槟榔碱遗传毒理概述及毒作用机制

槟榔碱遗传毒理概述及毒作用机制,2005级研究生 赵云霞,槟榔碱遗传毒理概述 槟榔碱是槟榔的主要生物碱成分。十几 年来，咀嚼槟榔引起口腔黏膜炎症，口腔黏 膜下纤维性变（OSF）和增加患口腔癌的危 险等报导逐渐增多，槟榔的毒性引起了国内 外众多学者的关注。随着研究的深入，槟榔 碱被认为是槟榔产生毒性作用的主要成分。 国内外关于槟榔碱毒理的研究包括遗传毒理、 生殖与发育毒理、神经系统毒理，研究最多 的是遗传毒理。嚼食槟榔与致癌之间的因果 槟榔 关系已得到了确认，槟榔碱可导致小鼠骨髓细胞和中国仓 鼠肺细胞（CHO）染色体畸变，增加姐妹染色单体交换频 率；使DNA分子单链断裂，引起DNA损伤。,遗传毒理学 是研究外源性化学物质或其他环境因素致突 变作用及对人体健康危害效应及其规律的科学，是毒理学的一个分支。其主要目的是研究致突变作用的机制及对人类的危害，检测发现致突变物，提出评价和预防致突变物的方法。 突变 是指遗传物质发生变化引起遗传信息的改变，并发 生新的表型效应。致突变试验可以对有潜在危害的外源性 化学物质做出预报。分析突变和致突变对于了解化学致癌 性具有十分重要的意义。,最受关注的致突变试验是鼠伤寒沙门菌营养缺陷型回复突变试验（Ames）。此试验用于检测化学物质的诱变性，预测其遗传危害和潜在致癌作用的可能性。它是利用一组鼠伤寒沙门氏组氨酸缺陷型试验菌株测定引起沙门氏菌碱基置换或移码突变的化学物质所诱发的组氨酸缺陷型（his-）回变到野生型（his+）的试验方法。其原理是鼠伤寒沙门氏组氨酸营养缺陷型菌株不能合成组氨酸，故在缺乏组氨酸的培养基上，仅少数自发回复突变的细菌生长。假如有致突变物存在，则营养缺陷型的细菌回复突变成野生型，因此能生长形成菌落，据此判断受试样品是否为致突变物。某些致突变物需要代谢活化后才能引起回复突变，故需加入经诱导剂诱导的大鼠肝制备的S9混合液。,试验菌株一般使用鼠伤寒沙门氏杆菌TA97、TA98、TA100、TA102菌株，特殊情况下选用TA1535、TA1537等菌株。TA100、TA102主要用于检测可引起碱基对置换的致突变物，TA97及TA98用于检测可引起移码突变的致突变物。凡诱发回变的菌落数为自发回变菌落数的2倍或2倍以上，并有剂量反应关系，即为致突变物。 致突变的机制 遗传毒性致癌物引起的突变可能是由于DNA氧化损伤，直接突变作用，DNA修复保真性的改变和细胞周期调节机 制的改变等。,DNA氧化损伤：致突变物可以在体内产生自由基等氧化性物质使细胞受损，DNA损伤具有潜在的致突变和致癌作用。 活性氧(ROS)是生物体内随氧化代谢活动不断产生，并且性质活泼的一些含氧产物，主要包括超氧阴离子( )，羟自由基(OH)，过氧化氢(H2O2)，单线态氧和脂质过氧化物等。适量的活性氧是维持细胞生长和机体抗感染所必需的，但过量的活性氧可对机体造成病理生理损害。ROS是很多生理病理发生的主要参与者，包括化学致癌、老化、动脉硬化和风湿性关节炎等。它可以侵害细胞大分子以致损害细胞功能、组织而影响人体健康。,人自身具有一定的解毒功能。机体内有一套完整的抗氧化系统，在正常生理条件下，自由基不断生成，又不断被清除，从而维持相对的动态平衡。当ROS产生增加，ROS清除或氧化生物大分子的损伤修复降低，或二者同时发生，就会导致“氧化应激”的产生。ROS和细胞抗氧化能力之间严重的失衡就会导致各种类型生物大分子的损伤，包括DNA损伤。细胞有两套重要的防御机制来对抗“氧化应激”，一种是细胞酶系统，包括超氧化物歧化酶（SOD），谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等；另一种是具有氧化还原性的巯基还原缓冲系统，如GSH。,1、超氧化物歧化酶（SOD）是一种重要的抗氧化酶类，它对机体的氧化与抗氧化平衡起着至关重要的作用。此酶能特异催化氧自由基链中第一个超氧阴离子自由基（ ）生成H2O2，从而阻止由 启动的自由基链锁反应，清除 保护细胞免受损伤。SOD往往与消除H2O2的酶协同工作，如位于哺乳动物细胞过氧化小体中的过氧化氢酶以及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）。在pH值为7.4时SOD可以使 转化为H2O2的速度约增加10倍。 2、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）是生物体内广泛存在的一种重要的清除H2O2和许多有机氢过氧化物的酶。它的抗氧化作用在于能催化有机过氧化物或H2O2还原生成相应的醇及水，同时氧化两分子还原型谷胱甘肽(GSH)生成一分子氧化型谷胱甘肽(GSSG)，通过这种作用可避免细胞受到过氧化损伤，并防止过氧化物进一步水解产生有害物质丙二醛（MDA）。,3、谷胱甘肽(GSH) 是人体细胞内自然生成的抗氧化剂。其它经由膳食摄取的抗氧化剂如维生素C和维生素E在细胞内都要靠谷胱甘肽来发挥其功能及再生，GSH也是细胞色素P450代谢途径的关键基质。GSH是人体细胞最丰富的抗氧化剂，具有优良的循环再生能力。主要分为还原(即GSH)和氧化(即GSSG)两型，还原型GSH分子中的半胱氨酸残基所携带的硫醇基，被氧化后即转成氧化型，而氧化型GSSG可以再由GSH还原酶还原到原来硫醇型。 并不是所有DNA损伤都会引起突变，细胞可对DNA损伤自行修复，表现为细胞凋亡和细胞周期受阻滞。 细胞凋亡：细胞凋亡是由于细胞内外因子诱发了细胞内一个特殊的蛋白酶级联反应而发生的有序死亡。凋亡可在各种异常情况下发生，细胞处于不利生长环境及各类型的打击（如DNA损伤、线粒体损伤或恶性转化）都可通过诱发凋亡除去受损细胞。,凋亡过程被看作是修复过程基于两个理由，其一是凋亡可以拦阻导致坏死的过程。凋亡的细胞出现皱缩，核和胞浆物质浓缩，然后破裂为膜结合的碎片（凋亡小体）而被吞噬。坏死时，细胞与细胞内细胞器肿胀并随着膜溶解而碎裂。凋亡是有序的，而坏死是无序的，以细胞外环境中细胞碎屑形成而终结。坏死的细胞成分吸引入侵的炎症细胞，进而发生的炎症过程会扩大炎症损伤。凋亡时死亡细胞不经炎症而清除。其二是凋亡可以清除具有潜在致突变作用的DNA损伤细胞从而拦阻肿瘤形成。 细胞周期改变： 正常大部分细胞处于G0期（一种分化过的和静止的状态）。在得到分裂信号后，它们进入细胞分裂周期的G1期。G0/ G1转移需要即时早期基因的激活以使细胞获得复制的能力。此时随着对生长因子应答的增加，这些细胞进入DNA合成期（S）。如果这个过程被阻断（如由于p53蛋白的蓄积），细胞可能会发生凋亡。,在DNA复制后，细胞进入G2期准备有丝分裂。有丝分裂（M）是细胞周期中最短的期相，产生的子代细胞可分化并进入静止的细胞池（G0）。 细胞内G1/S交界处的关卡点负责检查染色体、DNA是否有损伤，如果DNA有损伤，则把细胞阻止于G1期，要求细胞先进行修复，然后才能复制，以免遗传信息出错，以维持细胞正常功能。如果DNA损伤能被正确无误地修复，则不会引起突变。只有损伤不能被修复或在修复中出现了错误，一般需要经过两次或多次细胞周期才有可能固定下来，并遗传到后代的细胞或个体，引起突变。化学突变的模式为： 遗传结构损伤损伤修复突变固定突变,p53蛋白是最主要的细胞周期相关蛋白，是细胞内的“分子警察”、“基因组的卫士”，具有非常重要而复杂的生理功能，主要在DNA损伤时被激活，使细胞阻滞在G1期，以便在DNA开始合成前进行损伤修复。正常细胞中，p53蛋白的水平都很低，当射线或其它因素引起DNA损伤时，p53蛋白大量增加。 正常的p53基因表达产物可以阻断细胞生长，诱导细胞凋亡，抑制肿瘤生长。因此人们将p53基因归属为肿瘤抑制基因。野生型p53蛋白在正常细胞内的表达量通常维持在一定的水平上，具有抗细胞增殖的能力，限制细胞的生长分裂，停顿于G1期，不进入S期，主要表现在：,p53控制DNA的复制。野生型p53与专一成分结合阻碍DNA复制起始复合物的装配，抑制DNA的复制，突变型p53无此功能。细胞在DNA损伤后需于G1期切除和修复，以保持基因组的稳定性，然后开始复制。野生型p53基因阻止细胞生长分裂。在抑制细胞的转化生长方面，一方面可以抑制细胞的生长，以保证细胞内的DNA修复酶有足够的时间来修复损伤的DNA，从而防止DNA突变在细胞染色体上的积累；另一方面，当受损细胞的DNA无法被修复时，p53则会导致受损细胞进入特定的死亡程序，即凋亡。p53蓄积诱导细胞周期中止，给细胞DNA修复的机会，甚至引起受影响的细胞凋亡，P53以这种方式从复制池中排除有癌症倾向的细胞，对抗恶性转化。,谢 谢！,