第七章 外源化学物质突变作用
卫生毒理学教研室
2004.5
2
遗
传
毒
理
学
?第一节 基本概念
?第二节 化学毒物致突变的类型
?第三节 致突变作用机制和后果
?第四节 机体对致突变作用的影响
?第五节 观察化学毒物致突变作用
的基本方法
3
基
本
概
念
?遗传毒理学 (Genetic Toxicology)
?是毒理学的一个分支，研究外源化学物
及其他环境因素对生物体遗传机构的损
害作用及其规律。其主要目的是检测那
些能引起 DNA损伤的环境因素，研究其
遗传毒作用的特点及对人类的潜在危害。
4
基
本
概
念
? 突变 (mutation)
遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突
变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异 。
? 自发突变 (spontaneous mutation)
由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制,
转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。
? 诱发突变 (induced mutation)
诱变剂诱发的突变。
5
? 致突变作用或诱变作用 (mutagenesis)
广义概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核
中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随
同细胞分裂过程而传递。简单地说，突变的发生及
其过程即为致突变作用。
? 化学诱变剂 (chemical mutagen)
? 基因突变 (gene mutation)
一个或几个 DNA碱基对的改变
? 染色体畸变 (chromosome aberration)
染色体的结构及数目改变
基
本
概
念
6
? DNA与基因, 基因 (gene)
基因组 (genosome)
? 染色质 (chromatin)与染色体 (chromosome)
? 体细胞 (somatic cell)和生殖细胞 (germ
cell)
? 基因型 (genotype)与表型 (pheotype)
? 细胞周期 (cell cycle),有丝分裂
(mitosis)与减数分裂 (meiosis)
基
本
概
念
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基
本
概
念
8
基
本
概
念
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基
本
概
念
10
基
本
概
念
11
? 基因突变（ gene mutation）
? 染色体畸变（ chromosome aberration）
? 非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid)
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
12
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
?一、基因突变 (gene mutation)
?1．碱基置换 (base— pair substitution)
指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。
?转换 (transition)
?颠换 (transvertion)
?2．移码突变 (frameshift mutation)
指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少
或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改
变，形成错误的密码，并转译成为不正常的
氨基酸。
13
?一、基因突变 (gene mutation) 化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
14
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
?一、基因突变 (gene mutation)
15
? 二, 染色体畸变 (chromosome aberration)
指染色体的结构改变
?染色单体型畸变 (chromatid-type aberration)
?染色体型畸变 (chromosome aberration)
染色体畸变
裂
隙(g
ap
)
断
裂(b
re
ak
)
断
片(f
ra
gm
en
t)
和
缺
失(d
el
et
io
n)
微
小
体(m
in
ut
e b
od
y)
无
着
丝
点
环
环
状
染
色
体
双
着
丝
点
染
色
体
倒
位(i
nv
er
si
on
)
易
位(t
ra
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lo
ca
ti
on
)
插
入(i
ns
er
ti
on
)
和
重
复(d
up
li
ca
ti
on
)
辐
射
体
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
16
染色体缺失及环状染色体的形成图
染色体插入和重复示意图
17
染色体的臂间倒位
染色体相互易位示意图
18
? 二、染色体畸变 (chromosome aberration) 化学
毒
物
致
突
变
的
类
型
19
? 三, 基因组突变
? 1,非整倍体 非整倍体 (aneuploid)指细胞丢失或
增加一条或几条染色体 。 缺失一条染色体时称为单
体 (monosome),增加一条染色体时称为三体
(trisome)。 染色体数目的改变会导致基因平衡的
失调, 可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的
异常 。 如 21三体导致先天愚型 (Down氏综合征 )。
? 2,整倍体 整倍体 (euploid)指染色体数目的异常
是以染色体组为单位的增减, 如形成三倍体
(triploid),四倍体 (tetroploid)等 。 在人体, 3n
为 69条染色体, 4n为 92条染色体 。 在肿瘤细胞及人
类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在 。
发生于生殖细胞的整倍体改变, 几乎都是致死性的 。
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
20
致
突
变
作
用
的
机
制
? 一,DNA损伤与突变
? (一 )碱基损伤
? 1,碱基错配
? 2,嵌入 DNA链
? 3,碱基类似物的取代
? 4,碱基的化学结构改变或破坏
21
? 一,DNA损伤与突变
? （二） DNA链受损
1,二聚体的形成
2,DNA加合物（ DNA adducts） 形成
3,DNA-蛋白质交联物 (DNA-Protein
crosslinks,DPC)形成
? 二,引起突变的细胞分裂过程的改变
? 三、其他的改变
对 DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致
DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。
致
突
变
作
用
的
机
制
22
突
变
的
不
良
后
果
突变的不良后果
体细胞突变 生殖细胞突变
癌
变
致
畸
衰
老
配
子
死
亡
死
胎
自
发
流
产
先
天
畸
形
23
? 一,机体修复 DNA损伤的机制可分为两大类,
1.损伤耐受机制：指 DNA遗传可绕过那些阻止 DNA
复制的 DNA损伤 。
2,修复机制,
DNA修复
直接修复
切除修复
O6甲基鸟嘌呤修复
光修复
错配碱基修复
碱基切除修复
核苷酸切除修复
机
体
对
致
突
变
作
用
的
影
响 复制后修复
呼救性修复
24
机
体
对
致
突
变
作
用
的
影
响
? 二、遗传因素对致突变作用的影响,
? (一 )代谢酶遗传多态性
? (二 )修复功能的个体差异
25
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
?一、观察项目的选择
? 1．观察的效应终点类型
?基因突变和染色体畸变的检测可直接反
映化学毒物的致突变性，是评价化学毒
物致突变性唯一可靠的方法。还有许多
试验所观察到的现象并不反映基因突变、
染色体畸变和染色体分离异常，而仅反
映致突变过程中发生的其他事件。因此，
将试验观察到的现象所反映的各种事件
统称为 遗传学终点 (genetic endpoint)。
26
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
?一、观察项目的选择
?遗传学终点分为 5类,
?① DNA完整性的改变 (形成加合物，断裂，
交联 )；
?② DNA重排或交换；
?③ DNA碱基序列改变；
?④染色体完整性改变；
?⑤染色体分离改变。
? 其中③实际上指基因突变，④指染色体
畸变。
27
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
? 2．成套的观察项目
? 遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理
学试验。因为,
? ①化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制
不尽相同，作用的靶细胞也不一样，有的是体细胞，
或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察项目中
既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平
还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。
? ②致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为
间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具有
致突变作用。体内试验具有完整的活化系统，而体外
试验则通过加入模拟代谢系统，如 S9来弥补缺乏活化
系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。
? ③化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检
测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱的
致突变物。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏
检，即出现假阴性。
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? 2．成套的观察项目
? 关于遗传毒理学成套观察项目中那些试验可
入选的原则有,
? ①选择的遗传毒性试验应包括 5种类型的遗传
学终点。
? ②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养
的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。
? ③体内试验与体外试验配合。
? ④应包括生殖细胞和体细胞。
? 通常，对于一种受试物应当先用原核细胞或体
细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进行试
验，并对有阳性结果的遗传学终点验证其在体
内的真实性，再行选用生殖细胞致突变试验进
行遗传危害的评价。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
29
?二、常用的致突变试验
?(一 )细菌回复突变试验 (Ames试验 )
鼠伤寒沙门氏菌
原养型 (his+)
组氨酸营养缺陷型突
变株。 (his-)
正向突变
回复突变
代谢活化系统
受试物
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
30
? 二、常用的致突变试验
?(二 )微核试验
微核 (Micronucleus)的产生与染色体损伤有关，
是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝
受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期
遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或
几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，因
比主核小，故称微核。 在细胞质中微核来源有
二：断片或无着丝粒染色体在细胞分裂后期不
能定向移动，而遗留在细胞质中；有丝分裂毒
物的作用使个别染色体或带苔丝粒的染色体环
和断片在细胞分裂后期被留在细胞质中。 微核
试验 (Micronucleus test,MNT)是观察受试物
能否产生微核的试验。 其主要可检出 DNA断裂
剂和非整倍体诱变剂。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
31
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
(二 )微核试验
32
MN
NCE
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
33
?二、常用的致突变试验
?(三 )染色体畸变分析
?(四 )姐妹染色单体交换试验（ SCE）
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
34
?二、常用的致突变试验
?(五 )果蝇伴性隐性致死试验
?(六 )显性致死试验
?(七 )程序外 DNA台成试验
?(八 )转基因动物致突变试验
?(九 )哺乳动物细胞基因突变试验
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
35
? 三、致突变试验中的一些问题
? (一 )阴性和阳性对照的设立
? 1．阴性对照 它是空白对照，即不加任何处理。
或者是溶剂对照。阴性对照除了无处理因素外，
与实验组完全相同。其目的是获得实验的基础
数据。例如,Ames试验的阴性对照可了解所用
的细菌的自发回复突变率；证实除处理因素外
无任何使回复突变率增加或减少的因素。
? 2．阳性对照 是用某种已知能产生阳性反应
的物质作为对照。其目的是通过对阳性物质的
试验证明实验方法的可靠；验证实验者在本实
验条件下，完成技术和鉴定致突变物的能力；
证实经一段时间后，本实验的重复性。例如，
Ames试验中阳性对照未出现阳性结果，应考虑
突变菌株可能发生问题，另一种可能是代谢活
化能力不足。所以，当阳性对照结果未呈阳性，
其实验组的实验数据可靠性亦大大降低。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
36
? 三、致突变试验中的一些问题
? (二 )体外试验的活化系统
? 1．哺乳动物细胞介导 使用完整的细胞，特别是
大鼠肝原代细胞，与测试细菌或细胞一起培养。这
也是一种活化系统。它有完整的细胞结构和各种酶
及内源性辅助因子，代谢能力优于无细胞系统如 S9，
但不如体内活化系统。
? 2,S9 S9指经酶诱导剂处理后制备的肝匀浆，再
经 9000g离心分离所得上清液，加上适当的缓冲液
和辅助因子。它主要含有混合功能氧化酶 (MFO)，
是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统，
其缺点是 S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
S9含有的大量亲核物质有可能影响试验的敏感性。
? 3．纯化酶和基因工程 应用纯化细胞色素 P-450、
谷胱苷肽转移酶及过氧化物水解酶，可严格控制代
谢产物诱发突变的条件，但技术难度大。利用基因
工程，将人的细胞色素 P-450基因，插入组合细胞
内，用上述细胞进行致突变试验，使细胞具有代谢
活化系统。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
37
? 三、致突变试验中的一些问题
? (三 )致突变试验与致癌试验的关系
? ①已知大多数化学致癌物具有致突变作用，遗
传学改变在原癌基因激活和抑癌基因失活上起
主要作用，致癌物诱致关键靶基因遗传改变的
直接作用等在哺乳动物实验中证实。
? ②发现人类接触致癌物与 DNA加合物，同其肿瘤
中癌基因和抑癌基因的特异碱基对突变之间具
有相关性。
? ③传统的长期致癌试验，花费大，周期长，不
能适应化学物质快速增长的需要。此外，致癌
试验所用动物数量有限，难以检出弱的致癌物。
需要发展多种体内和体外短期试验，用于对化
学物质致癌性进行筛检。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
38
? 三、致突变试验中的一些问题
? (四 )试验结果在毒理学安全性评价中的作用
? 阴性结果判定条件,
? ①最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃量
许可的最大剂量。如该剂量毒性很大，则体内
试验和细菌试验应为最大耐受量。使用哺乳动
物细胞进行体外试验，常选 LD50或 LD80为最大剂
量。溶解度大、毒性低的化学物，在细菌试验
中可以 5000μ g／ 皿作为最高剂量。
? ②各剂量组的组间差距不应过大，以防漏检仅
在非常狭窄范围内才有突变能力的某些化学毒
物。满足上述条件，仍为阴性，才慎重下结论。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
39
?三、致突变试验中的一些问题
?(四 )试验结果在毒理学安全性评价中
的作用
?阳性结果应具有剂量 — 反应关系，即随
剂量增加，致突变作用增加；和在一组
或多组的观察值与阴性对照比较有显著
性差异。阳性结论，即表明受试物具有
致突变性，而不同致突变试验的遗传学
终点不同，其所表示的含义不一。如基
因突变是具有导致遗传性疾病的突变，
DNA修复的实际后果尚不明确。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
40
致
突
变
试
验
举
例
? 美国 EPA毒物处 (1936)提出了一个三阶段的试验方案，把遗
传毒性检测和生殖细胞致突变性验证分阶段进行。
? 第一阶段测试化学物的遗传毒性，包括 Ames试验、体外哺乳动
物细胞基因突变试验、体内骨髓染色体损伤试验 (微核试验或染
色体畸变试验 )；
? 第二阶段测试对生殖细胞的致突变作用；
? 第三阶段为哺乳动物生殖细胞致突变性标准试验。
? 在遗传危害性评价时，在体外基因突变试验中呈阳性的化学物
应进行与哺乳类性腺 DNA相互作用的试验，包括睾丸细胞的
SCE,UDS,染色体畸变及碱性洗脱试验等，也可进行显性致
死试验，在第二阶段中出现阳性反应，需进行小鼠特异座位试
验，可观察形态改变或生化改变；在体内骨髓细胞染色体畸变
试验或微核试验中呈阳性的化学物需进行显性致死试验，在第
二阶段中出现阳性反应，再进行小鼠可遗传易位试验。
41
致
突
变
试
验
举
例
? 国际协调组织 (1CH)(1997)对于药品的遗传毒性评价建
议的检测试验组合为
? ①细菌基因突变试验；
? ②体外哺乳动物细胞染色体畸变试验或体外小鼠淋巴瘤
细胞比试验；
? ③体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验 (骨髓细胞染色体
畸变试验或骨髓或外周血多染红细胞微核试验 )。
? 在对经标准试验组合得到的致突变作用结果进行进一步
研究时，其他试验如 DNA加合物测定,DNA链断裂检测、
DNA修复和重组试验等都可作为供选择的试验。对于在
三项标准试验中为阴性的化学物，通常可认为其无遗传
毒性作用。但对于构效关系显示有可能具致癌性或致突
变性，但在三项标准试验中为阴性的化学物，还需要改
进试验方法或再增加试验项目。对于在三项标准试验中
为阴性，但致癌试验显示有致癌效应，又无明确的证据
说明该化学物是通过非遗传毒性机制发挥作用时，为了
了解其作用方式，可再进行改变代谢活化系统的体外试
验或应用肿瘤发生的靶器官进行遗传损伤试验 (如肝脏
UDS试验,DNA加合物检测、转基因突变检测、肿瘤相
关基因的遗传改变检测 )。
42
致
突
变
试
验
举
例
? 我国卫生部在《食品安全性毒理学评价
程序,(1994)中对遗传毒理学试验的要
求是,
? 根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质
作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验 以及体细
胞和生殖细胞的原则，在 Ames路试验、小鼠骨髓
微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸
形试验和睾丸染色体畸变试验中选择四项，如其中
一项试验为阳性，还应在其他备选试验 (V79细胞
HGPRT基因突变试验，显性致死试验，果蝇伴性
隐性致死试验,UDS试验 )中再选择两项试验进行。
我国《农药安全性毒理学评价程序,(1991)中对遗
传毒理学试验的要求则为,Ames试验和大肠杆菌
回复突变试验，骨髓细胞微核试验或骨髓细胞染色
体畸变试验，睾丸细胞染色体畸变试验或显性致死
试验为必做项目，若有一项出现阳性，还需从精子
畸形试验、体外培养细胞染色体畸变试验,UDS、
果蝇伴性隐性致死试验等试验中再选择两项进行。
卫生毒理学教研室
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学
?第一节 基本概念
?第二节 化学毒物致突变的类型
?第三节 致突变作用机制和后果
?第四节 机体对致突变作用的影响
?第五节 观察化学毒物致突变作用
的基本方法
3
基
本
概
念
?遗传毒理学 (Genetic Toxicology)
?是毒理学的一个分支，研究外源化学物
及其他环境因素对生物体遗传机构的损
害作用及其规律。其主要目的是检测那
些能引起 DNA损伤的环境因素，研究其
遗传毒作用的特点及对人类的潜在危害。
4
基
本
概
念
? 突变 (mutation)
遗传结构本身的变化及其引起的变异称为突变，突
变实际上是遗传物质的一种可遗传的变异 。
? 自发突变 (spontaneous mutation)
由于自然界中诱变剂的作用或由于偶然的自制,
转录、修复时的碱基配对错误所产生的突变。
? 诱发突变 (induced mutation)
诱变剂诱发的突变。
5
? 致突变作用或诱变作用 (mutagenesis)
广义概念是外来因素，特别是化学因子引起细胞核
中的遗传物质发生改变的能力，而且此种改变可随
同细胞分裂过程而传递。简单地说，突变的发生及
其过程即为致突变作用。
? 化学诱变剂 (chemical mutagen)
? 基因突变 (gene mutation)
一个或几个 DNA碱基对的改变
? 染色体畸变 (chromosome aberration)
染色体的结构及数目改变
基
本
概
念
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? DNA与基因, 基因 (gene)
基因组 (genosome)
? 染色质 (chromatin)与染色体 (chromosome)
? 体细胞 (somatic cell)和生殖细胞 (germ
cell)
? 基因型 (genotype)与表型 (pheotype)
? 细胞周期 (cell cycle),有丝分裂
(mitosis)与减数分裂 (meiosis)
基
本
概
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概
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念
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概
念
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? 基因突变（ gene mutation）
? 染色体畸变（ chromosome aberration）
? 非整倍体和多倍体 (aneuploidy and polyloid)
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
12
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
?一、基因突变 (gene mutation)
?1．碱基置换 (base— pair substitution)
指某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。
?转换 (transition)
?颠换 (transvertion)
?2．移码突变 (frameshift mutation)
指发生一对或几对（三对除外）的碱基减少
或增加，以致从受损点开始碱基序列完全改
变，形成错误的密码，并转译成为不正常的
氨基酸。
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?一、基因突变 (gene mutation) 化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
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化
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毒
物
致
突
变
的
类
型
?一、基因突变 (gene mutation)
15
? 二, 染色体畸变 (chromosome aberration)
指染色体的结构改变
?染色单体型畸变 (chromatid-type aberration)
?染色体型畸变 (chromosome aberration)
染色体畸变
裂
隙(g
ap
)
断
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re
ak
)
断
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en
t)
和
缺
失(d
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微
小
体(m
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无
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环
环
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染
色
体
双
着
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点
染
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致
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变
的
类
型
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染色体缺失及环状染色体的形成图
染色体插入和重复示意图
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染色体的臂间倒位
染色体相互易位示意图
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? 二、染色体畸变 (chromosome aberration) 化学
毒
物
致
突
变
的
类
型
19
? 三, 基因组突变
? 1,非整倍体 非整倍体 (aneuploid)指细胞丢失或
增加一条或几条染色体 。 缺失一条染色体时称为单
体 (monosome),增加一条染色体时称为三体
(trisome)。 染色体数目的改变会导致基因平衡的
失调, 可能影响细胞的生存或造成形态及功能上的
异常 。 如 21三体导致先天愚型 (Down氏综合征 )。
? 2,整倍体 整倍体 (euploid)指染色体数目的异常
是以染色体组为单位的增减, 如形成三倍体
(triploid),四倍体 (tetroploid)等 。 在人体, 3n
为 69条染色体, 4n为 92条染色体 。 在肿瘤细胞及人
类自然流产的胎儿细胞中可有三倍体细胞的存在 。
发生于生殖细胞的整倍体改变, 几乎都是致死性的 。
化
学
毒
物
致
突
变
的
类
型
20
致
突
变
作
用
的
机
制
? 一,DNA损伤与突变
? (一 )碱基损伤
? 1,碱基错配
? 2,嵌入 DNA链
? 3,碱基类似物的取代
? 4,碱基的化学结构改变或破坏
21
? 一,DNA损伤与突变
? （二） DNA链受损
1,二聚体的形成
2,DNA加合物（ DNA adducts） 形成
3,DNA-蛋白质交联物 (DNA-Protein
crosslinks,DPC)形成
? 二,引起突变的细胞分裂过程的改变
? 三、其他的改变
对 DNA合成和修复有关的酶系统作用可间接导致
DNA损伤，诱发基因突变或染色体畸变。
致
突
变
作
用
的
机
制
22
突
变
的
不
良
后
果
突变的不良后果
体细胞突变 生殖细胞突变
癌
变
致
畸
衰
老
配
子
死
亡
死
胎
自
发
流
产
先
天
畸
形
23
? 一,机体修复 DNA损伤的机制可分为两大类,
1.损伤耐受机制：指 DNA遗传可绕过那些阻止 DNA
复制的 DNA损伤 。
2,修复机制,
DNA修复
直接修复
切除修复
O6甲基鸟嘌呤修复
光修复
错配碱基修复
碱基切除修复
核苷酸切除修复
机
体
对
致
突
变
作
用
的
影
响 复制后修复
呼救性修复
24
机
体
对
致
突
变
作
用
的
影
响
? 二、遗传因素对致突变作用的影响,
? (一 )代谢酶遗传多态性
? (二 )修复功能的个体差异
25
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
?一、观察项目的选择
? 1．观察的效应终点类型
?基因突变和染色体畸变的检测可直接反
映化学毒物的致突变性，是评价化学毒
物致突变性唯一可靠的方法。还有许多
试验所观察到的现象并不反映基因突变、
染色体畸变和染色体分离异常，而仅反
映致突变过程中发生的其他事件。因此，
将试验观察到的现象所反映的各种事件
统称为 遗传学终点 (genetic endpoint)。
26
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
?一、观察项目的选择
?遗传学终点分为 5类,
?① DNA完整性的改变 (形成加合物，断裂，
交联 )；
?② DNA重排或交换；
?③ DNA碱基序列改变；
?④染色体完整性改变；
?⑤染色体分离改变。
? 其中③实际上指基因突变，④指染色体
畸变。
27
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
? 2．成套的观察项目
? 遗传毒理学评价程序通常为一组体内、外遗传毒理
学试验。因为,
? ①化学毒物的种类和结构多种多样，其致突变的机制
不尽相同，作用的靶细胞也不一样，有的是体细胞，
或生殖细胞，或两者兼而有之，故在成套观察项目中
既要用体细胞检测又要用生殖细胞；除了从分子水平
还要从细胞水平来检测化学毒物的遗传毒性。
? ②致突变物中仅少数具有直接致突变作用，大多数为
间接致突变作用，即需要在体内代谢活化后，才具有
致突变作用。体内试验具有完整的活化系统，而体外
试验则通过加入模拟代谢系统，如 S9来弥补缺乏活化
系统的不足。这是体内与体外试验的主要差别。
? ③化学毒物的致突变性有强，也有弱；有的在某一检
测系统中是强致突变物，而在另一系统中可能是弱的
致突变物。对于弱致突变物在某些系统中比较容易漏
检，即出现假阴性。
28
? 2．成套的观察项目
? 关于遗传毒理学成套观察项目中那些试验可
入选的原则有,
? ①选择的遗传毒性试验应包括 5种类型的遗传
学终点。
? ②通常的实验材料有病毒、细菌、真菌、培养
的哺乳细胞、植物、昆虫及哺乳动物等。
? ③体内试验与体外试验配合。
? ④应包括生殖细胞和体细胞。
? 通常，对于一种受试物应当先用原核细胞或体
细胞的体外试验按遗传学终点合理配套进行试
验，并对有阳性结果的遗传学终点验证其在体
内的真实性，再行选用生殖细胞致突变试验进
行遗传危害的评价。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
29
?二、常用的致突变试验
?(一 )细菌回复突变试验 (Ames试验 )
鼠伤寒沙门氏菌
原养型 (his+)
组氨酸营养缺陷型突
变株。 (his-)
正向突变
回复突变
代谢活化系统
受试物
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
30
? 二、常用的致突变试验
?(二 )微核试验
微核 (Micronucleus)的产生与染色体损伤有关，
是染色体或染色单体的无着丝点断片或纺锤丝
受损伤而丢失的整个染色体，在细胞分裂后期
遗留在细胞质中，末期之后，单独形成一个或
几个规则的次核，包含在子细胞的胞质内，因
比主核小，故称微核。 在细胞质中微核来源有
二：断片或无着丝粒染色体在细胞分裂后期不
能定向移动，而遗留在细胞质中；有丝分裂毒
物的作用使个别染色体或带苔丝粒的染色体环
和断片在细胞分裂后期被留在细胞质中。 微核
试验 (Micronucleus test,MNT)是观察受试物
能否产生微核的试验。 其主要可检出 DNA断裂
剂和非整倍体诱变剂。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
31
观
察
化
学
毒
物
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突
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用
的
基
本
方
法
(二 )微核试验
32
MN
NCE
观
察
化
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毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
33
?二、常用的致突变试验
?(三 )染色体畸变分析
?(四 )姐妹染色单体交换试验（ SCE）
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
34
?二、常用的致突变试验
?(五 )果蝇伴性隐性致死试验
?(六 )显性致死试验
?(七 )程序外 DNA台成试验
?(八 )转基因动物致突变试验
?(九 )哺乳动物细胞基因突变试验
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
35
? 三、致突变试验中的一些问题
? (一 )阴性和阳性对照的设立
? 1．阴性对照 它是空白对照，即不加任何处理。
或者是溶剂对照。阴性对照除了无处理因素外，
与实验组完全相同。其目的是获得实验的基础
数据。例如,Ames试验的阴性对照可了解所用
的细菌的自发回复突变率；证实除处理因素外
无任何使回复突变率增加或减少的因素。
? 2．阳性对照 是用某种已知能产生阳性反应
的物质作为对照。其目的是通过对阳性物质的
试验证明实验方法的可靠；验证实验者在本实
验条件下，完成技术和鉴定致突变物的能力；
证实经一段时间后，本实验的重复性。例如，
Ames试验中阳性对照未出现阳性结果，应考虑
突变菌株可能发生问题，另一种可能是代谢活
化能力不足。所以，当阳性对照结果未呈阳性，
其实验组的实验数据可靠性亦大大降低。
观
察
化
学
毒
物
致
突
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作
用
的
基
本
方
法
36
? 三、致突变试验中的一些问题
? (二 )体外试验的活化系统
? 1．哺乳动物细胞介导 使用完整的细胞，特别是
大鼠肝原代细胞，与测试细菌或细胞一起培养。这
也是一种活化系统。它有完整的细胞结构和各种酶
及内源性辅助因子，代谢能力优于无细胞系统如 S9，
但不如体内活化系统。
? 2,S9 S9指经酶诱导剂处理后制备的肝匀浆，再
经 9000g离心分离所得上清液，加上适当的缓冲液
和辅助因子。它主要含有混合功能氧化酶 (MFO)，
是国内常规应用于体外致突变试验的代谢活化系统，
其缺点是 S9随实验动物种属或器官不同而有差异；
S9含有的大量亲核物质有可能影响试验的敏感性。
? 3．纯化酶和基因工程 应用纯化细胞色素 P-450、
谷胱苷肽转移酶及过氧化物水解酶，可严格控制代
谢产物诱发突变的条件，但技术难度大。利用基因
工程，将人的细胞色素 P-450基因，插入组合细胞
内，用上述细胞进行致突变试验，使细胞具有代谢
活化系统。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
37
? 三、致突变试验中的一些问题
? (三 )致突变试验与致癌试验的关系
? ①已知大多数化学致癌物具有致突变作用，遗
传学改变在原癌基因激活和抑癌基因失活上起
主要作用，致癌物诱致关键靶基因遗传改变的
直接作用等在哺乳动物实验中证实。
? ②发现人类接触致癌物与 DNA加合物，同其肿瘤
中癌基因和抑癌基因的特异碱基对突变之间具
有相关性。
? ③传统的长期致癌试验，花费大，周期长，不
能适应化学物质快速增长的需要。此外，致癌
试验所用动物数量有限，难以检出弱的致癌物。
需要发展多种体内和体外短期试验，用于对化
学物质致癌性进行筛检。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
用
的
基
本
方
法
38
? 三、致突变试验中的一些问题
? (四 )试验结果在毒理学安全性评价中的作用
? 阴性结果判定条件,
? ①最高剂量应包括受试物溶解度许可或灌胃量
许可的最大剂量。如该剂量毒性很大，则体内
试验和细菌试验应为最大耐受量。使用哺乳动
物细胞进行体外试验，常选 LD50或 LD80为最大剂
量。溶解度大、毒性低的化学物，在细菌试验
中可以 5000μ g／ 皿作为最高剂量。
? ②各剂量组的组间差距不应过大，以防漏检仅
在非常狭窄范围内才有突变能力的某些化学毒
物。满足上述条件，仍为阴性，才慎重下结论。
观
察
化
学
毒
物
致
突
变
作
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基
本
方
法
39
?三、致突变试验中的一些问题
?(四 )试验结果在毒理学安全性评价中
的作用
?阳性结果应具有剂量 — 反应关系，即随
剂量增加，致突变作用增加；和在一组
或多组的观察值与阴性对照比较有显著
性差异。阳性结论，即表明受试物具有
致突变性，而不同致突变试验的遗传学
终点不同，其所表示的含义不一。如基
因突变是具有导致遗传性疾病的突变，
DNA修复的实际后果尚不明确。
观
察
化
学
毒
物
致
突
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作
用
的
基
本
方
法
40
致
突
变
试
验
举
例
? 美国 EPA毒物处 (1936)提出了一个三阶段的试验方案，把遗
传毒性检测和生殖细胞致突变性验证分阶段进行。
? 第一阶段测试化学物的遗传毒性，包括 Ames试验、体外哺乳动
物细胞基因突变试验、体内骨髓染色体损伤试验 (微核试验或染
色体畸变试验 )；
? 第二阶段测试对生殖细胞的致突变作用；
? 第三阶段为哺乳动物生殖细胞致突变性标准试验。
? 在遗传危害性评价时，在体外基因突变试验中呈阳性的化学物
应进行与哺乳类性腺 DNA相互作用的试验，包括睾丸细胞的
SCE,UDS,染色体畸变及碱性洗脱试验等，也可进行显性致
死试验，在第二阶段中出现阳性反应，需进行小鼠特异座位试
验，可观察形态改变或生化改变；在体内骨髓细胞染色体畸变
试验或微核试验中呈阳性的化学物需进行显性致死试验，在第
二阶段中出现阳性反应，再进行小鼠可遗传易位试验。
41
致
突
变
试
验
举
例
? 国际协调组织 (1CH)(1997)对于药品的遗传毒性评价建
议的检测试验组合为
? ①细菌基因突变试验；
? ②体外哺乳动物细胞染色体畸变试验或体外小鼠淋巴瘤
细胞比试验；
? ③体内啮齿类造血细胞染色体损伤试验 (骨髓细胞染色体
畸变试验或骨髓或外周血多染红细胞微核试验 )。
? 在对经标准试验组合得到的致突变作用结果进行进一步
研究时，其他试验如 DNA加合物测定,DNA链断裂检测、
DNA修复和重组试验等都可作为供选择的试验。对于在
三项标准试验中为阴性的化学物，通常可认为其无遗传
毒性作用。但对于构效关系显示有可能具致癌性或致突
变性，但在三项标准试验中为阴性的化学物，还需要改
进试验方法或再增加试验项目。对于在三项标准试验中
为阴性，但致癌试验显示有致癌效应，又无明确的证据
说明该化学物是通过非遗传毒性机制发挥作用时，为了
了解其作用方式，可再进行改变代谢活化系统的体外试
验或应用肿瘤发生的靶器官进行遗传损伤试验 (如肝脏
UDS试验,DNA加合物检测、转基因突变检测、肿瘤相
关基因的遗传改变检测 )。
42
致
突
变
试
验
举
例
? 我国卫生部在《食品安全性毒理学评价
程序,(1994)中对遗传毒理学试验的要
求是,
? 根据受试物的化学结构、理化性质以及对遗传物质
作用终点的不同，并兼顾体外和体内试验 以及体细
胞和生殖细胞的原则，在 Ames路试验、小鼠骨髓
微核试验或骨髓细胞染色体畸变试验、小鼠精子畸
形试验和睾丸染色体畸变试验中选择四项，如其中
一项试验为阳性，还应在其他备选试验 (V79细胞
HGPRT基因突变试验，显性致死试验，果蝇伴性
隐性致死试验,UDS试验 )中再选择两项试验进行。
我国《农药安全性毒理学评价程序,(1991)中对遗
传毒理学试验的要求则为,Ames试验和大肠杆菌
回复突变试验，骨髓细胞微核试验或骨髓细胞染色
体畸变试验，睾丸细胞染色体畸变试验或显性致死
试验为必做项目，若有一项出现阳性，还需从精子
畸形试验、体外培养细胞染色体畸变试验,UDS、
果蝇伴性隐性致死试验等试验中再选择两项进行。
