genetic toxicology in China

YIN Mu-Quan¹ YU Ying-Nian² ZHENG Yi-Wen¹(1.Department of Health Toxicology,Second Military Medical

University,Shanghai 200433

2.Department of Pathophysiology,Medical College of Zhejiang

University)

ABSTRACTThree stages of the development of genetic toxicology in China are retrospectively reviewed in this article.In the initiating stage from late 1970's to 1983 a series of assays for evaluation of genotoxicity were set up and a large number of environmental chemicals had been screened with these assays.Meanwhile,the training of the professional staff and the foundation of Chinese Environmental Mutagen Society were proceeded in this period.During the period of 1983～1993 the assays for evaluation of genotoxicity were standardized and normalized step by step,and finally,a battery of genotoxicity assays were listed in the items of safety evaluation guideline for research on new drugs,pesticides,foods,cosmetics and so on.Studies on mechanism of genotoxicity were carried out with effort.Furthermore,Genetic Toxicology Committee of Chinese Scoiety of Toxicology was founded.Since 1993,genetic toxicology has stepped onto a molecular level.Molecular test systems on mutations such as shuttle vector systems,transgenic animal mutation test systems,and many others which apply molecular bio-assays to analyse mutations at molecular level have been developed in succession.Researches on molecular mechanism of gene mutations are also in process and remarkable achievements have been made in studies on no-ntargeted mutations.Besides,the applications of genetic toxicology in environmental mutagens monitoring in site,human population health monitoring and epidemiologic investigations on correlation between genotoxicity and diseases (e.g.cancers)were also retrospectively reviewed.

KEY WORDSGenetic toxicology;Retrospective review

遗传毒理学作为一门独立的学科始于1969年。它是研究化学物和辐射等环境因子诱发的致突变效应，以及接触诱变剂后导致人类健康的后果。致突变效应包括诱发DNA损伤和遗传学改变，其范围可从一个或几个DNA碱基对(基因突变)到染色体结构(染色体畸变)或数目(非整倍体或多倍体)的大改变。人类接触诱变剂后，如在生殖细胞中的突变率增加，可引起今后子代的遗传性疾病的发生率增加；如诱发体细胞突变，可引起接触个体的各种异常，最显著的是肿瘤。因此，遗传毒性效应受到毒理学家们的严重关注。30年来，毒理学家的努力集中三个方面：(1)应用测试系统检测诱变剂；(2)研究致突变机制；(3)系统地评价诱变剂的健康危害。

1概况

我国广泛地开展遗传毒理的研究工作，始于70年代末，20多年来，发展迅速，至今已由少数实验室的开拓性工作，普及到各种相关实验室，已广泛应用于基础医学、临床医学和预防医学的研究中，并列入新药研究、环保监测、农药开发、新化学物质和食品的安全性评价、新型生物材料研制等一切涉及人类健康或安全性评价的规定检测项目。科学研究工作也逐步深入，目前有些工作已与国际同类研究一致。

20多年来，我国在遗传毒理方面的发展可大致划分为三个阶段：

第一阶段：自70年代末到1983年，当时我国遗传毒理学研究工作尚处于起步阶段，这一时期我们从国外引进了一系列经典的遗传毒性检测方法，逐步在国内建立起相关实验室，展开了这方面的研究工作，并大量过筛了我国人群中所接触的化学物质及其它环境因子的遗传毒性。与此同时，加强对专业人员的培训也是当时学科建设的一个关键所在。许多国外知名的遗传毒理学专家曾被邀请到国内进行指导、交流；同期，国内也有大量的专业人员陆续被派往国外访问、学习，此举有力地推动了学科的进步。1983年中国环境诱变剂学会(CEMS)的成立标志着国内已组织起一支遗传毒理学专业人员的队伍，成为国内及国际间专业学术交流及研究活动的组织者。

第二阶段：自1983～1993年，这是学科全面及深入发展的阶段。遗传毒性的检测方法逐步走向标准化、规范化。同时，对遗传毒性机制的研究也成为科研的一个重点方向。而这一时期具有重大意义的是在我国各种新药、农药、工业化学品、食品、化妆品及消毒剂等的开发研制过程中，遗传毒性试验被正式列入安全性评价准则或测试规范，这不仅反映了本学科的重要价值，也标志着学科研究及应用范围的日益拓展。1993年中国毒理学会遗传毒理专业委员会正式成立，标志着遗传毒理学已成为我国毒理学中的一门分支学科。

第三阶段：1993年之后至今，遗传毒理学研究进入了一个迅速发展的“分子时代”。随着不同学科之间相互交叉、相互渗透现象的日益普遍，分子生物学也被引入了遗传毒理学研究领域中。国内研究者应用分子生物学的概念和方法建立起了分子致突变测试系统，与此同时，还着眼于分子机制的研究工作。总之，在国内遗传毒理学界同行们的共同努力下，我们与国外在研究水平上的差距正在日益缩短，并且值得骄傲的是国内有一些研究工作，比如：穿梭质粒载体系统、转基因动物突变测试系统、非定标性突变和突变分子机制研究等已达到了国际同类水平。

2基因突变的分子机制及分子致突变测试系统的研究进展

2.1分子致突变测试系统的应用

2.1.1穿梭载体突变检测系统1983年由穿梭质粒与体外培养的哺乳动物体细胞所组成的突变检测系统首次被用于突变分析，此后的近10余年中，该系统得到了日益广泛的应用，已从最初单纯用于检测化学物质的遗传毒性拓展到目前用以研究各种突变的分子机制。

复旦大学遗传所薛京伦等人选用恶臭假单孢杆菌(Pseudomnoas putida)TOL质粒上的xylE基因作为诱变指示的靶基因，构建了pFD891 EBV-xylE穿梭质粒。xylE基因编码邻苯二酚氧化酶，该酶可以将无色的邻苯二酚氧化成黄色的2-羟基己酸半缩醛，在含有xylE基因活性的菌落上喷洒邻苯二酚后，菌落迅速显黄色，与无xylE基因活性的白色菌落极易区别。xylE基因的蛋白质编码区仅为0.9kb，且目前已知该基因的核苷酸全序列，因此适于作为诱变分析系统的靶基因。在此基础上，薛京伦等又构建了一对比pFD891更小的携带xylE基因的pESnx1和pESnx2穿梭质粒。pESnx质粒主要有以下几个优点：1.质粒中不含人为的重复序列，因此可以避免由其引起的分子内同源重组；2.同时携带amp^r、neo^r基因，因此对于转化有pESnx质粒的大肠杆菌可采用氨苄青霉毒及新霉素双重抗性选择培养，减少了污染的机会；3.pESnx质粒相对较小，有利于转染哺乳动物细胞及转化大肠杆菌；4.可以利用该质粒上的SV40ori在短期内扩增其拷贝数。用该质粒转染人体羊膜细胞FL后分离得到了稳定的转化细胞株FES1.7，并利用该穿梭质粒载体系统对诱变剂EMS的致突变性进行了初步的分析，结果提示该诱变分析系统简便可靠，有利于推广应用。

2.1.2转基因动物突变测试系统转基因动物致突变检测模型的建立为遗传毒理学研究带来了一次可谓是“革命性”的突破，利用这种检测系统不仅能够在整体动物内研究组织特异性突变，并对突变进行精确的分析，而且可以在同一动物体内进行多个遗传学终点的比较研究。国内在转基因动物方面已开展了大量的研究工作，目前已达到国际同类水平。

第二军医大学卫生毒理学教研室黄建等于1996年采用显微注射法成功地建立了以pESnx穿梭质粒为载体的xylE/ICR转基因小鼠致突变检测模型。该模型建系工作的研究结果表明转入的载体可由转基因小鼠稳定地遗传给后代。在利用该模型检测化学物质的遗传毒性的试验中，诱变剂MNNG、ENU分别诱发了小鼠肝、脾组织中靶基因突变率的明显升高，对突变靶基因进行序列分析，确定了不同化学物质所诱发的突变类型及突变位点。研究结果表明该模型不仅能有效地评估化学物质的遗传毒性，同时又可用于研究致突变作用的分子机理。利用多种化学物质对该模型进行骨髓、外周血微核试验及精子畸形试验的结果还提示了该模型在基因突变、染色体畸变等多遗传学终点研究中的应用前景。

1998年曹洁等在xylE/ICR模型研究工作的基础上，以携带xylE靶基因的pUC118NX质粒为载体成功地建立了在基因组DNA中整合有完整pUC118NX质粒的C57BL/6J转基因小鼠。用诱变剂ENU可诱发该模型靶基因突变率及外周血、骨髓红细胞微核率的明显上升，初步表明该模型可用于体内基因突变及染色体畸变的研究。

第二军医大学细胞生物学教研室黎怀星等在1996年也以pSPORT1质粒作为载体，建立了D6-2转基因小鼠模型，并对小鼠骨髓组织中靶基因lacI的自发突变率以及甲基磺酸乙酯(EMS)诱发的突变率、突变类型进行了研究。1998年在对pSPORT1质粒作部分改进而建立了pMTR1质粒后，又以该质粒作为载体建立了pMTR1/C57BL/6转基因小鼠品系。

当前，在国内遗传毒理学领域内，对转基因动物致突变检测系统的研究