食品论坛 http://bbs.foodmate.net 第九章 食品中化学物的化学致癌作用 癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位， 甚至第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症的病因很复杂， 有遗传因素和环境因素（化学性、物理性及生物性因素）等。癌症的病因学和发病学研究将 有助于阐明癌症的本质，并且将有助于采取适当的措施进行有效的预防和阻断癌症的发 生。 化学物致癌作用的研究已有多年的历史。近几十年来，化学致癌问题引起了广泛的关注。 国际癌症研究所在 1970 年左右指出，80％～90％的人类癌症和环境因素有关，其中主要是 化学因素，约占 90％以上。Doll 和 Peto 于 1981 年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分 率(范围)；烟草 30％(25％～40％)，酒精 3％(2％～4％)，饮食 35％(10％～70％)，食品添加 剂＜1％，生殖和性行为 7％(1％～13％)，职业 4％，污染 2％，工业产品＜1％，药品和医 学处置 1％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，感染 10％?，未知 7％。其中，化学因素约 占 77％。 化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿 瘤的过程，具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。在此，“癌”的 含义已作了推广，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变(肉瘤)及良性肿瘤。 第一节 人癌细胞的基因型特征 据推测癌细胞可能有 300 个以上的基因发生了改变。至今，已有超过 50 个显性癌基因 被鉴定；约有 30 种家族性肿瘤综合征与肿瘤抑制基因有关。当然，肯定还存在许多未被鉴 定的肿瘤相关性基因。例如：Test 等(1991)在一组小细胞肺癌中观察到 100 多种异常。尽管 其中的许多异常可能不代表对癌症的发生产生影响的基因，其他一些异常却可能代表着尚未 鉴定的肿瘤相关基因。有关参与细胞信号传导、增殖和维持 DNA 保真度基因的研究也提示， 它们的改变可能影响到细胞的增殖与突变，甚至致癌过程。 已有很多证据表明突变引起癌症，包括：①很多致癌物是致突变物；②对某些致癌物的 易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力；③DNA 修复能力的缺失增 加癌发生的可能性；④在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性；⑤某些癌具有可遗 传性；⑥癌的单克隆性；⑦某些癌有突变的癌基因；⑧某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或 突变。 多种实验方法已经证实癌细胞和相应的正常细胞之间在基因水平上存在差异。表 9-1 列 出了人类的已确认或预期可影响肿瘤发生的部分基因。肿瘤相关基因包括癌基因、肿瘤抑制 基因及 DNA 保真性相关基因，限于篇幅，以下只能举例介绍 ras 和 p53 的发现、性质及功 能。 ‘ 215
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 第九章 食品中化学物的化学致癌作用 癌症是严重威胁人类健康和生命的疾病。在很多国家，癌症死亡率占死因顺位的第二位， 甚至第一位。降低癌症的发生率和死亡率是整个医学面临的重大挑战。癌症的病因很复杂， 有遗传因素和环境因素（化学性、物理性及生物性因素）等。癌症的病因学和发病学研究将 有助于阐明癌症的本质，并且将有助于采取适当的措施进行有效的预防和阻断癌症的发 生。 化学物致癌作用的研究已有多年的历史。近几十年来，化学致癌问题引起了广泛的关注。 国际癌症研究所在 1970 年左右指出，80％～90％的人类癌症和环境因素有关，其中主要是 化学因素，约占 90％以上。Doll 和 Peto 于 1981 年报告了归因于环境因素的癌症死亡的百分 率(范围)；烟草 30％(25％～40％)，酒精 3％(2％～4％)，饮食 35％(10％～70％)，食品添加 剂＜1％，生殖和性行为 7％(1％～13％)，职业 4％，污染 2％，工业产品＜1％，药品和医 学处置 1％，地球物理因素(包括紫外线等)3％，感染 10％?，未知 7％。其中，化学因素约 占 77％。 化学致癌(chemical carcinogenesis)是指化学物质引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿 瘤的过程，具有这种作用的化学物质称为化学致癌物(chemical carcinogen)。在此，“癌”的 含义已作了推广，包括上皮的恶性变(癌)，也包括间质的恶性变(肉瘤)及良性肿瘤。 第一节 人癌细胞的基因型特征 据推测癌细胞可能有 300 个以上的基因发生了改变。至今，已有超过 50 个显性癌基因 被鉴定；约有 30 种家族性肿瘤综合征与肿瘤抑制基因有关。当然，肯定还存在许多未被鉴 定的肿瘤相关性基因。例如：Test 等(1991)在一组小细胞肺癌中观察到 100 多种异常。尽管 其中的许多异常可能不代表对癌症的发生产生影响的基因，其他一些异常却可能代表着尚未 鉴定的肿瘤相关基因。有关参与细胞信号传导、增殖和维持 DNA 保真度基因的研究也提示， 它们的改变可能影响到细胞的增殖与突变，甚至致癌过程。 已有很多证据表明突变引起癌症，包括：①很多致癌物是致突变物；②对某些致癌物的 易感性取决于细胞代谢活化酶转化致癌物成为致突变物的活力；③DNA 修复能力的缺失增 加癌发生的可能性；④在多种癌观察到染色体和基因组的不稳定性；⑤某些癌具有可遗 传性；⑥癌的单克隆性；⑦某些癌有突变的癌基因；⑧某些癌有肿瘤抑制基因的丢失或 突变。 多种实验方法已经证实癌细胞和相应的正常细胞之间在基因水平上存在差异。表 9-1 列 出了人类的已确认或预期可影响肿瘤发生的部分基因。肿瘤相关基因包括癌基因、肿瘤抑制 基因及 DNA 保真性相关基因，限于篇幅，以下只能举例介绍 ras 和 p53 的发现、性质及功 能。 ‘ 215
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 表 9-1 肿瘤相关基因 基因类型与命名 功 能 1. 癌基因 EGF、TGF、gp30、p75、NAF、NDF、heregulin，sis（PDGF）、hst 生长因子 (KS-3)、FGF-5、FGF-6、IGF-Ⅱ、eck erbB-1、erbB-2、HER-2／neu、erbB-3．fms、ret、mas、trk、met、 生长因子受体或受体同源物 dbl、kit、eek、elk、eck Ha-ras、Ki-ras、N-ras、gsp、gip C 蛋白 obl、BCR-abl、src、fps/fes、fgr、yes、syn、lck、sea 膜结合或细胞浆酪氨酸蛋白激酶 raf/mil、pim-1、cot、mos 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶 c-myc、L-myc、N-myc、lyl-1、tal、scl、fos、jun、RARa/myl 转录因子 erbA、evi-1、vav、gli-1、myb、rel、ski、ets 2. 肿瘤抑制基因 Rb、p53 细胞周期调控 APC/FAP 细胞周期调控(可能的功能) DCC 细胞粘附或配体受体(可能的功能) WT1 转录因子(可能的功能) NFl、NF2、VHL 信号转导(可能的功能) 3. DNA 修复基因 (1) 错配修复 HMSH2、GTBP 形成杂二聚体，结合错配碱基 HMLH1、hPMS1、hPMS2 菌 MutL 基因的同源基因，功能未知 (2) 核苷酸切除修复 XPA 合损伤 DNA XPB（ERCC3） DNA 解旋酶 XPC 结合单链 DNA(ssDNA) HHR23B 与 XPC 结合 XPD(ERCC2) 解旋酶 XPE 结合损伤 DNA ERCC1 内切酶亚单位 XPF(ERCC4) 内切酶亚单位 XPG 内切酶 RPA 结合 ssDNA PCNA 引物模板结合复合物的形成 CSB(RECC6) 参与转录链的优先修复 (3) 碱基切除修复 DNA 糖基化酶 切除损伤碱基的酶家族 脱嘌呤／胞嘧啶内切酶 水解 5 端碱基的磷酸二酯键 DNA 聚合酶β、δ、ε 损伤链的再合成 DNA 连接酶 I 和Ⅲ 新合成的链与临近核苷酸的连接 (4) X 射线诱导损伤的修复 XRCCl DNA 连接酶活性，单链断裂的修复 XRCC2 双链断裂的再连接 XRCC3 单链断裂的再连接 XRCC4、XRCC5(KU80)、XRCC6(KU70)、XRCC7(scid) 双链断裂的修复，V(D)J 重组 216 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 表 9-1 肿瘤相关基因 基因类型与命名 功 能 1. 癌基因 EGF、TGF、gp30、p75、NAF、NDF、heregulin，sis（PDGF）、hst 生长因子 (KS-3)、FGF-5、FGF-6、IGF-Ⅱ、eck erbB-1、erbB-2、HER-2／neu、erbB-3．fms、ret、mas、trk、met、 生长因子受体或受体同源物 dbl、kit、eek、elk、eck Ha-ras、Ki-ras、N-ras、gsp、gip C 蛋白 obl、BCR-abl、src、fps/fes、fgr、yes、syn、lck、sea 膜结合或细胞浆酪氨酸蛋白激酶 raf/mil、pim-1、cot、mos 丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶 c-myc、L-myc、N-myc、lyl-1、tal、scl、fos、jun、RARa/myl 转录因子 erbA、evi-1、vav、gli-1、myb、rel、ski、ets 2. 肿瘤抑制基因 Rb、p53 细胞周期调控 APC/FAP 细胞周期调控(可能的功能) DCC 细胞粘附或配体受体(可能的功能) WT1 转录因子(可能的功能) NFl、NF2、VHL 信号转导(可能的功能) 3. DNA 修复基因 (1) 错配修复 HMSH2、GTBP 形成杂二聚体，结合错配碱基 HMLH1、hPMS1、hPMS2 菌 MutL 基因的同源基因，功能未知 (2) 核苷酸切除修复 XPA 合损伤 DNA XPB（ERCC3） DNA 解旋酶 XPC 结合单链 DNA(ssDNA) HHR23B 与 XPC 结合 XPD(ERCC2) 解旋酶 XPE 结合损伤 DNA ERCC1 内切酶亚单位 XPF(ERCC4) 内切酶亚单位 XPG 内切酶 RPA 结合 ssDNA PCNA 引物模板结合复合物的形成 CSB(RECC6) 参与转录链的优先修复 (3) 碱基切除修复 DNA 糖基化酶 切除损伤碱基的酶家族 脱嘌呤／胞嘧啶内切酶 水解 5 端碱基的磷酸二酯键 DNA 聚合酶β、δ、ε 损伤链的再合成 DNA 连接酶 I 和Ⅲ 新合成的链与临近核苷酸的连接 (4) X 射线诱导损伤的修复 XRCCl DNA 连接酶活性，单链断裂的修复 XRCC2 双链断裂的再连接 XRCC3 单链断裂的再连接 XRCC4、XRCC5(KU80)、XRCC6(KU70)、XRCC7(scid) 双链断裂的修复，V(D)J 重组 216 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 一、癌基因(oncogene) 癌基因的检测主要通过 DNA 转染试验。如把来源于人癌细胞的 DNA 文库导人受体细 胞(如 NIH3T3 中)，这样，受转染细胞就会有一少部分发生转化，分离转化细胞克隆，抽提 并制备 DNA 文库。该文库中含有人 DNA 和小鼠 DNA，以人特有的 Alu 核酸序列为探针， 分出含人 Alu 基因的克隆，并抽提 DNA 作转染实验，找出含有人的癌基因的克隆。进而寻 找出引起细胞转化的 DNA 序列和其代表的基因，如 H-ras。通过这种方法确认的基因被称 为显性转化癌基因。将正常功能已发生改变的这些基因的单拷贝转染细胞即可引起细胞的恶 性转化。细胞癌基因活化方式有：基因突变、外源基因插人、染色体易位与基因重排、基因 丢失、DNA 甲基化程度降低等。 ras 基因家族有 5 个成员，即 H-ras-1、ras-2、K-ras-1、K-ras-2 和 N-ras。其中，H-ras 和 K-ras 最初从大鼠肉瘤病毒中鉴定出，N-ras 是从人的神经母细胞瘤鉴定出的。ras 基因家 族的特征是：基因的核苷酸序列(一级结构)相差很大，几乎完全不同，但所编码的蛋白质分 子量大致相同，均为 p2lras 蛋白，且其氨基酸序列有 85％的同源性。H-c-ras 和 K-c-ras 各自 定位于两条不同的染色体上，但其中均有一个基因座位是假基因(pseudogene)。所谓假基因 是指缺失了内含子而不能转录的变异基因，因此也没有蛋白质翻译产物。ras 基因转录与翻 译后，先在胞浆中形成分子量为 22kD 的蛋白质，它是 P21 的前体蛋白，这种前体蛋白一旦 合成就被转运至细胞膜，与细胞膜结合并修饰成为成熟的 p2l ras 蛋白。大约 24h 后，p21ras 被磷酸化而锚泊于细胞膜上。p2lras 没有蛋白激酶活性，但与鸟嘌呤核苷酸(GTP、GDP)有 高度亲和力，并具有 GTP 酶活性，能促使苏氨酸磷酸化。故 p2lras 参与细胞内的信息转导。 p21ras 的 N 端第 12 位、59 位和 61 位氨基酸是热点突变位置。 ras 基因家族的表达有相对的组织特异性。H-ras 主要在泌尿道肿瘤如膀胱癌、肾盂癌等 中表达，K-ras 主要在肺癌和结肠癌中表达较高，而 N-ras 则主要在造血系统的恶性肿瘤表 达。但最近的研究指出，表达的这种组织特异性是相当有限的，如 H-ras 和 K-ras 在胆囊癌、 胰腺癌、肾母细胞瘤、慢性淋巴细胞性白血病及黑色素瘤的表达也较高。而 N-ras 在神经母 细胞瘤、纤维肉瘤及横纹肌肉瘤中的表达也有一定程度增加。 二、肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) 肿瘤抑制基因，又称抗癌基因，是癌细胞中另一类的常见的异常基因。肿瘤抑制基因要 获得转化活性，两个等位基因编码区内都需发生灭活性损伤。这些灭活性损伤包括等位基因 丢失和编码区灭活性突变。肿瘤抑制基因是经过体细胞杂交研究发现的，正常细胞与肿瘤细 胞融合后肿瘤的形成就会受到抑制。对儿童视网膜细胞瘤的研究也为该类基因的存在提供了 证据。该病有散发型和遗传型两种。Knudsen 推测视网膜细胞瘤的家族性是由于生殖细胞发 生了两次可遗传性突变，并且两次突变发生于同一位置。散发型视网膜瘤患者常单侧眼发生 肿瘤，其生殖细胞没有遗传缺陷，只是癌细胞中两个等位基因分别发生突变，视网膜细胞中 视网膜基因蛋白(Rb)异常。由于该分子结构异常干扰了自身的磷酸化，导致该分子失活。因 此，该分子可被缺失、重排或突变灭活。 p53 是人类肿瘤中分布最广泛的一种突变的肿瘤抑制基因。对p53 基因的认识经历了几 个阶段，即肿瘤抗原、癌基因和肿瘤抑制基因。直到 1989 年才知道其癌基因的作用实际上 是突变型p53 基因的作用，而野生型p53 是一种肿瘤抑制基因。人p53 定位于 17 号染色体短 ‘ 217
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 一、癌基因(oncogene) 癌基因的检测主要通过 DNA 转染试验。如把来源于人癌细胞的 DNA 文库导人受体细 胞(如 NIH3T3 中)，这样，受转染细胞就会有一少部分发生转化，分离转化细胞克隆，抽提 并制备 DNA 文库。该文库中含有人 DNA 和小鼠 DNA，以人特有的 Alu 核酸序列为探针， 分出含人 Alu 基因的克隆，并抽提 DNA 作转染实验，找出含有人的癌基因的克隆。进而寻 找出引起细胞转化的 DNA 序列和其代表的基因，如 H-ras。通过这种方法确认的基因被称 为显性转化癌基因。将正常功能已发生改变的这些基因的单拷贝转染细胞即可引起细胞的恶 性转化。细胞癌基因活化方式有：基因突变、外源基因插人、染色体易位与基因重排、基因 丢失、DNA 甲基化程度降低等。 ras 基因家族有 5 个成员，即 H-ras-1、ras-2、K-ras-1、K-ras-2 和 N-ras。其中，H-ras 和 K-ras 最初从大鼠肉瘤病毒中鉴定出，N-ras 是从人的神经母细胞瘤鉴定出的。ras 基因家 族的特征是：基因的核苷酸序列(一级结构)相差很大，几乎完全不同，但所编码的蛋白质分 子量大致相同，均为 p2lras 蛋白，且其氨基酸序列有 85％的同源性。H-c-ras 和 K-c-ras 各自 定位于两条不同的染色体上，但其中均有一个基因座位是假基因(pseudogene)。所谓假基因 是指缺失了内含子而不能转录的变异基因，因此也没有蛋白质翻译产物。ras 基因转录与翻 译后，先在胞浆中形成分子量为 22kD 的蛋白质，它是 P21 的前体蛋白，这种前体蛋白一旦 合成就被转运至细胞膜，与细胞膜结合并修饰成为成熟的 p2l ras 蛋白。大约 24h 后，p21ras 被磷酸化而锚泊于细胞膜上。p2lras 没有蛋白激酶活性，但与鸟嘌呤核苷酸(GTP、GDP)有 高度亲和力，并具有 GTP 酶活性，能促使苏氨酸磷酸化。故 p2lras 参与细胞内的信息转导。 p21ras 的 N 端第 12 位、59 位和 61 位氨基酸是热点突变位置。 ras 基因家族的表达有相对的组织特异性。H-ras 主要在泌尿道肿瘤如膀胱癌、肾盂癌等 中表达，K-ras 主要在肺癌和结肠癌中表达较高，而 N-ras 则主要在造血系统的恶性肿瘤表 达。但最近的研究指出，表达的这种组织特异性是相当有限的，如 H-ras 和 K-ras 在胆囊癌、 胰腺癌、肾母细胞瘤、慢性淋巴细胞性白血病及黑色素瘤的表达也较高。而 N-ras 在神经母 细胞瘤、纤维肉瘤及横纹肌肉瘤中的表达也有一定程度增加。 二、肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene) 肿瘤抑制基因，又称抗癌基因，是癌细胞中另一类的常见的异常基因。肿瘤抑制基因要 获得转化活性，两个等位基因编码区内都需发生灭活性损伤。这些灭活性损伤包括等位基因 丢失和编码区灭活性突变。肿瘤抑制基因是经过体细胞杂交研究发现的，正常细胞与肿瘤细 胞融合后肿瘤的形成就会受到抑制。对儿童视网膜细胞瘤的研究也为该类基因的存在提供了 证据。该病有散发型和遗传型两种。Knudsen 推测视网膜细胞瘤的家族性是由于生殖细胞发 生了两次可遗传性突变，并且两次突变发生于同一位置。散发型视网膜瘤患者常单侧眼发生 肿瘤，其生殖细胞没有遗传缺陷，只是癌细胞中两个等位基因分别发生突变，视网膜细胞中 视网膜基因蛋白(Rb)异常。由于该分子结构异常干扰了自身的磷酸化，导致该分子失活。因 此，该分子可被缺失、重排或突变灭活。 p53 是人类肿瘤中分布最广泛的一种突变的肿瘤抑制基因。对p53 基因的认识经历了几 个阶段，即肿瘤抗原、癌基因和肿瘤抑制基因。直到 1989 年才知道其癌基因的作用实际上 是突变型p53 基因的作用，而野生型p53 是一种肿瘤抑制基因。人p53 定位于 17 号染色体短 ‘ 217
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 臂(17p13，1)，长约 20kb，有 11 个外显子和 10 个内含子，转录成 2.5kb mRNA，编码 393 个氨基酸的蛋白，分子量为 53kD，有 5 个高度保守区，即第 13-19，117—142，171-192， 236-258，270-286。野生型p53 蛋白主要参与细胞周期的G1／S交界处的检查点的检查机制， 负责检查细胞基因组的完整性，如DNA有损伤，则p53 使细胞阻滞于G1期，以使其修复，如 修复失败，则p53 蛋白可启动细胞发生凋亡。突变型p53 蛋白不仅不能抑制肿瘤发生，反而 促进细胞恶性转化，抑制细胞凋亡。此外，突变型p53 蛋白的半衰期远比野生型长，野生型p53 蛋白的半衰期为 20min，而突变型p53 蛋白的半衰期为 1.4-7h。人类肿瘤中，p53 突变主要在高 度保守区，以第 175、248、249、273 及 282 位点突变率最高。p53 基因突变有三种类型，即完 全丢失、显性负突变(dominant negative mutation)和显性正突变(dominant positive mutation)。完全 丢失是指细胞内两个等位基因均丢失或失活。有时细胞内野生型与突变型p53 基因共存，但 由于后者的表达产物的半衰期较长，使其浓度远高于野生型p53 蛋白。突变型p53 蛋白与野 生型p53 蛋白结合并使后者失去抑癌作用，这称为显性负突变。显性正突变是指野生型p53 基因变为突变型p53 而获得致癌活性。临床上，Li-Fmurneni综合征是一种家族性p53 基因原 发缺陷症，显性遗传，细胞染色体缺失 17p，患者受照射后，p53 蛋白不能被诱导高表达， 故患者对照射易感，易并发乳腺癌、肉瘤、脑瘤及结肠癌等多种肿瘤。 三、DNA 保真性相关基因 第三类基因系与 DNA 修复相关性基因。在某些方面，它与肿瘤抑制基因相似。因为单 个正常的等位基因就可以决定表型，必须两个等位基因全部失活才能增加癌症的易感性。 DNA 修复相关基因在癌症发生中很重要，但并不是决定肿瘤表型最重要的成份。 癌基因、肿瘤抑制基因和其他癌相关基因在正常细胞的功能是参与信号转导、细胞周期 调控及 DNA 复制和修复中 DNA 保真性的控制。已知有 300 多个遗传特征与癌发生率有关， 80 多个基因在癌细胞中发生改变，30 多个基因与人的肿瘤高易感性有关。这些数据及癌细 胞表型的变化，说明致癌过程是一种多态现象，是由多种途径组成的。癌症的发生是多步骤、 需多基因参与的过程，包括癌基因和癌基因的协同、癌基因和抑癌基因的协同。 癌基因和肿瘤抑制基因比较见表 9-2，近年的研究表明，正常细胞必须通过肿瘤相关基 因遗传改变的积累才能形成癌细胞，遗传改变的多样性和复杂性导致癌细胞的各种表型如自 主性增殖、脱离细胞周期控制点、细胞和结构的非典型性、侵袭和转移等。lloyd 等(1990) 认为成人肿瘤的形成过程可能积累多达 10 次以上的突变。癌症的发病机制是复杂的，不同 靶器官的机制也不尽相同。Vogelstein 等(1988)描述的人结肠癌多阶段模型(图 9-1)显示，在 引发和促长阶段后还有多种遗传学改变，因而，致癌的进展阶段也是相当复杂的，在进展阶 表 9-2 致癌过程中涉及的两组基因比较 原 癌 基 因 肿瘤抑制基因 1. 涉及细胞生长和分化 1. 功能不清楚，但可能涉及生长和分化(负调节?) 2. 存在基因家族 2. 存在基因家族 3. 在癌中被活化或扩增 3. 在痛中被灭活或丢失 4. 因点突变、染色体易位或基因扩增而活化 4. 因染色体丢失、染色体缺失、点突变、 转换、体细胞重而灭活 5. 几乎没有证据与遗传性癌有关 5. 有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 218 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 臂(17p13，1)，长约 20kb，有 11 个外显子和 10 个内含子，转录成 2.5kb mRNA，编码 393 个氨基酸的蛋白，分子量为 53kD，有 5 个高度保守区，即第 13-19，117—142，171-192， 236-258，270-286。野生型p53 蛋白主要参与细胞周期的G1／S交界处的检查点的检查机制， 负责检查细胞基因组的完整性，如DNA有损伤，则p53 使细胞阻滞于G1期，以使其修复，如 修复失败，则p53 蛋白可启动细胞发生凋亡。突变型p53 蛋白不仅不能抑制肿瘤发生，反而 促进细胞恶性转化，抑制细胞凋亡。此外，突变型p53 蛋白的半衰期远比野生型长，野生型p53 蛋白的半衰期为 20min，而突变型p53 蛋白的半衰期为 1.4-7h。人类肿瘤中，p53 突变主要在高 度保守区，以第 175、248、249、273 及 282 位点突变率最高。p53 基因突变有三种类型，即完 全丢失、显性负突变(dominant negative mutation)和显性正突变(dominant positive mutation)。完全 丢失是指细胞内两个等位基因均丢失或失活。有时细胞内野生型与突变型p53 基因共存，但 由于后者的表达产物的半衰期较长，使其浓度远高于野生型p53 蛋白。突变型p53 蛋白与野 生型p53 蛋白结合并使后者失去抑癌作用，这称为显性负突变。显性正突变是指野生型p53 基因变为突变型p53 而获得致癌活性。临床上，Li-Fmurneni综合征是一种家族性p53 基因原 发缺陷症，显性遗传，细胞染色体缺失 17p，患者受照射后，p53 蛋白不能被诱导高表达， 故患者对照射易感，易并发乳腺癌、肉瘤、脑瘤及结肠癌等多种肿瘤。 三、DNA 保真性相关基因 第三类基因系与 DNA 修复相关性基因。在某些方面，它与肿瘤抑制基因相似。因为单 个正常的等位基因就可以决定表型，必须两个等位基因全部失活才能增加癌症的易感性。 DNA 修复相关基因在癌症发生中很重要，但并不是决定肿瘤表型最重要的成份。 癌基因、肿瘤抑制基因和其他癌相关基因在正常细胞的功能是参与信号转导、细胞周期 调控及 DNA 复制和修复中 DNA 保真性的控制。已知有 300 多个遗传特征与癌发生率有关， 80 多个基因在癌细胞中发生改变，30 多个基因与人的肿瘤高易感性有关。这些数据及癌细 胞表型的变化，说明致癌过程是一种多态现象，是由多种途径组成的。癌症的发生是多步骤、 需多基因参与的过程，包括癌基因和癌基因的协同、癌基因和抑癌基因的协同。 癌基因和肿瘤抑制基因比较见表 9-2，近年的研究表明，正常细胞必须通过肿瘤相关基 因遗传改变的积累才能形成癌细胞，遗传改变的多样性和复杂性导致癌细胞的各种表型如自 主性增殖、脱离细胞周期控制点、细胞和结构的非典型性、侵袭和转移等。lloyd 等(1990) 认为成人肿瘤的形成过程可能积累多达 10 次以上的突变。癌症的发病机制是复杂的，不同 靶器官的机制也不尽相同。Vogelstein 等(1988)描述的人结肠癌多阶段模型(图 9-1)显示，在 引发和促长阶段后还有多种遗传学改变，因而，致癌的进展阶段也是相当复杂的，在进展阶 表 9-2 致癌过程中涉及的两组基因比较 原 癌 基 因 肿瘤抑制基因 1. 涉及细胞生长和分化 1. 功能不清楚，但可能涉及生长和分化(负调节?) 2. 存在基因家族 2. 存在基因家族 3. 在癌中被活化或扩增 3. 在痛中被灭活或丢失 4. 因点突变、染色体易位或基因扩增而活化 4. 因染色体丢失、染色体缺失、点突变、 转换、体细胞重而灭活 5. 几乎没有证据与遗传性癌有关 5. 有明显证据涉及遗传癌和非遗传癌 218 ‘
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 段中外源化学物也可能影响肿瘤的演变。近年来的研究还发现，癌的侵袭和转移也是个复杂 的过程，由相应的基因控制，如转移基因及转移抑制基因。癌基因和肿瘤抑制基因的研究为 鉴定化学致癌物作用靶基因提供了基础。体内存在的癌症相关基因是癌症发生的内因，而环 境致癌因素是癌症发生的外因。已经证明化学致癌物引起实验动物的癌症涉及这些癌基因的 活化和肿瘤抑制基因的灭活。 染色体：5q 12p 18q 17p 改变：突变/丢失 突变 突变/丢失 突变/丢失 基因：APC/MCC DNA K-ras DCC p53 低甲基化 其他改变 正常上皮 →上皮过度增殖 → 早期腺瘤 → 中期腺瘤 → 晚期腺瘤 → 癌症 → 转移 ————— ———— —————————————————— 引发 促长 进展 图 9-1 结肠致癌作用的多阶段模型(Vogelstein 等，1988) 第二节 化学致癌机制 对化学致癌作用的机制研究已有多年的历史，并形成了一些学派，主要有遗传机制学派 (genetic theory)和遗传外机制学派(epigenetic theory)。遗传机制学派认为，外来致癌因素引起 细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，从而导致癌变。遗传外机制学派认为癌症的 发生是由于非基因改变机制引起的。随着分子生物学、生物化学及遗传学等基础学科的迅速 发展，目前对致癌作用机制的认识逐步深入，鉴于致癌物的多样性和致癌过程的复杂性，遗 传机制和遗传外机制可能是相辅相成的，在致癌作用的不同阶段中起作用。化学致癌机制重 要的学说有亲电子剂学说、体细胞突变学说、癌基因学说和癌变的阶段学说。目前认为，正 常细胞经过遗传学改变的积累，才能转变为癌细胞，癌症的发生是多阶段过程，至少包括引 发、促长和进展阶段。 癌变的阶段学说是在上世纪 40 年代，Rous、Mottram 和 Bemblum 等分别研究利用致癌 性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动， initiation)和促长(promotion)两个阶段。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿 瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20 周后不发生乳头瘤或很少发生。但 如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周 2 次，共 20 周)则有约 1／3～ 1／2 的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。 据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂 (initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波 醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得 到证实。进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进 展(progression)阶段。化学致癌过程的主要阶段见图 9-2，在引发和进展阶段有细胞基因组 ‘ 219
食品论坛 http://bbs.foodmate.net 段中外源化学物也可能影响肿瘤的演变。近年来的研究还发现，癌的侵袭和转移也是个复杂 的过程，由相应的基因控制，如转移基因及转移抑制基因。癌基因和肿瘤抑制基因的研究为 鉴定化学致癌物作用靶基因提供了基础。体内存在的癌症相关基因是癌症发生的内因，而环 境致癌因素是癌症发生的外因。已经证明化学致癌物引起实验动物的癌症涉及这些癌基因的 活化和肿瘤抑制基因的灭活。 染色体：5q 12p 18q 17p 改变：突变/丢失 突变 突变/丢失 突变/丢失 基因：APC/MCC DNA K-ras DCC p53 低甲基化 其他改变 正常上皮 →上皮过度增殖 → 早期腺瘤 → 中期腺瘤 → 晚期腺瘤 → 癌症 → 转移 ————— ———— —————————————————— 引发 促长 进展 图 9-1 结肠致癌作用的多阶段模型(Vogelstein 等，1988) 第二节 化学致癌机制 对化学致癌作用的机制研究已有多年的历史，并形成了一些学派，主要有遗传机制学派 (genetic theory)和遗传外机制学派(epigenetic theory)。遗传机制学派认为，外来致癌因素引起 细胞基因的改变或外来基因整合到细胞基因中，从而导致癌变。遗传外机制学派认为癌症的 发生是由于非基因改变机制引起的。随着分子生物学、生物化学及遗传学等基础学科的迅速 发展，目前对致癌作用机制的认识逐步深入，鉴于致癌物的多样性和致癌过程的复杂性，遗 传机制和遗传外机制可能是相辅相成的，在致癌作用的不同阶段中起作用。化学致癌机制重 要的学说有亲电子剂学说、体细胞突变学说、癌基因学说和癌变的阶段学说。目前认为，正 常细胞经过遗传学改变的积累，才能转变为癌细胞，癌症的发生是多阶段过程，至少包括引 发、促长和进展阶段。 癌变的阶段学说是在上世纪 40 年代，Rous、Mottram 和 Bemblum 等分别研究利用致癌 性多环芳烃和巴豆油诱发小鼠皮肤乳头瘤，提出化学致癌的两阶段学说，即引发(启动， initiation)和促长(promotion)两个阶段。其实验证据是用亚致癌剂量(即在实验期间不引起肿 瘤发生的剂量)的致癌性多环芳烃涂抹小鼠皮肤一次，20 周后不发生乳头瘤或很少发生。但 如在使用剂量相同的致癌物之后再用巴豆油涂抹同一部位(每周 2 次，共 20 周)则有约 1／3～ 1／2 的小鼠发生乳头瘤。单独使用巴豆油或在涂抹致癌物之前使用巴豆油都不引起乳头瘤。 据此提出化学致癌的引发和促长两阶段学说，将所用的致癌性多环芳烃称为引发剂 (initiator)，巴豆油称为促长剂(promotor)，巴豆油中具有促长作用的有效成分经鉴定为佛波 醇酯(TPA)。癌变的阶段学说在肝、膀胱、肺、胃肠道等癌症发生和体外细胞转化试验中得 到证实。进一步的研究证明，癌变过程是多阶段过程，从良性肿瘤向恶性转变的过程称为进 展(progression)阶段。化学致癌过程的主要阶段见图 9-2，在引发和进展阶段有细胞基因组 ‘ 219