#述评#分子毒理学研究的现状与展望
庄志雄
近20年来,细胞与分子生物学理论与技术的飞速发展赋予毒理学工作者新的启迪和工具,从而改变了传统毒理学研究的基本格局,真正实现了从整体和器官水平向细胞和分子水平的飞跃,在阐明毒物对机体损伤作用和致癌过程的分子机制方面取得了重要的突破,形成了一些新的研究热点,建立了许多新的分子生物标志物的检测方法,成为沟通毒理学实验研究与人群流行病学调查的/共同语言0,使宏观与微观研究有机地结合起来,改变了化学物质危险度评价的模式,大大促进了环境医学和其他生物科学的发展。
一、分子毒理学研究的几个热点
1.机体对环境应激的反应和应激蛋白的形成:生物体无论是处于高温或非高温应激条件下(如缺血、缺氧、氧化应激、感染及接触某些化学物和药物等)都会产生一系列普遍而保守的应答,诱导细胞中基因表达谱的改变,合成一组保守的热休克(应激)蛋白(heat shoc k/stress proteins,HSPs),其他参与细胞正常功能的基因表达则暂时受到抑制。HSPs具有重要的生物学作用,如:保护细胞或生物渡过暂时的危险状态;再次面对应激时,其耐受性增高;在机体生长、发育、分化等生理过程中起重要作用;作为/分子伴侣0,参与蛋白质折叠、装配、降解、转移和修复;与一些重要的生物活性物质,如某些激素、干扰素、白细胞介素、癌基因等有密切联系,与肿瘤的发生有关。因此,HSPs 基因表达及其调控机制日益为人们关注,成为当今国际研究的热点。另一类重要的应激蛋白是金属硫蛋白(metallothionein,MT))))一种低分子量、富含半胱氨酸、具有热稳定性的金属结合蛋白,可被有毒金属如镉、汞、砷等所诱导。近年来发现,接触其他的化学物(如CCl4、甲萘酚)和某些人体必需的元素如铜、锌及氧化应激等,也能诱导组织产生MT。MT除结合重金属外,本身也有清除氧自由基的作用。最近,国外用转基因技术研制出MT高表达和删除MT的转基因动物,用于研究MT的功能(如抗氧化应激、对肝和肾毒性的拮抗作用等)。我国已有许多单位对MT 的诱导、生物学特性、分离鉴定及其与靶器官(肝、肾等)毒性的关系开展了广泛的研究。
作者单位:518020中国预防医学科学院深圳研究中心
2.毒物对细胞周期监控关卡机制的影响:细胞增殖是生命过程的基本特征,与机体的生长发育、创伤的愈合、组织器官分化、细胞程序性死亡都有密切联系。但是,细胞的异常增殖在肿瘤的发展过程中起重要作用。近年来对于细胞增殖与致癌的关系已逐渐深入到化学致癌物如何影响细胞周期的调控方面。细胞周期是一个程序性的、周而复始的级联过程,有赖于一种称之为细胞周期关卡(checkpoints)的监视控制机制来完成。这种关卡在接触毒物后维持细胞周期中DNA的稳定性方面起重要作用,能暂时中止或推迟细胞周期的进程,提供给细胞足够的时间在下一个周期到来之前修复DNA损害。现已明确,这个体系是由真核细胞中专门控制细胞周期的一系列基因的表达产物组成,其中,以周期素(cyclin)和周期素依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kina se,Cdk,又称Cdc)最为重要。当细胞接触遗传毒物时,引发出各种细胞反应来诱导Cdk的抑制蛋白,在细胞周期的不同控制点(如G1和G2期)与Cdk结合或与cyclin/Cdk复合物结合,形成不同的屏障,从而抑制cyclin/Cdk活性,发挥关卡作用。例如,P53是一种生长性抑制蛋白,当DNA受损时,刺激P53蛋白短暂地蓄积,细胞周期停止在G1期中,DNA合成复制,使之有足够时间修复损害的DNA,保证细胞基因组的稳定。目前已知的抑制蛋白质还有P15、P16、P18、P21和P27等。
3.环境毒物对细胞信息传递过程的影响:细胞信息传递是80年代以来生物学研究领域中最活跃的部分之一。细胞内信息传递系统的基本结构主要由特异性的膜受体、G蛋白、一系列第二信使[如:cAMP、cGMP、二酰基甘油(DAG)、IP3、Ca2+]及蛋白激酶、靶向功能蛋白和多种控制蛋白组成。近年来,两种气态第二信使)))NO和CO的传递系统也基本明了。此外,某些细胞外信息(如甾体激素类)可直接进入细胞内而与细胞内受体结合,然后进入细胞核,改变基因的表达。各种毒物可在细胞信息传递途径的各个环节起作用。例如,一种非常重要的环境污染物)))二口恶口英(TCDD)可结合到Ah受体使其活化,与转录因子(Ah受体转运蛋白)形成异二聚体,这种三元复合物结合到DNA的调控序列上,使某些蛋白(如:
CYP1A1、CYP1A2)表达出现改变,其中有些蛋白与毒物的活性有关。过氧化小体增殖剂(PP)活化受体(PPAR)是一种配基活化的细胞内转录因子,通过修饰基因而导致过氧化小体内酶的表达增加。近年来引起人们普遍关注的所谓/环境激素0(或称外源性内分泌干扰物质)就是通过模拟内源性激素(雄激素或雌激素)而与这些激素的受体结合,造成内分泌失调,影响机体的生长发育和生殖机能甚至诱发肿瘤。多氯联苯、DDT和TCDD就是这样的物质。许多重金属、农药和引起氧化应激的毒物,可通过与c AMP、Ca2+、IP3等第二信使作用而影响细胞信息传递。大量研究还表明,细胞的增殖和分化,癌基因和抑癌基因表达,肿瘤的启动、促进、进展以及转移,细胞凋亡乃至各种细胞应激过程,细胞信息传递都在其中起重要的作用。
4.氧化应激与细胞损伤、老化和肿瘤发生的关系:氧化应激是指机体或细胞中的促氧化和抗氧化之间的平衡失调而倾向于前者而导致机体可能的损害。一般由外源性或内源性自由基(最常见的是活性氧ROS)的产生和机体抗氧化体系的缺陷而引起。目前已将重点从脂质过氧化向其他生物大分子如蛋白质和核酸的氧化损害深入。
蛋白质是自由基攻击的重要靶分子。几种与蛋白质功能攸关的氨基酸成分,如组氨酸、半胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸等,对自由基特别敏感。业已证实,自由基介导的蛋白质破坏甚至比脂质过氧化发生得更早。最近,Dean的研究组提出这样的假设(并在以后的实验中得到了证实):在自由基攻击的蛋白质分子上,形成两种活性中间体,一种是氧化产物)))蛋白氢过氧化物;另一种是还原产物,称为蛋白结合的还原基团,实际上是蛋白结合多巴。这两种产物,特别是后者可进一步发生氧化还原循环,产生新的自由基,攻击邻近的蛋白质或核酸。我们最近在镍化合物致癌、致突变机制研究中观察到这种现象。在实验动物和人类老化过程中,亦观察到一种蛋白质氧化产物)))蛋白羰基含量的增高。蛋白质氧化修饰可引起酶活力的改变,这种改变主要是由于蛋白质的降解和交联,特别是蛋白巯基的氧化所致。蛋白质的氧化使它们对酶促的和非酶促的蛋白质水解反应更为敏感,导致蛋白质的破坏和病理性组织降解。这一过程被认为与机体老化过程中的一些退行性变,如动脉粥样硬化的形成和神经系统的退行性变有关。
活性氧可对DNA产生许多不同类型的损害,归结起来,可分为链断裂与碱基修饰两大类。例如,#OH可迅速与核酸反应,形成许多不同类型的碱基修饰产物。其中,以8-羟基鸟嘌呤(8-OHdG)最常见,且数量最多,故通常以8-OHdG作为DNA氧化损害的重要指标。近年来已证实,许多能诱导活性氧生成的外源或内源化学物和物理因素均可致8-OHdG生成增加。已经发现某些致癌物所引起的8-OHdG形成与肿瘤发生相关。另一方面,#OH攻击DNA分子中核糖也造成DNA链断裂,其位点可能在核糖的C3和C4上。自由基攻击胸腺嘧啶碱基造成的损害,经修复酶切除也产生类似的单链断裂。修复DNA断裂的酶也因受自由基攻击而减少其保真度,因此,链断裂与碱基修饰均可导致基因突变。链断裂可能造成部分碱基的缺失,也可能引起癌基因的活化。
ROS与DNA相互作用似乎也影响某些基因的调节,参与化学致癌过程,可能是通过改变调节基因表达的转录因子或酶而起作用。最近的研究还发现, DNA受损后诱导一类蛋白激酶)))DNA-PK的活化,这类激酶在识别DNA损害、转导DNA损害信号以及通过改变细胞代谢来促进DNA修复方面都起着必不可少的作用。DNA-PK对许多转录因子磷酰化的能力在调节转录方面也起十分重要的作用。
5.毒物引起的钙稳态失调与细胞毒性:Ca2+是一种重要的第二信使,对维持细胞的稳态和信息传递起重要作用。由各种毒物引起的生物膜损害、Ca2+转运酶损害及离子通道改变均可造成细胞内特别是胞浆游离Ca2+的过度负荷(超载)。近年的研究热点在于细胞内钙升高如何导致细胞死亡。目前认为,Ca2+超载除通过细胞信息传递途径的紊乱对细胞造成损害外,还与下述机制有关:(1)钙依赖的降解酶活化:包括蛋白酶(如calpains)、磷酯酶(如磷酯酶C、磷酸酶A2)和核酸内切酶的活化。这些酶活力的异常增高势必造成一些与细胞功能攸关的蛋白质、磷脂和DNA 的降解。(2)细胞骨架的变化:胞浆Ca2+增高对于细胞骨架的成分包括肌动蛋白、微管蛋白和中等纤维产生一系列不稳定效应,导致质膜大疱形成。(3)线粒体损害:线粒体中存在着不同的Ca2+摄取和释放途径,形成线粒体Ca2+循环,这一过程持续不断地利用膜电位提供的能量。Ca2+摄取时,膜电位下降,当大量Ca2+蓄积于线粒体上,就可能造成膜电位崩溃,从而造成线粒体呼吸和氧化磷酸化等能量代谢的障碍。
(4)基因激活作用:如c-jun和c-myc等的表达是Ca2+依赖性的,并涉及到蛋白激酶C和钙调蛋白激酶。
6.毒物与细胞凋亡:国外对细胞凋亡的机制和基因调控作了大量研究,已知有几类基因参与凋亡。一
类基因促进细胞凋亡的发生发展,包括野生型p53、白细胞介素1B转换酶基因(1CE)、fas基因、c-fos癌基因、腺病毒E1A基因、nur77基因等;另一类抑制细胞凋亡发生,如突变型p53基因、ra s癌基因、bc-l2基因等。细胞凋亡过程中的主要生化改变除了Ca2+、Mg2+依赖的核酸内切酶的活化而引起的DNA片断化外,一系列蛋白水解酶起着重要作用,其中,ICE样半胱氨酸蛋白酶(现称caspase)在凋亡信号转导中起重要的作用。
近年来,凋亡的毒理学意义受到关注。当细胞受到毒物损害时,是否产生凋亡,要视毒物剂量而定,大剂量毒物往往直接导致细胞坏死而无法观察到凋亡产生。许多环境物理、化学因素在一定条件下确可造成细胞凋亡,如:无机铬、锰、镉、汞和有机锰、苯巴比妥、A-六氯环己烷、三氯乙烯、TCDD、常见的致癌剂以及X射线、C射线等。由于许多研究报告都是在离体条件下进行的,所得资料尚难以代表环境接触下机体组织或细胞的变化实况。
7.毒物代谢酶遗传多态性:过去研究代谢酶多态性多以特定的模型药物代谢速率或通过电泳酶谱所出现的变异来反映其表型。80年代以来,由于DNA 重组和克隆技术的广泛应用,一系列重要的人类外源化学物代谢酶基因相继被克隆,相应的变异等位基因接连被发现,并推测其与表型上代谢多态性及可能的环境风险程度相关联。近年来,研究最为深入的有以下三类:(1)细胞色素P450(CYPs):截至1997年底,已报道了15种人类细胞色素P450基因,包含亚型150种以上,其中有8种已证明存在表型或基因型多态性,研究较多的有1A1、2D6和2E1,这些亚型均可能与环境中毒物和致癌物的代谢有关。某些CYP亚型与肺癌敏感性的关系很早就引起注意。有研究表明,人外周血淋巴细胞内CYP1A1水平与人群肺癌发病率呈正相关,在小鼠实验中也得到证实。另一受到注意的CYP亚型是CYP2D6,早年文献中称之为异哇胍(debrisoquine)水化酶。根据个体对异哇胍的代谢能力将人群分为强代谢型(EM)和弱代谢型(PM)。许多研究表明,EM与肝、肠和肺部癌症易感性相关联,尤其是与吸烟有关的肺癌,但也有对立的结论。有人从与PM状态有关的基因型在白血病、膀胱癌和黑色素瘤高比率的现象出发,认为CYP2D6对于与环境有关的、肺部以外的恶性肿瘤的发展可能有保护作用。国内一些单位曾对有机磷农药、肝毒物(TNT、黄磷、氯乙醇、CCl4等)、重金属和氯乙烯与CYPs的关系进行过系统的研究,取得一些重要成果。(2)谷胱甘肽硫转移酶(GSTs):是一组具有多种生物活性的蛋白质,催化GSH与多种亲脂性化合物的亲电子中心结合,成为GSH结合物,多种致癌物就是通过这种代谢方式排出体外,减少了形成DNA加合物的机会。人类GSTs主要包括4大类:GSTA、GSTM、GSTT和GSTP,每大类各有其亚型,它们在各组织器官的分布有较大差异。国外曾进行过不同人种GSTs各亚型分布及其与系统癌症易感性关系的研究,但结果不尽一致。国内进行了GSTM1缺陷型(0/0)人群大肠癌易感性的研究,尚未能证实有明确联系,但对于肺癌,特别是肺腺癌的易感性明显增高。(3)乙酰转移酶(NATs):人类有NA T1和NAT2两型。人群中乙酰化表型可分为纯合快型、杂合慢型。近年来,多个流行病学调查结果表明,乙酰化慢型是膀胱癌的敏感因素。有人提出乙酰化快型患者易患大肠癌。我国上海市和江苏省的调查表明,乙酰化慢型者罹患膀胱癌和肝癌的危险性增大。
8.化学致癌机制:近20年来,肿瘤基础研究的最重要进展是癌基因和抑癌基因的发现及其作用机制的阐明。在化学致癌机制上,统一了基因学派的体细胞突变学说和基因外学派的基因表达与调控学说。最近对化学致癌的新认识主要有:(1)化学致癌是多基因(多种癌基因、抑癌基因、细胞凋亡相关基因和肿瘤易感基因)共同参与的过程;(2)p53抑癌基因的作用是通过整合细胞对各种危急状况的反应,控制细胞周期关卡和启动细胞凋亡几个不同途径而维持基因组的稳定性,起抑制肿瘤的作用;(3)多重肿瘤抑制基因)))p16基因的发现;(4)确定端粒酶激活与肿瘤发生的关系;(5)DNA甲基化/脱甲基化对癌基因、抑癌基因转录活化的影响;(6)细胞间隙联接(gap junc-tion)通信破坏与肿瘤形成的关系。
二、分子生物标志物及其应用的研究
分子生物标志物反映的是外来理化及生物因素与机体细胞,特别是生物大分子(核酸、蛋白质)相互作用引起的一切分子水平的改变。与其他生物监测指标相比,分子生物标志物在准确、敏感地评价早期、低水平的损害方面具有独特优势,因而在评估这些因素对人类的危险度和评价预防措施的效果方面具有广泛的应用前景,并成为分子流行病学调查的重要手段。目前,我国已开展了包括接触标志物、效应标志物和易感性标志物三大类、数十种分子生物标志物的研究,如:DNA加合物、蛋白质加合物、DNA-蛋白质交联、DNA断裂与交联、癌基因和抑癌基因及其表达产物、体细胞和生殖细胞基因突变检测以及毒物代谢酶
[GSTs、CYPs、N-乙酰基转移酶(NATs)]多态性等。这些标志物都是以基因和蛋白质水平的改变为终点的,有些标志物已应用于人群。
三、细胞与分子生物学新技术在毒理学领域的应用
近年来,我国毒理学领域所取得的前所未有的巨大进展,在很大程度上得益于分子生物学新技术的引进和应用。在常规的基因重组与克隆技术、核酸杂交技术、PCR和DNA测序技术基础上,我国一些科研单位和高校已将转基因动物和转基因细胞、穿梭质粒、荧光原位杂交、差减杂交和差异显示技术、单细胞电泳技术和流式细胞仪技术应用于检测DNA损伤、已知或未知的基因突变、染色体畸变和筛选疾病相关基因等。这些技术以终点明确、敏感性高等优点而大大提高了毒理学研究的整体水平。有的单位还对原技术进行了必要的改良和创新,使之更具生命力。
四、环境基因组计划简介
继人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)之后,1998年2月4日,美国国家环境卫生科学咨询委员会(NAE HSC)批准了定名为/环境应答基因及其对人类健康的影响0的项目,即环境基因组计划(Environmental Genome Projec t,EGP)。目前,有5大类大约200种以上的候选基因在核心研究的考虑之中,包括:控制毒物分布和代谢的基因、DNA修复途径的基因、细胞周期/细胞死亡控制系统(包括细胞凋亡)的基因、核酸前体代谢的基因以及控制其他类基因表达的信号传导系统的基因。其中大约有100种是调节细胞色素P450、NA Ts、GSTs、葡萄糖醛酸转移酶、硫转移酶、甲基转移酶、金属硫蛋白和对氧磷酶的代谢和解毒基因,大约50种DNA修复基因和50种毒物受体基因也在考虑中。DNA修复基因纠正发生于DNA配对、核苷酸剪切、碱基剪切和重组时的错误,不能有效修复这种错误将引起皮肤和其他癌症。毒物受体基因包括如:Ah受体、雌激素受体、黄体激素受体和致内分泌紊乱物质受体的基因。在一些重要的毒理学领域,如神经毒理学、生殖毒理学和发育毒理学中,有关基因的变异也是重要的候选基因。涉及营养途径和营养物如维生素及矿物质代谢的基因约占25种,另外25种左右是参与雌激素、孕激素和睾丸酮合成的类固醇代谢基因。目前已呈交给EGP 进行审理、以便再测序的候选基因有73种。
随着HGP和EGP计划的启动和实施,一个崭新的学科)))毒物基因组学(toxicogenomic s)应运而生,这一学科源于毒理学与基因组学的结合,即应用基因组学(genomics)的资源和方法,研究机体与毒物交互作用的机制。最近美国国家环境卫生科学研究院(NIHES)和化学工业毒理研究所(CIIT)的科学家应用DNA微阵列(DNA microarray)技术,研制出毒理芯片(toxichip),可同时检测成千上万个基因的表达,大大提高了研究效率。毒理学家将动物或细胞染毒后,分离mRNA,用逆转录酶和带放射性或带荧光的核苷酸将mRNA转变为标记的cDNA,然后与固定在芯片上的千万个c DNA或寡核苷酸微阵列杂交,通过检测每个cDNA结合的放射性或荧光强度,用以测定毒物处理前、后组织细胞表达的mRNA,或用生物信息学处理比较基因表达的形式,确定基因受到正性或负性调节、基因多态性及突变等。然而,毒理芯片研究与现用的整体和体外毒理学研究之间的联系如何?如何用于化学物的危险度评价?有待于进一步探索。
五、展望:分子毒理学对21世纪环境医学的影响
传统的环境医学是以宏观的环境和人群为主要研究对象。近20年来,物理、化学、数学、信息科学、环境科学和生物医学互相渗透,特别是分子生物学新概念和新技术的飞速发展,使人类对/环境疾病0的本质有了进一步深入的了解。21世纪来临之际,HGP 计划正以出人意料的速度发展,EGP计划也初见端倪。这两个计划的顺利进行和完成,将为毒理学工作者提供全新的概念和技术,也为环境医学的研究带来新的启迪和前所未有的机遇:
1.环境有害物中毒和致癌、致突变机制的研究将有新的突破。环境相关疾病的基因图谱和蛋白质谱将得以阐明。
2.借助于高通量的生物芯片(biochip)和微阵列技术以及蛋白质、氨基酸电泳质谱技术,环境因素早期敏感生物效应的标志物监测将快速、高效地进行,及时向人类提出预警信号。
3.化学物质危险度的评价有可能直接在人群中以高准确度和可靠性进行。
4.环境基因组计划所提供的环境应答基因的信息库将为筛选易感人群提供依据。
5.某些环境应激基因及其表达产物有可能应用于环境相关疾病的预防和治疗。
(收稿日期:2000-01-06)
(本文编辑:杨捷)
混沌理论要点： 1. 非线性系统的非因果性 当原因与结果间的关系并不确定时，便产生非线性现象。比如说利率提高1％（原因），市场反应（结果）就是不确定的——结果取决于人群对该消息的解释。 再如美国家森林公园，每年都由雷电引起数百起火灾（起因相同），仿佛老天爷每年都要向大地投放火星大小相同的成百上千个未熄的烟头，于是几百次火灾被引发，并蔓延、终止，有时烧毁数亩、有时蔓延数百亩，有时……1988年那次，使黄石公园全部150万亩森林片草无存（该公园去年已被世界自然遗产目录剔除）。以致其它森林公园为防止枯草积得太厚，还不得不让消防人员，每年人为制造些火灾。 量子世界、人类历史、地震、天气运行……莫不如此。远至恐龙时代的大小生态灭绝事件，近至非典、上月的北美大停电、各国证券市场，每年无数个烟头被仍向场内，引发或大或小的震动，并蔓延、终止……但到底哪个烟头，才是那颗重要的烟头？ 相同的初始力，令人瞠目的结果，是所有混沌系统的基本特征。大家都不难理解，曾救了萨达姆命的藏身之所，这次偏就成了送命之处，但很多人却很难理解同样一个历史点位，并不代表同样的未来。许多历史学家在逐次的趋势和循环中，搜寻说得过去的理由与解释，显然是用错了工具。这些传统观念产生于匀衡物理和天文学中，而合适的工具，却在非线性的非匀衡物理中。新物理学家们则开始用模拟游戏代替方程式，去发现事态运行的规律。 2.对初始条件的极端敏感依赖性 伦敦气象局计算机系统每日处理覆盖全欧洲的数千个气象站的上亿条数据，一次洛伦兹将5.06127输入为5.06，万分之一的省略，提供了两份截然不同的天气预报。于是洛伦兹在美国科学促进会提出：“一只蝴蝶在巴西煽动翅膀可能会在美国德克萨斯引起一场龙卷风”，从此，令人着迷、发人深省的“蝴蝶效应”，就以其大胆的想象力与迷人美学色彩，更加之深刻科学内涵与内在哲学魅力，倾倒了不断在复杂系统中苦苦求索的芸芸众生。“蝴蝶效应”反映了混沌运动的一个基本特征：对初始条件的极端敏感依赖性。 经典动力学认为，初始条件的微小变化，对未来状态所造成的差别也微小。但混沌理论认为，初始条件的十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。 大家不妨想像一下台球桌面：撞击母球不到1度的微小偏差，会使台面出现纵线与横折两种极端迥异的走势。一个储蓄组合的未来资产变化模拟图，也仅因规则改为不计零数，模型便立即报废。导致蝗灾的因素有不下两百种，漏算或误算其中2％，不久20％的因素都会相应改换，一切也就大相径庭。西方流传的一首民谣更是对此作了形象的说明：“醉了一个农夫，丢了一颗铁钉；丢了一颗铁钉，少安一付马掌；少了一付马掌，跛了一匹战马；跛了一匹战马，摔坏一位将军；死了一个将军，输了一场战争；输了一场战争，亡了一个国家！” 系统对无数变化，何时极度敏感，何时能消化掉而不予理会，对此人类不是无能为力，而是丝毫都无能为力——地球上每天亿万只蝴蝶上下翻飞、百万只苍鹰鼓翼、千百只大鹏展翅……初始力或相同、或不同，初始因素本身虽不大，但经时间积累后的结果，已远非人们当初之想当然。 从前我们经常听到“明年将现暖冬”“下月平均气温将低于去年同期”等说法，但拥有超乎想像的完备数据的美国家气象局去年已宣布：“从此再不对超过10天的气象做任何预测。”这是人类科学认识的又一步飞跃。 3. 能量法则 完全不同于线性代数的产物——概率论。该法则是不同国度的学者们，耗时巨大的独立研究后，最终共同发现的一项新的重要自然法则，已被证实是一个适用于上千种的模板的、普遍
毒理学 （LOAEL）：观察到有害作用的最低水平。在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种物质引起机体某种有害作用的最低剂量或浓度。 （NOAEL）：未观察到有害作用水平。在规定的暴露条件下，通过实验和观察，一种外源化学物不引起机体可检测到的有害作用的最高剂量或浓度。 （VSD）：实际安全剂量。指与可接受的危险度相对应的外源化学物的接触剂量。（MOS）：安全范围。人群“暴露量”估计值与安全限值的比值。MOS=人群暴露量/安全限值。MOS越大，危险性越大（人群暴露量大）P160 转基因食品安全性评价的目的：为科学决策提供依据；保障人类健康及生态环境安全；回答公众疑问；促进国际贸易，维护国家权益；促进生物技术可持续发展如何进行危险度评价 危险度(risk)：是指在特定条件下，因接触某种水平的化学毒物而造成机体损伤、发生疾病，甚至死亡的预期概率。 危险度评价：外源化学物危险度评价是以定量的概念，在人类接触环境危害因素后，对健康的潜在损害的程度进行估测或鉴定。危险度评定是对各种环境有害因素进行管理的重要依据，具有客观性、能定量及有预测性的特点。 （1）危害识别，（2）危害描述，（3）暴露评估（4）风险描述。 危害识别（hazard identification）：识别可能产生健康不良效果并且可能存在于某种或某类特别食品中的生物、化学和物理因素。 危害描述（hazard characterization）：对与食品中可能存在的生物、化学和物理因素有关的健康不良效果的性质的定性和/或定量评价。对化学因素应进行剂量-反应评估。对生物或物理因素，如数据可得到时，应进行剂量-反应评估。 暴露评估（exposure assessment）：对于通过食品的可能摄入和其他有关途径暴露的生物、化学和物理因素的定性和/或定量评价。 风险描述（risk characterization）：根据危害识别、危害描述和暴露评估，对某一给定人群的已知或潜在健康不良效果的发生可能性和严重程度进行定性和/或定量的估计，其中包括伴随的不确定性。 风险管理的概念和内容：p150 风险管理：权衡政策措施的过程。如果需要，选择和实行恰当的控制措施。实行的措施取决于“可接受的风险”。 风险管理要素： 1、风险管理的初步活动（食品安全问题的鉴定。为后续的行动建立风险档案并排序。建立风险评估政策。委托风险评估，同时考虑结果。） 2、风险管理选择的评价。 3、风险管理决策。 4、决策的实施。 5、对风险管理决策的效率进行监测与回顾。 风险管理目标： 选择措施，把食品风险降低到可接受的水平：鉴定食源性危害的相对重要性。建立措施框架，是风险降低到可接受水平。对食源性危害引起的风险评估决策的效率进行评价。 计算题：
药物毒理学Drug Toxicology 陈立峰研究员
第一节药物的基本作用
药物毒理学 第一节毒理学概述 第二节中药不良反应 第三节急性毒性试验 第四节长期毒性试验 第五节特殊毒性试验
第一节毒理学概述 药物毒理学(drugtoxicology)：是研究药物对机体有害作用的科学。 主要研究药物不可避免地导致机体全身或局部发生病理学改变，甚至引起不可逆损伤或死亡； 同时也研究药物对机体有害作用的发生、发展与转归，以及毒理机制与危险因素。 由于药品是专供人类防治疾病使用的特殊物质，具有两重性，需要正确评价其药理效应和不良反应，与其他各毒理学分支有所区别。
药物毒理学研究也包括新药上市前的安全性评价和危险性评估。 药物毒理学包括描述性毒理学(descriptive toxicology)、机制毒理学(mechanistic toxicology)和应用毒理学(ap-plied toxicology)。 描述性毒理学：通常仅直接考虑药物毒性的结果，为药物安全性评价和其他常规需要提供毒理学信息。 一般通过动物试验而获得毒性资料，评估药物使用时对人类的毒性作用。
通常在商业性或政府机构的毒性实验室进行研究，以获得药物基本毒性信息(数据库等)，用于确定大多数 用药情况下对各种器官的毒性(危害)。 通常研究的内容有急性或长期毒性，包括遗传毒性、生殖毒性和致癌性；机体对毒物的代谢和清除，毒物的吸收、分布与蓄积；以及产生毒性作用的量效试验。机制毒理学：通过研究药物对细胞或组织产生毒性的生理、生化改变，阐明药物对机体毒性作用的机制。通常在细胞组织学、生物化学和分子生物学水平，明确药物产生毒性的生物学过程。
毒理学常用名词解释 危险度评价（risk assessment）：即基于毒理学试验资料，化学物接触资料和人群流行病学资料等科学数据的分析，确定接触外源化学物后对公众健康危害的可能性，发生损害效应的性质、强度、概率，确定可接受危险度水平和相应的实际安全剂量，为管理部门制定和修正卫生标准，制定相应法规，确定污染治理的先后次序，评价治理效果提供科学依据的过程称为危险度评价。 危险度（risk）：又称风险，是指按一定条件在一定时期内接触有害因素和从事某种活动所引起的有害作用的发生概率。例如疾病发生率、损伤发生率、死亡率等。 危害鉴定（hazard identification）：是危险度评价的定性阶段，目的是确定接触外源化学物是否可能产生损害作用，作用性质、强度。 剂量-反应关系评定（dose–response relationship assessment）：是危险度评定的定量阶段。通过剂量—反应关系评定外源化学物接触水平与有害效应发生概率之间的关系。可用于危险度评价的人类资料往往很有限，常要用到动物试验的资料，而危险度评价最为关心的是处于低剂量接触的人群，这一接触水平往往低于动物试验观察的范围。这样需要有从高剂量向低剂量外推及从动物毒性资料向人的危险性外推的方法，这也构成了剂量—反应关系评定的主要方面。由于将动物实验的毒理学资料外推到人存在着高剂量向低剂量外推，从短时间向长时间外推，从小样本向大样本外推，特别是存在着种属差异这些不肯定因素，因此将动物实验毒理学资料外推时必须非常慎重，因此在剂量—反应关系评定中，人群流行病学资料就成为更重要、更关键的资料，因此在剂量—反应关系评定中必须重视人群流行病学资料。根据外源化学物毒作用类型不同，剂量—反应关系评定可分为有阈值化学物的剂量—反应关系评定和无阈值化学物的剂量—反应关系评定。 接触评定（exposure assessment）：接触评定要确定人体通过不同的途径接触外源化学物的量及接触条件，是危险度评价中很重要部分。接触评定也是危险度评价中最不确定部分，人体可通过不同途径接触外源化学物，如经口、经皮肤、经呼吸道等，在不同阶段，接触化学物的种类及量也不同，且接触往往是长期的，有许多接触需要靠历史资料来评估。 接触评定首先要确定化学物在各种环境介质中的浓度及人群的可能接触途径，然后估算出每种途径的接触量，再得出总的接触量。对于接触量的估算既要有一般人群，也要有特殊人群（高危险人群）的评价，对于不同接触情况的人群经常需要分别进行评定。接触评定主要靠对化学物的监测资料，在缺少足够的监测资料时，需要通过有效的数学模型进行估计。人体生物材料中化学物及其代谢物的监测资料（接触生物学标志），可用于人群过去及现在接触情况的评定。 外源化学物对机体的危害主要取决于吸收进入体内或到靶器官的剂量，在危险度评价中基于生理学的毒代动力学模型可描述接触剂量之间的关系。 危险度特征分析（risk characterization）：亦称危险度裁决（risk judgement），是危险度评价的最后一步。将危害鉴定、剂量—反应关系评定、接触评定中进行的分析和所得结论综合在一起，对人体危险度的性质和大小做出估计，说明并讨论各阶段评价中的不肯定因素及各种证据的优缺点等为管理部门进行外源化学物的危险度管理提供依据。 危险度管理（risk management）:指管理部门根据危险度评价结果，为控制对人体及环境
*基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)基金(2002AA2Z342D 和2004A A2Z3774) 综 述 发现毒理学的研究进展 * 王全军,吴纯启,廖明阳 (军事医学科学院毒物药物研究所,国家北京药物安全评价研究中心,北京100850) [摘要] 发现毒理学又称为开发前毒理学(Predevelopmental Toxicology),是指在创新药物的研发早期,对所合成的系列新化合物实体(New Chemical Entities,NCEs)进行毒性筛选,以发现和淘汰因毒性问题而不适于继续研发的化合物,指导合成更安全的同类化合物。发现毒理学的研究既可加快药物研发进程,提高研发成功率,又减少资源消耗。笔者就发现毒理学研究的定义、必要性、研究内容、研究方法和我国当前的研究现状作一简述。 [关键词] 发现毒理学;新化合物实体(NCEs);毒性筛选 [中图分类号]R994 1;R965 1 [文献标识码]A [文章编号]1003-3734(2005)08-0958-04 Progresses of discovery toxicology research W ANG Quan jun,W U Chun qi,LI AO Ming yang (Institute o f Pharmacology and To xicology ,Academ y o f Military Medical Sciences ,National Beijing Center f o r Drug Sa fety Evaluation and Research ,Beijing 100850,China )[Abstract ] Discovery toxicology,also named predevelopmental toxicology,is to screen toxicities of new che mical entities (NCEs)in the discovery phase of ne w drug research,to discover and eliminate the compounds that are unsuitable for further development due to their toxicity as early as possible,and to optimize the next more safe compounds.Discovery toxicology research can break through the limitation and improve the efficiency of drug research.This article will present the concept of discovery toxicology,the essentiality of discovery toxicology research.The content,methods and current status of discovery toxicology in China are described too. [Key words ] discovery toxicology;new chemical entities(NCEs);toxicity screening 药物研发成功与否部分取决于在研发早期严格淘汰不适合进一步研发的化合物。在药物临床前阶段,毒性问题是研发失败的主要原因。在研发早期尽早发现候选化合物的潜在毒性是毒理学研究的重要问题。 多年来,新药研发越来越多地依赖于生命科学技术的研究进展。在新药设计方面,化学家参考药物作用靶、内源性配体和底物的化学结构特征,应用计算机辅助药物设计手段发现选择性作用于靶位的新药;在新药活性筛选方面,现代药物组合化学与体外高通量筛选的成功结合极大地提高了先导化合物的发现速度;在新药的药动学(ADME)研究方面,多种基于药物代谢酶或转运体的药动学筛选模型已开始应用于新药开发研究。这些新技术的成功运用大 大加快了药物研发早期的药物发现、药物合成、药效筛选的进程,从而产生大量的候选化合物。传统药物毒理学研究在时间、经费、样品消耗量和动物数等方面都花费巨大,在药物毒作用机制研究方面难以阐明一些临床使用药物的毒性机制和理想的应急解毒措施,因此传统药物毒理学无法满足因新的生物技术而产生的海量候选化合物的毒性筛选研究,成为限制整个药物研发的瓶颈。而发现毒理学(Discovery Toxicology)的研究将打破这个瓶颈,既可加快药物研发进程,提高研发成功率,又减少资源消耗。笔者就发现毒理学研究的含义、必要性、研究内容、研究方法和我国当前的研究现状作一简要综述。1 定义、产生背景和产生的必要性 伴随着科学技术的发展,当代毒理学的发展将 958
2012年第7卷 第2期， 133-139生态毒理学报 Asian Journal of Ecotoxicology Vol．7，2012 No．2，133-139 收稿日期：2011-08-12录用日期：2011-10-14作者简介：李君灵（1970-），女，博士，副教授，研究领域：环境毒理学与运动生理学；E-mail ：lijunling_ljl@https://www.doczj.com/doc/5b7255920.html, ；*通讯作者（Corresponding author ），E-mail ：zqmeng@sxu．edu．cn 我国大气环境毒理学研究新进展 李君灵1，2，孟紫强 2，* 1.山西财经大学体育学院，太原030006； 2.山西大学环境医学与毒理学研究所，太原030006 摘要：对大气环境中重要污染物的毒理学作用及其机制方面的文献进行综述。首先，总结了细颗粒物（PM 2.5）和纳米颗粒物对呼吸系统和心血管系统毒理学作用及其机理方面的研究；然后，评述了二氧化硫（SO 2）对基因表达的影响及内源性SO 2生理作用方面的研究，提出SO 2既是一种全身性毒物，又是一种新型信号分子的新观点；对大气环境致癌物，特别是有关苯并芘致癌作用分子机制的研究进行讨论；对大气中臭氧和光化学烟雾对健康影响的研究作了评述；最后，对室内空气污染物尤其是甲醛的毒性作用及其机理方面的最新研究进行了评论。关键词：大气环境毒理学；细颗粒物；二氧化硫；致癌物；臭氧；甲醛文章编号：1673-5897（2012）2-133-07中图分类号：X171．5 文献标识码：A Current Progress in Atmospheric Environmental Toxicology in China Li Junling 1，2Meng Ziqiang 2， *1.School of Physical Education ，Shanxi University of Finance and Economics ，Taiyuan 030006，China 2.Institute of Environmental Medicine and Toxicology ，Shanxi University ，Taiyuan 030006，China Received 12August 2011accepted 14October 2011 Abstract ：Toxicological effects and mechanisms of important pollutants in the atmospheric environment are re-viewed.Firstly ，the studies on toxicological effects and mechanisms of fine particles （PM 2.5）and nanometer parti-cles on respiratory and cardiovascular systems are summarized.Secondly ，the investigations on effects of sulfur di-oxide （SO 2）on gene expressions and physiological roles of endogenous SO 2are commented.It is proposed that SO 2is a systemic toxin and a new type-gas transmitter.Thirdly ，the molecular carcinogenesis mechanisms of carcino-gens in the atmospheric environment ，especially benzopyrene ，are discussed.Fourthly ，toxic effects of atmospheric ozone and photochemical smog on health are summerized.Finally ，the up to date studies on toxic effects and mech-anisms of indoor air pollutants ，especially formaldehyde ，are commented. Keywords ：atmospheric environmental toxicology ；fine particles ；sulfur dioxide ；carcinogen ；ozone ；formaldehyde 大气环境毒理学是研究大气污染物对人体、人群以及与人体健康相关生物的损害效应及其规律的一门科学。第二次世界大战以来，随着世界人口的增加、工业生产和交通运输的发展，以及煤炭、石油等能源利用的增长，各种废气排放量增多，大气受到了严重污染，使人类的健康和物质财富受到了直接 或间接的危害。因此，大气环境毒理学问题一直是 环境科学领域研究的热点之一。本文对有关典型大气污染物如大气悬浮颗粒物、SO 2、大气环境致癌 物、光化学烟雾以及室内空气污染物等的毒性作用及其机理的近期研究进行综述。
2013~2014学年第一学期期末考查 专业班级《毒理学基础》试题 一、名词解释（每题5分，共30分） 1.靶器官：化学物质被吸收后可随血流分布到全身各个组织器官，但其直接发挥毒作 用的部位往往只限于一个或几个组织器官，这样的组织器官称为靶器官（target organ）。 2.biomarker：指针对于通过生物学屏障进入组织或体液的化学物质及其代谢产物、以 及它们所引起的生物学效应而采用的检测指标，可分为接触生物学标志、效应生物学标志和易感性生物学标志三类 3.功能蓄积：化学毒物反复多次染毒实验动物后，集体内虽不能检出化学毒物，然而 集体可以出现慢性中毒现象。 4.自由基：是独立游离存在带有不成对电子的分子、原子和离子，它主要是由化学物 的共价键发生均裂而产生。 5.协同作用：外源化学物对机体所产生的总毒性效应大于个体外源化学物单独对机体 的毒性效应总和，即毒性增强。 6.chronic toxicity：是指机体（实验动物或人）一次或24小时内多次接触外源化学物 后在短期内的毒作用及死亡。 二、单项选择题（每题1分，共20分） 1. 卫生毒理学和毒理学的主要区别是C A．毒理学相当于总论．而卫生毒理学是个论 B．卫生毒理学与毒理学研究的方法有所不同 C．卫生毒理学属于预防医学的范围，毒理学属于边缘学科 D．卫生毒理研究的范围越来越小，毒理学研究的范围越来越大 2. 评价毒物急性毒性大小最重要的参数是 B A．LD100 B．LD50 C．LD01 D．LD0 3. 毒物引起全部受试对象死亡所需要的最低剂量是A A．绝对致死剂量（LD100） B．最小致死剂量（LD01）
系统毒理学及其研究进展 在总结国内外相关研究的基础上，综述了系统毒理学的原理、诞生背景、研究策略、研究基础及其主要应用。同时，通过介绍系统毒理学的研究实例来阐述其目前的研究进展情况。希望从分子生物学的发展中汲取足够营养并结合传统毒理学的研究成果发展壮大自己。 【Abstract】Based on the foundation of related research at home and abroad，paper summarizes the principle and research strategy，research background，basis and main application of system toxicology. At the same time，to explain its current status a case study of the system is introduced. And we hope to draw sufficient toxicological nutrition from the development of molecular biology and development itself combined with the research of traditional toxicology . 标签：背景；技术；应用；进展 1 系统毒理学及其诞生背景 系统毒理学是近10年来发展起来的一门新兴学科，代表着后基因组时代毒理学发展的新方向。所谓系统毒理学是指通过了解机体暴露后在不同剂量、不同时点的基因表达谱、蛋白质谱和代谢物谱的改变以及传统毒理学的研究参数，借助生物信息学和计算毒理学技术對其进行整合，从而系统地研究外源性化学物和环境应激等与机体相互作用的一门学科[1]。 近年来，生命科学在新理论和新技术上有了突飞猛进的发展，一系列“组学”（omics）应运而生，如基因组学（genomics）、蛋白质组学（proteomics）、细胞组学（cellomics或cytomics），等新学科不断涌现，使人们对基因和基因组的认识，对生命本质的认识和认识生命、健康的手段取得了重要的进展。 另外，传统的毒理学研究依然存在许多不足，相对于飞速发展的分子生物学技术和越来越多的外源性物质，毒理学的研究方法急待革新。 系统毒理学的发展，既有系统生物学发展的外在刺激，又有传统毒理学在发展中克服自身不足的内在需求。 2 生物学基础 2.1 基因组学 基因组学是研究基因组的结构、功能及表达产物的学科。基因组的产物不仅是蛋白质，还有许多复杂功能的RNA。将基因组学的方法与技术应用于毒理学研究领域，称之为毒物基因组学（toxicogenomics）。毒物基因组学的基本方法是通过观察生物在接触毒物后基因表达谱的变化，筛选毒性相关基因、揭示毒作用
第一章毒理学的基本概念 一、术语： 1、毒理学：研究外源性化学物质对生物机体损害作用及二者之间相互作用的科学。Toxicology=Toxikon(毒物)+Logols(描述) 2、食品毒理学：从毒理学角度出发，研究食品中可能含有外源性化学物质对动物的毒作用机理，检验评价食品、畜产品的安全性，确保人类安全 动物毒理学：研究外源性化学物质与动物机体间相互作用的科学。 3、毒物 poison or toxicant 在一定条件下，对生物体产生损害或者使机体出现异常反应的外源性化学物质。 ①毒物是个相对概念 马杜霉素 5mg/kg 6 mg/kg 10 mg/kg 导致低钙F是必须微量元素，过多抑制骨磷酸化酶，在骨骼中形成CaF 2 血症，氟斑牙。 ②毒物分类：世界登记的化学物有500万种，人类接触的有6~7万种。 工业化学品：生产原料中间，副产品，废弃物。 食品中有毒物质：添加剂，防腐剂，着色（苏丹红） 环境污染物：工业三废（汞，砷）（水侯病） 日用化学品：化妆品，杀虫剂，洗涤剂（含磷的洗衣粉→赤潮） 农用化学品：化肥，农药，除草剂，保鲜剂 军事毒物：芥子气（伊拉克战争起源） 4、毒素（toxin）是一类特殊毒物，由活机体产生，其化学结构不清楚。 5、中毒（tocication）机体受到毒物的作用而引起功能性或器官性病变，根据病变发生快慢分为急性，亚慢性，慢性中毒。 二、毒理学的发展简史 （一）中国 1、最早记录毒物学知识见于《周礼》，《山海经》，《尔雅》，《诗经》。 2、汉朝，刘安撰写《淮南子，修务训》记载“神农乃始教民，尝百草之滋味，一日遇七十毒。 3、汉末《神农本草经》记载有毒植物广泛存在于自然界中。 4、明朝《本草纲目》收载多种毒物，如：砒霜，乌头，蓖麻，涉及毒物吸收及人体中毒症状。 （二）国外 1、欧洲文艺复兴时期，瑞士药理学家、毒理学家Paracelusus(1493-1541)提出毒物剂量概念，指出所有物质都有毒，提出环境毒理学，职业中毒。 2、西班牙学者Orfila（1787-1853）为近代毒理学创始人，提出化学分析鉴定中毒个体的重要性，为近代法医毒理学奠定基础。 （三）近代毒理学发展 1、20世纪两次世界大战，化学毒剂出现，萌发了军事毒理学。 2、20世纪60年代，工业化发展，环境污染，危害人类健康，由于分子生物学发展，推动毒理学发展，宏观方面，生态调整，流行病调查，微观方面，中毒机
2Chin J Ind Hyg Occup Dis,Febru ary1998,Vol.16,No.1 述 评 镉的毒性和毒理学研究进展 刘杰 镉(Cadmium)是一种重金属,它与氧、氯、硫等元素形成无机化合物分布于自然界中。镉对人体健康的危害主要来源于工农业生产所造成的环境污染。镉对肾、肺、肝、睾丸、脑、骨骼及血液系统均可产生毒性,被美国毒物管理委员会(ATSDR)列为第6位危及人体健康的有毒物质。环境中的镉不能生物降解,随着工农业生产的发展,受污染环境中的镉含量也逐年上升。镉在体内的生物半衰期长达10～30年,为已知的最易在体内蓄积的毒物。镉在肾脏的一般蓄积量与中毒阈值很接近,安全系数很低。在60年代提出了镉污染与日本“痛痛病”的因果关系后,环境中的镉与健康关系的研究日益受到重视。近几年来,有关镉毒理学研究的文献每年超过600篇(Medline检索)。美国目前有大约100个关于镉与健康的研究课题,涉及各个领域。国内对镉的毒性和毒理学的研究开展得也比较广泛,其中一些在中毒机制方面作了较深入的探讨,有的学者甚至进行了长达十几年的研究。 镉的毒性和毒理学研究进展主要包括以下几个方面: 一、镉污染与人类健康 1.环境中的镉:对环境中镉污染的早期关注局限于锌、铜、铅矿的冶炼。后来注意力转为镉在工业中的应用,如电池、电镀、合金、油漆和塑料等工业。经过多年的努力,国内外对职业劳动中接触镉的卫生保护已大大加强。近年来,对环境中的镉通过食物链对一般人群的潜在危害已受到高度重视。随着含镉磷肥的施用、污水灌溉等,土壤中镉含量增加,继而被某些植物摄取而进入食物链。1997年国际地球生化学会在美国加州专门对此问题进行了讨论并出版了专著;国际环境科学委员会(SCOPE)则进一步将土壤中镉的来源、价态、食物链中的转化以及对一般人群健康的影响定为目前镉研究的一个重点方向。 2.镉的摄入及监测:职业人群镉暴露的主要途径是吸入。对作业场所空气中镉的浓度进行监测并控制在容许范围之内,是保护工人健康的一个重要手段。对一般人群来说,镉暴露主要来源于食物和吸烟。人们每日可从食物中摄镉30～50 g,但仅有1%～3%被肠胃吸收。因此,对镉的胃肠吸收、体内分布和排泄的影响因素一直是镉毒理学研究中的一个热点。其中,镉与金属硫蛋白(m etal-lothio nein,MT)的结合,及镉与锌、钙的相互作用是影响镉体内代谢动力学的重要因素。血镉的含量可用来评价近期的镉暴露,尿镉含量则在一定程度上反映了镉性肾损伤和体内的镉负荷。尿中的 2-微球蛋白和尿M T的含量已作为镉暴露的生物标志物。 二、镉的毒性研究进展 1.镉的肾毒性:肾损伤是慢性染镉对人体的主要危害。一般认为镉所致的肾损伤是不可逆的,目前尚无有效的疗法。很多学者认为:镉所致的肾损伤是由在肝脏形成的镉-金属硫蛋白(M T)复合物(CdM T)引起的。因此,一次性大量注射CdMT造成肾损伤的动物模型用来研究镉的肾毒性机制已达20年之久。最近,用删除了M T的转基因动物的实验结果表明:镉所致的肾损伤并不一定依赖于CdM T的形成,无机镉亦能直接造成肾脏损伤。一次性注射CdM T主要造成肾小管细胞的坏死,而慢性染镉造成的病理改变则波及整个肾脏,包括肾小球的损伤和肾间质的炎症。慢性染镉 作者单位:66160美国堪萨斯城,堪萨斯大学医学中心药理毒理系
第一章药物毒理学绪论 药物毒理学(drug toxicology):研究药物对机体的毒性反应、中毒机制及其防治方法的一门独立的学科,它也就是药理学研究不可缺少的内容之一。 ?就是研究药物对生命有机体有害作用的科学 ?就是毒理学的分支学科之一 ?就是一门与药学、药理学、临床药物治疗学密切相关与交叉的药学边缘学科。 第一节毒理学概述 毒理学 (toxicology) : 传统毒理学:研究外源化学物对生物体损害作用的学科。 现代毒理学:以毒物为工具,在实验医学与治疗学的基础上,发展为研究化学、物理与生物因素对机体的损害作用、生物学机制、危险度评价与危险度管理的科学。 一、毒理学简史: (一)古代与中世纪毒理学 ?萌芽 5000前(3000-2000 B、C),有文字记载约3500年历史。 ?最早的毒物研究开始于1500 B、C,人类最早的医书、古埃及的《埃伯斯草文稿》已记载了700多种的毒物与药物,如毒芹、铅与锑等。 ?公元50年希腊医生迪奥斯克理德斯(Dioscorides)所著的《药物论》,把毒物分成动物、植物与矿物,描述配图,成为之后16世纪毒物的主要资料。 ?我国明朝初的《本草纲目》等也记载了有关毒物。如砒石、钩吻、乌头、番木鳖等。 (二 )启蒙时代毒理学 ?产业革命前 由于社会上中毒、误服——法医毒理学 化学药物的合成——药物毒理学 ?产业革命后(19世纪) 工业革命快速发展,职业中毒——工业毒理学
(三 )现代毒理学 ?二次世界大战药品、农药、工业化学物生产的大量增加,毒理学研究亦应运而生。 ? 20世纪20年代许多药物毒性事件的发生,形成了毒理学研究的雏形:砷中毒、氨基比林退热、 2,4二硝基酚减肥、磺胺事件等。 ? 20世纪50年代,FDA对毒理学的职能开始加强 ? 20世纪60年代,震惊世界的“反应停事件”极大地推动了毒理学科学的发展。 1、现代毒理学特点: ?研究范围不断扩大,合作研究机构应运而生。 ?研究内容不断深入,并取得了一些突破性进展。 ?在宏观管理与立法方面的作用日益重要,危险度评定开始成为现代毒理学研究的主要目的与任务。 ?趋于早期参与新产品开发,与经济发展的关系更加密切。 ?学术队伍不断壮大,国际间学术交流不断发展。 2、众多学科交叉渗透 3、从高度综合到高度分化 4、新技术新方法在毒理学研究的应用 基因组学、蛋白质组学的原理与技术的发展与应用,为建立高通量毒性检测、有害因素鉴定方法提供了技术支特 生物标志物的研究与确定,为工业毒物、药物、环境毒物的危险度评价提供了工具。 5、系统毒理学 人类基因组计划(HGP,1990启动) 环境基因组计划(EGP,1998启动) 毒理基因组学(Toxicogenomics,2000) 系统毒理学(Systems toxicology,2002) …… 二、毒物(toxicant)
一、前言 目前肺癌的辅助和新辅助治疗、晚期肺癌一线方案、二线方案、甚至三线方案的选择，到分子靶向治疗，治疗手段和方法，似乎有了飞速的发展，但是治疗结果却给人总的感觉正像美国化疗之父Kennidy教授所说的，"肺癌治疗的进步像蜗牛一样缓慢"。尽管各类新的化疗药物还在不断研发和问世，但它们对肺癌的治疗已基本进入一个平顶期。分子靶向药物的出现以及根据各种癌症的不同基因表型而无意或有意设计的用药方案，却出现了很多值得我们重视的结果和现象，为此，以新的观点重新审视目前肿瘤治疗的方法，具有重要的意义。 二、混沌理论简介 混沌现象广泛存在于自然界。混沌学(Scientific Chaos)与相对论、量子力学一起被誉为二十世纪人类的三大发现。事实上，混沌学、相对论与量子力学是上世纪三次重大的科学革命，成为正确的宇宙观和自然哲学的里程碑。正如美国著名科学家詹姆斯.格莱克所说的那样："混沌学排除了拉普拉斯决定论的可预测性的狂想"。 1892 年，法国数学家J. H. Poincare己经发现按照哈密顿方程进行时间演化的某些力学系统可能出现混沌运动。1963年麻省理工学院著名的气象学家洛伦兹(Lorenz)发现[1]：在一个特定的方程组中，小小差异就可引起相去甚远的最终结果，显示确定论的系统表现出随机行为。这一论点打破了拉普拉斯决定论的
经典理论，这种新现象也是以前的科学家所无法解释的。后来洛伦兹又提出了"蝴蝶效应" 的理论，即一种对初始条件的极其敏感性依赖性。洛伦兹的发现和研究，开启了现在混沌理论研究的大门。上世纪70 年代是混沌理论基础研究高速发展的年代。1971 年法国物理学家D. Ruell 和荷兰数学家F.Takens引入"奇怪吸引子"概念。1975年，中国学者李天岩和美国数学家J. Yorke在《America Mathematics》杂志上发表了"周期三意味着混沌"的著名文章[2]，深刻揭示了从有序到混沌的演变过程，这也使"混沌"作为一个新的科?F嶂剬畕学学、电子学、信息科学、气象学、宇宙学、地质学、经济学、人脑科学，甚至在音乐、美术、体育等多个领域都得到了广泛的应用。 对于混沌严格的定义，目前科学上还没有确切的定义，但随着研究的深入，混沌的一系列特点和本质被揭示，对混沌完整的、具有实质性意义的确切定义将会产生。目前人们把混沌看成是一种无周期的有序。它包括如下特征：(1) 混沌具有内在的确定性，它虽然貌似噪声，但不同于噪声，系统是由完全确定的方程描述的，无需附加任何随机因数，但系统仍会表现出类似随机性的行为；(2) 混沌具有分形的性质；(3) 混沌具有标度不变性，是一种无周期的有序。在由分岔导致混沌的过程中，还遵从Feigenbaum常数系。(4) 混沌现象还具有对初始条件的敏感依赖性。只要初始条件稍有偏差或微小的扰动，则会使得系统的最终
1、水体污染 水体污染影响工业生产、增大设备腐蚀、影响产品质量，甚至使生产不能进行下去。水的污染，又影响人民生活，破坏生态，直接危害人的健康，损害很大。 （1）危害人的健康水污染后，通过饮水或食物链，污染物进入人体，使人急性或慢性中毒。砷、铬、铵类、笨并（a）芘等，还可诱发癌症。被寄生虫、病毒或其它致病菌污染的水，会引起多种传染病和寄生虫病。重金属污染的水，对人的健康均有危害。被镉污染的水、食物，人饮食后，会造成肾、骨骼病变，摄入硫酸镉20毫克，就会造成死亡。铅造成的中毒，引起贫血，神经错乱。六价铬有很大毒性，引起皮肤溃疡，还有致癌作用。饮用含砷的水，会发生急性或慢性中毒。砷使许多酶受到抑制或失去活性，造成机体代谢障碍，皮肤角质化，引发皮肤癌。有机磷农药会造成神经中毒，有机氯农药会在脂肪中蓄积，对人和动物的内分泌、免疫功能、生殖机能均造成危害。稠环芳烃多数具有致癌作用。医.学教育网搜集整理氰化物也是剧毒物质，进入血液后，与细胞的色素氧化酶结合，使呼吸中断，造成呼吸衰竭窒息死亡。我们知道，世界上80%的疾病与水有关。伤寒、霍乱、胃肠炎、痢疾、传染性肝类是人类五大疾病，均由水的不洁引起。 （2）对工农业生产的危害水质污染后，工业用水必须投入更多的处理费用，造成资源、能源的浪费，食品工业用水要求更为严格，水质不合格，会使生产停顿。这也是工业企业效益不高，质量不好的因素。农业使用污水，使作物减产，品质降低，甚至使人畜受害，大片农田遭受污染，降低土壤质量。海洋污染的后果也十分严重，如石油污染，造成海鸟和海洋生物死亡。 （3）水的富营养化的危害在正常情况下，氧在水中有一定溶解度。溶解氧不仅是水生生物得以生存的条件，而且氧参加水中的各种氧化-还原反应，促进污染物转化降解，是天然水体具有自净能力的重要原因。含有大量氮、磷、钾的生活污水的排放，大量有机物在水中降解放出营养元素，促进水中藻类丛生，植物疯长，使水体通气不良，溶解氧下降，甚至出现无氧层。医.学教育网搜集整理以致使水生植物大量死亡，水面发黑，水体发臭形成“死湖”、“死河”、“死海”，进而变成沼泽。这种现象称为水的富营养化。富营养化的水臭味大、颜色深、细菌多，这种水的水质差，不能直接利用，水中断鱼大量死亡。 水污染及其危害？ 什么是水污染？水污染源主要有哪些？ 当肮脏、有害的物质进入洁净的水中，水污染就发生了。 水的污染源主要有：
新药毒理学研究现状和展望 吴远洪 随着医药科技的不断进步发展，人类开发药物的技术越来越成熟，研发新型药物的周期也越来越短，特别是加上巨大的医药市场利润的诱惑，让众多药物研发企业都在日夜不停地开发新药物。虽然研发一种新型药物仍然具有较高的门槛，但是每年上市的新药也并不少，而且很多都是针对现在重大疾病的药物（见表一），然而，“是药三分毒”，药物的上市虽然解决了很多人类疾病，但也同样带来了一系列的不安全因素，近年来，由药物导致事故的报道已是屡见不鲜，每年因为出现重大不良反应或者毒副作用而撤出市面的药物也不在少数，从80年代起，撤药事件就有17起（见表二），因此而造成的经济损失，包括企业经济和社会经济基本上都是天文数字，更重要的是其直接造成的生命和健康的代价更是无可估量。 药物不良反应（adverse drug reaction,ADR）是指合格药品在正常用法用量情况下出现的用药目的无关或意外的有害反应[6]。毒理学是研究毒物与机体交互作用的一门学科，已经为人类提供了重要的以剂量-效应关系为中心的数据资料，为化学物毒性评价和人类危险度量化评估提供了基本数据[7]。所以，毒理学是一种预测临床药物毒性，药物安全性评价的重要手段，为药物上市前做好良好的铺垫，也为以后避免造成不必要的经济浪费提供一个决策点。因此，建立准确性高、可靠的药物毒性研究机制是新药研发过程中迫切希望解决的问题。本文就为毒理学在新药研发的应用做出以下综述。 表一、2008-2009年中国上市新药分类统计
一、 毒理学在药物研发的必要性 众所周知，新药研发是一个长周期、高风险、高投入和高产出的工作和过程。其中在整个药物研发过程，临床前毒理学具有非常重要的参考价值和决策价值，其必要性不仅仅体现在经济效价上，也体现在社会价值上。 1.1 毒理学的经济效价 通常情况下，新药从发现到正式上市需要10年左右的时间，2010年一种新药从研发到进入Ⅲ期临床试验所需的费用增加到19亿[1]。所以研发一种药物是建立在庞大的资金链和漫长的研发周期基础上的，其中所付出的人力物力更是乃以计数，然而就算有多艰难研究出来的药物，因为一个不良反应也照样可以彻底毁掉这个药物，甚至是整个企业。往往一个药物的不良反应不仅仅给人们的生命健康带来强烈的冲击，就连企业本身也难脱劫难，就算是基础坚固的百年商业帝国也一样被摧毁殆尽，这在医药历史上已不是鲜为人知的事。因此，如果因为药物不良反应而撤出市场的话，其浪费的资源和付出的代价是相当惊人的。 新药研发经济学研究表明，新药临床试验成功率从20%提高到33%， 可节表二、历史上FDA 的撤药事件
环境毒理学，是环境科学和毒理学的一个分支。它是从医学及生物学的角度，利用毒理学方法研究环境中有害因素对人体健康影响的学科。其主要任务是研究环境污染物质对机体可能发生的生物效应，作用机理及早期损害的检测指标，为制定环境卫生标准做好环境保护工作提供科学依据。利用毒理学方法研究环境污染物对人体健康的影响及其机理的学科。是环境医学的一个组成部分，也是毒理学的一个分支。它主要通过动物实验来研究环境污染物的毒作用。环境污染物对机体的作用一般具有下列特点:接触剂量较小；长时间内反复接触甚至终生接触;多种环境污染物同时作用于机体；接触的人群既有青少年和成年人，又有老幼病弱，易感性差异极大。 环境毒理学主要通过动物实验来研究环境污染物的毒作用。环境污染物对机体的作用一般有接触剂量较小；长时间内反复接触甚至终生接触；多种环境污染物同时作用于机体；接触的人群既有青少年和成年人，又有老幼病弱，易感性差异极大等特点。 环境毒理学的任务主要有三项：研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物，对机体造成的损害和作用机理；探索环境污染物对人体健康损害的早期观察指标，即用最灵敏的探测手段，找出环境污染物作用于机体后最初出现的生物学变化；定量评定有毒环境污染物对机体的影响，确定其剂量与效应或剂量一反应关系，为制定环境卫生标准提供依据。 环境毒理学主要研究环境污染物及其在环境中的降解和
转化产物在动植物体内的吸收、分布、排泄等生物转运过程，和代谢转化等生物转化过程，阐明环境污染物对人体毒作用的发生、发展和消除的各种条件和机理。 ①研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物对机体造成的损害和作用机理； ②探索环境污染物对人体健康损害的早期观察指标，即用最灵敏的探测手段，找出环境污染物作用于机体后最初出现的生物学变化，以便及早发现并设法排除； ③定量评定有毒环境污染物对机体的影响，确定其剂量与效应或剂量－反应关系，为制定环境卫生标准提供依据。 研究环境污染物及其在环境中的降解和转化产物在体内的吸收、分布、排泄等生物转运过程和代谢转化等生物转化过程，阐明环境污染物对人体毒作用的发生、发展和消除的各种条件和机理。 环境污染物对机体毒作用的评定，主要是通过以下几种动物实验方法进行的： 急性毒性试验 其目的是探明环境污染物与机体作短时间接触后所引起的损害作用，找出污染物的作用途径、剂量与效应的关系，并为进行各种动物实验提供设计依据。一般用半数致死量 (LD50)、半数致死浓度(LC50)或半数有效量(ED50)来表示急性毒作用的程度。 亚急性毒性试验