ヒトの生物学的モニタリングでは、特定または非特定の物質および/またはそれらの代謝物への暴露の測定、またはこの暴露の生物学的影響の測定のために、体液またはその他の容易に入手できる生物学的物質のサンプルを使用します。 生物学的モニタリングにより、さまざまな暴露経路 (肺、皮膚、消化管) およびさまざまな暴露源 (空気、食事、ライフスタイル、または職業) による個人の総暴露量を推定することができます。 職場で非常に頻繁に遭遇する複雑な曝露状況では、異なる曝露剤が互いに相互作用し、個々の化合物の影響を増強または阻害することも知られています。 また、個人は遺伝的構成が異なるため、化学物質への曝露に対する反応にはばらつきがあります。 したがって、単一の化合物に関するデータから複雑な曝露パターンの潜在的な危険性を予測しようとするよりも、曝露した個人またはグループにおける初期の影響を直接探す方が合理的かもしれません。 これは、早期影響に対する遺伝子バイオモニタリングの利点であり、細胞遺伝学的損傷、点突然変異、または代理ヒト組織の DNA 付加物に焦点を当てた手法を採用したアプローチです (この章の記事「一般原則」を参照)。

遺伝毒性とは？

化学物質の遺伝毒性は、遺伝情報の担体であるデオキシリボ核酸、DNA などの細胞高分子の求核部位と結合する物質の求電子ポテンシャルに基づく固有の化学的性質です。 したがって、遺伝毒性は、細胞の遺伝物質に現れる毒性です。

コンセンサス レポート (IARC 1992) で議論されているように、遺伝毒性の定義は広範であり、DNA における直接的および間接的な影響の両方が含まれます。発がんに関与することが知られている事象、(1) 突然変異誘発に関連する間接的な代替事象 (例: 不定期 DNA 合成 (UDS) および姉妹染色分体交換 (SCE)、または (2) DNA 損傷 (例: 付加体の形成)、最終的に突然変異につながる可能性があります。

遺伝毒性、変異原性および発がん性

突然変異は、体細胞の水平方向または体の胚（性）細胞の垂直方向の、細胞株の永久的な遺伝的変化です。 つまり、変異は、体細胞の変化を通じて生物自体に影響を与える可能性があるか、性細胞の変化を通じて他の世代に受け継がれる可能性があります. したがって、遺伝毒性は変異原性に先行しますが、遺伝毒性のほとんどは修復され、突然変異として発現することはありません。 体細胞変異は細胞レベルで誘発され、それらが細胞死または悪性腫瘍につながる場合、組織または生物自体のさまざまな障害として現れる可能性があります。 体細胞変異は、老化の影響またはアテローム硬化性プラークの誘導に関連していると考えられています (図 1 および 癌).

図 1. 遺伝毒性学と人間の健康への影響における科学的パラダイムの概略図

生殖細胞株の突然変異は、受精卵細胞である受精卵に伝達され、子孫の世代で発現する可能性があります（次の章も参照）。 生殖器系）。 新生児に見られる最も重要な突然変異障害は、配偶子形成（生殖細胞の発達）中の染色体の偏析によって誘発され、重度の染色体症候群（例、21トリソミーまたはダウン症候群、およびモノソミーXまたはターナー症候群）を引き起こします。

予想される影響への暴露からの遺伝毒性学のパラダイムは、図 1 に示すように単純化することができます。

図 2 に示すように、発がん性に対する遺伝毒性の関係は、さまざまな間接的な研究事実によって十分に裏付けられています。 

図 2. 遺伝毒性と発がん性の相互関係    

この相関関係は、癌の危険性の指標としてヒトのモニタリングに使用される遺伝毒性のバイオマーカーを適用するための基礎を提供します。

ハザード同定における遺伝毒性

発がんにおける遺伝的変化の役割は、潜在的な発がん物質の同定における遺伝毒性試験の重要性を強調しています。 発がんに関連すると考えられる遺伝毒性のエンドポイントのいくつかを検出できる、さまざまな短期試験方法が開発されています。

化学物質の発がん性を短期間の試験で調べて得られた結果と比較するために、いくつかの大規模な調査が実施されてきました。 一般的な結論は、上記の遺伝子エンドポイントのすべてに関する情報を提供できる単一の有効なテストはないためです。 複数のアッセイで各化学物質をテストする必要があります。 また、化学発がん性を予測するための遺伝毒性の短期試験の価値は、繰り返し議論され、見直されてきました。 このようなレビューに基づいて、国際がん研究機関 (IARC) の作業部会は、ほとんどのヒト発がん物質は、定期的に使用される短期間の検査で陽性の結果をもたらすと結論付けました。 サルモネラ アッセイおよび染色体異常アッセイ (表 1)。 しかし、ホルモン活性化合物などのエピジェネティックな発がん物質は、それ自体が遺伝毒性を示すことなく遺伝毒性活性を増加させる可能性があるため、物質の固有の遺伝毒性活性のみを測定する短期試験では検出できないことを認識しておく必要があります。

表 1. IARC モノグラフの補足 6 および 7 で評価された化学物質の遺伝毒性 (1986)

遺伝子バイオモニタリング

遺伝子モニタリングは、遺伝的影響の生物学的モニタリング、または作業現場で、または環境またはライフスタイルを通じて定義された暴露を持つ個人のグループにおける遺伝毒性暴露の評価のために、遺伝毒物学の方法を利用します。 したがって、遺伝子モニタリングは、集団における遺伝毒性曝露を早期に特定する可能性があり、リスクの高い集団の特定、したがって介入の優先順位を可能にします。 暴露された集団における予測バイオマーカーの使用は、(疫学的手法と比較して) 時間を節約し、不必要な最終影響、すなわち癌を防ぐために正当化されます (図 3)。

図 3. バイオマーカーの予測性により、予防措置を講じてヒト集団の健康へのリスクを軽減できます

遺伝毒性曝露と初期の生物学的影響のバイオモニタリングに現在使用されている方法を表 2 に示します。バイオモニタリングに使用するサンプルは、簡単に入手でき、標的組織と比較できる必要性など、いくつかの基準を満たす必要があります。

表 2. 遺伝毒性暴露の遺伝子モニタリングにおけるバイオマーカーと、最も一般的に使用される細胞/組織サンプル。

分子的に認識可能な DNA 損傷のタイプには、DNA 付加体の形成と DNA 配列の再編成が含まれます。 この種の損傷は、32P ポストラベリングまたは DNA 付加体に対するモノクローナル抗体の検出など、さまざまな手法を使用した DNA 付加体の測定によって検出できます。 DNA鎖切断の測定は、アルカリ溶出または巻き戻しアッセイを使用して従来通り行われます。 変異は、特定の遺伝子、例えば HPRT 遺伝子の DNA を配列決定することによって検出することができます。

表 2 の手法を詳細に議論するいくつかの方法論的レポートが登場しました (CEC 1987; IARC 1987, 1992, 1993)。

遺伝毒性は、タンパク質付加体、つまり DNA ではなくヘモグロビンの測定、または DNA 修復活性のモニタリングによって間接的にモニタリングすることもできます。 測定戦略として、監視活動は XNUMX 回でも連続でもかまいません。 すべての場合において、結果は安全な労働条件の開発に適用されなければなりません。

細胞遺伝学的バイオモニタリング

理論的および経験的な理論的根拠は、癌を染色体損傷に結び付けます。 成長因子遺伝子の活性または発現を変化させる突然変異イベントは、発がんにおける重要なステップです。 多くの種類のがんは、特異的または非特異的な染色体異常と関連しています。 いくつかの遺伝性のヒト疾患では、染色体の不安定性ががんに対する感受性の増加と関連しています。

発がん性および/または変異原性化学物質または放射線にさらされた人々の細胞遺伝学的調査は、関係する個人の遺伝物質への影響を明らかにする可能性があります。 電離放射線に被ばくした人々の染色体異常研究は、何十年にもわたって生物学的線量測定に適用されてきましたが、十分に文書化された肯定的な結果は、限られた数の化学発がん物質についてのみ利用可能です.

顕微鏡で認識できる染色体損傷には、染色体の形態（形状）に大きな変化が生じる構造的染色体異常（CA）と姉妹染色分体交換（SCE）の両方が含まれます。 SCE は、4 つの姉妹染色分体間の染色体物質の対称的な交換です。 小核 (MN) は、無動原体の染色体断片または染色体全体の遅れから発生する可能性があります。 これらの種類の変更を図 XNUMX に示します。

図 4. 分裂中期のヒトリンパ球染色体。誘発された染色体変異が明らかになっています (矢印は無動原体断片を指しています)。

ヒトの末梢血リンパ球は、アクセスが容易で、比較的長い寿命にわたって暴露を統合できるため、監視研究に使用するのに適した細胞です。 さまざまな化学的変異原への曝露は、曝露された個人の血中リンパ球における CA および / または SCE の頻度の増加をもたらす可能性があります。 また、損傷の程度は曝露と大まかに相関していますが、これはわずかな化学物質でしか示されていません.

末梢血リンパ球の細胞遺伝学的検査で遺伝物質が損傷を受けていることが示された場合、その結果は集団レベルでのみリスクを推定するために使用できます。 集団における CA の頻度の増加は、がんのリスクが高いことを示していると考えるべきですが、細胞遺伝学的検査では、がんの個々のリスクを予測することはできません。

末梢血リンパ球のサンプルの狭いウィンドウを通して見られる体細胞の遺伝的損傷の健康上の重要性は、遺伝的損傷を運ぶリンパ球のほとんどが死んで置き換えられるため、個人の健康にはほとんどまたはまったく重要ではありません.

ヒトバイオモニタリング研究における問題とその制御

対象となる特定の化学物質への曝露とは関係のない多くの個人間要因が研究対象の生物学的反応に影響を与える可能性があるため、人間のバイオモニタリング法の適用には厳密な研究設計が必要です。 人間のバイオモニタリング研究は退屈で多くの点で困難であるため、慎重な事前計画が非常に重要です。 ヒトの細胞遺伝学的研究を実施する際には、曝露剤の染色体損傷の可能性を実験的に確認することが常に実験的前提条件であるべきです。

細胞遺伝学的バイオモニタリング研究では、XNUMX つの主要なタイプの変動が記録されています。 XNUMX つ目は、スライド読み取りの不一致や培養条件、特に培地の種類、温度、化学物質 (ブロモデオキシウリジンやサイトカラシン B など) の濃度に関連する技術的要因が含まれます。 また、サンプリング時間は、T および B リンパ球の亜集団の変化を通じて、染色体異常の収量、およびおそらく SCE 発生率の所見も変化させる可能性があります。 小核分析では、方法論の違い (例えば、サイトカラシン B によって誘導された二核細胞の使用) がスコアリングの結果に非常に明確に影響します。

構造的染色体異常、姉妹染色分体交換、および小核の形成につながる化学物質への暴露によってリンパ球の DNA に誘発された損傷は持続しなければなりません。 インビボの 採血が終わるまで ビトロ 培養リンパ球が DNA 合成を開始するまで。 したがって、誘導損傷の最良の推定値を得るためには、最初の分裂の直後 (染色体異常または小核の場合) または XNUMX 番目の分裂 (姉妹染色分体交換) の後に細胞をスコアリングすることが重要です。

スコアリングは、細胞遺伝学的バイオモニタリングにおいて非常に重要な要素を構成します。 スコアラーのバイアスを可能な限り回避するために、スライドはランダム化してコード化する必要があります。 一貫した採点基準、品質管理、および標準化された統計分析と報告を維持する必要があります。 変動性の XNUMX 番目のカテゴリは、年齢、性別、投薬、感染症など、被験者に関連する条件によるものです。 個人差は、環境因子に対する遺伝的感受性によっても引き起こされる可能性があります。

性別や年齢などの内的要因、および喫煙状況、ウイルス感染とワクチン接種、アルコールと薬物の摂取、X線への曝露などの要因について、可能な限り一致する同時対照群を取得することが重要です。 . さらに、定性的 (職種、暴露年数) および定量的 (例えば、化学分析および特定の代謝物のための呼吸ゾーンの空気サンプル、可能であれば) 推定または職場での推定遺伝毒性物質への暴露を取得する必要があります。 結果の適切な統計処理には特別な配慮が必要です。

遺伝子バイオモニタリングとがんリスク評価との関連性

ヒトの細胞遺伝学的変化を誘発することが繰り返し示されている薬剤の数はまだ比較的限られていますが、ほとんどの既知の発がん物質はリンパ球染色体の損傷を誘発します。

損傷の程度は、例えば、塩化ビニル、ベンゼン、エチレンオキシド、およびアルキル化抗がん剤の場合であることが示されているように、暴露レベルの関数です。 細胞遺伝学的エンドポイントは、今日の職業環境で発生する曝露の検出に関してあまり敏感でも特異的でもありませんが、そのようなテストの肯定的な結果は、体細胞の染色体損傷に関する直接的な証拠がない場合でも、衛生管理の実施を促進することがよくあります。健康への悪影響。

細胞遺伝学的バイオモニタリングの適用に関するほとんどの経験は、「​​高曝露」の職業状況に由来します。 いくつかの独立した研究によって確認された曝露はほとんどなく、これらのほとんどは染色体異常バイオモニタリングを使用して行われています. 国際がん研究機関のデータベースは、IARC モノグラフの更新されたボリューム 43 ～ 50 に、グループ 14、1A、または 2B の合計 2 の職業発がん物質をリストしています。対応する動物細胞遺伝学によってサポートされています (表 3)。 この限られたデータベースは、発がん性化学物質が染色体異常誘発性である傾向があり、染色体異常誘発性は既知のヒト発癌物質と関連する傾向があることを示唆しています。 しかし、すべての発がん物質がヒトや実験動物に細胞遺伝学的損傷を引き起こすわけではないことは明らかです。 インビボの. 動物のデータが陽性で、ヒトの所見が陰性である場合は、暴露レベルの違いを表している可能性があります。 また、職場での複雑で長期的な人間の暴露は、短期の動物実験とは比較にならないかもしれません.

表 3. 職業暴露が存在し、細胞遺伝学的エンドポイントがヒトと実験動物の両方で測定された、証明された、可能性の高い、および可能性のあるヒト発がん物質

¹ CA、染色体異常。 SCE、姉妹染色分体交換。 MN、小核。
(–) = XNUMX つの研究の負の関係。 – = 負の関係。
(+) = XNUMX つの研究で正の関係。 + = 正の関係。
? =決定的ではありません。 空白の領域 = 調査されていません

出典: IARC、1987 年。 IARC モノグラフのボリューム 43 ～ 50 を通じて更新されます。

暴露されたヒトにおける遺伝毒性の研究には、DNA 損傷、DNA 修復活性、DNA およびタンパク質の付加物など、染色体のエンドポイント以外のさまざまなエンドポイントが含まれます。 これらのエンドポイントのいくつかは、発がん性ハザードの予測に他のものよりも関連している可能性があります。 これらのタイプの損傷は発癌に関連することが知られているため、安定した遺伝的変化 (染色体再編成、欠失、および点突然変異など) は非常に関連性があります。 DNA 付加体の重要性は、それらの化学的同定と、それらが暴露の結果であるという証拠に依存します。 SCE、UDS、SSB、DNA 鎖切断などのいくつかのエンドポイントは、遺伝的事象の潜在的な指標および/またはマーカーです。 ただし、遺伝的事象につながる能力の機械的理解がなければ、その価値は低下します。 明らかに、ヒトにおける最も関連性の高い遺伝子マーカーは、研究中の病原体に曝露されたげっ歯類のがんに直接関連する特定の突然変異の誘発です (図 5)。

図 5. 潜在的ながんリスクに対するさまざまな遺伝子バイオモニタリング効果の関連性

遺伝子バイオモニタリングの倫理的考慮事項

分子遺伝学的技術の急速な進歩、ヒトゲノムの配列決定速度の向上、およびヒトの発がんにおける腫瘍抑制遺伝子とがん原遺伝子の役割の特定により、この種の遺伝子の解釈、伝達、および使用において倫理的な問題が生じています。個人情報。 ヒト遺伝子の分析技術を急速に改善することで、健康で無症候性の個人でさらに多くの遺伝性感受性遺伝子を同定できるようになり (米国技術評価局 1990)、遺伝子スクリーニングに使用できるようになります。

遺伝子スクリーニングの適用がすぐに現実のものとなれば、社会的および倫理的な懸念の多くの問題が提起されるでしょう。 すでに現在、代謝、酵素多型、および DNA 修復の約 50 の遺伝的形質が特定の疾患感受性の疑いがあり、約 300 の遺伝病に対して DNA 診断検査が利用可能です。 職場で遺伝子スクリーニングを実施する必要がありますか? 誰が検査を受けるかを誰が決定し、その情報は雇用決定にどのように使用されますか? 誰が遺伝子スクリーニングから得られた情報にアクセスできますか? また、結果はどのように関係者に伝えられますか? これらの質問の多くは、社会規範と一般的な倫理的価値観に強く関連しています。 主な目的は病気と人間の苦しみの予防でなければなりませんが、個人の意志と倫理的前提に敬意を払う必要があります。 職場のバイオモニタリング研究の開始前に答えなければならない関連する倫理的問題のいくつかを表 4 に示し、章でも説明します。 倫理問題.

表 4. 職業遺伝バイオモニタリング研究における知る必要性に関連するいくつかの倫理原則

時間と労力は、遺伝子バイオモニタリング研究の計画段階に投入する必要があり、すべての必要な関係者 (従業員、雇用主、および協力している職場の医療関係者) は、研究の前に十分な情報を得る必要があり、結果が知られている必要があります。それらも研究後に。 適切なケアと信頼できる結果により、遺伝子バイオモニタリングは、より安全な職場を確保し、労働者の健康を改善するのに役立ちます.

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