起的生物转化的反应特征相同，但底物、产物的化学特
性差别很大，即具有多种催化功能。
? 混合功能氧化酶（ MFO）的作用
? MFO存在于所有的脊椎动物和大部分的无脊椎动物中，其作用
是代谢非极性的亲脂性有机化合物，包括内源性化合物和外
源性化合物。
? 从解毒作用来看，许多外源性化合物进入体内，经 MFO作用后
发生各种变化，大多数被转化成低毒易溶的代谢产物排出体
外。但有的则变成高毒甚至致癌物。
抗氧化防御系统酶
? 活性氧（ Activiated Oxygen）
? 带有 2~3个电子的分子氧还原产物，主要有,·OH,O2,H2O2
? 活性氧的控制和消除
? 由体内产生的活性氧可为抗氧化防御系统控制，消除活性氧
对机体的伤害作用。
? 某些污染物如多环芳烃、多氯联苯可在生物体内进行生物转
化时产生大量活性氧。在一定范围内，这些活性氧可被体内
的抗氧化防御系统清除，但当体内的抗氧化防御系统不能消
除这些活性氧时，它们可使 DNA链断裂、脂质过氧化、酶蛋
白失活 等，从而引起机体 氧化应激或氧毒性 。
? 抗氧化防御系统酶
? 超氧化物歧化酶（ SOD）
? 谷胱甘肽氧化酶（ G P x）
? 过氧化氢酶（ Ct）
2.1.2 污染物对生物大分子的影响
污染物对生物大分子的影响主要表现在以下方面：
? 干扰正常的受体 —— 配体的相互作用
? 受体（ receptor）是许多组织细胞膜上的大分子成分，配体
（ ligand）是生物体内的一些具有生物活性的化学物。正常情
况下，受体与配体结合形成受体－配体复合物，产生一定的
生物学效应。
? 生物膜损伤
? 不少环境化学物通过改变膜脂流动性，影响膜的通透性和镶
嵌蛋白质的活性，改变其结构和稳定性，从而产生生物效应
? 干扰细胞内钙稳态
? 正常情况下细胞内的钙浓度较低（ 10－ 7～ 10－ 8 mol/L），细胞
外浓度较高（ 103 mol/L）。各种细胞毒物，如硝基酚、过氧
化物、汞、铅等重金属离子均能干扰细胞内钙稳态，引起细
胞损伤和死亡。
? 干扰细胞能量的合成
? 一些环境污染物可干扰糖类的氧化，使细胞不能合成能被生
物利用的 ATP,ATP使细胞生命活动得不到充足的能量供给
? 脂质过氧化 (lipid peroxidation)与自由基
? 脂质过氧化是细胞损伤的一种特殊方式,是由于产生了自由基
而引起的,正常情况下,生物体内氧化、还原和酶促反应过程中，
均可产生少量自由基，一般可被体内存在的抗氧化物质（如
维生素 C、维生素 E）所对抗，对生物危害不大。当大量污染
物（自由基）进入机体，造成机体抗氧化作用失衡，即可发
生脂质过氧化，对生物体造成危害。
? 与生物大分子共价结合
? 共价结合可改变生物大分子的结构和功能，引起一系列生物
学改变，特别是与酶蛋白、脂肪、核酸等重要生物大分子共
价结合，能改变其化学结构，影响其生理功能，甚至导致变
性和细胞死亡。
例：污染物对蛋白质的影响
污染物对蛋白质的影响主要表现在以下方面：
? 导致蛋白质化学损伤：细胞膜结构及通透性改变；影
响酶的催化功能等
? 诱导生物机体内一些功能蛋白的产生：如应激蛋白
（ Stress Proteins）和 金属硫蛋白 （ Metallothionein）的
产生，这些蛋白质的产生可保护生物机体抵抗污染物
的损害。
? 注：金属硫蛋白对二价金属离子具有极高的亲和力，在细胞
内起贮存必需的微量金属如 Zn,Cu和结合有毒金属如 Cd,Hg
的作用，它与必需金属的结合起调节这些金属在细胞内浓度
的作用，而与有毒金属结合则可以保护细胞免受金属毒性影
响。
污染物对 DNA的影响
? 外源性化合物及其代谢产物能引起 DNA损伤，它们与
DNA的相互作用过程有以下四个阶段：
? 形成 DNA加合物（ DNA Addcuts）
? 发生 DNA的二次修饰
? DNA结构的破坏被固定
? 当细胞分裂时，外源性化合物造成的危害可导致 DNA突变及
其基因功能的改变
? DNA加合物的形成是产生 DNA损伤最早期的作用，随
后产生的最重要影响是 DNA结构的改变,如碱基置换、
碱基丢失、链断裂等。
? DNA加合物作为一项生物指标来评价环境中化学污染
物的遗传毒性的研究日益受到重视。
2.2 污染物在细胞和器官水平上的影响
2.2.1 对细胞膜的影响
? 对细胞膜的影响主要表现在以下方面：
? 污染物引起的脂质过氧化作用导致的损伤
? 污染物可影响膜的离子通透性
? 污染物与膜上的受体结合，干扰正常的生理功能
2.2.2 对细胞器的影响
? 线粒体
? 线粒体是细胞供能的场所。
? 污染物可引起其结构改变，从而影响线粒体的氧化磷酸化和
电子传递功能
? 光面内质网和糙面内质网
? 光面内质网和糙面内质网是进行激素和外源性化合物的代谢
场所。
? 糙面内质网：通过附着或解离核糖体控制蛋白质的合成
? 例：多种化学致癌物如黄曲霉毒素能引起核糖体脱落，导致
蛋白质合成控制的改变。
2.2.3 污染物对组织器官的影响
? 三个概念,靶器官、效应器官和蓄积器官
? 注 1：靶器官不同于效应器官，污染物的毒作用可以通过靶器
官表现处来，也可由另外的效应器官表现出来。
? 注 2：靶器官不同于蓄积器官，污染物在蓄积器官内的浓度高
于其他器官，但对蓄积器官并不一定显示毒作用。
? 对组织器官的影响
? 对植物，表现为叶面出现点、片伤害斑，造成叶、蕾、花、
果实等的脱落
? 对动物，以重金属污染为例：铅可损害造血器官和神经系统，
镉可损害肝脏、肾脏，导致骨痛病。
2.3 污染物在个体水平上的影响
? 污染物对植物在个体水平上的影响：
? 主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等
? 污染物对动物在个体水平上的影响：
? 主要表现为死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、
疾病敏感性增加、代谢率变化
2.3.1 死亡
? 衡量死亡的指标
? 死亡率：死亡比例的大小，为评价污染物毒性大小的生物学
指标
? 致死剂量（ Lethal Dose）或致死浓度（ Lethal Concentration）：
能引起动物死亡的污染物的剂量或浓度。
? 半数致死剂量（ LD50）或半数致死浓度（ LC50）：能引起 50％
的动物死亡的污染物的剂量或浓度。
? 影响致死效应的主要因素：
? 污染物的种类及其物理化学性质
? 生物的种类
? 作用时间、水质条件，如温度、硬度、溶解氧等
? 多种污染物的综合作用
2.3.2 对行为的影响
? 行为毒性（ Behavioral Toxicity）的概念
? 指一种污染物或其他因素（如温度、光照、辐射）使得动物
一种行为超过正常变化的范围。
? 水环境污染可影响的生物行为：
? 回避行为
? 捕食行为
? 学习行为
? 警惕行为
? 社会行为
? 对鸟类行为的影响
? 有机磷农药可影响鸟的神经系统，导致鸟的平衡和协调性的
损害。
? 受污染的鸟类还可表现出对领地的失控和不能照顾后代。
2.3.3 对繁殖的影响
? 污染物的繁殖的影响
? 主要表现为：产卵数、孵化率、幼体存活率下降以及繁殖行
为下降等
? 概念：环境激素（ Environmental Endocrine Disrupters）
? 指具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物繁殖
障碍、诱发人类重大疾病的天然物质或人工合成物质。也叫
做外源性雌激素或环境内分泌干扰物。
? 环境激素的种类包括：天然雌激素、合成雌激素、植物雌激
素,具有雌激素活性的环境化学物质
? 注：具有雌激素活性的环境化学物质：如杀虫剂、多氯联苯、
多环芳烃、洗涤剂、塑料添加剂、食品添加剂等，工业废水
和生活污水往往含有上述物质。
2.3.4 对生长和发育的影响
? 污染物对生长和发育的影响可通过生长指示器来测定
? 生长指示器（ Scope for Growth）是反映生物机体能量获取利
用和代谢的综合指标。
? P=A-(R+U)
? 注,P—— SFG； A—— 从食物获得的能量； R—— 呼吸作用
的能量损失； U—— 排泄作用的能量损失
2.4 污染物在种群和群落水平上的影响
2.4.1 对生物种群的影响
? 概念：种群（ Population）
? 是指在一定时空中同种个体的组合。
? 污染物对种群的影响表现为：
? 种群数量的密度改变
? 结构和性别比例的变化：年龄结构、种群大小、性逆转
? 遗传结构的改变：在进化过程中通过改变基因频率以适应环
境的改变
? 竞争关系的改变
2.4.2 对生物群落的影响
? 基本概念
? 群落（ Community）
? 优势种（ Dominant Species）
? 优势度？？
? 耐污种
? 敏感种
? 污染物对群落的影响表现在：
? 群落组成和结构改变
? 对 物种多样性（ Species Diversity） 的影响
? 注：物种多样性指群落中物种的数目（丰富度）和各个物种
的相对密度（群落的异质性）。
2,5 化学污染物对生物的联合作用
? 联合作用 (Combined Effect)的概念
? 指两种或两种以上化学污染物共同作用所产生的综合生物学
效应。
? 联合作用的类型：
? 相加作用（ Additive Effect）：污染物的总作用强度等于其各
个成分单独作用强度的总和。
? 协同作用（ Synergistic Effect）：污染物的总作用强度大于其
各个成分单独作用强度的总和。
? 独立作用（ Independent Effect）各污染物对机体的侵入途径、
方式、作用部位、产生毒作用的机理各不相同，因此产生的
生物学效应彼此无关。
? 拮抗作用（ Antagonistic Effect）：污染物的总作用强度小于其
中任何一种成分的单独作用强度。
研究进展
? 细胞色素 P450的研究进展
? DNA 加合物的形成与诊断研究进展
细胞色素 P450参与的生化反应与作用
? 固醇类生物合成、脂肪酸和类固醇激素等
内源性底物的氧化代谢；
? 大部分药物和外源物的生物氧化等 ;
? 它使进入机体的外源物经代谢后向两个方
向发展, 代谢解毒和代谢活化,
? 代谢活化后的产物有较强的毒性,甚至产
生致畸、致癌效应。
细胞色素 P450的生化背景
细胞色素 P450作用原理
反应式
3.3 生物的分子和细胞水平检测
? 加合物的测定
? DNA－加合物的测定
? 蛋白加合物的测定
? 一般代谢酶的活性测定
? 乙酰胆碱酯酶
? 腺三磷酶
? 解毒系统酶类诱导作用的检测
? 混合功能氧化酶的诱导作用
? 谷胱甘肽硫转移酶
? 抗氧化防御系统检测
? 过氧化氢酶
? 谷胱甘肽过氧化酶
加合物的研究意义
? 据统计,人类每年合成数以千计的新化合物并排放到环境之中,这
些化合物许多具有遗传毒性。如何对这些化学物质进行监测和评 价是一项十分艰难而重要的工作。
? 检测周围媒体 (大气、水、土壤等 ) 中化合物含量水平来评价有毒
物和人体健康之间的关系是不够的,因为这种外剂量的评价方法
只能给出生物体可能接受的大概剂量,而不能给出一定的信息来
说明生物体对毒物的吸收、代谢、生物效应等的差异。
? 随着研究的深入,人们提出应用大分子 (蛋白质,RNA,DNA )加
合物来研究和评价具有遗传毒性的化学物质致癌风险性。
? 它们不仅能反映化学物质及其代谢产物在组织或体液中的剂量,
而且能够提供实际到达的作用部位或与关键的细胞大分子反应的
确切剂量；
? 其中 DNA 加合物由于意义重大而成为多学科如环境科学、预防
医学、临床医学等领域当前的国际研究热点
DNA 加合物的形成与诊断研究进展
? DNA加合物的形成
1,毒性机理
2,形成过程
? DNA加合物的诊断
1,色谱 -质谱法
2,32 P-后标记法
3,免疫学法
DNA加合物与肿瘤
? DNA 加合物就是亲电性的化合物或其代谢产物和
生物体内大分子形成共价相连的化合物,是 DNA
化学损伤的最重要和最普遍的形式。
? 这种加合物一旦逃避自身的修复,就可能成为致突、
致畸、致癌的最小因子,因此 DNA 加合物的形成
被认为是致肿瘤过程的一个重要起始阶段。
? 研究表明 DNA 加合物的形成与肿瘤的发生、发展
之间存在着因果联系和剂量一反应关系。
毒性机理
? DNA 加合物的形成是遗传毒性物质导致生物体遗传毒性的前提,
含 DNA 加合物的 DNA 分子未能被修复或被细胞错误地复制,将
会导致一系列基因突变而产生遗传毒性,
? 大多数遗传毒性化学物质如 PAHs 在生物体内一般首先经过存在
于许多生物组织中的混合功能细胞色素氧化酶 P450的代谢,
? 它们形成 DNA 加合物的途径有 2 种,
? 1) 通过单电子氧化途径 ;2) 通过混合功能细胞色素氧化酶 P450
的激活,
? 化合物氧化途径活化并且生成嘌呤加合物,大多数通过单电子氧
化途径形成的 DNA 加合物具有不稳定的糖苷结构,能自动地使嘌
呤脱落而形成一无嘌呤位点,这个位点被认为 DNA 分子上的一个
致突变损伤,同时这些无嘌呤位点也有可能是一些化合物致癌的
主要原因。
形成过程
许多污染物是亲电化合物,它们
具有低电子密度中心,因此可以
与具有高电子密度的分子 (如具
有亲核中心的 DNA 分子或蛋白
质分子 Y) 反应,形成生物大分子
加合物,大多数亲电子剂 (RX) 的
加合物形成机理是亲核替代,亲
电子基团通过亲核原子 (O,N、
S 等 ) 的一对不共享的电子 (∶ 或
-与之形成一个新的共价键, 如式
(1) 所示被替代基团 (X)。 根据反
应物性质的不同或被亲核基团
( Y) 中和或带上了负电：
DNA 加合物与致癌关系
? DNA加合物是化学致癌过程的一个早期、可检测的重要步
骤,通过 DNA 加合物与突变和致癌关系的研究,人们认识
到 DNA 加合物可能是化学致癌物与癌症之间的一个分子
桥梁。有可能用于肿瘤防治的早期生物监测,对化学致癌机
理的探讨及肿瘤病因的研究具有重要意义,并可最终为肿瘤
的预防和治疗服务。
DNA 加合物的形成机制
? DNA 呈双链超螺旋结构存在
于细胞中,嘌呤和嘧啶碱基
重于螺旋内侧。在 DNA 的 4
个碱基中,存在着 N,O,P、
等原子,这些原子都含有孤
对电子,容易受到亲电试剂
的攻击。
? 研究表明,在 DNA 分子至少
有 12个位点易受到化学致癌
剂的攻击。
? 对于大多数致癌物都是经过
代谢活化后变成亲电的代谢
物后,再与 DNA 发生共价结
合的,但也有直接结合的化
合物。
色谱 -质谱法
目前最常用的诊断、检测及定量分析加合物的方法,
? 原理是根据复杂样品中的各组分在流动相和固相间具有不
同的分配系数,当两相作相对运动时,各组分便在两相中进
行溶解、吸附、脱附的多次反复分配,达到彼此分离的结果,
这种色谱分离技术与适当的检测手段 (如电化学检测器等 )
相结合时,就构成了色谱分析法,当前最成熟的联用仪是色
谱 / 质谱联用仪,
? 该法的优点是灵敏度高、特异性强、用于检测极微量加合
物的存在及研究其形成机理,
? GC-MC 和 LC-MC 在分析蛋白质加合物中有重要作用, 毛
细管气相色谱与质谱联合分析是 目前灵敏度最高 的技术之
一,目前已研制出毛细管区带电泳分离与质谱联用技术,并
被应用于加合物的诊断、分离和检测,
DNA加合物的诊断
高效液相色谱法及气 /质谱法
? 高效液相色谱法 (H P L C) 和气相色谱法 (G C)
联合其它敏感的检测法检测 DNA 损伤已成为一
种趋势。如 H P L C- 32P后标记方法是非常敏感
的方法。
? 气 /质联用法 (GC/M S) 虽然灵敏度稍低,但可以
提供加合物准确的结构信息,这一点是其它方法
不能比拟的。
? 目前该方法多用于尿中排泄的 DNA 加合物的检
测,需水解 DNA 才能测定。其敏感性与荧光法相
似。
32 P-后标记法
--为国际公认的最有发展前途的
方法
? Gupta 于 1982 年就建立 32 P 后标记法 (32 P-Postlabeling Assay) 来诊断、
检测生物体中形成的 DNA 加合物,
? 一种非常灵敏的诊断方法,灵敏度为 1 个 DNA 加合物 / 1× 109～ 1 × 1010核苷酸,
该法的基本原理是,与外源性物质形成加合物的单核甘酸,可抵制酸酶的降解,并被
标记上 32 P,从而通过放射性的定量分析诊断、检测所形成的 DNA 加合物,
? 此法的优点是检测能力强所需 DNA的样品量少,非常适合只能提供少量 DNA 的人
体样本 (几个微克 ) 的检测,不需要事先制备加合物标样,用空白对照可以定量计
算加合物含量,既可用于单一加合物的检测,也可用于复杂混合物的测定,及未知
的内源性亲电性物质所形成的加合物的测定,应用范围广,可适用于检测不同类型
的化学污染物,如 PAH、芳香胺、烷基化物、不饱和醛类以及活性氧、紫外线辐射
等所引发的 DNA 加合物,尤其是可用于生态毒理学研究中生物样品的加合物测定
以及判断化合物的生态毒性,
? 其缺点是特异性较差,步骤比较多,稳定性不易掌握,不同的实验室所测定的结果
差别很大。 在定量水平上存在局限性,因此有必要同其它检测方法结合起来进行应
用,
DNA加合物的诊断
免疫学法
? Sabtella 等于 1988 年创建了酶联免疫吸附测定法 (EL
ISA),该方法用生物大分子加合物抗体 (单克隆体或多克隆
体 ) 来诊断、检测靶组织中的相应加合物及其含量,可以在
特异的组织或细胞中进行定位研究,
? 其测定 DNA 加合物的灵敏度为 1 个 DNA 加合物 / 1
× 107～ 1 × 108 核苷酸,
? 该方法的基本原理为抗原抗体反应,通常需要结合其它的富
集、分离及检测加合物的方法来得出最佳测定效果,
? 其优点是费用低,简便易行,无须接触高水平的暴露量,适用
于大量人群流行病学调查的研究 ;
? 其缺点为所需样本量大,抗体间存在交叉反应,对于非抗原
性加合物和未知抗原的加合物不能进行检测,
DNA加合物的诊断
免疫学法
? 基本原理是抗原与抗体的反应。
? 已发展的方法有竞争性放射免疫测定 (R IA ) ; 固相竞争
或非竞争性酶联免疫吸附测定法 (E L I S A ) ; 超敏酶促
放射免疫测定 (U S E R IA ) 等。
? 其检测限一般为 1 个加合物 /1 × 107～ 1 × 108 核苷酸,
目前已有 20 多种单克隆多克隆抗体可供使用。
? 免疫法的优点是简便易行,价廉,不需要酶解 DNA 链,用
免疫沉淀技术可以将有加合物的 DNA 链和无加合物的
DNA 链分离，适用于大量人群流行病学调查的研究 ;
? 其缺为点是抗体存在交叉反应,所需 DNA 量较大 (25～
60Lg)。另外对于非抗原性加合物和未知抗原加合物的检
测无能为力。
荧光测定法
? 荧光测定法的原理是通过某些化合物的加合物具
有荧光特性而进行定量,其灵敏度为 1 个加合物 /
106～ 108 核苷酸,所需样品量为 100μg 左右,
? 荧光法的优点是不破坏生物大分子链,并可区分出
加合物的不同立体异构体及大分子链不同位点上
的加合物, 荧光法还可用于研究 DNA 加合物的形
成或修复与时间之间的动态关系,但不适用于检测
发光的化合物,
DNA加合物的诊断
荧光测定法
? 原理是通过某些化合物 (特别是多环芳烃 ) 的
DNA 加合物具有荧光的特性来测定,
? 其检测限为 1 个加合物 /1 06- 8核苷酸,
? 目前发展的技术有同步荧光色谱法,激发 - 发射
荧光法,低温激光法。
? 荧光法的优点是不破坏 DNA 链就可以测定,另外
可以确定加合物的不同立体异构体及 DNA 链上
的不同位点上的加合物,也可以研究 DNA 加合物
形成和切除与时间之间的动态关系。
? 其缺点是所需 DNA 样品量大 (100～ 1000ug),
而且该法不能检测非荧光化合物的混合物质形成
的加合物,所以一般只作为其它方法的补充。
DNA 加合物作为致癌生物标志物存
在的问题
? DNA 加合物的不稳定性
? DNA 加合物的本底值
? 人体生物检测的复杂性
(1) 个体差异
(2) 多种接触源
(3) 适用于分析的人体组织样品得之不易
研究意义
? 目前 DNA 加合物的诊断与测定的主要作用是化
学污染物的暴露指示,尤其是对具有遗传毒性的化
学物质的暴露指示。
? 而把 DNA 加合物测定值转化为体内暴露剂量的
方法在生态风险评价研究中有重要的应用前景,
? 不仅如此,DNA 加合物还能够应用于研究生态毒
理学数据与流行病学数据之间的相关性以及在分
子生态学水平研究污染生态过程。
国内有关 DNA 加合物的研究概括
? 我国学者在化合物 2DNA 加合物的研究始自 90年代初,尽管起步较晚,
但是研究的内容还是前沿的,主要应用目前国外较通用的 32P2后标记法。
? 中国科学院生态环境研究中心蒋湘宁等,1992 年报道了用 32P2后标记
新法 (核酸酶 P I 法 ) 研究离体活细胞培养及试管反应形成的 DNA 2苯醌
加合物,首次发现了胞嘧啶 -苯醌加合物。
? 该中心刘淑芬等也用 32P2后标记技术对几种典型有毒污染物的 DNA 加
合物作了研究,其结果发现几中有毒污染物的 DNA 加合物和毒物的性质
及剂量有相关性。
? 中国预防医学科学院李桂兰等也作了很多关于用 32P2后标记进行苯
2DNA 加合物的形成特征、条件、方法探讨方面的研究。李学明等研究
了吸烟与非吸烟肺癌病人正常肺组织中 DNA 加合物,发现随着吸烟量的
增加,肺组织中 DNA 加合物也增加,二者有显著相关性。
研究与发展趋势
DNA 加合物的研究将呈现如下趋势,
(1) 从重视对各种化合物的检测过渡到加合物结构
的确定,进而研究不同结构加合物的功能。
(2) 从动物试验转向人群分子流行病学调查。
(3) 从基础研究向应用研究转化,探索其在肿瘤防治、
人体生物监测、毒物危险度评价的应用。
(4) 除研究其与致突、致癌的关系外,研究其与神
经系统疾病、自由基以及衰老等的关系等领域。
蛋白质加合物
蛋白质加合物形成原理
蛋白质加合物检测方法
蛋白质加合物检测方法总结
