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1、现代毒理学概论,毒理学(toxicology),toxic-拉丁语toxious(1655),古希腊词toxikon(毒物),toxon(弓箭),logy-古希腊词logos(描写),毒理学是描述毒物的学科，也有人译为毒物学,现代毒理学(modern toxicology)是研究外源性化学物及物理和生物因素对生物有机体的有害作用及其机理，预测其对人体和生态环境的危害,为确定安全限值和采取防治措施提供科学依据的一门学科。,All substances are poisons,there is none which is not a poison.The right dose differenti
2、ates a poison and remedy.No substance is a poison by itself.It is the dose that makes a substance a poison.Parcelsus(1493-1548),所有物质都是毒物，没有不是毒物的物质，唯有剂量使之区分为毒物还是药物。物质本身不是并非毒物，主要是剂量才使一个物质变成毒物。,在日常接触途径和剂量下即能对机体产生损害作用的化学物,毒物(toxicant,poison,toxic agent),外源化学物(xenobiotics)也称为外来化合物或外来生物活性物质,指存在于外界环境中,可能与机
3、体接触并进入机体，在体内呈现一定的生物学作用的化学物质。,内源性毒物(endotoxin)是指在动物体内形成的毒物，主要是机体内代谢产物。它们在正常生理活动过程中，由于自体解毒机制或排泄作用而不会发生毒性作用。,外源性毒物(extenal toxicants)即环境毒物，种类多；对机体的致病作用往往较强，有的还能促进内源性毒物的形成，加重中毒的病理过程，因而，外源性毒物对生物体中毒的发生和发展具有特别重要的作用。,毒 物,植物毒素(plant toxin)含甙类植物：强心毒甙、氢氰酸、皂素等 含生物碱类植物：乌头碱、雷公藤碱等 含毒蛋白类植物：相思豆、巴豆树等 含酚类化合物植物：鱼藤酮(毒血藤
4、)儿茶酚(漆树),毒素(toxin)是活的生物有机体中存在的或向外界释放、分泌的一类具有明显生物活性物质。根据来源可分为动物毒素、植物毒素、微生物毒素三类。,通过叮咬或刺蛰释放的动物毒素叫毒液(venom),微生物毒素,细菌毒素,真菌毒素,霉菌毒素,内毒素(endotoxin),外毒素(exotoxin),动物毒素,蛇毒：海蛇、蝰蛇、眼睛蛇、响尾蛇爬虫类：毒蜥蜴两栖类：青蛙、蟾蜍和蝾螈鱼类：鲀毒鱼类、胆毒鱼类、卵毒鱼类 肉毒鱼类海洋生物：大约有4万种昆虫：蜈蚣、蝎子、蜘蛛、蜜蜂、蚂蚁等,有害作用与非有害作用的区分确定是一件重要而复杂的工作，需要大量的知识，需要从整个机体的全部生命过程、机体适应
5、其他应急状态的能力和环境因素可能对寿命的影响来全面综合考虑。,对从理论上阐述什么是有害效应，尚无明确一致意见。长期以来形成美、苏两大学派。,有害作用与非有害作用,非有害作用(non-adverse effect)1)不引起形态、生长、发育和寿命的改变 2)不引起机体功能的损伤 3)不损害机体对额外应激状态的代偿能力 4)接触停止后，发生的改变可逆，且不能 检出机体维持自稳态(homeostasis)能力 的 损害 5)不增加机体对其它有害作用的敏感性,有害作用（WHO）1)能反映早期临床疾病的效应 2)不易恢复并使机体维持自稳态能力 降低效应 3)使个体对其它有害因素不良作用易 感性增加的效应
6、 4)反映机体功能水平偏离“正常”范围 的效应 5)反映引起了某些重要的代谢和生化 改变的效应,1.与正常值或参比值(reference effect)比较，超过x2s可判定为有害作用。,如何判别有害作用和非有害作用,2.处理组与对照组比较，如有统计学差异(如p0.05或p0.01)则判断为有害作用。,毒性(toxicity)指外源性化学物能引起生物体损伤的能力，所引起的损害作用总称为毒作用或毒效应。,是生物体受到毒物作用而引起功能性或器质性改变后出现的疾病状态。,中毒(poisoning，toxication),不同化学物半数致死量的比较,安全性评价(safety evaluation)通过
7、动物试验和对人的观察，阐明某化合物的毒性及其潜在危害，然后对化合物作出可以接受或不可以接受的鉴定，或者特定人群在一定条件下的接触该物质的安全浓度和剂量。,安全限值(safe level)依据化学因素与人体健康关系的研究成果，规定的能保证不致产生任何功能以及形态损害的化学物限值，或其有有害效应的危险度水平被人们所接受的容许限值(permissible level),贯穿预防为主的思想，是预防医学的一门学科,毒理学的研究内容,毒理学的两个基本功能,1.描述性毒理(Descriptive Toxicology)2.机制性毒理(Mechanistic Toxicology)3.管理毒理(regulat
8、ory Toxicology)法医毒理学(Forensic Toxicology)临床毒理学(Clinical Toxicology)环境毒理学(Environmental Toxicology)职业毒理学(Occupational Toxicology),检测理化因素产生的有害作用的性质(危害性鉴定功能),评价在特殊暴露条件下出现毒性的可能性(危险度评价功能),寻找外源性化学物对机体有害作用的早期生物监测和医学监护的方法；,毒理学的研究任务,建立评价外源性化学物对机体的有害作用的方法，阐明有害作用的性质，发生规律和机制；,为采取预防措施、制订安全限值和管理部门决策提供科学依据。,毒理学肩负着
9、保护人体健康、保护生态环境的重大责任，它是人类生活最为贴近的学科之一。所以，有人把它作为一个警察学科，既要对进入环境的各类化学品签发护照，又要对进入环境的化学品的危害性进行评价。,Toxicology is a science for the wellbeing of mankind,Toxicology is a science for the wellbeing of mankind,毒理学研究的方法(1),一、临床观察和现场调查,1临床观察 是指对短期或长期接触药物或环境化学物的人体的直接观察。主要通过药物的临床试验研究和中毒病人的治疗处理来获得观察资料，这是临床毒理学研究的重要内容。,
10、2现场调查 是研究外源性化学物对接触人群健康影响的主要方法，对确定外源性毒物的有害效应极为重要。(1)描述性流行病学调查：提出病因假设，已知病因了解严重程度(2)分析性流行病学调查：验证假说，确定因果关系。,毒理学研究的方法(2),二、实验室研究,1.体外试验方法(in vitro test)2.整体动物试验方法(in vivo test)3.半体内试验方法(ex vivo test),3.人体志愿者试验,4.分析毒理学 提供快速、灵敏、经济、有效的分析方法，由于被分析物质的多样性 及分析物质所存在介质的复杂性，需采用样品制备(分离、富集)、化学分析和仪器分析的各种先进方法,三、安全性评价或健
11、康危险度评定方法,动物试验,整体动物试验(in vivo),体外试验(in vitro),一般毒性试验,特殊毒性试验,急性毒性亚急性毒性亚慢性毒性慢性毒性,致突变致癌致畸,器官水平组织水平细胞水平亚细胞水平分子水平,致突变,微生物试验,哺乳动物试验,基本假设为：人是最敏感的动物物种；人和实验动物的生物学过程包括化学物的代谢，与体重(或体表面积)相关。这两个假设也是全部实验生物学和医学的前提。以单位体表面积计算在人产生毒作用的剂量和实验动物通常相近似。而以体重计算则人通常比实验动物敏感，差别可能达10倍。,原则二，实验动物必须暴露于高剂量，这是发现对人 潜在危害的必需的和可靠的方法。,毒理学实验
12、的原则,原则一，化学物在实验动物产生的作用可以外推于人,此原则是根据质反应的概念，随剂量或暴露增加，群体中效应发生率增加。,选用成年的健康(雄性和雌性未孕)实验动物是为了使实验结果具有代表性和可重复性。以成年健康实验动物作为一般人群的代表性实验模型，而将幼年和老年动物、妊娠的雌性动物、疾病状态作为特殊情况另作研究。这样可降低实验对象的多样性，减少实验误差。,原则三，成年的健康(雄性和雌性末孕)实验动物 和人可能的暴露途径是基本的选择,外源化学物以不同途径染毒，实验动物表现的毒性可有很大差异。因此，毒理学试验中染毒途径的选择，应尽可能模拟人接触该受试物的方式。,毒理学实验的局限性,WH0在临床前
13、药物安全性实验原则文件中指出“虽然事先对生物活性物质进行了最仔细彻底的研究，但给人使用时总是不可避免地要冒一定的风险。”这就是利用动物实验的局限性。,实验动物和人对外源化学物的反应敏感性不同，有时甚至存在着质的差别。,有些化学物在高剂量和低剂量的毒性作用规律并不一定一致,毒理学实验所用动物数量有限，那些发生率很低的毒性反应，在少量动物中难以发现。,实验动物都是实验室培育的品系，一般选用成年健康动物，反应较单一，而接触人群可以是不同的人种、种族，而且包括年老体弱及患病的个体，在对外源化学物毒性反应的易感性上存在很大差异。,毒理学各种研究方法的关系,毒理学作为一门实验科学是以动物实验为中心的，毒理
14、学动物实验的设计、实施、结果观察和评价是毒理学研究的基本功。体内试验是以实验动物为模型，最终目的是通过外源化学物对实验动物的毒性反应，向人外推，以期评估外源化学物对人的危害及危险性。体外实验主要用于筛选和预测急性毒性和机制研究；人体实验和流行病学调查则可进一步深化和证实在动物实验中所得到的资料。,毒理学发展简史,一、古代 萌芽5000年前(30002000B.C)。有文字记载约3500年历史。1500 B.C古埃及医书中已记载Pb、Cu、Sn等有毒。我国宋朝洗冤集录，明朝初本草纲目。在古代，有毒物质主要被作为杀伤工具 二、产业革命前 由于社会上中毒、毒杀、误服-法医毒理 化学药物的合成-药物毒
15、理毒理学试验研究始于16世纪，由Paracelsus奠定基础.,三、工业革命后(19世纪)职业中毒工业毒理学，现代毒理学开始形成 毒理学作为一门独立学科，首先由Orfila 奠定基础，发表了第一本专著(1815年)现代毒理学至今发展了约100年。但直到20世纪50年代以前，毒理学基本上是药理学和法医学的延伸。,二次世界大战后，工农业快速发展，特别是化学工业,环境污染严重，发生公害事件 生化和遗传学飞速发展，为毒理学的发展提供理论基础 欧美一些国家制订了法规 毒理学自身的发展，SOPs,GLP,二十世纪50年代后毒理学进入快速发展时期,世界八大公害事件,1971,日本,砷,慢性砷中毒,毒理学在医
16、学的地位,1.所有疾病都是环境因素和遗传因素作用的结果，只是两类因素在疾病发生发展中的贡献率不同 2.已知肿瘤、动脉粥样硬化等与化学物的基因突变关系密切,疾病的易感性与某些基因的突变有关3.由环境化学物和药物毒副作用引起的化学性疾病的比例越来越大，需要研究其诊断、治疗方法,在重大疾病的病因和防治上发挥重要作用,由各种化学物引起的中毒已成为第45位的死因，化学因素引起的过敏反应、哮喘病发病人数每年超过2500万,在揭示疾病发病机制上发挥重要作用,为预防和发现药物毒副作用提供科学依据,毒理学方法和手段在疾病研究中具有特有的优势运用突变检测方法识别与鉴定人类疾病相关基因利用动物模型识别与鉴定致病基因
17、通过人类和动物基因突变体、突变谱研究疾病 分子机制,据WHO估计，住院病人中药物不良作用反应占10左右。我国因药物所致耳聋约100余万人。,以毒理基因组学为先导 整体性地迈向分子毒理学基因组学 毒理基因组学和环境基因组学(toxicogenomics or environmental genomics)蛋白质组学毒理蛋白质组学(toxicoproteomics)代谢组学毒理代谢组学(toxicometabonomics)生物信息学或硅上生物学硅上毒理学(in silico toxicology),毒理学的发展趋势,由被动毒理学向主动毒理学发展,毒理学评价将贯穿于新产品发现和开发的全过程，包括按
18、GLP规范和不受GLP规范的研究,早期及时发现和淘汰因毒性不适用于进一步研究开发的化学物或化学结构，或有针对性地设计一些试验研究，解决某些重要化学物的特异性毒性问题，指导化学物合成，帮助选择先导化学物。,微型化自动化样品量少不受GLP约束,发现毒理学(discovery toxicology)预测毒理学(predictive toxicology)硅上毒理学(In Silico toxicology)定量构效分析(QSAR),中期根据候选产品的性质、按GLP和Guidline要求，通过一系列的毒理学试验对候选产品进行安全性评价，决定候选产品是否可以继续开发即安全地进入临床研究或现场试验。,后期
19、实施某些毒理学试验和人体毒性研究，建立毒性标志物和临床毒性终点(clinical endpoint)，以决定临床研究或现场试验是否可以继续进行，直至作为可否上市销售的重要依据。,由低通量测试 高通量测试发展(high throughput testing),目前的研究一方面采用体外实验建立了急性毒性、致畸性的胚胎毒性、遗传毒性等高通量筛选系统；另一方面采用生物芯片技术建立了高通量的毒性评价和研究芯片。如英国研制的 Toxiblot芯片中专门设计了机制性毒理学、安全性评价等专用芯片。一些研究致力于发展主要器官毒性评价基因芯片和检测肝脏毒性、肾脏毒性、心脏毒性、致癌性的蛋白质组技术平台。,实验动物
20、由单一性模型 特征性模型,致癌试验评价模型,rasH2 transgenic mouse modelTgAC transgenic mouse modelp53+/-knockout mouse modelXPA+/-knockout mouse modelXPA+/-/p53+/-knockout mouse modelNeonatal mouse assay(CD-1 or B6C3F1 mice),遵循“4R”原则，更多地采用替代动物和替代试验,替代(replacement)减少(reduction)优化(refinement)责任心(responsibility),替代法(altera
21、tive methods)in vitro and computer technologies，use nonmammalian rganisms,transgenic cell and animals,基因组转录谱 蛋白质组表达谱 代 谢 组 谱,由高剂量测试 低剂量测试,分子病理学,组织芯片细胞芯片,分子标志物,替代或部分替代以死亡、组织病理学为主的传统毒性指标体系;阐明和评价更接近实际条件下暴露剂量对人体的毒性效应，解决从高剂量向低剂量外推时的误差。,由单一用途 多用途、多领域发展,2.从外源性化学物的特异毒作用扩展到人类慢性病、多发病的研究。3.建立生物标志物，发展个体的危险度评价。,
22、从外源性化学物的特异毒作用扩展到人类慢性病、多发病的研究。建立生物标志物，发展个体的危险度评价。功能基因组学 疾病基因组学 药物发现,转基因食品和药物、生物农药和新型生物制品（单克隆抗体、DNA疫苗、重组细胞因子、基因治疗制品、反义药物、克隆组织或器官、干细胞移植等）,建立评价某些新的外源物质的方法体系,学术机构,中国毒理学会 药物毒理 生物毒素 食品毒理 饲料毒理 工业毒理 生态毒理 临床毒理 免疫毒理 兽医毒理 生殖毒理 放射毒理 遗传毒理 分析毒理 生化和分子毒理 军事毒理 药物依赖性 管理毒理,国际毒理学会、国际环境诱变剂学会、国际畸胎学会,中国环境诱变剂学会 致突变专业委员会 致癌专
23、业委员会 致畸专业委员会 抗癌/抗突变专业委员会中华预防医学会卫生毒理专业委员会中国药理学会药物毒理专业委员会,中国环境诱变剂学会 致癌.致畸.致突变 中华预防医学会卫生毒理学会卫生毒理学杂志中国毒理学会中国药理学和毒理学杂志,专业杂志,国际毒理学会 Toxicology国际环境诱变剂学会 Mutaion Research国际畸胎学会 Teratology美国毒理学会 Toxicological Science英国毒理学会 Experimental and Human Toxicology,Toxicology Letter Archives Toxicology Reproductive T
24、oxicology MutagenesisParmacology&Applied ToxicologyComparative Parmacology&Toxicology,重要专著,1.Casarett&Doull Toxicology:The Basic Science of poison 1975年第1版 2001年第6版 2.Hayes AW:Principles&Methods of Toxicology 1982第1版 2001第4版 3.Elseevier Science:Comprehensive Toxicology,国内专著,1.李寿祺主编：卫生毒理学原理和方法 19872.鲁超：实验毒理学基础 19873.刘国廉主编：细胞毒理学 20014.印木泉主编：遗传毒理学 2002,
