化学致突变作用chemical mutagenesis

化学诱变源损伤生物的遗传物质，导致不可逆诱变的作用。这种诱变如发生在体细胞则影响个体本身；如发生在生殖细胞则可遗传到下一代。在自然环境中，有的物理、化学和生物因素能诱发突变，其中大多数化学物须经体内代谢活化才显示诱变作用，而少数化学物质和放射线可以直接导致诱变作用。除此之外，在生物进化过程中，还存在着原因不明的少量的自发突变。突变是生物进化的基础，只有突变才能发生生物性状的变异和传代，培育出优良的新种，给人类带来益处。但是，环境污染物导致的各种突变往往给人类健康带来威胁或潜在的致癌危险性（见化学致癌作用）。
简史 1927年缪勒(H.J.Muller)首先发现具有电离辐射的物质可引起基因突变。1943年奥尔巴赫(R. Auerbach)和罗布森(J.M.Robson)首先发现芥子气能诱发果蝇发生基因突变，随后卡塔纳奇(B.M.Cattanach)发现某些化学物质也能引起小鼠发生基因突变。近年来，由于诱发突变机理的研究和外来物质诱变性测试方法等的迅速发展，已经证实许多化学物能诱发基因突变。
机理 化学诱变物诱发突变的机理还未完全阐明，因为脱氧核糖核酸(DNA)复制和基因表达的每一阶段都可能受到化学物的直接或间接的影响。根据化学诱变的分子机理来看，有直接诱变和间接诱变两类。
直接诱变 化学物以DNA为靶，直接相互作用而引起的突变。主要方式有： ❶有些化学物的化学结构和DNA链上四种天然碱基相似，如果这些化学物在DNA合成期中存在，就能与碱基竞争，取代其位置，从而掺入DNA分子中导致碱基配对错误。
❷烷化剂的诱变作用是通过对DNA链上的碱基进行烷化来实现的。已经发现鸟嘌呤的N-7位置受到烷化后，分子内部的电子、质子位置重新排列，鸟嘌呤由酮式异构体变为烯醇式异构体，于是引起碱基错误配对，最终发生碱基置换。烷化剂和许多芳香烃衍生物能够与DNA发生共价结合，形成加合物(adduct)。
❸诱变物改变碱基的化学结构。例如亚硝酸能使腺嘌呤和胞嘧啶发生氧化脱氨基作用(deamination)，最终导致转换型碱基置换。
间接诱变 化学物不直接以DNA为靶标，而直接作用于纺锤体，中心粒和其他核细胞器，干扰DNA修复、干扰复制的酶系而引发的突变。如干扰有丝分裂或扰乱染色体分离，可出现多倍体、异常纺锤体、染色体断裂或裂隙等。
检测方法 目前检测化学物诱变性能的常用方法有三类。
微生物诱变试验 以低等生物(细菌、酵母、病毒等)作为突变指示系统来检测化学物致突变的试验。根据生物体的DNA都具有同样的双螺旋结构以及同样的四个核苷，因此任何生物体均可作为突变的指示系统。常用鼠伤寒沙门氏菌或大肠杆菌的营养缺陷型突变菌株作为诱变指示菌。在缺乏相应营养物质的培养基中这些突变菌株不能生长，如果在受检药品的作用下能长成菌落，则说明发生了回复突变。
近年来，在微生物中又分离出许多修复缺陷菌株，由于这些菌株不能修复DNA损伤，当受到诱变剂作用时极易死亡。因此与具有修复能力的野生型菌株或亲株相比较，就能通过观察野生型与修复缺陷型在致死敏感性上的差异，来判明检品是否对DNA有损伤作用。目前作为DNA修复试验的常用菌株为大肠杆菌和枯草杆菌。细菌致突变试验系统具有价格低廉、操作简便、方法灵敏等优点，但是所有单细胞生物与高级动物的差别很大，而且缺乏代谢活化和免疫系统等，一般用作初步筛检。
哺乳动物细胞培养试验 以哺乳动物或人的离体细胞DNA中的亲核结构为靶，来检测诱变性化学物致突变的试验。诱变剂损伤了DNA分子中的结构，可以出现某种异常表型，因此可以直接检测基因突变、染色体畸变或细胞转化，也可以检测在遗传终点出现前所发生的改变如DNA损伤、DNA修复、姐妹染色单体交换等来证明化学物是否具有损伤哺乳类细胞DNA的潜力。此试验所用的靶细胞取材于动物或人体，在一定程度上能反映哺乳动物的实际情况，缺点是靶细胞离开整体动物，在试管内进行，一般较易诱发突变。较常用的方法有外周血淋巴细胞染色体畸变和姐妹染色单体交换(SCE)等。
整体动物试验 在实验动物体内进行的化学物致突变试验。将化学物注入动物体内，经过不同时间后，将动物处死，取出样品测定化学物的诱变作用。实验动物与人具有共同的生物特性，多数情况下可以出现与人相似的反应，因此在诱变性短测组合中，是一项重要的测定内容。此项试验比较符合活体的实际情况，但是所需试验期较长，工作量较大，目前常用者如下：❶哺乳动物骨髓细胞微核测定。微核是染色单体或染色体的无着丝点断片或在细胞分裂时纺锤丝受损，在细胞分裂后期仍遗留在胞浆内，呈圆形或椭圆形小体。方法简单易行。
❷哺乳动物骨髓细胞、肝细胞、精原细胞染色体畸变分析。常用大鼠、小鼠或中国地鼠的骨髓细胞、肝细胞或精原细胞作分裂中期染色体分析。此法操作复杂，目前多用细胞培养法。
❸显性致死突变试验。哺乳动物的生殖细胞在化学物质作用下，发生了染色体损伤从而不能与异性生殖细胞结合，或者使受精卵在发育中死亡。由于损伤程度不同可出现胚胎早期死亡和植入前丢失。本法干扰因素较多，灵敏性较低，但由于终点明确，目前仍用于检测。