1、第十五章 药物的遗传毒性广州中医药广州中医药大学药学院大学药学院药理学教研室药理学教研室张晓君张晓君一、基本概念z突变(mutation)生物体遗传物质变化，最终导致生物遗传信息的改变。群体：遗传结构变化；个体：表型变化。是遗传物质的一种可遗传的变异。z自发突变(spontaneous mutation)由于自然界中环境因素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。自发突变(spontaneous mutation)的发生率很低，它提供了生物进化的基础。z诱发突变(induced mutation)由于物理、化学、生物等因素引起的突变。可诱发突变发生的因素包括化学因素(各
2、种化学物质)、物理因素(如电离辐射)和生物因素(如病毒)。z致突变性（mutagenicity）化学物质或其他环境因素引起遗传物质发生突变的能力。突变率可以精确定量检测。遗传毒性(genetic toxicity)泛指对基因组的损害能力，包括对基因组的毒作用引起的致突变性及染色体畸变等其他各种不同效应。腺嘌呤胸腺嘧啶鸟嘌呤胞嘧啶磷酸脱氧核糖主链基因突变一个或几个DNA碱基对的改变。染色体畸变染色体的结构及数目改变。端粒姊妹染色单体着丝粒组 蛋 白双 螺 旋碱基对端粒二、基因突变与染色体突变基因突变(gene mutation)1、点突变某一碱基配对性能改变或脱落所致的突变。转换(transit
3、ion)嘌呤或嘧啶的相互取代颠换(transvertion)嘌呤和嘧啶的相互取代G GC CC CG GA AT TT TA A碱基置换RNA氨基酸密码子表甘氨酸精氨酸精氨酸色氨酸半胱氨酸酪氨酸组氨酸酪氨酸脯氨酸谷氨酸苯丙氨酸异亮氨酸甲硫氨酸缬氨酸赖氨酸丙氨酸亮氨酸亮氨酸丝氨酸丝氨酸谷氨酰胺天冬酰胺天冬氨酸A：腺嘌呤；U：尿嘧啶；G：鸟嘌呤；C：胞嘧啶。AU，GC。点突变的后果取决于是否在蛋白质合成过程中引起编码氨基酸的错误同义突变：与密码子的兼并性有关错义突变：可以密码子所编码的蛋白质部分或全部失活无义突变：可使蛋白质合成提前中止，导致基因产物不完全或无功能错义突变：2、移码突变(frame
4、shift mutation)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发生改变，形成错误的密码，转译成为不正常的氨基酸。诱发插入型移码突变的化合物多环芳烃、芳香胺、黄曲霉素B1 染色体畸变(chromosome aberration)1、染色体数目的畸变整倍体畸变：秋水仙碱非整倍体畸变：Down氏综合征2、染色体结构的畸变染色体畸变染色体畸变裂隙裂隙(gap)gap)断裂断裂(break)break)断片断片(fragment)fragment)和和微小体微小体(minute body)minute body)无着丝点环无着丝点环环状染色体环状染色体 双着丝点染色体
5、双着丝点染色体 倒位倒位(inversion)inversion)易位易位(translocation)translocation)重复重复(duplication)duplication)缺失缺失(deletion)deletion)染色体缺失环状染色体染色体插入染色体重复 染色体臂间倒位 染色体相互易位突突 变变基因突变基因突变染色体数目变化染色体数目变化碱基置换碱基置换 移码突变移码突变 密码子插入或丢失密码子插入或丢失转转 换换颠颠 换换碱基插入碱基插入碱基丢失碱基丢失非整倍体非整倍体多倍性多倍性染色体畸变染色体畸变缺失、断片缺失、断片重重 复复倒倒 位位易易 位位突变的类型小结突变的
6、类型小结三、致突变因素和致突变物致突变的因素：药物等化学因素、电离福射、紫外线等物理因素、细菌和病毒等生物因素。化学诱变剂：能引起生物体发生突变的化学物l直接突变剂l间接致变剂化学因素 非烷化剂：如亚硝酸、甲醛、肼等非烷化剂：如亚硝酸、甲醛、肼等 烷化剂：甲磺酸甲酯、环磷酰胺、氮芥等烷化剂：甲磺酸甲酯、环磷酰胺、氮芥等 芳香族化合物：苯并芘、黄曲霉毒素芳香族化合物：苯并芘、黄曲霉毒素B1B1等等 碱基类似物：碱基类似物：5-5-溴脱氧尿苷等溴脱氧尿苷等 嵌入剂：前黄素、溴乙啶等嵌入剂：前黄素、溴乙啶等 有丝分裂素：秋水仙碱、巯基丙酮酸酯等有丝分裂素：秋水仙碱、巯基丙酮酸酯等 四、突变的后果休细
7、胞突变的后果肿瘤：原癌基因可经点突变和染翁体畸变转变为活化的癌基因大多数化学致癌物通过致突变作用引起肿瘤生殖细胞突变的后果致死性后果：显性或隐性致死非致死性后果：显性或隐性遗传病衰老DNA损伤的内源性原因：自由基损伤；外源性原因：化学物质和辐射 动脉粥样硬化一个动脉粥样硬化斑内的细胞来源于一个突变细胞胚体体细胞突变可致畸胎突变的不良后果 药物作用于DNA诱发基因突变和染色体畸变作用于有丝分裂或减数分裂成分诱发染色体数目畸变第二节 致突变作用的分子机制一、直接作用于DNA的突变DNA损伤或缺失导致遗传信息的改变1、碱基类似物的取代2、烷化剂的影响3、嵌入剂嵌入DNA链4、DNA修复抑制剂1、碱基
8、类似物的取代抗癌药：氟尿嘧啶、巯嘌呤、阿糖胞苷某些物质的化学结构和DNA链上的碱基非常类似，称为碱基类似物。如果这类碱基类似物在DNA合成期中存在，就能与正常碱基竞争，并取代碱基位置而掺入DNA分子中。如：5-溴脱氧尿嘧啶(5-BrU)的结构与 T 相同，故可替代T与A 配对。A:T A:5 BrU 碱基结构碱基结构胞嘧啶(C)尿嘧啶(U)胸腺嘧啶(T)腺嘌呤(A)鸟嘌呤(G)稀醇式的5-BrU复制时不与A配对而与G配对，形成G:5-BrU,进行下次复制时，G与C配对，最终使A:T突变为G:C 烷化剂是指化学性质活泼，能提供烷基使蛋白质和DNA等大分子物质发生烷基化的一类化合物。烷化剂引起基因
9、突变的机制较复杂，既可引起碱基置换，又可引起移码突变，其致突变性很强。烷化剂种类很多：2、烷化剂的影响烷化剂引起的DNA碱基对的改变 AGGATCCT解 链AGGAAGGAAGGATCACT插入一个碱基嵌 入嵌 入AGGA模板链嵌 入嵌 入AGGATCT缺失一个碱基3、嵌入剂嵌入DNA链 芳香族化合物 吖啶类和焦宁类等扁平分子结构的芳香族化合物可以嵌入DNA的核苷酸序列中，导致碱基插入或丢失的移码突变。4、DNA修复抑制剂DNADNA修复修复直接修复直接修复切除修复切除修复O O6 6甲基鸟嘌呤甲基转移酶甲基鸟嘌呤甲基转移酶二聚体光解酶二聚体光解酶错配碱基修复错配碱基修复碱基切除修复碱基切除修
10、复核苷酸切除修复核苷酸切除修复复制后修复复制后修复呼救性修复呼救性修复嘌呤插入酶嘌呤插入酶DNADNA连接酶连接酶DNA是生命物质中唯一具有自身修复能力的分子修复过程依赖多种DNA修复酶 光裂合酶 DNA糖基酶 核酸切除酶咖啡因可抑制DNA修复酶 有丝分裂毒物有丝分裂毒物 作用于纺锤体、中心核或其他核内细胞器，干扰有丝分裂过程，引起染色体分离异常，产生非整倍体非整倍体和和多倍体多倍体。主要涉及细胞分裂过程的主要涉及细胞分裂过程的改变改变如纺锤体，细胞如纺锤体，细胞分裂纺锤纤维的功能发挥，着丝粒与之有关的蛋分裂纺锤纤维的功能发挥，着丝粒与之有关的蛋白质作用，极体复制与分离，减数分裂时同源染白质作
11、用，极体复制与分离，减数分裂时同源染色体联合配对和重组等。色体联合配对和重组等。二、干扰有丝分裂过程有丝分裂有丝分裂 真核细胞进行细胞分裂的主要方式，具有周期性真核细胞进行细胞分裂的主要方式，具有周期性细胞周期分两个阶段：分裂间期、分裂期分裂间期分裂间期细胞从一次分裂结束后到下次分裂开始前细胞从一次分裂结束后到下次分裂开始前细胞活动：为分裂期进行物质准备，完成细胞活动：为分裂期进行物质准备，完成DNADNA分子复制分子复制和和有关蛋白质的合成有关蛋白质的合成，同时细，同时细胞有适度生长胞有适度生长分裂期前期前期中期中期后期后期末期末期分裂间期结束后进入分裂期分裂间期结束后进入分裂期分裂期分裂期
12、间期间期中期中期前期前期后期后期末期末期前期染色质缠绕变粗，染色质缠绕变粗，形成染色体形成染色体每条染色体包括两条姐妹染色单每条染色体包括两条姐妹染色单体，由共同的着丝点连接体，由共同的着丝点连接核膜溶解核膜溶解核仁消失核仁消失细胞两极发射出纺锤丝，细胞两极发射出纺锤丝，形成纺形成纺锤体锤体染色体散乱分布于纺锤体中央染色体散乱分布于纺锤体中央中期纺锤丝牵引染色体运动，使纺锤丝牵引染色体运动，使每条每条染色体的着丝点排列在细胞中央染色体的着丝点排列在细胞中央的赤道板的赤道板上上赤道板：细胞中央的一个平面，赤道板：细胞中央的一个平面，与纺锤体主轴垂直与纺锤体主轴垂直后期后期每个着丝点分裂成两个，每
13、个着丝点分裂成两个，姐妹染色单体分开姐妹染色单体分开，成为两条子染色体成为两条子染色体在纺锤丝牵引下，在纺锤丝牵引下，子染色体移动到细胞两极子染色体移动到细胞两极末期末期染色体变成染色质丝染色体变成染色质丝纺锤丝消失、新的核膜和核仁出现纺锤丝消失、新的核膜和核仁出现赤道板位置出现赤道板位置出现细胞板细胞板、逐渐形成新的细胞壁逐渐形成新的细胞壁一个细胞分裂成两个子细胞一个细胞分裂成两个子细胞 秋水仙碱效应秋水仙碱效应细胞分裂抑制剂细胞分裂抑制剂 秋水仙碱、长春新碱秋水仙碱、长春新碱抑制微管蛋白的聚合抑制微管蛋白的聚合细胞停滞于分裂前期细胞停滞于分裂前期染色体不分离染色体不分离多倍体多倍体 核内复
14、制核内复制巯基丙酮酸酯、秋水仙碱、巯基丙酮酸酯、秋水仙碱、6-6-巯基嘌呤等巯基嘌呤等 巯基丙酮酸酯巯基丙酮酸酯有丝分裂停止有丝分裂停止染色体复制两次或两次以上染色体复制两次或两次以上多倍体多倍体 异常仿锤体形成异常仿锤体形成低剂量秋水仙碱、高剂量低剂量秋水仙碱、高剂量X X射线、各种麻醉剂射线、各种麻醉剂低剂量秋水仙碱低剂量秋水仙碱两个中心粒两个中心粒两个中心粒异步复制两个中心粒异步复制三级仿垂体三级仿垂体染色体异常分离染色体异常分离 染色体不浓缩和粘着性染色体染色体不浓缩和粘着性染色体染色体浓缩在真核细胞分裂前期，染色质高度盘绕，染色体变粗变短的过程粘着性染色体 染色丝相互粘着，妨碍后期染色体的正常移动，出现染色体不分离 染色体提前浓缩染色体提前浓缩间期细胞被诱导提前进入有丝分裂期间期细胞被诱导提前进入有丝分裂期间期核浓缩成染色体样结构间期核浓缩成染色体样结构染色体粉碎染色体粉碎染色体存在较多的染色单体或染色体断裂染色体存在较多的染色单体或染色体断裂小结一、遗传改变产生和潜在结果突变及突变的类型，突变的不良后果二、致突变作用机制1、直接作用于DNA2、干扰有丝分裂过程
