黄曲霉素和N-亚硝基化合物借诱发DNA互补碱对交联而启动癌变

致癌机理的双区理论发现,绝大多数环境中的致癌剂,均通过引起DNA股间互补碱对的共价交联而启动细胞的癌变。DNA碱稀释过滤法证明:致癌物中的霉菌毒素即黄曲霉素G_1,N-亚硝基化合物中的亚硝基二乙胺,二丁胺,吗啉和四氢吡咯、偶氮染料中的4-二甲氨基偶氮苯和含氮杂环化合物中的喹啉,均剂量相关地引起DNA股间交联,而相应类型的非致癌剂黄曲霉素B_2、亚硝基二苯胺、4’-溴-4-二甲氨基偶氮苯和异喹啉,均不能引起此种交联。用DNA交联24 h修复实验,首次提出测定DNA股间交联中、互补碱对交联比率的方法。证明:DNA非互补碱对交联被完全修复,但互补碱对间的交联则难以修复,而互补碱对交联的比率与其致癌强度相关,致突变谱数据证明:突变即点突变和移码变异都是由交联的互补碱对所指导。因此,双区理论是化学、内源物和物理致癌作用的合理机理。

致突变的致癌剂和非致癌剂在引发DNA股间交联上的显著差别

借碱洗脱法证明:具有致突变能力的致癌剂ｌ,２－二溴乙烷和肼在经过代谢活化后,均剂量相关地引起Ｌ１２１０细胞中ＤＮＡ的股间交联．相反,动物致癌试验表现阴性的致突变剂溴乙烷,以及通过各种致癌动物试验均显示阴性的传统常用致突变剂羟胺,在代谢活化以后的同样条件下均不能引起Ｌ１２１０细胞中ＤＮＡ的股间交联．这证明了双区理论的致癌机理观点,即致癌剂必须是双官能烷化剂,其同时引起互补碱对的交联将引起癌变．相反,股内单一碱基的变异则可能引起致突变作用．并用ＡＰＣＩ/ＳＩＭ(大气压化学电离/选择离了质谱)证明:１,２－二溴乙烷与ＤＮＡ碱基对的模型厄应,与致突实验一致主要引起Ｇ－Ｃ对的交联和发生Ｇ－Ｃ→Ａ－Ｔ突变．

二正烷基亚硝胺第二活性区对致癌作用机理的理论研究

采用MNDO方法计算了对称二烷基亚硝胺β-,γ-和δ-位硫酸酯经SN2反应机制与DNA碱基腺嘌呤(A)发生烷化反应的速率控制步骤的势能曲线和活化能,以及β-位硫酸酯经邻基参与作用与腺嘌呤烷化反应过程的势能变化.结果表明,邻基参与作用有利地促进了烷基亚硝胺与DNA的烷化反应,提高了β-位硫酸酯烷化DNA的能力,以此可以解释β-位硫酸酯化的二烷基-N-亚硝基化合物的致癌活性大于γ-和δ-位硫酸酯化的二烷基-N-亚硝基化合物的致癌活性.使得β-位有可能成为亚硝胺的第二亲电活性区.

羟基自由基与DNA中腺嘌呤碱基间反应的AM1研究

ＵＶ诱发的羟基自由基,引起了ＤＮＡ互补碱对间的交联．本文论证了ＵＶ引起的互补碱对交联是ＵＶ诱发基因突变的主要根源．ＵＶ与化学致癌剂不同,可以引起双氢键ＡＴ对转化成叁氢键ＧＣ或ＣＧ对的点突变,这与腺嘌呤Ａ在ＵＶ作用下转化成２－羟基腺嘌呤有关．本文采用高级半经验ＡＭ１方法,对ＵＶ诱发产生的羟基自由基在腺嘌呤８－位及２－位的羟基化反应,进行了计算探讨．证明在两个位置上的反应均经两步完成,反应的活化能较小并且焓变为负值,反应无论在动力学或热力学上均有利于发生．８－羟基腺嘌呤或８－羟基鸟嘌呤的存在,虽然是羟基自由基作用于ＤＭＡ的标志性产物,但因其不影响小沟槽的氢键键合,很易被修复而不影响基因变异．但ＤＮＡ双股中的２－羟基腺嘌呤碱或其互变异构体,则引起ＡＴ→ＧＣ或ＡＴ→ＣＧ的双氢键键合向叁氢键键合的突变．

1,1-羧酸碳环衍生物的相转移催化合成

在合成１，１－环戊二羧酸（１）中，首次利用相转移催化法将其产率由用醇钠法的３７％提高到６８％；同时还合成了１，１－环丁二羧酸（５），将其产率由２３％提高到３６％；此外还用该法合成了新化合物环丁－３－酮－１，１二羧酸（８）．

1,3-丁二烯与DNA交联致癌机理的研究——代谢产物与鸟嘌呤反应及与DNA交联作用的AM1计算

采用AMI方法计算了环境致癌物1.2-环氧3,4-丁烯(EB)和1,2,3,4二环氧丁烷(DEB)与DNA鸟嘌呤反应过程速率控制步骤的活化能及DEB与DNA片段生成烷化交联产物的结构和能量、结果得出:用烷化反应的难易程度难以解释DEB的致突性比EB大100倍的实验事实;强致突的DEB可与鸟嘌吟发生两次烷化反应,生成DNA交联产物,交联后的DNA结构稳定、变形小:而EB则不能交联.这可能为两者基因毒性差异巨大的分子机制.

4-氨基联苯系的致癌活性研究

在SGI工作站上运用MOPAC程序的PM3方法对4-氨基联苯系的几组化合物进行了计算，借用氨基亚氮阳离子与环上环氧化物的双官能团烷化作用观点，得出了该组化合物致癌活性的机理，与实验依据较为符合，从而建立了良好的量化构效关系．

丙烯醛与DNA碱基反应机理的AM1研究

采用AM1方法计算了在水合质子的参与下，丙烯酸与DNA鸟嘌呤碱基发生烷化加成的可能的反应过程，从得到的能量关联图可以看出，除了其中的一个分子内质子迁移过程外，其余的每一反应过程体系的能量均是降低的,计算得到的各关键步骤的反应活化能均不大，反应易于进行,根据计算的自由能可以看出，整个反应能够自发进行，说明丙烯酸可经过2次烷化加成反应与DNA碱基发生交联作用.

微孔滤膜碱洗脱法检测DNA损伤

碱洗脱法作为检测哺乳动物多种类型ＤＮＡ损伤的简便而又经济的方法在致突、致癌及抗癌的研究领域得到了广泛的应用．对该法的原理、操作技术及进展进行了综述．

化学致癌作用是一种DNA股间交联

用碱洗脱法证明了两个致癌的多环芳烃苯并 [a]芘、二苯并 [a ,h]蒽 ;两个致癌的金属离子的盐 ,即铍盐和镉盐 ;4个致癌的芳香胺 ,即 2 氨基芴、2 萘胺、4 氨基联苯和联苯胺均引起DNA股间交联和DNA 蛋白质之间的交联 .而相应的非致癌剂苯并 [k]萤蒽、蒽、镁离子、锌离子、1 萘胺、2 氨基联苯和间甲苯胺则不能引起交联 .表明上述致癌物质均引起DNA股间交联或DNA 蛋白质间的交联 ,而与双区理论的预言一致 .本方法也可作为判别致癌剂与非致癌剂的一种方法 .

杂环芳胺的结构与致突性之间的定量关系研究

基于杂环芳胺在生物体内的代谢特征 ,对 19种杂环芳胺类致突变化合物进行了半经验分子轨道法理论计算 ,求得了该类化合物的结构与致突变活性相关关系 .结果表明 ,杂环上氨基经羟基化后形成亲电活性中心的难易程度以及活性中心的稳定性等因素决定其致突性 ,计算预测值与实验结果相吻合 ,19种杂环芳胺的致突性实验值与PM 3计算结果之间存在非常显著的相关性 ,其相关系数r =0 .919,F =19.0 >F 0 .0 1 .

丙二醛与DNA碱基交联反应的AM1研究

采用量子化学ＡＭ１方法对丙二醛与ＤＮＡ碱基对的加合反应进行了计算，从电荷分布、几何构型及能量变化等方面分析了反应的动力学及热力学特征．结果显示：丙二醛与Ｇ－Ｃ或Ａ－Ｔ碱基对经亲核加成反应而发生交联，反应分３步完成，生成过渡态１为反应的动力学决定步骤，有较高的活化能．总反应为放热过程，在热力学上十分有利于反应的发生．加成过程中电子由碱基向丙二醛转移，羰基氧的质子化对电子转移起促进作用．丙二醛与ＤＮＡ互补碱基对形成加成产物后可引起ＤＮＡ在复制中的编码错误，从而导致其致癌性．

1,3-丁二烯与DNA交联机理的研究——代谢产物在DNA大沟股间交联反应的AM1计算

采用ＡＭ１方法计算了环境致癌物１，３－丁二烯（ＢＤ）的代谢产物１，２－环氧－３，４－丁烯（ＥＢ）和１，２，３，４－二环氧丁烷（ＤＥＢ）与ＤＮＡ腺嘌呤和胞嘧啶烷化反应过程速率控制步骤的活化能，以及ＤＥＢ在ＤＮＡ大沟侧与不同序列ＤＮＡ片断生成烷化股间横向交联产物的结构和能量．结论认为：用烷化反应的难易程度难以解释ＤＥＢ的致突性比ＥＢ约大１００倍的实验事实；强致突的ＤＥＢ可与碱基发生２次烷化反应，生成ＤＮＡ交联产物；而ＥＢ则不能交联，这可能为２者基因毒性差异巨大的分子机制；同时ＤＥＢ在ＤＮＡ大沟侧可与多种不同的ＤＮＡ序列发生股间横向交联，对比在小沟侧只与２种序列交联。

α-二羰基化合物的结构-致突活性关系

采用ＡＭ１ 方法计算６ 个α二羰基化合物与ＤＮＡ 碱基鸟嘌呤环外Ｎ２ 发生亲电加成反应的速率控制步骤的活化能及分子结构和电子结构，研究其结构致突活性关系⒚多元线性回归结果表明：可用烷化反应活化能、ＬＵＭＯ能量、分子量表面积比和羰基碳原子的正电性表示化合物的致突活性指数，获得很好的回归效果（回归系数Ｒ＝ ０９９９８）⒚以本文提出的方程对这些化合物的致突性进行计算。

铁锰轻稀土复合氧化物催化剂对苯的完全氧化作用

研究铁轻稀土、铁锰轻稀土复合氧化物催化剂对苯的催化活性，发现铁锰轻稀土复合氧化物催化剂对苯具有较理想的完全氧化活性；同时还研究了稀土用量及添加微量贵金属钯对催化剂性能的影响，发现轻稀土有一个恰当的添加比例，另外还发现添加微量钯可提高催化剂的初活性。该催化剂用于柴油机尾气的净化取得了较为满意的结果。

雌激素诱发DNA股间交联及其致癌和促癌协同作用

雌激素Ａｍｅｓ实验显阴性，但动物实验及流行病调查证明雌二醇和已烯雌酚均具致癌性．根据致癌机理的双区理论推论，雌激素也是由于引发ＤＮＡ互补碱基共价交联而启动致癌作用．借ＤＮＡ碱洗脱法证明，雌二醇和乙烯雌酚经代谢活化均剂量相关地引起ＤＮＡ－蛋白质间和ＤＮＡ股间交联，而非致癌剂胆甾醇和芘均不能引起交联．已知雌激素与多环芳烃污染具有彼此的增效致癌作用．不能诱发交联的非致癌剂芘与雌二醇共同培育，则总交联率和ＤＮＡ股间交联率分别达雌二醇单独存在时的４倍及３倍，表明雌二醇不仅诱发芘生成双自由基，而芘又反过来促进雌二醇双基的更多生成．

石棉借诱发DNA股间互补碱基交联而启动癌变

２０世纪８０年代初以来，戴乾圜根据其双区理论预言：辐射、石棉、异物植入等所谓物理致癌因子，也是通过诱发ＤＮＡ互补碱基股间交联而启动癌变．借碱稀释洗脱法证明， 石棉通过诱发细胞中氧化酶产生活化的过程，剂量相关地引发ＤＮＡ股间交联和ＤＮＡ－蛋白质间交联，其中ＤＮＡ股间交联达８０％以上．亚铁离子借Ｆｅｎｔｏｎ反应使交联率成倍地提高，维生素Ｃ则以因子８～９抑制交联，表明交联是由羟基自由基ＨＯ所诱发．非致癌剂芘或内源性致癌剂雌二醇分别与石棉共存时的不同交联增效作用，以及亚铁离子对两者的不同增效作用和维生素Ｃ的不同抑制作用，进一步证明交联是由ＨＯ所诱发．基于ＡＭ１计算指明了交联产物的可能结构，并借ＨＯ诱发的突变谱进一步证明了这些结构的存在．

致癌机理的阐明和高选择性抗癌剂的合成

1979年,戴乾圜提出的化学致癌机理的双区理论发现:环境致癌剂均代谢成特定的双官能烷化剂,并通过诱发DNA互补碱基交联而启动癌变.戴乾圜当时解释互补碱基交联启动细胞癌变的根源时指出:DNA即基因的突变主要都是由缺乏互补模板的交联的互补碱对所诱发(易于依靠互补模板修复的单个碱基损伤只有远为次要的作用),而突变的基因借逆转录机制经历潜伏期而引起细胞的深度突变即奇异染色体的产生和细胞的最后癌变.致癌剂的致突变谱、癌细胞中奇异染色体的结构、逆转录机制在正常细胞中的广泛存在和致癌剂均能诱发DNA股间交联等,都从实验上证明了双区理论所揭示的上述致癌过程的分子机理.传统的抗癌剂都是基因毒性的,即抗癌剂均具有强力的致癌、致畸胎、致不育和致突变的潜力.作者首次将致癌剂的抗癌药效和基因毒性的差别,定义为抗癌剂的选择性.作者发现可以突破抗癌剂的随机筛选和偶然发现的方式,借双区理论按照理论预想设计高选择性抗癌剂.实践证明:抗癌烷化剂本身或代谢后都是双官能烷化剂.戴乾圜将双官能抗癌烷化剂在DNA碱基之间的交联,划分为易于修复的股内或股间非互补碱基间的、不具致癌性的良性交联,和难于修复的互补碱基间的、表现致癌性的恶性交联.