毒理學(xué)是一門研究化學(xué)物質(zhì)對生物體的毒性反應(yīng)、嚴(yán)重程度、發(fā)生頻率和毒性作用機制的科學(xué)，也是對毒性作用進(jìn)行定性和定量評價的科學(xué)。毒理學(xué)與藥理學(xué)密切相關(guān)，目前已發(fā)展成為具有一定基礎(chǔ)理論和實驗手段的獨立學(xué)科，并逐漸形成了一些新的毒理學(xué)分支。本文就新技術(shù)在分子毒理學(xué)中的應(yīng)用及毒理學(xué)的一些發(fā)展趨勢作一簡述。

　　　　1　基因引入技術(shù)在毒理學(xué)中的應(yīng)用

　　　　分子毒理學(xué)研究是采用分子生物學(xué)技術(shù)和方法來研究毒理學(xué)問題。如體外采用細(xì)胞培養(yǎng)等檢測基因毒性，整體動物試驗采用轉(zhuǎn)基因動物模型，這對于闡明外源性化學(xué)物的毒性及其機制均有重要意義。

　　　　基因引入技術(shù)是把一段DNA（可以是一個完整的基因，也可以是一個基因片段）引入到細(xì)胞或生物體內(nèi)。引入的DNA可以改變毒物的作用強度，或改變毒物作用方式。因此，可以通過毒物作用程度或方式的改變來判斷引入的DNA所起的毒性作用。

　　　　1.1　在致突變檢測中的應(yīng)用

　　　　基因毒物是指能損害遺傳物質(zhì)DNA的化學(xué)物，大多為致突變劑。常規(guī)的Ame′s試驗是由細(xì)菌介導(dǎo)的檢測基因毒物的方法。但這種方法也有一定的局限性，有時可出現(xiàn)假陽性結(jié)果。如谷胱甘肽和半胱氨酸均為抗癌劑，但在Ame′s試驗中卻顯示較強的致突變能力。此外，細(xì)菌和動物細(xì)胞在其生物學(xué)方面有很大差異，因此體外動物細(xì)胞實驗較細(xì)菌更能反映毒物在機體內(nèi)的作用。有兩類細(xì)胞常用于基因毒物的檢測，一類為原代細(xì)胞，另一類為傳代細(xì)胞。有多種指標(biāo)用于檢測化學(xué)物的基因毒性，如核苷酸同位素標(biāo)記法，若一種化學(xué)物能損害DNA，細(xì)胞在用該化學(xué)物處理后，對損害的DNA要進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)過程需要核苷酸，如果在培養(yǎng)基中加入同位素標(biāo)記的核苷酸，則修復(fù)的DNA即被同位素標(biāo)記，在一定情況下，損害的DNA越多，修復(fù)的就越多，細(xì)胞DNA含的同位素就越多。因此，通過檢測DNA中同位素的含量來決定該化學(xué)物的基因毒性。另一種判斷方法是根據(jù)基因毒物能改變細(xì)胞的代謝。如正常的V79細(xì)胞具有次黃嘌呤磷酸轉(zhuǎn)移酶，這種酶是正常替代途徑中合成嘌呤核苷酸的必需酶。如果培養(yǎng)基中有嘌呤的同系物（如8-偶氮鳥嘌呤），這種酶能將其同系物轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的嘌呤核苷酸而合成DNA，但嘌呤同系物沒有正常嘌呤功能，因此會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。相反，如果一種化學(xué)物能損害DNA而使次黃嘌呤磷酸轉(zhuǎn)移酶的基因發(fā)生損害而不能合成正常的酶，其受損的細(xì)胞反而存活下來。存活的細(xì)胞越多，在一定情況下說明該化學(xué)物的致突變能力越強。

　　　　某些化學(xué)物本身并沒有毒性，但其代謝物顯示出較強的毒性作用。對于這些化學(xué)物，上述方法不能檢測出它們的毒性。為了克服這一缺點，可在細(xì)胞或細(xì)菌培養(yǎng)液中加入肝細(xì)胞抽提液以幫助代謝毒物。有的實驗室還用少量原代細(xì)胞與被檢的傳代細(xì)胞混合培養(yǎng)，由引入的原代細(xì)胞提供代謝酶。如硝基二甲基胺，用常規(guī)的細(xì)菌檢測系統(tǒng)顯示不出任何突變作用，但在細(xì)菌培養(yǎng)液中加入肝細(xì)胞抽提液后，顯示出很強的基因毒性。這些實驗也存在許多問題，如有些代謝物的半衰期很短，來不及進(jìn)入檢測細(xì)胞與其DNA作用就失活了，肝臟抽提液或原代細(xì)胞代謝酶活性隨時間下降得很快；肝臟抽提液或原代細(xì)胞含多種酶，即使能代謝毒物并顯示出毒性，也不知道是哪種酶起主導(dǎo)作用。很顯然，建立一種細(xì)胞株，能合成某種單一的酶，對研究毒物的毒性作用很重要。利用分子生物學(xué)技術(shù)，把轉(zhuǎn)錄某種代謝酶的DNA連接，再接到基因載體上（多為質(zhì)粒或病毒），這段具有調(diào)控能力的DNA，能與體外培養(yǎng)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子作用，把含有編碼某種代謝酶的DNA的基因載體引入到體外培養(yǎng)細(xì)胞，該細(xì)胞就能表達(dá)這種特異的酶。這方面較突出的例子是細(xì)胞多功能性單胺氧化酶（P450）。體外建立能表達(dá)P450的細(xì)胞株有兩類，一類是能長期穩(wěn)定表達(dá)的細(xì)胞株，一類是能短期表達(dá)的細(xì)胞株。人的多種P450，如1A1，2A6，2E1，3A4等，已成功地引入人的淋巴樣細(xì)胞株、鼠的胎盤細(xì)胞株、蒼鼠肝癌細(xì)胞株等，這些細(xì)胞株由于能表達(dá)毒物代謝酶，對需要代謝后才有毒性的化學(xué)物，其檢測敏感度提高許多倍。如表達(dá)2A6的細(xì)胞比不表達(dá)2A6的同樣細(xì)胞株，在檢測硝基二甲基胺的毒性方面要敏感500倍；比表達(dá)2E1的細(xì)胞也要敏感大約500倍。說明硝基二甲基胺要代謝以后才能顯示毒性，也說明2A6是能將硝基二甲基胺轉(zhuǎn)化為毒性代謝物的代謝酶，而2E1則不是。

　　　　1.2　轉(zhuǎn)基因動物在毒理學(xué)中的應(yīng)用

　　　　轉(zhuǎn)基因動物是在其基因組中含有外來遺傳物質(zhì)的動物，它被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究的各個方面。由于轉(zhuǎn)基因動物集整體、細(xì)胞和分子水平于一體，更能體現(xiàn)生命整體研究的效果，因此成為毒理學(xué)研究的熱點之一。

　　　　1.2.1　一般毒性研究模型

　　　　C-fos-LacZ轉(zhuǎn)基因小鼠用于神經(jīng)毒性的研究。金屬硫蛋白（MT）基因的轉(zhuǎn)基因和基因刪除小鼠用于金屬和某些非金屬的研究。如用MT轉(zhuǎn)基因小鼠對鎘等的抗性增加，而MT的基因刪除小鼠對鎘、銀、汞、順鉑和四氯化碳的毒性敏感性增強。

　　　　1.2.2　致突變檢測模型

　　　　轉(zhuǎn)基因動物為解決遺傳毒性研究中長期存在的一些問題提供了可能性。如體外試驗和體內(nèi)整體動物的定性、定量外推，整體動物基因突變需消耗大量動物和時間，如確定靶器官以及對誘發(fā)的遺傳改變做精細(xì)分析等。自Gosen等1989年建立了第一個轉(zhuǎn)基因突變檢測模型以來，已有十多種模型。

　　　　1.2.3　致癌檢測模型及其在致癌物質(zhì)作用機制研究中的應(yīng)用

　　　　轉(zhuǎn)基因動物為快速檢測致癌物、促癌物和研究化學(xué)致癌的機制提供了新的重要途徑。目前已建立的檢測模型或研究模型有：①過量表達(dá)癌基因的轉(zhuǎn)基因動物模型　如TG，AC小鼠，HK-fos轉(zhuǎn)基因小鼠，ras-H2轉(zhuǎn)基因小鼠，攜帶激活的H-ras原癌基因小鼠等。這些轉(zhuǎn)基因動物對化學(xué)致癌劑的敏感性提高了許多倍。如帶有激活Pim-l腫瘤基因的轉(zhuǎn)基因動物，對乙基硝基脲的致癌作用，較相應(yīng)的非轉(zhuǎn)基因動物，其敏感性提高了25倍；②基因刪除動物致癌檢測模型　用同源重組的方法，將一段DNA整合到抗腫瘤基因，使該抗腫瘤基因不能表達(dá)具有正常功能的蛋白質(zhì)，用這種方法培養(yǎng)的動物稱基因刪除動物。在這方面研究得最多的是腫瘤抑制基因P53.基因刪除動物P53（+/-）和正常動物P53（+/+）一樣，發(fā)育和生長均無異常，但用致癌劑（如二硝基二甲胺）處理后，P53（+/-）基因刪除動物的平均壽命為29周，而P53（+/+）的平均壽命為42周，其腫瘤的發(fā)生與分布也有很大的差異。其他如芳香烴受體（AHR）小鼠、過氧化物酶體增殖劑誘導(dǎo)的受體α（PPARα）小鼠等；③轉(zhuǎn)基因動物用于生殖毒性研究　ZP3（編碼）透明帶硫酸糖蛋白基因刪除小鼠、雌激素受體基因或孕酮受體基因刪除小鼠、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因刪除小鼠等。

　　　　1.2.4　用于特定組織毒性研究的轉(zhuǎn)基因動物

　　　　典型的例子是用含乳糖操縱子的噬菌體培育一種轉(zhuǎn)基因動物，具有乳糖操縱子的噬菌體在感染某些細(xì)菌后，菌落為藍(lán)色。如果含有乳糖操縱子的噬菌體在體內(nèi)由于受化學(xué)物的處理而受到損害， 不能抄錄正常的半乳糖苷水解酶，這種噬菌體在體外裝配后，其感染細(xì)菌的菌落為無色。因此根據(jù)藍(lán)色和無色菌落的多少，來判斷某些化學(xué)物基因毒性的強弱。此外，用質(zhì)粒作為載體也獲成功，從而提高了檢測的敏感性，更重要的是，化學(xué)物處理后的動物，基因載體可以從不同組織細(xì)胞分離出來，因此這種動物能顯示化學(xué)物的組織細(xì)胞特異毒理學(xué)作用。

　　　　2　毒理學(xué)預(yù)測范疇的新進(jìn)展

　　　　毒理學(xué)和流行病學(xué)，特別是與分子流行病學(xué)相結(jié)合應(yīng)用于危險度的評價。經(jīng)典方法中對安全系數(shù)作了許多附加修正，以提高種屬之內(nèi)與之間推導(dǎo)預(yù)測的精確性，但其后果使毒理學(xué)家面臨來自各種行政規(guī)定而缺乏科學(xué)依據(jù)的一連串修正系數(shù)。近年來已提出了新的方法，以盡可能使實際數(shù)據(jù)而不是人為的假設(shè)來確定安全系數(shù)。如對致癌物質(zhì)的評定將使用一種定量的模型，它所重視的是從高劑量到低劑量的推導(dǎo)，而不是從動物到人的種屬間的推導(dǎo)。目前最常見的是線性多級LMS模型，它是將最大耐受量（MTD）的可信限上端延伸到原點，利用該直線的低劑量區(qū)域來估計外源性化學(xué)物的量效關(guān)系曲線或其毒性強度。這種模型使用一個對應(yīng)于小生物學(xué)單位：即分子的劑量值，而不是將零作為劑量軸的原點。

　　　　外源性化學(xué)物安全性評價的策略新進(jìn)展還包括用毒性等效性因子或問答式的方法，構(gòu)效關(guān)系的定量分析，以及藥效和藥代動力學(xué)模型來研究復(fù)雜化學(xué)物。

　　　　3　21世紀(jì)毒理學(xué)的發(fā)展趨勢

　　　　3.1　傳統(tǒng)和現(xiàn)代毒理學(xué)研究方法相結(jié)合將推動毒理學(xué)的發(fā)展過程

　　　　過去毒理學(xué)研究主要以整體動物試驗和人體觀察相結(jié)合，在相當(dāng)一段時期內(nèi)這仍然是重要和必要的手段。隨著分子生物學(xué)的理論和方法應(yīng)用于毒理學(xué)的研究，將使外源性化學(xué)物的毒性評價發(fā)展到體外細(xì)胞、分子水平的毒性測試與人體志愿者試驗相結(jié)合的新模式，而傳統(tǒng)以動物為基礎(chǔ)的毒理學(xué)研究將減少。某些復(fù)雜的整體實驗將逐步為體外試驗或構(gòu)效關(guān)系數(shù)學(xué)模式所代替。目前用于有害因素的毒性試驗系統(tǒng)將被基因工程的動物和細(xì)胞所代替；傳統(tǒng)的發(fā)病率和死亡率終點將被生化指標(biāo)所替代；現(xiàn)在需要數(shù)月給藥和評價的毒性研究將在幾小時內(nèi)完成。轉(zhuǎn)基因動物對外源性化學(xué)物的毒性反應(yīng)將與人體極為一致，例如取分裂中的人組織培養(yǎng)細(xì)胞到體外減數(shù)分裂，現(xiàn)行毒性試驗的解釋和外推方式將改變。

　　　　3.2　大量新技術(shù)和新方法的應(yīng)用將使毒理學(xué)研究水平更加深入

　　　　上面提到的一些體外細(xì)胞檢測和轉(zhuǎn)基因動物或基因刪除動物模型應(yīng)用于毒理學(xué)研究外，其他新技術(shù)如系列分析法、DNA芯片或DNA微點陣等可同時測定數(shù)千個基因的表達(dá)，用于觀察基因的上調(diào)和下調(diào)；基因誘捕、代表性差異分析等將為研究化學(xué)物致畸的分子機制提供可能；應(yīng)用基因分布圖能區(qū)別特異性或非特異性的細(xì)胞損傷；應(yīng)用絡(luò)合物形成作用介導(dǎo)的PCR研究DNA損傷和核苷酸水平上的修復(fù)；生物標(biāo)記物在毒理學(xué)中的應(yīng)用顯得越來越重要，如特異的DNA和蛋白質(zhì)加合物用于有效暴露的生物標(biāo)記，用NMR分析尿中的代謝產(chǎn)物，可以確定作為毒性反應(yīng)生物標(biāo)記物的代謝變化模式。又如外周血（血小板、白細(xì)胞、紅細(xì)胞）中的生化標(biāo)記物可用于測定外源性化學(xué)物對神經(jīng)系統(tǒng)損傷的替代標(biāo)志物。

　　　　在毒理學(xué)的研究中，重要的問題是如何把從動物所獲得的資料用于人，把體外資料用于體內(nèi)，把復(fù)雜的整體系統(tǒng)化為簡單的并能人為控制的系統(tǒng)，以及如何提高檢測的敏感性等。轉(zhuǎn)基因技術(shù)為解決這些問題提供了嶄新的手段。在代謝途徑上，通過基因轉(zhuǎn)移能人為控制某一化學(xué)物的代謝；在整體水平上，可以人為控制某一基因的表達(dá)水平，從而闡明該基因在化學(xué)物致毒過程中的作用。可以預(yù)言，各種不同的轉(zhuǎn)基因動物或基因刪除動物的建立，將對闡明化學(xué)物的毒性作用機制，起到重大的作用。

　　　　3.3　采用多種方法結(jié)合起來評價化學(xué)物的毒性將是一個重要趨勢

　　　　過去20多年應(yīng)用常規(guī)的毒理學(xué)方法研究外源性化學(xué)物，對于大多數(shù)化學(xué)物是否獲得足夠的毒理學(xué)信息值得懷疑?？紤]到化學(xué)物質(zhì)的暴露對人類健康的影響，這一問題就顯得更為突出。由于毒理學(xué)試驗要消耗大量動物，因此在毒理學(xué)研究中盡量減少動物用量是每一個負(fù)責(zé)任的毒理學(xué)家應(yīng)該考慮的問題。顯然，如果想對如此眾多的外源性化學(xué)物有一個合理的改變，就應(yīng)該建立新的、可供選擇的、耗費動物少、試驗周期較短、花費較少的毒理學(xué)研究方法。這些方法應(yīng)該根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)來衡量：①動物用量減少；②試驗周期縮短；③研究化學(xué)物在環(huán)境中的實際濃度；④利用統(tǒng)計或數(shù)學(xué)模型；⑤預(yù)先進(jìn)行有效的實驗設(shè)計；⑥發(fā)展管理毒理學(xué)等。例如，制藥工業(yè)將采用嚙齒類動物（主要是大鼠）的微核試驗與2～4周的毒代動力學(xué)研究結(jié)合起來的方法來評價藥物。

　　　　3.4　毒理學(xué)分支學(xué)科形成發(fā)展迅速，“二極”分化現(xiàn)象更為突出

　　　　近30年來毒理學(xué)由于發(fā)展迅速及與相關(guān)學(xué)科的交叉而形成了許多分支。如根據(jù)工作任務(wù)可分為臨床毒理學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)、工業(yè)毒理學(xué)、管理毒理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)與法醫(yī)毒理學(xué)等；根據(jù)研究手段與終點不同可分為免疫毒理學(xué)、分子毒理學(xué)、膜毒理學(xué)、遣傳毒理學(xué)、分析毒理學(xué)等；根據(jù)研究對象可分為昆蟲毒理學(xué)、獸醫(yī)毒理學(xué)、人體毒理學(xué)與植物毒理學(xué)；根據(jù)不同外源性化學(xué)物可分為金屬毒理學(xué)、農(nóng)藥毒理學(xué)、食品毒理學(xué)、放射毒理學(xué)、藥物毒理學(xué)與燃燒毒理學(xué)；根據(jù)研究工作性質(zhì)可分為描述毒理學(xué)（指常規(guī)毒性試驗和安全評價）、機理毒理學(xué)和管理毒理學(xué)等。近年來還出現(xiàn)更多的毒理學(xué)分支，如比較毒理學(xué)、地理毒理學(xué)、急癥毒理學(xué)等?？梢灶A(yù)見，下世紀(jì)還將出現(xiàn)一些新的分支。

　　　　此外，毒理學(xué)分化將更為明顯。一方面毒理學(xué)的軟件部分——管理毒理學(xué)仍將是毒理學(xué)的研究熱點之一，這將從宏觀上為化學(xué)毒物的管理提供科學(xué)依據(jù)；另一方面，研究水平越來越精細(xì)，從細(xì)胞、分子和基因水平研究毒理學(xué)問題將是普通的科學(xué)工作。上述二方面既分化，又相互滲透和結(jié)合，使毒理學(xué)的軟、硬件結(jié)合更為突出。

　　　　總之，毒理學(xué)與人類日常生活和生產(chǎn)勞動關(guān)系日益密切，如環(huán)境污染、生態(tài)環(huán)境的惡化、藥物的不良反應(yīng)、食品的安全性、獸藥及農(nóng)藥的危害，以及作業(yè)環(huán)境的有毒物質(zhì)是世界范圍內(nèi)的嚴(yán)重問題。可以預(yù)見，在21世紀(jì)毒理學(xué)將會獲得更大的發(fā)展，為人類作出更大的貢獻(xiàn)。雖然近年來細(xì)胞、分子水平的研究取得了很大的進(jìn)展，但僅從基因分子水平研究外源性化學(xué)物的毒性及其機制是不夠的，因為機體還有宏觀的一面，必須把微觀研究與宏觀研究緊密結(jié)合起來，也就是將整體試驗與體外細(xì)胞、分子水平的研究結(jié)合起來才能得出正確結(jié)果。