毒理学新技术以及发展方向介绍
毒理学是研究化学物质对生物体的毒性反应、严重程度、发生频率和毒性机理的科学。它也是一门从定性和定量两方面评价毒性作用的科学。毒理学与药理学密切相关。目前已发展成为一门具有一定基础理论和实验手段的独立学科，并逐渐形成了毒理学的一些新分支。本文综述了新技术在分子毒理学中的应用及毒理学的一些发展趋势
1基因导入技术在毒理学中的应用
分子毒理学研究是利用分子生物学技术研究毒理学问题目的和方法。例如，细胞培养用于检测体外遗传毒性，转基因动物模型用于全动物实验，基因导入技术是将一段DNA（一个完整的基因或一个基因片段）导入细胞或生物体，对阐明外源性化学物质的毒性和作用机理具有重要意义。DNA的引入可以改变毒素的作用强度或作用方式。因此，我们可以通过改变毒性作用的程度或方式来判断DNA的毒性作用
1.1在诱变检测中的应用
基因毒物是一种能损伤遗传物质DNA的化学物质，大多数是诱变剂。传统的艾姆斯试验是一种细菌试验基因毒物的介导检测方法。但这种方法也有一定的局限性，有时会出现假阳性结果。例如，谷胱甘肽和半胱氨酸是抗癌药物，但在Ames试验中显示出很强的致突变性。另外，细菌和动物细胞在生物学上有很大的差异，因此体外动物细胞实验比细菌更能反映毒物在体内的作用。常用于基因毒物检测的细胞有两种，一种是原代细胞，另一种是传代细胞。各种指示剂被用来检测化学物质的遗传毒性，如核苷酸同位素标记法。如果一种化学物质能损伤DNA，细胞需要在b在修复过程中，需要使用化学物质和核苷酸。如果在培养基中加入同位素标记的核苷酸，修复的DNA将被同位素标记，损伤的DNA越多，修复的DNA越多。细胞DNA含有更多的同位素。因此，可以通过检测DNA中的同位素含量来确定化学物质的遗传毒性。另一种判断方法是基于基因毒素可以改变细胞代谢的事实。如果正常V79细胞有次黄嘌呤磷酸转移酶，这种酶是必需的嘌呤核苷酸合成在正常的替代途径。如果培养基中有嘌呤同系物（如8-偶氮鸟嘌呤），这种酶可以将它们的同系物转化为cor反应嘌呤核苷酸合成DNA，但嘌呤同系物不具有正常的嘌呤功能，因此会导致细胞死亡。相反，如果一种化学物质能损伤DNA和次黄嘌呤磷酸转移酶基因，不能合成正常的酶，那么受损的细胞就会存活下来。细胞存活越多，在一定条件下的致突变性就越强（
有些化学物质没有毒性，但其代谢产物表现出很强的毒性。对于这些化学品，上述方法无法检测其毒性。为了克服这一缺点，可以在细胞或细菌培养基中加入肝细胞提取物，帮助代谢毒物。在一些实验室，少量的pri玛丽细胞与传代细胞混合提供代谢酶。例如，传统的细菌检测系统不能检测到硝基二甲胺的突变作用，但在细菌培养基中加入肝细胞提取液时表现出很强的遗传毒性。这些实验也存在许多问题。例如，一些代谢物的半衰期太短，无法进入检测细胞，当它们与DNA相互作用时就会失活。肝脏提取物或原代细胞代谢酶活性随时间迅速下降；肝脏提取物或原代细胞含有多种酶。即使它们能代谢有毒物质并表现出毒性，也不知道哪种酶起主导作用e。显然，建立一个能合成单一酶的细胞系对于研究毒物的毒性作用是非常重要的。利用分子生物学技术，将转录某种代谢酶的DNA连接起来，然后再连接到基因载体（主要是质粒或病毒）。这种具有调控能力的DNA片段可以在体外与培养细胞的转录因子相互作用。将含有编码某种代谢酶的DNA的基因载体导入体外培养的细胞中，使细胞表达这种特定的酶。一个突出的例子是细胞多功能单胺氧化酶（P450）。在体外有两种细胞系可以表达P450，一种是t一种是能长时间稳定表达P450的细胞系，另一种是能短时间稳定表达P450的细胞系。已成功地将多种人P450基因如1A1、2A6、2E1、3A4等导入人淋巴细胞系、小鼠胎盘细胞系、仓鼠肝癌细胞系等。因为这些细胞系可以表达有毒的代谢酶，这些细胞系对有毒前需要代谢的化学物质的敏感性已经提高了很多倍。例如，表达2A6的细胞系比不表达2A6的细胞系敏感500倍；它比表达2E1的细胞敏感500倍。提示硝基二甲胺的毒性仅能显示出来转基因动物是一种基因组中含有外源遗传物质的动物，广泛应用于科学研究的各个方面。转基因动物集整体、细胞和分子水平于一体，能更好地反映整个生命周期研究的效果，已成为毒理学研究的热点之一。金属硫蛋白（Metallothionein，MT）基因转基因小鼠和基因缺失小鼠被用于金属和一些非金属的研究。法罗群岛例如，MT转基因小鼠对镉的抗性更强，而MT缺失小鼠对镉、银、汞、顺铂和四氯化碳（
1.2.2突变检测模型
转基因动物为解决遗传毒性研究中一些长期存在的问题提供了可能。例如，体外试验和体内整只动物的定性定量外推，整只动物的基因突变需要大量的动物和时间，如靶器官的确定和诱发基因变化的精细分析等。自1989年GOSEN等人建立第一个转基因突变检测模型以来，已有十多种模型（
1.2.3）致癌检测模型及其应用在致癌物
作用机制研究中的应用转基因动物被用于快速检测致癌物、促癌剂和化学研究，为致癌机理的研究提供了一条新的重要途径。目前已建立的检测模型或研究模型包括：① 癌基因过表达的转基因动物模型，如TG、AC小鼠、HK-FOS转基因小鼠、ras-h2转基因小鼠、携带活化H-ras原癌基因的小鼠等，这些转基因动物对化学致癌物的敏感性要高出许多倍。例如，激活pim-l肿瘤基因的转基因动物的敏感性比相应的非转基因动物高25倍；② 基因缺失动物车肿瘤发生检测模型采用同源重组的方法将一段DNA整合到抗肿瘤基因中，使抗肿瘤基因不能表达功能正常的蛋白质。以这种方式培养的动物称为基因缺失动物。抑癌基因p53在该领域的研究最多。p53（+/-）基因缺失动物的平均寿命为29周，p53（+/-）基因缺失动物的平均寿命为42周。肿瘤的发生和分布也不同。其他包括芳香烃受体（AHR）小鼠和过氧化物酶体增殖物诱导的受体α( PPAR公司α) 老鼠等；③ 转基因动物用于生殖毒性研究。ZP3（编码）硫酸化透明带糖蛋白基因缺失小鼠、雌激素受体基因或孕激素受体基因缺失小鼠、DNA甲基转移酶基因缺失小鼠等（
1.2.4用于组织特异性毒性研究的转基因动物
的典型例子是用含乳糖操纵子的噬菌体培养转基因动物。含乳糖操纵子的噬菌体被某些细菌感染后，菌落呈蓝色。如果含有乳糖操纵子的噬菌体在体内由于化学处理而受损，不能复制正常的半乳糖苷酶，则在体外组装后被噬菌体感染的菌落是无色的。因此，根据蓝色和无色菌落的数量，我们可以判断some化学品。此外，利用质粒作为载体也取得了成功，提高了检测灵敏度。更重要的是，动物经过化学处理后，可以利用基因载体将其从组织细胞中分离出来，从而使动物能够展示化学物质的组织细胞特异性毒理学效应（
2毒理学预测的新进展
毒理学和流行病学，尤其是结合分子流行病学进行风险评估。在经典方法中，对安全系数做了许多额外的修改，以提高种内和种间推导和预测的准确性。然而，毒理学家面临着来自不同管理部门的一系列修饰因素没有科学依据的强制性规定。近年来，人们提出了新的方法，尽可能利用实际数据而不是人为假设来确定安全系数。例如，致癌物的评估将采用定量模型，重点是从高剂量到低剂量的推导，而不是从动物到人类物种的推导。目前最常用的是线性多水平LMS模型，它将最大耐受剂量（MTD）的上限扩展到原点，并利用线的低剂量区域来估计外源性化学物质的剂量-反应曲线或毒性强度。这个模型使用的剂量值对应于一个小的生物单位：分子r以剂量轴（
为原点的毒性当量因子或问答法、构效关系的定量分析等是外源性化学品安全性评价策略的新发展，21世纪毒理学的发展趋势传统毒理学研究方法与现代毒理学研究方法的结合将推动过去毒理学的发展，毒理学研究主要以全动物试验和人体观察相结合为主，在一段时期内仍是一种重要而必要的手段。随着理论的应用借鉴分子生物学在毒理学研究中的应用方法，将外源性化学物质的毒性评价发展为体外细胞和分子毒性试验与人体自愿者试验相结合的新模式，同时减少传统的动物毒理学研究。一些复杂的整体实验将逐渐被体外实验或构效关系的数学模型所取代。目前，有害因素的毒性检测体系将被基因工程动物和细胞所取代；发病率和死亡率的终点将被生化指标所取代。毒性研究，现在需要数月的管理和评估将在几个小时内完成。转弯遗传动物对外源性化学物质的毒性反应将与人体的毒性反应非常一致。例如，将人体组织从体外分裂到培养细胞再到减数分裂（
3.2大量新技术和新方法的应用将使毒理学研究更加先进，从而改变目前毒性试验的解释和推断方式
）
除了上述一些体外细胞检测和转基因动物或基因缺失动物模型在毒理学研究中的应用外，其他新技术如序列分析、DNA微阵列或DNA微阵列可以同时测定成千上万个基因的表达，用于观察上升调节基因表达下调；基因捕获和代表性差异分析为研究化学致畸的分子机制提供了可能；基因定位可区分特异性或非特异性细胞损伤；复合物形成介导PCR研究DNA损伤和核苷酸修复；生物标志物在毒理学中的应用越来越重要。例如，特定的DNA和蛋白质加合物被用作有效暴露的生物标记物，而尿液中代谢物的NMR分析可以确定代谢变化模式作为毒性反应的生物标记物。再如，外周血中的生化标记物（血小板、白细胞、红细胞）可用于判断作为神经系统外源性化学损伤的替代标志物
在毒理学研究中，重要的问题是如何将动物获得的数据用于人类，如何将体外获得的数据用于体内，如何将复杂的整个系统转化为简单的人控系统，以及如何提高检测灵敏度。转基因技术为解决这些问题提供了新的途径。在代谢途径中，基因转移可以人为地控制某种化学物质的代谢；在整体水平上，可以人为控制某一基因的表达水平，从而阐明该基因在化学毒性过程中的作用。可以预见，建立不同的转基因动物或基因缺失动物将在阐明化学品的毒性机理方面发挥重要作用（
3.3采用多种方法评价化学品的毒性将是一个重要的趋势(在过去的20年中，传统的毒理学方法被用来研究外源性化学物质。大多数化学品是否能获得足够的毒理学信息是值得怀疑的。考虑到化学暴露对人体健康的影响，这一问题更为突出。由于毒理学试验消耗了大量的动物，所以在毒理学研究中尽量减少动物的数量是每一个负责任的毒理学家应该考虑的问题。显然，如果我们想有一个合理的对于如此多的外源性化学物质，我们应该建立新的、可替代的、动物消耗少、试验周期短、成本低的毒理学研究方法。这些方法应根据以下标准来衡量：（1）减少动物消费；② 缩短了试验周期；③ 研究环境中化学物质的实际浓度；④ 使用统计或数学模型；⑤ 应提前进行有效的实验设计；⑥ 发展管理毒理学等。例如，制药业将采用啮齿动物（主要是大鼠）微核试验和2-4周毒代动力学研究相结合的方法来评价药物（
3.4毒理学发展迅速，极性毒性现象社会化更为突出(近30年来，毒理学发展迅速，与相关学科交叉，形成了许多分支学科。分为临床毒理学、环境毒理学、工业毒理学、管理毒理学、生态毒理学和法医毒理学；根据研究方法和终点的不同，可分为免疫毒理学、分子毒理学、膜毒理学、传递毒理学、分析毒理学等；按研究对象可分为昆虫毒理学、兽医毒理学、人体毒理学和植物毒理学；根据外源化学物质的不同，可分为金属毒物、农药t毒理学、食品毒理学、辐射毒理学、药物毒理学、燃烧毒理学；根据研究工作的性质，可分为描述性毒理学（常规毒性试验和安全性评价）、机制毒理学和管理毒理学。近年来，毒理学的分支越来越多，如比较毒理学、地理毒理学、应急毒理学等。可以预见，在下个世纪将有一些新的分支（此外，毒理学的分化将更加明显）。一方面，管理毒理学作为毒理学的软件部分，仍将是毒理学的研究热点之一，为毒理学的管理提供科学依据从宏观角度看化学毒物；另一方面，研究水平也越来越高。从细胞、分子和遗传水平研究毒理学将是一项共同的科学工作。这两个方面既有区别，又相互渗透、相互结合，使毒理学更加复杂，软硬件的结合更加突出（总之，毒理学与人类的日常生活和生产密切相关，如环境污染、生态环境恶化等），药品不良反应、食品安全、兽药和农药的危害、工作环境中的有毒物质。可以预见，在21世纪，毒理学将得到更大的发展，为人类做出更大的贡献。虽然近年来细胞和分子水平的研究取得了很大的进展，但仅仅从基因和分子水平研究外源性化学物质的毒性和作用机理是不够的，因为人体还有一个宏观的方面，所以必须把微观研究和宏观研究紧密结合起来，即，将整体试验与体外细胞、细胞和细胞毒性试验相结合，只有结合分子水平的研究才能得到正确的结果（
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