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摘 要:癌症是严重威胁人类健康的一大疾病,引起癌症的原因绝大部分是化学物质。为了进一步增进人们对于化学致癌物的了解,增强人们的抗癌意识,对其有效预防,减少癌症的发病率,提高全民的健康素质,本文通过对环境化学致癌物的来源、特征和致癌过程来探讨致癌的机理。
关键词:化学致癌物;代谢活化;致癌
中图分类号:R730.2 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0138-02
近年来,工业迅速发展,环境污染日益严重,癌症的发病率和死亡率正逐渐的上升。癌症与脑血管疾病、心脏病一起成为人类死亡的三大主要疾病。在环境医学中,环境致癌物是指人类或哺乳动物的机体内诱发肿瘤的物质。环境致癌物可分为化学的、物理的和生物的三类。其中以化学致癌物的种类最多,影响面最广,危害性最大。诱发肿瘤都具有一定的潜伏期,开始不易被查觉。其潜伏期一般为20年左右,长则可达40年-50年,短则1年-2年。据估计,人类的肿瘤有80%-85%与化学致癌有关。这些年,癌症的发病率和死亡率急剧上升,预防和提高癌症患者的质量生活是反复出现的主题。因此化学污染物质越来越引起人们的关注。
一、化学致癌物
日常生活中和自然界广泛存在着化学致癌物质。化学致癌物是指能引起人类或者动物肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。人类癌症80%-90%与化学致癌物有关。现在已知天然的和人工合成的诱发癌症的化学物质已有一千多种,常见的有以下几种:
1.多环性碳氢化合物(煤焦油、沥青、粗石蜡、杂酚油、蒽油),这些物质含有3,4-苯并芘。此外,烟草中也大量存在此致癌物质。
2.染料(偶氮染料、乙苯胺、联苯胺等)。
3.亚硝胺类化合物(亚硝酰胺和亚硝胺)。亚硝胺近30年来备受人们关注。它主要通过细菌作用,在人体内合成,是消化系统内重要的致癌物质。自然界存在的数量较少。
4.其它无机物。砷、铬、镍等及其化合物,以及石棉均有致癌作用。化学致癌物的类型很多,其来源也很广泛。主要有以下几个方面:
(1)大气、水体环境污染(机动车辆排放的尾气、工业废气中的多环芳烃类,如二硝苯芘、3,4-苯并芘)。此外,化学致癌物还包括废水中的镍、焦油、铬、镉、亚硝胺类化合物污水等。
(2)食物摄取。食物中的亚硝胺类化合物、添加剂等具有促癌或致癌作用,食物与肿瘤有极为密切的关系。
(3)职业接触。在生产环境中,可以接触许多种化学物质,其中有些是致癌的,由于工人长期接触,在其体内积淀较高的浓度,可致职业性癌。
(4)药物。某些药物有致癌作用。比如长期服用复方氨基比林、复方阿司匹林等,肾盂癌和膀胱癌的发病率可以高到9.5%。
二、化学致癌物的特征及其代谢活化
(一)化学致癌物的特征
化学致癌物第一个显著特点是遗传毒性,即皆为亲电子剂。是指分子结构中有正碳原子等亲电子基团的一类化合物。而人体细胞中的大分子化合物都具有亲核基团,即富含电子的部位,易与化学致癌物结合。RNA、DNA和蛋白质等大分子有机化合物的亲核基团就是化学致癌物结合的位置。第二个特征就是潜伏期长,化学致癌物在生物体内,很难发生化学降解,潜伏期一般为20年左右,长的可达40-50年。
(二)化学致癌物的代谢活化
化学致癌物进入机体内部,发生一相反应和二相反应。一相反应包括:氧化反应、还原反应和水解反应。二相反应包括与谷胱甘肽反应、与葡萄糖醛酸结合和与硫酸结合三种反应。反应类型固然有多种,但是以氧化过程为主,可以在多种器官、组织中进行,具有组织器官特异性,以肝脏为主,形成的终致癌物具有亲电性,能与DNA结合,造成DNA损伤,引起突变,诱发肿瘤。以二甲基亚硝胺为例,如图1。
从图1可以看出,二甲基亚硝胺在色素细胞P450酶的催化下,脱亚硝基代谢反应生成醛和胺,继而再通过脱甲基代谢反应,生成终致癌物甲基碳离子,通过混合功能氧化酶催化氧化成活性中间产物N-亚硝基-N-羟甲基甲胺,再经过几步化学反应失去甲醛,最后产生活泼的亲电甲基正碳离子CH+3,而与DNA碱基中富电氮(或氧)原子相结合,使之烷基化,致DNA基因突变。
三、化学致癌物化学致癌过程
化学致癌物的化学致癌机理尽管非常复杂,我们需要按致癌过程分为以下三个阶段:
(一)引发阶段
化学致癌物与机体靶细胞DNA反应,对其产生损伤作用经细胞分裂增殖固定下引起基因突变,成为突变细胞,导致遗传密码改变。这个过程是化学致癌物不可逆转变为肿瘤细胞的步骤。大部分环境致癌物都是间接致癌物,需要通过机体代谢活化,经近致癌物至终致癌物,由终致癌物引发。倘若细胞中原有修复机制对DNA损伤不能修复或修复力度不够,正常细胞将会转变为突变细胞。
(二)促长阶段
这一阶段是促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段,主要是突变细胞改变了遗传信息的表达,增殖成为肿瘤,其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展。基于苯并(a)芘、二甲苯并(a)蒽和二苯并(a,h)蒽这三种强致癌物,有学者分别以亚致癌剂量涂抹小鼠皮肤一次,20周后不发生肿瘤或很少发生。但如在相同剂量致癌物使用后再用通常不致癌的巴豆油涂抹同一部位(每周2次,共20周),则分别有37.5%、58.0%和29.5%
发生皮肤癌,但是单独使用或在给予致癌物之前使用巴豆油都不引起肿瘤形成。引发剂在使用很长一段时间后,再使用促癌剂,结果仍能引发肿瘤的形成。这一系列实验说明两个问题:(1)促长阶段必须依靠引发阶段来完成,引发作用是不可逆的。(2)适时停止或延长促癌剂的使用,都不能引起肿瘤,这说明促癌作用是可逆的。如图2所示。
从上面的图例可以看出,图(1)和图(2)由此说明引发物和促癌物单独作用均不能引起肿瘤。图(3)说明如果引发发生在促长过程之后,也不会引起癌变。而图(4)与图(3)刚好相反,引发发生在促长过程之前,能够引发癌变的。因而说明引发必须发生在促长之前。图(5)说明细胞中原有修复机制对DNA损伤修复程度不够,可能引发致癌。图(6)细胞中原有修复力度大,能够抑制细胞癌变。
(三)进展阶段
进展阶段是指从促长阶段产生的细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程。进展阶段的主要特点有:(1)自主性和异质性增加;(2)肿瘤获得生长、侵袭和转移能力;(3)由于进展阶段核型的不稳定,导致细胞基因组结构的形态学改变和不可逆。
四、结语
环境污染是造成癌症形成的主要原因,环境受到严重破坏后,化学污染物的种类逐渐增多,浓度逐渐增大,这些促癌物在与人们长期的接触过程中,体内累积的浓度会越来越高,从而触发肿瘤的机会必定增加,癌症也就成为高发的病症了。然而化学致癌是有条件的,肿瘤细胞存在大量的基因突变和染色体畸变,容易引起原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的灭活,导致正常细胞周期和凋亡的失控。通过本文分析,可以通过增强细胞对DNA的修复功能,使DNA结构恢复原样,重新能执行它原来的功能。从这方面来说,对于癌症的治疗研究有着重要意义。
参考文献:
[1]中国大百科全书编委会.中国大百科全书(环境科学)[M].北京:中国大百科全书出版社,1983
[2]林承志.化学致癌与化学致癌物[J].辽宁教育学院学报,1997,9:42-44
[3]戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,1995
[4]赵玫.赵清正,等.致癌剂DEN促癌剂巴豆油对大鼠肝α1抑制因子3基因表达的影响[J].中国生物化学与分子生物学报,1992,6:730-734
[作者简介]金宁通(1984-),男,贵州江口人,任职于铜仁职业技术学院工程技术系,助教,从事环境专业教学工作。
关键词:化学致癌物;代谢活化;致癌
中图分类号:R730.2 文献标识码:A 文章编号:1674-7712 (2012) 12-0138-02
近年来,工业迅速发展,环境污染日益严重,癌症的发病率和死亡率正逐渐的上升。癌症与脑血管疾病、心脏病一起成为人类死亡的三大主要疾病。在环境医学中,环境致癌物是指人类或哺乳动物的机体内诱发肿瘤的物质。环境致癌物可分为化学的、物理的和生物的三类。其中以化学致癌物的种类最多,影响面最广,危害性最大。诱发肿瘤都具有一定的潜伏期,开始不易被查觉。其潜伏期一般为20年左右,长则可达40年-50年,短则1年-2年。据估计,人类的肿瘤有80%-85%与化学致癌有关。这些年,癌症的发病率和死亡率急剧上升,预防和提高癌症患者的质量生活是反复出现的主题。因此化学污染物质越来越引起人们的关注。
一、化学致癌物
日常生活中和自然界广泛存在着化学致癌物质。化学致癌物是指能引起人类或者动物肿瘤、增加其发病率或死亡率的化合物。人类癌症80%-90%与化学致癌物有关。现在已知天然的和人工合成的诱发癌症的化学物质已有一千多种,常见的有以下几种:
1.多环性碳氢化合物(煤焦油、沥青、粗石蜡、杂酚油、蒽油),这些物质含有3,4-苯并芘。此外,烟草中也大量存在此致癌物质。
2.染料(偶氮染料、乙苯胺、联苯胺等)。
3.亚硝胺类化合物(亚硝酰胺和亚硝胺)。亚硝胺近30年来备受人们关注。它主要通过细菌作用,在人体内合成,是消化系统内重要的致癌物质。自然界存在的数量较少。
4.其它无机物。砷、铬、镍等及其化合物,以及石棉均有致癌作用。化学致癌物的类型很多,其来源也很广泛。主要有以下几个方面:
(1)大气、水体环境污染(机动车辆排放的尾气、工业废气中的多环芳烃类,如二硝苯芘、3,4-苯并芘)。此外,化学致癌物还包括废水中的镍、焦油、铬、镉、亚硝胺类化合物污水等。
(2)食物摄取。食物中的亚硝胺类化合物、添加剂等具有促癌或致癌作用,食物与肿瘤有极为密切的关系。
(3)职业接触。在生产环境中,可以接触许多种化学物质,其中有些是致癌的,由于工人长期接触,在其体内积淀较高的浓度,可致职业性癌。
(4)药物。某些药物有致癌作用。比如长期服用复方氨基比林、复方阿司匹林等,肾盂癌和膀胱癌的发病率可以高到9.5%。
二、化学致癌物的特征及其代谢活化
(一)化学致癌物的特征
化学致癌物第一个显著特点是遗传毒性,即皆为亲电子剂。是指分子结构中有正碳原子等亲电子基团的一类化合物。而人体细胞中的大分子化合物都具有亲核基团,即富含电子的部位,易与化学致癌物结合。RNA、DNA和蛋白质等大分子有机化合物的亲核基团就是化学致癌物结合的位置。第二个特征就是潜伏期长,化学致癌物在生物体内,很难发生化学降解,潜伏期一般为20年左右,长的可达40-50年。
(二)化学致癌物的代谢活化
化学致癌物进入机体内部,发生一相反应和二相反应。一相反应包括:氧化反应、还原反应和水解反应。二相反应包括与谷胱甘肽反应、与葡萄糖醛酸结合和与硫酸结合三种反应。反应类型固然有多种,但是以氧化过程为主,可以在多种器官、组织中进行,具有组织器官特异性,以肝脏为主,形成的终致癌物具有亲电性,能与DNA结合,造成DNA损伤,引起突变,诱发肿瘤。以二甲基亚硝胺为例,如图1。
从图1可以看出,二甲基亚硝胺在色素细胞P450酶的催化下,脱亚硝基代谢反应生成醛和胺,继而再通过脱甲基代谢反应,生成终致癌物甲基碳离子,通过混合功能氧化酶催化氧化成活性中间产物N-亚硝基-N-羟甲基甲胺,再经过几步化学反应失去甲醛,最后产生活泼的亲电甲基正碳离子CH+3,而与DNA碱基中富电氮(或氧)原子相结合,使之烷基化,致DNA基因突变。
三、化学致癌物化学致癌过程
化学致癌物的化学致癌机理尽管非常复杂,我们需要按致癌过程分为以下三个阶段:
(一)引发阶段
化学致癌物与机体靶细胞DNA反应,对其产生损伤作用经细胞分裂增殖固定下引起基因突变,成为突变细胞,导致遗传密码改变。这个过程是化学致癌物不可逆转变为肿瘤细胞的步骤。大部分环境致癌物都是间接致癌物,需要通过机体代谢活化,经近致癌物至终致癌物,由终致癌物引发。倘若细胞中原有修复机制对DNA损伤不能修复或修复力度不够,正常细胞将会转变为突变细胞。
(二)促长阶段
这一阶段是促进引发形成肿瘤细胞分裂生长的作用阶段,主要是突变细胞改变了遗传信息的表达,增殖成为肿瘤,其中恶性肿瘤还会向机体其他部位扩展。基于苯并(a)芘、二甲苯并(a)蒽和二苯并(a,h)蒽这三种强致癌物,有学者分别以亚致癌剂量涂抹小鼠皮肤一次,20周后不发生肿瘤或很少发生。但如在相同剂量致癌物使用后再用通常不致癌的巴豆油涂抹同一部位(每周2次,共20周),则分别有37.5%、58.0%和29.5%
发生皮肤癌,但是单独使用或在给予致癌物之前使用巴豆油都不引起肿瘤形成。引发剂在使用很长一段时间后,再使用促癌剂,结果仍能引发肿瘤的形成。这一系列实验说明两个问题:(1)促长阶段必须依靠引发阶段来完成,引发作用是不可逆的。(2)适时停止或延长促癌剂的使用,都不能引起肿瘤,这说明促癌作用是可逆的。如图2所示。
从上面的图例可以看出,图(1)和图(2)由此说明引发物和促癌物单独作用均不能引起肿瘤。图(3)说明如果引发发生在促长过程之后,也不会引起癌变。而图(4)与图(3)刚好相反,引发发生在促长过程之前,能够引发癌变的。因而说明引发必须发生在促长之前。图(5)说明细胞中原有修复机制对DNA损伤修复程度不够,可能引发致癌。图(6)细胞中原有修复力度大,能够抑制细胞癌变。
(三)进展阶段
进展阶段是指从促长阶段产生的细胞群(癌前病变、良性肿瘤)转变成恶性肿瘤的过程。进展阶段的主要特点有:(1)自主性和异质性增加;(2)肿瘤获得生长、侵袭和转移能力;(3)由于进展阶段核型的不稳定,导致细胞基因组结构的形态学改变和不可逆。
四、结语
环境污染是造成癌症形成的主要原因,环境受到严重破坏后,化学污染物的种类逐渐增多,浓度逐渐增大,这些促癌物在与人们长期的接触过程中,体内累积的浓度会越来越高,从而触发肿瘤的机会必定增加,癌症也就成为高发的病症了。然而化学致癌是有条件的,肿瘤细胞存在大量的基因突变和染色体畸变,容易引起原癌基因的活化和肿瘤抑制基因的灭活,导致正常细胞周期和凋亡的失控。通过本文分析,可以通过增强细胞对DNA的修复功能,使DNA结构恢复原样,重新能执行它原来的功能。从这方面来说,对于癌症的治疗研究有着重要意义。
参考文献:
[1]中国大百科全书编委会.中国大百科全书(环境科学)[M].北京:中国大百科全书出版社,1983
[2]林承志.化学致癌与化学致癌物[J].辽宁教育学院学报,1997,9:42-44
[3]戴树桂.环境化学[M].北京:高等教育出版社,1995
[4]赵玫.赵清正,等.致癌剂DEN促癌剂巴豆油对大鼠肝α1抑制因子3基因表达的影响[J].中国生物化学与分子生物学报,1992,6:730-734
[作者简介]金宁通(1984-),男,贵州江口人,任职于铜仁职业技术学院工程技术系,助教,从事环境专业教学工作。