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21世纪毒理学的发展趋势

1 传统和现代毒理学研究方法相结合将推动毒理学的发展过程

过去毒理学研究主要以整体动物试验和人体观察相结合,在相当一段时期内这仍然是重要和必要的手段。随着分子生物学的理论和方法应用于毒理学的研究,将使外源性化学物的毒性评价发展到体外细胞、分子水平的毒性测试与人体志愿者试验相结合的新模式,而传统以动物为基础的毒理学研究将减少。某些复杂的整体实验将逐步为体外试验或构效关系数学模式所代替。目前用于有害因素的毒性试验系统将被基因工程的动物和细胞所代替;传统的发病率和死亡率终点将被生化指标所替代;现在需要数月给药和评价的毒性研究将在几小时内完成。转基因动物对外源性化学物的毒性反应将与人体极为一致,例如取分裂中的人组织培养细胞到体外减数分裂,现行毒性试验的解释和外推方式将改变。

2 大量新技术和新方法的应用将使毒理学研究水平更加深入

上面提到的一些体外细胞检测和转基因动物或基因删除动物模型应用于毒理学研究外,其他新技术如系列分析法、DNA芯片或DNA微点阵等可同时测定数千个基因的表达,用于观察基因的上调和下调;基因诱捕、代表性差异分析等将为研究化学物致畸的分子机制提供可能;应用基因分布图能区别特异性或非特异性的细胞损伤;应用络合物形成作用介导的PCR研究DNA损伤和核苷酸水平上的修复;生物标记物在毒理学中的应用显得越来越重要,如特异的DNA和蛋白质加合物用于有效暴露的生物标记,用NMR分析尿中的代谢产物,可以确定作为毒性反应生物标记物的代谢变化模式。又如外周血(血小板、白细胞、红细胞)中的生化标记物可用于测定外源性化学物对神经系统损伤的替代标志物。

在毒理学的研究中,重要的问题是如何把从动物所获得的资料用于人,把体外资料用于体内,把复杂的整体系统化为简单的并能人为控制的系统,以及如何提高检测的敏感性等。转基因技术为解决这些问题提供了崭新的手段。在代谢途径上,通过基因转移能人为控制某一化学物的代谢;在整体水平上,可以人为控制某一基因的表达水平,从而阐明该基因在化学物致毒过程中的作用。可以预言,各种不同的转基因动物或基因删除动物的建立,将对阐明化学物的毒性作用机制,起到重大的作用。

3 采用多种方法结合起来评价化学物的毒性将是一个重要趋势

过去20多年应用常规的毒理学方法研究外源性化学物,对于大多数化学物是否获得足够的毒理学信息值得怀疑。考虑到化学物质的暴露对人类健康的影响,这一问题就显得更为突出。由于毒理学试验要消耗大量动物,因此在毒理学研究中尽量减少动物用量是每一个负责任的毒理学家应该考虑的问题。显然,如果想对如此众多的外源性化学物有一个合理的改变,就应该建立新的、可供选择的、耗费动物少、试验周期较短、花费较少的毒理学研究方法。这些方法应该根据以下标准来衡量:动物用量减少;试验周期缩短;研究化学物在环境中的实际浓度;利用统计或数学模型;预先进行有效的实验设计;发展管理毒理学等。例如,制药工业将采用啮齿类动物(主要是大鼠)的微核试验与24周的毒代动力学研究结合起来的方法来评价药物。

4 毒理学分支学科形成发展迅速,二极分化现象更为突出

30年来毒理学由于发展迅速及与相关学科的交叉而形成了许多分支。如根据工作任务可分为临床毒理学、环境毒理学、工业毒理学、管理毒理学、生态毒理学与法医毒理学等;根据研究手段与终点不同可分为免疫毒理学、分子毒理学、膜毒理学、遣传毒理学、分析毒理学等;根据研究对象可分为昆虫毒理学、兽医毒理学、人体毒理学与植物毒理学;根据不同外源性化学物可分为金属毒理学、农药毒理学、食品毒理学、放射毒理学、药物毒理学与燃烧毒理学;根据研究工作性质可分为描述毒理学(指常规毒性试验和安全评价)、机理毒理学和管理毒理学等。近年来还出现更多的毒理学分支,如比较毒理学、地理毒理学、急症毒理学等。可以预见,下世纪还将出现一些新的分支。

此外,毒理学分化将更为明显。一方面毒理学的软件部分——管理毒理学仍将是毒理学的研究热点之一,这将从宏观上为化学毒物的管理提供科学依据;另一方面,研究水平越来越精细,从细胞、分子和基因水平研究毒理学问题将是普通的科学工作。上述二方面既分化,又相互渗透和结合,使毒理学的软、硬件结合更为突出。

总之,毒理学与人类日常生活和生产劳动关系日益密切,如环境污染、生态环境的恶化、药物的不良反应、食品的安全性、兽药及农药的危害,以及作业环境的有毒物质是世界范围内的严重问题。可以预见,在21世纪毒理学将会获得更大的发展,为人类作出更大的贡献。虽然近年来细胞、分子水平的研究取得了很大的进展,但仅从基因分子水平研究外源性化学物的毒性及其机制是不够的,因为机体还有宏观的一面,必须把微观研究与宏观研究紧密结合起来,也就是将整体试验与体外细胞、分子水平的研究结合起来才能得出正确结果。