文章编号:1001-0580(2005)02-0254-03中图分类号:R114文献标识码:A=继续医学教育讲座>作者简介:顾祖维,男,1935年1月生,上海人,研究员。

1954~1960年在苏联列宁格勒公共卫生医学院学习。

1979~1981年在法国进修毒理学。

1987年获法国国家毒理学博士学位。

1960~1992年在上海医科大学劳卫生教研组任教,曾任教研室主任。

1989~1992年应邀赴美国国家职业安全与卫生研究(NI OSH)工作,兼聘为美国国家研究委员会(NR C)高级研究员。

1992年10月~1998年底任上海市劳动卫生职业病防治研究所研究员。

1999年1月至今任上海市疾病预防控制中心研究员。

从事职业医学和遗传及分子毒理学研究。

现任中国毒理学会生化与分子毒理学专业委员会委员,国家自然科学基金会同行评议专家。

5卫生毒理学杂志65工业卫生与职业病65中华医疗卫生65环境与健康展望6杂志副主编;5中华劳动卫生职业病杂志65中国工业医学杂志65中国公共卫生65环境与职业医学6等杂志编委。

现代毒理学的研究方法进展及其热点顾祖维毒理学在20世纪下半叶有了迅猛的发展,目前已形成了诸多的毒理学分支。

按研究的对象或物质可分为金属毒理学、农药毒理学等。

随着生产和科学技术的发展,肯定还会不断出现新的分支112。

本文对现代毒理学的研究方法进展及其热点作一介绍。

1毒理学研究方法和技术发展毒理学研究所用的方法和技术决定于要解决的问题。

毒理学随科学发展,尤其是生物学和医学的发展也随之发展。

毒理学发展的历史证明,引进新的概念、新的理论、新的方法和技术,会导致新的边缘学科的形成,出现毒理学新的分支。

分子毒理学的形成是一个明显的见证。

在毒理学研究中只要主动引进一种新的方法或技术,就有可能开创一个新的领域,获得一批创新和领先的科研成果。

例如生物芯片包括基因芯片、蛋白质芯片的应用,将取代一些耗时的DN A印迹法(Souther n blot)、蛋白质印迹法(Western blot)、R NA印迹法(No rthern blot)和点印迹法(dot blot)。

毒理学研究涉及受试化学物及它们的代谢产物的定性和定量问题,需要应用分析化学的方法。

色谱)质谱联用的方法已普及。

在整体动物实验中常用组织病理学检查以观察全身器官和组织病理学改变,有利于找到靶器官,对进一步的研究可提供有价值的线索。

毒理病理学方法包括光镜和电镜的检查、酶组织化学及免疫组织化学,可用于揭示病变的性质和定位。

近年来,也用于研究基因包括癌基因和抑癌基因的表达。

经典的病理学检查往往是定性或半定量的,现今结合图像分析,可将图像的改变转化为数据,做到定量的研究。

计算机体层摄影(CT)、磁共振成像(M RI)和超声检查可提供形态和功能改变的信息。

实质脏器功能主要应用血液和尿生化指标改变,多功能生化检测仪,在一次进样后可同时检测近百种指标,血液和尿液酶谱分析也常用。

对脑的研究常用电生理方法,经典的有脑电图,进一步可用微电极观察特定脑区的电活动。

化学物对海马回的作用揭示了大脑学习与记忆的功能,研究毒物对基底节的作用有助于了解Par kinson.s病。

大脑诱发电位技术可客观地检查感觉神经系统通路的结构和功能。

还常用神经递质及其代谢产物的分析12~62。

我国神经行为方法在研究职业性毒物方面已广泛应用。

2当今毒理学研究的热点211一系列/组学0的形成当今毒理学面临前所未有的良好机遇和快速发展。

近年来,生命科学在新理论和新技术上有了突飞猛进的发展,一系列/组学0(omics)应运而生,如基因组学(genomics)、蛋白质组学(proteomics)、细胞组学(ce-l lomics或cytomics),等新学科不断涌现,使人们对基因和基因组的认识,对生命本质的认识和认识生命、健康的手段取得了重要的进展。

其中某些学科已与毒理学产生交叉融合形成了新分支。

如基因组学v毒物基因组学和环境基因组学(tox-i cog enomics or environmental genomics),蛋白质组学v毒物蛋白质组学(tox icoproteomics),代谢组学(metabonomics)v毒物代谢组学(toxicometabonmics),生物信息学(bioinformatics)或芯片生物学(in silico biolog y)v芯片毒理学(in silico toxicolo-gy)等,这此交叉分支学科已成为当前毒理学中最活跃的研究领域172。

近年来,新技术、新方法不断涌现,如包括各种生物芯片转基因和基因删除(gene knockout)技术、报告基因技术、干细胞技术、基因或蛋白质差异表达检测技术、实时定量PCR(r e-a-l time and quantitative PCR)技术、蛋白质组技术平台、代谢组技术平台、发光技术、荧光/比色、干细胞培养技术等。

人体和其他生物的基因组计划、环境基因组计划、细胞凋亡和细胞胀亡(o ncosis)等细胞死亡模式、细胞信号转导通路、细胞周期调控和细胞分化机制等的研究进展,为毒理学的发展提供了理论指导。

由于物种间基因的同源性,鼠的基因仅比人少300条,约1%的差异,这为从基因水平上研究毒作用的种属差异提供了可能;生物芯片技术可用于筛选毒性相关基因、揭示毒作用的基因表达谱、快速筛选毒物、筛选和检测基因多态性、检测基因突变、进行安全性评价等,从而为解决化学物的联合作用、高通量的筛选化学物、研究毒作用机制等问题18~102。

我国近来报道应用基因芯片技术探讨小鼠胚胎心脏发育过程中的差异基因,结果表明,在8404个靶基因中,143个基因差异表达,其中上调基因52个,下调基因91个,分别是细胞分裂、凋亡、信号传导、基因蛋白质表达调控及某些功能尚不清楚的基因1112。

21111代谢组学代谢组学(mteabonomics)是研究机体内代谢网络系统的科学,揭示机体在正常和病理状态下代谢的全貌1122。

代谢组学的技术是一种检测整个机体的代谢动力学变化的方法。

这种检测仅需几滴血液,利用高频无线电波检测血液中分子磁性,通过高级计算机程序分析,检测血液、血浆和尿液,标本无须特殊的前期处理。

此检测也可以有效地作者单位:上海市疾病预防控制中心,200336应用于人群的筛查。

可以提供有关毒理、药物毒理、药效、临床诊断以及基因功能的信息。

代谢组学的技术在临床检测和诊断中具有很大的潜在应用前景,可以帮助医生在很短的时间内诊断疾病,并且判断那一种药物最有疗效。

英国剑桥大学的科学家发明了用代谢组学的方法作快速血液检测来帮助预测心脏病发作。

它具有最小限度的损害,可以用来检测冠心病。

它优于传统的血管造影术,检测心脏病具有快速、廉价、安全的优点且副作用少。

21112糖原组学糖原组学(g lycomics)是在基因组学和蛋白质组学相继成为生物学中的重点研究领域后,生物学的另一分支)糖原组学有望取得突破性进展。

糖原组学是研究糖和碳水化合物的学科。

长期以来,一些科学家认为,糖只是存储能量,形成诸如植物细胞壁结构等。

但现在,生物学家发现,糖结构的微小差异可能对生物功能有重大影响。

事实上,糖涉及到从胚胎发育到免疫系统控制的每一个事件。

在所有器官中,糖无所不在。

对糖生物学的深入研究可能会产生新药,或改进现有药物的疗效。

例如,加有适量糖的、基于蛋白质的药物,可能产生更好的疗效,并可减少所需药物剂量。

糖原生物学落后于基因和蛋白质的研究,在于以前缺乏研究碳水化合物分子的有效工具和糖分子本身的复杂性。

DNA和蛋白质实际上是直线序列,而糖有分叉序列。

D NA 仅有4种基本单元,蛋白质有20种,而糖有30种以上的基本单元。

目前重点是破译糖原的密码,以揭示糖的奥秘。

麻省理工学院实验室近年来开发出了第一个糖排序方法。

现在自动化的/糖合成仪0已问世。

就像20世纪80年代中期发明自动化DNA排序和合成仪,从而开辟出基因组学领域一样,自动化/糖合成仪0也使糖原组学成为热门学科。

了解糖的功能对于改进药的剂量、战胜癌症、控制帕金森氏病、早老性痴呆和艾滋病等病的发展有重要意义。

212环境基因组计划突变的本质即DN A的改变。

要了解基因型(突变)和表型(疾病)之间的确切关系,就必须彻底了解相关的基因及其功能,而这正是人类基因组计划的目标。

基因组计划为突变研究提供了信息资源、技术方法和相关的仪器设备,突变研究则可利用这些资源来了解基因及其功能,了解突变是如何积累演化成疾病的。

人类健康状况受多种因素影响,如遗传易感性、环境的暴露和衰老等。

快速发展的分子遗传学使人们认识到对环境暴露的易感性存在不同个体遗传背景的差异。

美国国家卫生研究院(N IEHS)启动的环境基因组计划即是专门研究与环境相关疾病的遗传易感性,寻找对化学损伤易感的基因。

此计划在美国人群中选择具有不同年龄、性别和种族背景的10个群体中1000个个体,并应用人类基因组计划所使用的方法,鉴定与环境相关疾病易感基因的等位片段多态性(allelic poly-morphism),建立这些基因多态性的中心数据库,并服务于疾病流行病学中基因与环境相互作用的人群研究1132。

通过鉴定影响个体对环境成分反应的基因和等位片段多样性,科学家们将能准确地预测出影响人类健康的危险度和帮助政府制定出环境保护策略。

鉴定对环境发生反应基因中有重要功能的多态性,并确定它们在环境暴露引起疾病的危险度的差异;在疾病流行病学中研究基因与环境的相互作用,从而改善遗传分析技术,优化研究设计,建立样品资源库。

并在以下4个方面为重点:即环境基因组图谱的建立,包含足够的血样数和20个基因多态性;大规模从具有代表性的美国人群中检出主要接触的化学物质;恢复这些因素的真实相互作用;用转基因鼠和其他改进模式建立快速和更好的检测系统。

环境基因组计划拟分析的候选基因中大约有100个左右的代谢及解毒基因,它们调控细胞色素P450、N-乙酰化酶(N AT)、谷胱甘肽-S-转移酶、葡萄醛酸转移酶、磺基转移酶、甲基转移酶、金属硫蛋白酶、二乙基对硝基苯磷酸酯酶等;大约有50个DNA修复基因及50个毒物受体基因。

DNA修复基因可纠正DN A匹配、核酸切除、碱基切除及重组过程中发生的错误。

毒物受体基因包括那些可改变毒物反应的基因,如芳烃受体、雌激素受体、孕激素受体等基因;大约有25个基因涉及到营养介质或营养代谢;另约有25个基因涉及到雌激素、孕激素及睾丸激素合成的类固醇的代谢。

213从基因组学到蛋白质组学和细胞组学蛋白质组(pro-teo me)一词,源于蛋白质(protein)与基因组(geno me)两个词的组合,指基因组表达的所有蛋白质,即指细胞、组织和机体全部蛋白质的存在及其相互作用的方式。