靶型致突和非靶型致突

哺乳动物细胞中有没有类似细菌SOS系统这样的由受损DNA诱导的细胞反应呢？

近年来有人发现，一些能改变哺乳动物细胞中DNA的结构和代谢的理化因素，确实会诱导整合于细胞基因组的原病毒（provirus）的释放和增加细胞恶性转化的能力。特别值得提出的是当细胞受到这类理化因素处理时，会促进一些在细胞核内复制的受损DNA病毒的复活（enhanced reactivation，ER），以及复活的子裔病毒的基因突变率增加（enhanced mutagenesis，EM）。人们把ER和EM现象和细菌中的SOS系统连起来考虑，认为这些现象的本质是理化因素造成的DNA损伤诱导了某种DNA损伤的易误修复过程。正是这种可诱导的修复反应造成了ER和EM效应，并据此假设诱导性修复是诱变性理化因素致突变和致癌的重要基础。

早在1976年，威特金（E.Witkin）就提出了靶型致突（targeted mutagenesis）和非靶型致突（untargeted mutagenesis）的概念。靶型致突是指发生于DNA受损部位的基因突变过程，非靶型致突是指在DNA复制和大段修复合成中，发生于模板完整部位的基因突变过程。利用寄主细胞的DNA损伤修复系统，来增加因DNA受损而失活的病毒的复活率和突变率，是非靶型突变的典型实例。我们可以利用体外培养的哺乳动物细胞和DNA受损部位已知的病毒组成一个实验系统，研究各种理化因素导致ER和EM效应的能力，达到分析研究理化因素损伤DNA的能力和诱导细胞内DNA损伤修复系统的修复能力的目的。

譬如，科内利斯（J.Cornelis）等先用紫外线处理体外培养的人肾细胞NB-E或大鼠肝细胞RLSE，然后用微小病毒H-1（一种线状单链DNA病毒，其基因组两端有反向回文序列）的一种温度敏感突变株感染细胞，观察到了非常明显的ER效应和EM效应。证实了寄主细胞修复系统的可诱导性。由此，引出了关于哺乳动物细胞中DNA损伤诱导性修复的一般概念：诱变因子或DNA合成抑制物引起DNA损伤→→DNA合成受抑→细胞内“拯救机构”受激活化→细胞内潜在性致死危险被排除→靶型致突和非靶型致突。

1981年罗姆拉勒（J.Rommelaere）等证实，用紫外线处理细胞本身，或者在细胞内引入一个经紫外线处理过的病毒，只要这两种处理所产生的胸腺嘧啶双聚体的数目相近，则诱导产生的EM效应也相近。这表明DNA损伤本身确实有可能是EM效应的诱导因素。此后不久，有人用2-硝基萘酚呋喃的衍生物R7000和R7160处理细胞得到了用紫外线处理相类似的结果。这项研究表明化学物质造成的DNA结构损伤也能诱导一个易误修复过程。

这里，我们所讨论的问题的实质是把经诱变剂或诱变性致癌物处理过的受损DNA片段，看作是一种可以诱导非靶型致突过程的“间接诱变剂”。大量研究证明在低剂量处理时，直接由诱变剂或致癌物引起的靶型突变很少，有时几乎接近零点，而由受损DNA诱导的非靶型致突，即EM效应，却成了突变发生的主要途径。随着剂量的增加，直接的靶型致突作用才变得重要起来，同时也伴有迅速增加的致死效应。

毫无疑问，突变是一个复杂的多阶段细胞反应，DNA结构的改变只是与突变过程有关的诸因素中的一个因素。诱变过程的最终效果受制于多种性质各异的内外因素，其中由受损的DNA片段诱导的多种易误修复很可能起了非常重要的作用。

关于哺乳动物细胞中DNA损伤的诱导性修复的研究，给我们最大的启示是，必须重视非靶型致突的生物学和医学意义。非靶型致突包括了三个相互独立而又密切联系的过程：①DNA损伤的产生；②易误修复的诱导；③在修复过程中产生可遗传的DNA结构变异，即基因突变。受损DNA在整个过程中起了关键性的间接诱变剂作用。

在遗传毒理学研究中，往往习惯于从人为的大剂量处理区间的实验数据向低剂量区外推，来获得借以估算和评价化学物质遗传毒物致突变和致癌作用的大小。然而，大量的研究和分析表明，在大剂量处理时，主要是引起细胞致死效应和靶型突变，而在低剂量处理时，主要诱发细胞的非靶型突变。两者有着质的区别，外推是缺乏理论依据的。特别在评价以慢性低剂量接触方式产生作用的环境诱变化合物和职业毒物的遗传毒性时，这个问题更应该引起注意。随着对致突过程研究的层层深入，遗传毒理学的研究，包括理论研究和检测方法的研究，也会逐步深入到分子水平，甚至更为基本的物质变化层次。