Gezondheidseffecten van blootstelling aan omgevingsconcentraties van mutagene of hormoonverstorende agentia

Gezondheidseffecten van blootstelling aan omgevingsconcentraties van mutagene of hormoonverstorende agentia Prof. dr. N. van Larebeke Studiecentrum Carcinogenese en Primaire Preventie van Kanker Universiteit Gent Studie uitgevoerd in opdracht van de Vlaamse Milieumaatschappij, MIRA MIRA/2004/03 september 2004

Dit rapport verschijnt in de reeks MIRA Ondersteunend Onderzoek van de Vlaamse Milieumaatschappij. Deze reeks bevat resultaten van onderzoek gericht op de wetenschappelijke onderbouwing van het Milieu- en natuurrapport Vlaanderen. Dit rapport is ook beschikbaar via www.milieurapport.be Contactadres: Vlaamse Milieumaatschappij MIRA Van Benedenlaan 34 2800 Mechelen tel. 015 451 466 mira@vmm.be Wijze van citeren: van Larebeke N. (2004), Gezondheidseffecten van blootstelling aan omgevingsconcentraties van mutagene of hormoonverstorende agentia, studie uitgevoerd in opdracht van de Vlaamse Milieumaatschappij, MIRA, MIRA/2004/03, UGent.

INHOUDSTAFEL 1. ENKELE GEGEVENS OVER DE IMPACT VAN KANKER OP DE VOLKSGEZONDHEID...7 2. DE ONSTAANSMECHANISMEN VAN KANKER...11 2.1. Overzicht... 11 2.1.1. Een clonaal Darwiniaans proces berustend op accumulatie van mutaties...11 2.1.2. Genen betrokken bij de carcinogenese...11 2.1.3. Rol van het mutatorfenotype en van tumorsuppressorgenen...12 2.1.4. Erfelijke vormen van kanker en het mutatorfenotype...13 2.1.5. De temporele opeenvolging van mutaties...13 2.2. Genotoxische, niet-genotoxische en epigenetische carcinogenen en tumorpromotors... 14 2.2.1. Genotoxische carcinogenen...14 2.2.2. Niet-genotoxische carcinogenen, epigenetische carcinogenen en tumorpromotors...15 3. MECHANISTISCHE INZICHTEN DIE WIJZEN OP HET BELANG VAN (ZEER) LAGE DOSISSEN ZOALS DIE IN HET MILIEU VOORKOMEN...15 3.1. De effecten van carcinogene agentia in lage en zeer lage dosis... 15 3.1.1. Genotoxische carcinogenen...16 3.1.1.1. Exponentieel verband tussen het aantal mutaties en de kankerincidentie....16 3.1.1.2. Dosis-antwoord voor genetische effecten...17 3.1.1.2.1. Dosis...17 3.1.1.3. Dosis-antwoord voor carcinogene effecten...19 3.1.1.4. Na de initiatie neemt het belang van exogene mutagenen toe...20 3.1.2. Epigenetische carcinogenen...21 3.1.3. Subpopulaties met een verhoogde gevoeligheid vertonen vooral bij lage dosis een verhoogd kankerrisico...22 3.2. Synergistische interacties... 22 3.3. Problemen met de interpretatie van dierproeven:onderschatting van het kankerrisico... 22 4. EPIDEMIOLOGIE LEERT DAT 75 TOT 80% VAN DE GEVALLEN VAN KANKER IN DE WESTERSE INDUSTRIËLE SAMENLEVINGEN TE WIJTEN ZIJN AAN EXTERNE OORZAKEN, WAARONDER MILIEUFACTOREN...23 4.1. Verschillen in functie van plaats en tijd... 23 4.2. Erfelijke voorbeschiktheid... 25 4.3. Hoe groot is het spontane risico op kanker in afwezigheid van blootstelling?... 25 4.4. Geen consensus over het relatieve aandeel van verschillende risicofactoren... 28 4.5. Epidemiologische gegevens die wijzen op het belang van milieufactoren in het ontstaan van kanker... 28 4.5.1. In de Westerse industriestaten is de incidentie van kanker gestegen...29 4.5.1.1. Sinds het begin van deze eeuw...29 4.5.1.2. Tijdens de laatste decennia...30 4.5.1.3. Bij kinderen en jonge volwassenen...33 4.5.1.4. Tabaksrook...34 4.5.1.5. Mortaliteit tengevolge van kanker...34 4.5.2. Activiteit van enzymen betrokken bij het metabolisme van lichaamsvreemde stoffen...34 4.5.3. Luchtvervuiling,...35 4.5.4. Associatie van milieufactoren met kankerrisico...35 4.5.5. Problemen van epidemiologische aard die leiden tot een onderschatting van het kankerrisico van milieufactoren. 37 5. BIOMONITORING VOOR GENETISCHE EFFECTEN HEEFT EEN LAGE GEVOELIGHEID IN TERMEN VAN RISICO OP KANKER...38 6. EPIDEMIOLOGISCHE GEGEVENS DIE EROP WIJZEN DAT ZEER LAGE, OMGEVINGSBLOOTSTELLINGEN BIOLOGISCHE EN GEZONDHEIDSEFFECTEN HEBBEN...41 6.1. Effecten van dioxineachtige stoffen op dieren en op mensen... 41 6.2. Studies aangaande effecten van dioxines en PCBs op de ontwikkeling van pasgeborenen en jonge kinderen.. 42 6.3. De Vlaamse Milieu en Gezondheidsstudie (M&G)... 42 6.3.1. Blootstelling: gebiedsverschillen...45 Wat de interne blootstelling aan polluenten betreft bleken volgende verschillen statistisch significant bij adolescenten:.45 Wat de interne blootstelling aan polluenten betreft bleken volgende verschillen statistisch significant bij vrouwen:...46 6.3.2. Biologische effecten: gebiedsverschillen...48 Wat biologische en gezondheidsparameters betreft bleken volgende verschillen statistisch significant bij adolescenten:.51 Wat biologische en gezondheidsparameters betreft bleken volgende verschillen statistisch significant bij vrouwen...51 Wat biologische en gezondheidsparameters betreft bleken volgende verschillen statistisch significant bij mannen:...52 6.3.3. Blootstellings-effect relaties...52 Volgende blootstellings-effectrelaties werden vastgesteld bij adolescenten:...52 Volgende blootstellings-effectrelaties werden vastgesteld bij vrouwen...52 Ook m.b.t. het immuunsysteem werden blootstelling-effectrelaties waargenomen:...53 6.3.4. Conclusies uit de M&G studie...55

7. HOEVEEL KANKERVERWEKKENDE STOFFEN ZIJN AANWEZIG IN HET LEEFMILIEU?...56 8. WELKE ZIJN DE BELANGRIJKSTE IN HET LEEFMILIEU AANWEZIGE KANKERVERWEKKENDE STOFFEN?...57 9. BESLUIT...61 ADDENDA...63 LITERATUUR...72 BEGRIPPEN...79

Woord vooraf Sedert vele tientallen jaren zijn, in ontwikkelde landen, infectieziekten en ziekten voortvloeiend uit tekort aan voedsel niet langer de belangrijkste oorzaken van sterfte en menselijk lijden. Daarentegen is de impact van beschavingsziekten toegenomen. De meeste belangrijke ziekten en gezondheidsproblemen (zoals kanker, astma en andere chronische aandoeningen van het ademhalingsstelsel, bloedvataandoeningen, ziekten van het zenuwstelsel, diabetes, onvruchtbaarheid) in een streek zoals Vlaanderen met grote bevolkingsdichtheid, veel industrie en verkeer, zijn multifactorieel, dit wil zeggen dat ze niet aan één enkele oorzaak te wijten zijn, maar wel aan de inwerking van meerder ziekmakende factoren. Elk van die factoren kan gezien worden als een nodige voorwaarde, maar niet als een voldoende voorwaarde, voor het ontstaan van de betreffende ziekte. Zo bijvoorbeeld spelen erfelijke voorbeschikkende factoren dikwijls een rol, maar ontstaat de ziekte slechts na een belangrijke blootstelling aan levensstijl- of milieufactoren. Blootstelling aan milieufactoren gebeurt bijna altijd bij lage tot zeer lage dosissen. In dit rapport wordt ingegaan op de gegevens die wijzen op het belang van blootstelling aan deze dosissen voor de gezondheid, en dan hoofdzakelijk m.b.t. de inductie van kanker. Het is waarschijnlijk dat deze blootstelling ook in grote mate bijdraagt tot andere beschavingsziekten. 5

Samenvatting Deze studie heeft voornamelijk, maar niet uitsluitend, betrekking op de inductie van kanker. Kanker is een clonaal proces en ontstaat uit één enkele cel waarin zich een aantal mutaties verzameld hebben. Vooral mutaties die tumorsuppressorgenen inactiveren zijn daarbij van groot belang. Zowel genotoxische (die mutaties veroorzaken) als epigenetische (die genexpressie wijzigen) carcinogenen kunnen bijdragen tot het ontstaan van kanker. Een aantal mechanistische inzichten wijzen op het belang van zeer lage dosissen zoals die in het leefmilieu voorkomen. Inderdaad, in sommige omstandigheden hebben dergelijke lage dosissen relatief ( per dosiseenheid) een sterker carcinogeen effect dan hogere dosissen. Ook is een chronische blootstelling relatief schadelijker dan een kortdurende blootstelling. Subpopulaties met een verhoogde gevoeligheid vertonen vooral bij lage dosissen een verhoogd kankerrisico. Epidemiologische gegevens leren dat 75 tot 80 % van de gevallen van kanker in de Westerse industriële samenlevingen te wijten zijn aan externe oorzaken, waaronder milieufactoren. Er bestaat geen consensus over het relatieve belang van milieufactoren. Hier wordt ingegaan op de waarnemingen die doen denken dat milieufactoren inderdaad van groot belang zijn. Er wordt gewezen op het feit dat biomonitoring voor genetische effecten een lage gevoeligheid heeft in termen van het opsporen van een kankerrisico dat het gevolg zou zijn van een levenslange blootstelling die in utero of tijdens de vroege kinderjaren zou aanvangen. Experimentele, biomonitorings- en epidemiologische gegevens tonen aan dat omgevingsblootstellingen in zeer lage dosis inderdaad biologische en gezondheidseffecten hebben. Dit blijkt onder meer uit biomonitoringsstudies in de USA, Nederland en Duitsland betreffende het effect van PCBs en dioxine-achtige stoffen op de ontwikkeling van kinderen, vooral dan m.b.t. het zenuwstelsel. Ook de" Milieu en Gezondheid" studie in Vlaanderen stelde blootstellings-effectrelaties vast bij de in Vlaanderen aanwezige concentraties van verschillende polluenten. 6

1. Enkele gegevens over de impact van kanker op de volksgezondheid Kanker is een van de vele ziekten die kunnen veroorzaakt worden door verontreinigende milieufactoren. Epidemiologische gegevens over deze ziekte schetsen de omvang van dit probleem. Omdat de epidemiologische gegevens voor geheel Vlaanderen onvolledig zijn geven we in tabel 1 het cumulatief risico van 0 tot 74 jaar voor kanker in de provincie Limburg, waar een goed register bestaat. Dit cumulatief risico geeft weer wat de kans is om die bepaalde kanker te krijgen tussen 0 en 74 jaar. Tabel 1. Cumulatief risico op (de meest voorkomende vormen van) kanker in Limburg; gegevens van Buntinx et al., 2000. Type kanker Cumulatief risico van 0 tot 74 jaar, Vrouwen Cumulatief risico van 0 tot 74 jaar Mannen Lip 0,06 0,20 Mond, andere tumoren 0,06 0,23 Slokdarm 0,13 0,66 Maag 0,54 1,3 Colon 2,13 3,03 Rectum 0,85 1,37 Lever en intrahepat. galwegen 0,14 0,26 Pancreas 0,21 0,24 Larynx 0,11 0,90 Long/bronchus 1,19 7,62 Zachte weefsel Sarcomas (andere) 0,39 0,46 Huid, melanoma 0,76 0,40 Andere Huid (B.C.C. uitgezonderd) 0,61 1,82 Borst 7,71 0,11 Cervix 0,70 Corpus Uteri, Uterus NOS 1,80 Ovarium 0,85 Prostaat 10,57 Testis 0,22 Urineblaas 0,37 2,00 Nier 0,71 1,11 Hersenen 0,43 0,52 Schildklier 0,24 0,06 Hodgkin Lymphoma 0,19 0,22 Non-Hodgkin Lymphoma 1,18 1,27 Multipel myeloma 0,18 0,27 Leukemie 0,28 0,52 Totaal voor Alle Kankers 22,92 37,17 De kans om voor de vijfenzevenstige verjaardag gediagnosticeerd te worden met kanker bedraagt voor mannen 37,17 % (alle kankers) en alleen voor prostaatkanker 10,57 % Vrouwen hebben 7,71 % op borstkanker en 22,92 % op kanker (alle kankers samen) voor hun 75 e verjaardag. Tabel 2 geeft de cumulatieve incidentie tussen 0 en 74 jaar weer voor de streek van Maastricht (zie addendum 5 over het kleine verschil tussen"cumulative rate" en cumulatief risico). Alhoewel er, wanneer men de verscheidene types van kanker apart beschouwd, soms verschillen waargenomen worden tussen Limburg en Maastricht, bedraagt, voor alle types van kanker 7

samengenomen en tot en met de leeftijd van 74 jaar, de kankerincidentie in beide streken ongeveer 25% bij vrouwen en 35% bij mannen. Tabel 2 "Cumulative incidence rate age 0-74 (1) van een aantal kankers in de streek van Maastricht voor de periode 1988-1992 (naar Parkin et al.,1997) orgaan of weefsel ICD-9 nummer "cumulative incidence rate" 0-74 jaar in % voor mannen "cumulative incidence rate" 0-74 jaar in % voor vrouwen Lip 140 0,11 0,02 Tong 141 0,19 0,07 Speekselklieren 142 0,06 0,05 Mondholte 143-145 0,22 0,10 Farynx 146-149 0,39 0,10 Slokdarm 150 0,51 0,14 Maag 151 1,90 0,71 Dunne darm 152 0,10 0,08 Colon 153 2,58 2,05 rectum 154 2,20 1,22 Lever 155 0,19 0,08 Galblaas 156 0,26 0,32 Pancreas 157 0,72 0,52 Neus & sinussen 160 0,08 0,04 Larynx 161 0,91 0,08 Bronchus, Long 162 10,44 1,55 andere borstorganen 163-164 0,06 0,01 Kaposi's sarcoma 0,01 - Mesothelioma 0,38 0,05 Beenderen 170 0,07 0,05 Bindweefsel 171 0,22 0,16 Melanoma 172 0,55 0,88 other skin 173 1,20 0,58 Borst 174/175 0,07 8,23 Cervix uteri 180-0,77 Placenta 181-0,01 Corpus uteri 182-1,33 ovarium 183-1,26 andere kankers van de 184-0,18 vrouwelijke geslachtsorganen Prostaat 185 4,04 - Testis 186 0,27 Penis en andere kankers 187 0,07 van de mannelijke geslachtsorganen Blaas 188 1,36 0,23 Nieren en andere urinaire 189 1,38 0,65 organen Oog 190 0,08 0,03 Hersenen en zenuwstelsel 191-192 0,63 0,41 Schildklier 193 0,10 0,20 Andere endocriene 194 0,04 0,03 organen 8

Hodgkin lymfoma's 201 0,22 0,16 Non-Hodgkin 200 en 202 0,99 0,75 lymfoma's Multipel myeloom 203 0,36 0,21 Leukemieën 204, 205, 0,78 0,52 206, 207, 208 andere en niet 2,03 1,10 gespecificeerde kankers Alle kankers behalve nietmelanoma 34,56 24,32 huidkankers Alle kankers 35,77 24,90 (1): "Cumulative rate 0-74": is de som over elk jaar van de "Age-specific incidence rate", van de geboorte tot en met het 74 ste jaar, en wordt uitgedrukt per honderd. Dit is een benadering van "Cumulative risk", uitgedrukt in %, zijnde het risico dat een individu zou lopen om de betreffende ziekte te ontwikkelen indien geen andere doodsoorzaken zouden tussenkomen. Een andere, dikwijls gehanteerde, parameter, is het "levenslang risico op kanker" waarbij ook het risico na de leeftijd van 74 jaar in rekening wordt gebracht (zie addendum 5 voor definitie). In de U.S.A. bedroeg het levenslang risico op kanker, berekend op basis van de leeftijdsspecifieke incidenties voor de periode 1994-1996 voor de populatie opgenomen in de Seer studie (ongeveer 14% van de bevolking van de U.S.A.), 43,6% voor blanke mannen en 39,1% voor blanke vrouwen (Ries et al. 1999). Tabel 3 geeft de "5-year relative survival rate" uit de Seer studie, 1989-1995, voor blanken. Tabel 3 "5-year relative survival rate" uit de Seer studie, 1989-1995 voor Blanken. (Ries et al., 1999?) Type kanker % 5-jaars overleving Testis 96 Thyroid 95 Prostaat 93 Huidmelanoma 88 Borst (vrouw) 86 Uterus 85 Hodgkin 83 Blaas 82 Cervic uteri 71 Larynx 66 Colon 62 Nier 61 Rectum 60 Mond en farynx 56 Non-Hodgkin's lymfoma 52 Ovarium 50 Leukemieën 44 Centraal zenuwstelsel 30 Multipel Myeloma 28 Maag 19 Long en bronchus 14 Oesophagus 13 Lever 6 Pancreas 4 Uit Tabel 3 kan besloten worden dat hoewel kanker uiteraard een zeer gevaarlijke ziekte is, de meeste vormene van kanker toch een overleving van meer dan 5 jaar toelaten in de meerderheid van de gevallen. 9

Tabel 4 geeft het gemiddelde aantal levensjaren verloren per persoon die aan kanker sterft, voor alle rassen en beide geslachten samen, berekend uit de Seer gegevens voor 1995, en gebruik makend van de levensduur tabellen voor 1992. Tabel 4 Gemiddeld aantal verloren levensjaren per persoon voor verschillende kankers Op basis van Seer gegevens voor 1995 (Ries et al., 1999) Type kanker Kinderkanker 69,0 Testis 35,2 Hodgkin's 26,9 Cervix uteri 25,7 Centraal zenuwstelsel 22,2 Borst 19,2 Huid Melanoma 19,0 Ovarium 17,2 Leukemieën 17,1 Mond en Farynx 16,5 Non-Hodgkin's 15,7 Nier 15,5 Alle kankers 15,1 Corpus Uterus 15,0 Oesophagus 14,9 Long en bronchus 14,7 Maag 14,1 Pancreas 13,8 Multipel myeloom 13,5 Colon/Rectum 13,3 1. Blaas 11,0 Prostaat 9,1 Gemiddeld aantal verloren levensjaren per persoon die aan de betreffende kanker sterft Uit Tabel 4 kan besloten worden dat kanker bijna steeds gepaard gaat met een aanzienlijke inkorting van het leven. Kanker is een chronische ziekte die veel verzorging vraagt en een aanzienlijke weerslag heeft op de kwaliteit van het leven. Kanker gaat dikwijls gepaard met pijn, slaapstoornissen, angst, depressie, verdriet en een gevoel van verlies; de anti-kanker therapie veroorzaakt op haar beurt dikwijls vermoeidheid, nausea en braken, koorts, rillingen, zweten. Het is dan ook zo dat de vrees voor kanker een belangrijk gegeven is en in sommige gevallen tot echte kankerfobie aanleiding geeft, die op zichzelf reeds een bedreiging voor de kwaliteit van het leven kan inhouden. 10

2. De onstaansmechanismen van kanker 2.1. Overzicht 2.1.1. Een clonaal Darwiniaans proces berustend op accumulatie van mutaties Kanker is een ziekte van de sociale organisatie van de cellen in weefsels. Kankercellen delen en verplaatsen zich, ook als dit in functie van het organisme in zijn geheel niet past. De laatste tientallen jaren heeft de moleculaire celbiologie ons een vrij goed inzicht verstrekt in het complexe meerstappenproces der carcinogenese. Vast staat dat de accumulatie van mutaties (wijzigingen van het erfelijk materiaal) in meerdere genen (dus meerdere eigenschappen) in één cel vereist is (McCormick & Maher, 1994). In het zoogdierenorganisme (ook bij de mens) vloeit het risico van kanker wellicht voort uit de opstapeling van mutaties in stamcellen, die (bijna) de enige delende cellen zijn waarvan de afstamming lange tijd in het organisme aanwezig blijft (Heddle, 1999) Volgens Renan (1993) zouden kankers bij kinderen veroorzaakt worden door een kleiner aantal postnatale somatische mutaties (3 voor beendertumoren en tumoren van de neus) dan kankers bij volwassenen (6 voor beendertumoren en tumoren van de neus, 7 of 8 voor kankers van de maag, pancreas, nieren, huid en colon en rectum, en zelfs 12 voor prostaatkanker die vooral op hoge leeftijd voorkomt). Heden ten dage wordt niet meer betwist dat tumorcellen allen afstammen van één gemeenschappelijke voorlopercel, die op een bepaald ogenblik - gewoonlijk 20 tot 30 jaar voor de manifestatie van de tumor -, een (of meer) beslissende wijzigingen (mutaties) in haar erfelijk materiaal (haar DNA) ondergaan heeft, en zo geïnitieerd werd voor de carcinogenese. Tijdens de daarop volgende tumorpromotiefase zou er dan een clonale expansie plaatsgrijpen van reeds gemuteerde, voor kanker geïnitieerde cellen. Deze clonale expansie (vorming van een grote groep cellen uit één enkele cel), drijft de waarschijnlijkheid op dat bijkomende mutaties, nodig voor de maligne tumorale transformatie, kunnen plaatsgrijpen. Tijdens de tumorpromotiefase zou, mee onder invloed van exogene agentia (epigenetische carcinogenen en/of tumorpromotors zoals dioxineachtige stoffen, zie addendum 1), de expressie van recessieve allelen en meer in het algemeen, de expressie van het tumoraal fenotype, mogelijk worden. Tijdens de latere fase van de tumorprogressie, waarin kankercellen met een meer kwaadaardig karakter ontstaan, spelen bijkomende (eventueel grote) wijzigingen van het erfelijk materiaal wellicht nog een rol. Het kankerproces is een soort Darwiniaans proces, waarin individuele cellen steeds meer nieuwe eigenschappen verwerven, die hen beter geschikt maakt om in de (ongunstige) omstandigheden binnenin een tumor te overleven, naburig weefsel te invaderen of om zich in een ander weefsel te gaan nestelen (metastase). 2.1.2. Genen betrokken bij de carcinogenese Er werd een vermoedelijk betekenisvolle fractie van het totaal aantal genen die bij de carcinogenese betrokken zijn reeds geïdentificeerd (Tabel 5): de proto-oncogenen, de tumorsuppressorgenen van het "gatekeeper" en het "caretaker" type en genen die betrokken zijn bij intercellulaire adhesie en communicatie. Ook de telomeren (uiteinden van chromosomen) spelen een belangrijke rol (Bouffler, 1998; Weinberg 1998; DePinho, 2000). Tumorsuppressorgenen zijn genen die tot kanker bijdragen wanneer ze door een mutatie geïnactiveerd worden (Weinberg, 1996). Genen die instaan voor de controle van de celcyclus en genen die betrokken zijn bij het natuurlijk verouderingsproces, dat het aantal delingen in normale cellen beperkt, behoren volgens deze indeling tot diverse klassen van genen betrokken bij de carcinogenese. 11

Tabel 5 Genen betrokken bij de carcinogenese. 1. Proto-oncogenen (geactiveerd tot oncogenen) coderen voor: - groeistimulerend factoren - stimulerende componenten van de celcyclus - anti-apoptotische factoren (bvb bcl-2) 2. Tumorsuppressorgenen van het gatekeeper type coderen voor: - factoren die de groei remmen (inhibitoren van oncogenen) - factoren die de celcyclusklok remmen (bvb p21, p53, Rb) - stimulatie van apoptosis (bvb bax, p53) - factoren die de differentiatie induceren 3. Tumorsuppressorgenen van het caretaker type coderen voor factoren die instaan voor het DNA-herstel na schade (> 50 proteinen reeds gekend die fungeren als component in verschillende herstelmechanismen) 4. Cel-cel adhesie en andere communicatie genen coderen voor factoren die instaan voor een geordende weefselstructuur 5. Genen betrokken bij de DNA replicatie en de chromosoomsegregatie. 2.1.3. Rol van het mutatorfenotype en van tumorsuppressorgenen De meeste mutaties ontstaan wellicht spontaan, hoewel exogene mutagene carcinogenen het mutatietempo en de mutantfrequentie kunnen opvoeren. Het mutatietempo is het aantal mutaties per celgeneratie. De mutantfrequentie is het aantal cellen in een celpopulatie dat gemuteerd is in één bepaald gen en wordt uitgedrukt als fractie van het totaal aantal cellen van de populatie. Het is echter duidelijk dat het tempo waarmee in normale cellen genen getroffen worden door mutaties, te laag is om de incidentie van kanker uit te leggen. Het lijkt dan ook waarschijnlijk dat de initiatie van het proces der carcinogenese meestal berust op een mutatie die leidt tot het mutatorfenotype. In een cel van dit mutatorfenotype is het tempo van het optreden van mutaties sterk verhoogd (Loeb, 1991). Volgens Kinzler en Vogelstein (1997) is de verhoging van het mutatietempo meestal het gevolg van een mutatie in een tumorsuppressorgen. Ze onderscheiden daarbij tussen "gatekeeper" genen (portiergenen; tabel 5:2) en 'caretaker' genen (verzorgergenen; tabel 5:3). Gatekeepers zoals de genen p53, p21 en bax, houden de deur gesloten voor mogelijke mutaties door, als er DNA-schade is, hetzij de celdeling tegen te houden, hetzij de cel te doen afsterven door apoptosis. Caretaker genen coderen voor de proteïnen die een rol hebben in schadedetectie en -herstel. Het ontstaan van kanker wordt verondersteld te berusten op het feit dat gatekeeper of caretaker genen zelf schade oplopen die tot hun mutatie leidt. Dit invalideert de werking van de processen die instaan voor de integriteit van het genoom, m.a.w. het zijn mutaties die het mutatietempo opdrijven. Op te merken is dat voor gatekeeper en caretaker genen geldt dat beide allelen van het gen, door een mutatie moeten geïnactiveerd worden opdat het effect ervan manifest zou worden. Een uitzondering blijkt het p53 gen te zijn: Er zijn missense mutaties in p53 beschreven die dominant zijn t.o.v. het normale p53 gen op het andere alleel, omdat erdoor de werking van het normale genproduct verstoord wordt (Inga et al., 1997). Eén mutatie (de missense mutatie) volstaat in dit geval om tot het mutatorfenotype en kankerinitiatie te komen. 12

Zoals verwacht tonen moleculair epidemiologische waarnemingen aan dat mutaties in gatekeeper genen een hoger risico op kanker met zich brengen dan mutaties in caretaker genen (Kinzler en Vogelstein, 1997). Als gatekeepers volledig functioneel zijn, wordt de celdeling belet ook als de schade niet te herstellen is door een defecte caretaker. De DNA schade zal de p53 concentratie langdurig hoog houden. Bovendien zal de DNA-schade accumuleren. Dit zal waarschijnlijk leiden tot apoptosis. Daarenboven zijn er in vergelijking met het aantal caretaker genen, relatief weinig gatekeeper genen en vertonen ze een weefselspecificiteit. Iedere cel heeft slechts één (of enkele) gatekeepers, en inactivatie van een bepaalde gatekeeper leidt tot een zeer specifieke weefseldistributie van kanker (Kinzler & Vogelstein, 1997). Een mutatie in een gatekeeper gen is daarom zeer nefast omdat de unieke gatekeeper een centrale positie bekleedt en bvb verantwoordelijk is voor celdelingsstop bij alle DNA-schade. De definitie van tumorsuppressorgenen sluit ook de 'klassieke' tumorsuppressorgenen in, namelijk deze die hoofdzakelijk als groeiremmend en/of differentiatie-inducerend gedefinieerd werden (tabel 5:2), die meestal een zekere weefselspecificiteit vertonen en waarvan er tot hiertoe een 17-tal gekend zijn (Pennisi 1997). Door Kinzler & Vogelstein worden ze "gatekeeper" genen genoemd. Ze zijn bvb actief in de inhibitie (bvb NF-1) van de werking van oncogenen betrokken bij de groeipromoverende signaaltransductie, of spelen een rol in de transductie van groei-inhiberende signalen (DPC4). Een recent geïdentificeerd suppressorgen van het klassieke type dat gemuteerd is in veel prostaatkankers en gliomas, is PTEN. Het genproduct zou zowel tussenkomen in de regeling van celgroei als in de interactie van de cel met haar omgeving (Li et al. 1997; Pennisi 1997). Wegens haar centrale coördinerende rol heeft men aan p53 de titel verleend van 'bewaarengel van het genoom'. Een inactiverende mutatie van het p53 gen is nefast voor de genoomstabiliteit, en p53 is het gen dat het vaakst gemuteerd is in humane tumoren (Evans, 1993). In ca 50% van alle humane tumortypen functioneert het p53 proteïne niet meer normaal (Weinberg, 1996; Greenblatt et al. 1994). 2.1.4. Erfelijke vormen van kanker en het mutatorfenotype Een sterk argument voor de validiteit van de mutatorfenotype hypothese is de vaststelling dat de genetische defecten die erfelijk predisponeren tot kanker, vooral mutaties zijn in gatekeeper en caretaker genen (Perera 1997; Fearon 1997, Kinzler & Vogelstein 1997). De getroffen individuen hebben een verhoogde kans om op relatief jonge leeftijd, een soort kanker op te lopen die bepaald wordt door de aard van de overgeërfde mutatie. Aangezien ze bij de geboorte reeds in al hun cellen een somatische mutatie in één der allelen van de betreffende genen, in zich dragen, volstaat één mutatie in het andere alleel ervan, om genomische instabiliteit in de getroffen cel op te wekken. Bij individuen met een overgeërfde mutatie in een gatekeepergen is er meer dan 1000- voudig verhoogde kans tot het ontwikkelen van een tumor, in vergelijking met de algemene bevolking. Bij individuen met een overgeërfde mutatie in een caretakergen is er een 5- tot 50- voudig verhoogde kans (Kinzler & Vogelstein, 1997). 2.1.5. De temporele opeenvolging van mutaties Kinzler & Vogelstein (1997) bediscussiëren de temporele opeenvolging van de mutaties die tot de ontwikkeling van kanker bijdragen. Aangezien het voor een normale cel quasi onmogelijk is om tot een groot aantal mutaties te komen, zal met grote waarschijnlijkheid, een mutatie van een gatekeeper of caretaker gen bij de eerste mutaties behoren. Nochtans is het niet zo dat mutaties in het p53 gen, dat in vele gevallen van kanker een rol speelt, steeds vroeg in het kankerproces optreden. P53 mutaties zijn meestal vroege gebeurtenissen in kankers van long, slokdarm, borst, hoofd, nek, cervix en maag, maar daarentegen late gebeurtenissen in kankers van de hersenen, schildklier, lever en ovarium (Greenblatt et al. 1994). Dit hoeft geen verwondering te wekken aangezien de talrijke andere genen waarvan mutaties de mutatiefrequentie kunnen opdrijven. De 13

temporele situering van de p53 mutatie, die volgens het type kanker verschillend bevonden werd, kan een factor zijn m.b.t. de te verwachten efficiëntie van toekomstige p53 gentherapieën. 2.2. Genotoxische, niet-genotoxische en epigenetische carcinogenen en tumorpromotors. 2.2.1. Genotoxische carcinogenen De term "genotoxisch carcinogeen" wordt hier gebruikt voor een agens dat kanker induceert door een directe interactie met DNA resulterend in genetische veranderingen, d.i. veranderingen in de DNA sequentie. De belangrijkste gegevens i.v.m. genotoxische carcinogenen zijn samengevat in tabel 6. Tabel 6: Genotoxische carcinogenen: - meestal geen kritische drempel (zie hoofdstuk. 3.1 De effecten van carcinogene agentia in lage en zeer lage dosis) - meestal metabole activatie vereist - effect van verschillende en/of opeenvolgende blootstellingen is additief of synergistisch. Het kankerverwekkend effect van een welbepaalde dosis van een genotoxische kankerverwekkende stof neemt toe naarmate de populatie die de blootstelling ondergaat, een hoger mutatietempo vertoont tengevolge van diverse andere blootstellingen (zie hoofdstuk 2 De onstaansmechanismen van kanker en addendum 3). - blootstelling : lage dosis van groot aantal verschillende carcinogenen - relatief belangrijker op jonge leeftijd - mutaties: dosis-antwoord ± lineair - kanker: Wanneer men het risico voor het ontstaan van kanker bij hoge dosis op lineaire wijze extrapoleert naar het risico bij lage dosis, dan bekomt men een overschatting bij lage dosis met een factor van maximaal 2 à 3 (zie addendum 2). Bij lage dosis is het dosis-effect verband nagenoeg met zekerheid lineair, of misschien zelfs supralineair met een relatief sterker effect bij zeer lage dosis. - kunnen ook epigenetische effecten hebben (o.a. doorheen AhR) Enkele definities: - Mutatie: elke in de dochtercellen overerfbare genetische verandering - Mutageen: agens dat mutaties veroorzaakt - Genmutatie: een wijziging in de DNA basesequentie; de chromosoomstructuur is niet veranderd - Chromosoommutatie: wijziging van de chromosoomstructuur - Genoommutatie: wijziging in het normale chromosomenaantal - Aneuploïdie: toestand waarbij cellen of individuen een abnormaal aantal chromosomen hebben - Clastogeen: agens dat breuken in chromosomen veroorzaakt - Aneugeen: agens dat wijzigingen in het aantal chromosomen per cel veroorzaakt. 14

2.2.2. Niet-genotoxische carcinogenen, epigenetische carcinogenen en tumorpromotors. Bij niet-genotoxische carcinogenen, epigenetische carcinogenen en tumorpromotors is er geen directe interactie met het DNA en ze werken dus in zonder zelf schade aan het DNA toe te brengen. Sommige niet-genotoxische agentia zijn nochtans mutageen. Een toename van het aantal mutaties gebeurt dan als een min of meer verwijderd effect, bijvoorbeeld doorheen een interactie met eiwitten die ofwel betrokken zijn bij de DNA replicatie, bij het herstel van het DNA of bij de celdeling. Voor andere niet-genotoxische agentia, die geen wijzigingen aanbrengen in de DNA sequentie, zijn de termen "epigenetisch" en "tumorpromoverend" in omloop. Deze termen belichten verschillende aspecten van het carcinogeen vermogen van het agens in kwestie. Ze worden soms op dezelfde substantie toegepast, dit naargelang van het aspect dat benadrukt wordt. "Epigenetisch" is een mechanistisch concept. Het betekent dat het agens werkt via een effect op de genexpressie (Addendum 1). De term "tumorpromotor is afkomstig van het experimenteel werk met dieren. Tumorpromotors (Addendum 1) zijn agentia die op zichzelf niet of nauwelijks kankerverwekkend zijn, maar het ontstaan van tumoren bevorderen wanneer zij toegediend worden na een kankerinitiërend (genotoxisch) agens. Men denkt dat tumorpromotors in hoofdzaak ageren door de differentiatie te verstoren en door de clonale expansie van voor kanker geïnitieerde cellen te bevorderen, zo dat het risico van bijkomende mutaties stijgt. Een voor kanker geïnitieerde cel is een cel die een mutatie draagt die een belangrijke rol speelt in de carcinogenese. Men denkt dat het daarbij vooral gaat om mutaties die tot het mutatorfenotype behoren. De term "epigenetisch carcinogeen" kan wellicht toegepast worden op de meeste tumorpromotors, en de meeste epigenetische carcinogenen kunnen wellicht tumorpromotors genoemd worden. Er valt op te merken dat een indeling in genotoxische en epigenetische carcinogenen, zoals de meeste indelingen, enigszins arbitrair is, omdat sommige genotoxische carcinogenen ook epigenetische effecten (effecten op het vlak van de expressie van de genetische informatie) hebben, en vele carcinogenen, die hoofdzakelijk via epigenetische effecten inwerken, toch ook het mutatietempo opdrijven, bijvoorbeeld door het verhogen van intracellulaire concentraties van vrije radicalen 3. Mechanistische inzichten die wijzen op het belang van (zeer) lage dosissen zoals die in het milieu voorkomen Het is moeilijk om de impact van milieufactoren op de incidentie van kanker aan te tonen waardoor het belang hiervan gemakkelijk onderschat wordt. Dit komt onder meer doordat het ontstaan van kanker een multifactorieel meerstappenproces is, waarbij complexe mengsels van talrijke agentia elk in verschillende dosissen een rol spelen en waarbij ook synergisme optreedt. Daarenboven is de overgrote meerderheid van de carcinogene agentia in het leefmilieu (lucht, voeding, drinkwater) nog niet gekend, en kan dus ook hun belang niet ingeschat worden. 3.1. De effecten van carcinogene agentia in lage en zeer lage dosis Over de effecten van kankerverwekkende agentia in zeer lage dosis zoals deze die voorkomen in het leefmilieu bestaat er veel onzekerheid. Er zijn een aantal redenen om aan te nemen dat deze effecten belangrijk zijn: 15

3.1.1. Genotoxische carcinogenen Het is moeilijk om het effect van lage dosissen te onderkennen wanneer de agentia hetzelfde soort van schade veroorzaken als endogene processen. Iedere dosis voegt zich gewoon bij de endogene dosis, en heeft waarschijnlijk een proportioneel mutageen effect. Wel wordt dit type van schade zeer efficiënt hersteld, tenzij bij zeer hoge dosis wanneer het herstelmechanisme wordt overweldigd. Wat men als "spontane" of "endogene" schade typeert, kan daarom voor een gedeelte veroorzaakt zijn door niet onderkende externe carcinogenen. Sommige hier vermelde gegevens gelden ook voor niet-genotoxische agentia die indirect mutaties veroorzaken 3.1.1.1. Exponentieel verband tussen het aantal mutaties en de kankerincidentie. Het ontstaan van kanker berust op een mutatie van meerdere genen in een eenzelfde cel. Elk van deze mutaties is een zeldzame kritische gebeurtenis. De waarschijnlijkheid van het ontstaan van kanker kan bij benadering gegeven worden door het product van de waarschijnlijkheid van iedere kritische gebeurtenis apart (Armitage, 1985). Daarom kan aangenomen worden dat de incidentie van kanker stijgt met de n de macht van het mutatietempo. Een kanker die zou ontstaan als gevolg van de accumulatie van drie welbepaalde onafhankelijke mutaties (elk in een gen dat slechts in één exemplaar voorkomt in het genoom), zou 1 000 maal frequenter voorkomen als het mutatietempo met een factor 10 zou toenemen. Een grote toename in dit mutatietempo is dan ook onverenigbaar met het leven van een complex organisme. Met een 10-maal hogere mutatietempo zou de evolutie wellicht niet verder geleid hebben dan tot organismen van de complexiteit van een bananenvlieg (Alberts et al., 1994). Wellicht is de kankerincidentie die we heden ten dage kennen dan ook het gevolg van slechts een geringe stijging in het gemiddelde mutatietempo van alle cellen in het lichaam, inclusief de mutatorfenotypecellen die aanwezig zijn. De huidige incidentie van kanker in Westerse landen is ongeveer 4 tot 5 maal hoger dan de "basale" kankerincidentie, nl. de incidentie van kankers die veroorzaakt worden door spontane mutaties. Deze basale kankerincidentie kan afgeleid worden uit de som van de incidenties van elke soort kanker in de streek waar deze vorm van kanker het minst voorkomt. De verschillen in incidentie tussen verschillende populaties zijn inderdaad niet te wijten aan etnische (genetische) verschillen, maar aan verschillen in levensstijl en omgevingsfactoren. Een stijging met 26% in het mutatietempo in de cellen betrokken in de spontane carcinogenese volstaat om de incidentie van kanker, veroorzaakt door mutaties in 6 genen, met een factor 4 te doen toenemen, en kan dus de huidige incidentie verklaren. 16

3.1.1.2. Dosis-antwoord voor genetische effecten Voor genotoxische carcinogenen is er geen kritische drempel onder dewelke er helemaal geen mutageen effect is, en het effect van opeenvolgende en/of verschillende blootstellingen is wellicht additief of soms synergistisch. Hei et al. (1997) konden, met behulp van een microbundel apparaat (de "microbeam source at the Radiological Research Accelerator Facility at Columbia University") aantonen dat één enkel alfa partikel volstaat om een mutatie te verwekken, en dat doet met een hoge efficiëntie. 3.1.1.2.1. Dosis hoge dosissen, sterker mutageen In sommige gevallen kunnen hogere dosissen proportioneel een groter effect hebben dan lage dosissen, vooral wanneer het agens in kwestie, op zichzelf, twee verschillende maar synergistisch inwerkende effecten heeft, zoals een mutageen effect en een celdeling-stimulerend effect, of wanneer het agens in zulke dosis gegeven wordt, dat de capaciteit van de cellen om schade aan DNA te herstellen, wordt overspoeld. hoge en lage dosissen dezelfde mutagene activiteit. Meestal is er een min of meer lineaire relatie tussen de dosis van een genotoxisch agens en de hoeveelheid DNA adducten (Phillips et al., 1988; Lutz, 1990a). Bovendien is er ook meestal een lineaire relatie tussen de (lage) dosis van de meeste mutagene stoffen en het aantal mutaties (Ehrenberg et al., 1983; Lutz, 1990a; Ehrenberg et al.,1996). Flow-cytometrische metingen m.b.t. de inductie van micronuclei in vivo bij de muis door zeer lage dosissen van clastogene (chromosoombrekende) agentia tonen een lineair verloop van hoge tot zeer lage dosis (Grawé et al., 1998). zeer lage dosissen sterker mutageen : Low dose hypersensitivity Overschrijding van de capaciteit tot metabole activatie tot een ultiem carcinogeen kan leiden tot een relatief zwakker effect van hoge dosissen van een genotoxisch carcinogeen (Whysner et al.1996) Ook kunnen zeer lage, "omgevings"dosissen, een relatief groter genotoxisch en mutageen effect hebben dan hogere dosissen. Waldren et al. (1986) construeerden hybride hamster-mens cellijnen die slechts één enkel humaan chromosoom 11 bevatten, een chromosoom dat niet essentieel is voor de reproductie van de cel en verschillende genen draagt waarvan de mutatie of de deletie experimenteel kan vastgesteld worden. Zij konden vaststellen dat X-stralen, ultraviolet licht en drie verschillende scheikundige stoffen veel meer detecteerbare mutaties veroorzaakten in de betreffende genen op het niet-essentieel chromosoom dan in andere cellijnen; dit omdat mutaties, en dan vooral mutaties veroorzaakt door bepaalde agentia zoals X-stralen of polycyclische aromatische koolwaterstoffen, complexe gebeurtenissen zijn waarbij vele genen betrokken zijn (bijvoorbeeld grote deleties), waaronder genen die essentieel zijn voor het verder voortbestaan van de cel of voor de celdeling. Op dergelijke hybride cellijnen konden bij zeer lage dosissen metingen verricht worden. De dosis-effect curve bleek supralineair (concaaf naar onder) te verlopen en de mutagene activiteit bleek het grootst te zijn bij zeer lage dosissen. Deze waarneming kan zijn verklaring vinden in het feit dat exogene carcinogenen, onder meer deze die dubbel-strengbreuken veroorzaken, schade induceren waarvoor het herstelmechanisme niet permanent maximaal is ingeschakeld. Ueno et al. (1996) stelden vast dat een lage (0,04GY) adaptatieve dosis van 137Cs-gamma stralen een vermindering met 53% veroorzaakte in het 17

aantal mutanten, geïnduceerd in AL mens-hamster hybride cellen door een daarop volgende zware dosis van 4 GY. Bovendien bleek bestraling met de adaptatieve dosis het mutatiespectrum (de soort mutaties) te veranderen, zowel bij cellen die enkel de adaptatieve dosis ontvingen als bij cellen die de adaptatieve plus de zware dosis ontvingen. Deze verandering in het mutatiespectrum wijst erop door de adaptatieve (0,04 GY) bestraling DNA-herstellingsmechanismen in werking gesteld werden die voordien niet actief waren, met andere patronen van excisie en recombinatie activiteit. Wanneer exogene agentia inwerkten in zeer lage dosis, of in een lage totale dosis die bestond uit zeer lage dosissen die toegediend werden op een intermittente wijze met lange tussenpozen, dan bleek het mutageen effect per dosiseenheid hoger liggen dan bij een eenmalige hogere dosis (Wolff, 1996; Joiner et al., 1996; Ikushima et al., 1996). De adaptatie door een voorafgaande lage dosis zou vooral het aantal dubbelstrengbreuken verminderen, dubbelstrengbreuken die bijzonder efficiënt zijn bij de inductie van chromosomale afwijkingen (Rigaud et al., 1996). Ehrenberg (1996) schat dat de mutagene efficiëntie van een zeer lage dosis (lager dan ± 3mGy in het geval van ioniserende straling) ongeveer 2 tot 3 maal hoger zou zijn dan in het lage dosisgebied waar de dosis-antwoord curve lineair is. 3.1.1.2.2. Dosistempo Zeer laag dosistempo Bij zeer laag dosistempo kan de mutantfrequentie per dosiseenheid relatief hoger zijn. Chinese hamster cellen in vitro werden bestraald met 60CO gamma stralen bij een hoog dosistempo (84 Gy/uur), bij lage dosistempo s rates (200, 50, and 39 mgy/h) en bij verschillende zeer lage dosistempo s (tussen 29 and 4.5 mgy/h). Het aantal 6-thioguanine-resistente mutanten per dosiseenheid daalde wanneer het dosistempo van hoog naar laag werd verminderd. Een verdere daling naar een zeer laag dosistempo leverde echter een stijging van het aantal mutanten per dosiseenheid op (Crompton-NE, 1990). Dit resultaat kan te wijten zijn aan het feit dat een laag dosistempo de cellen toelaat een DNA herstelmechanisme tot expressie te brengen dat bij opeenvolgende treffers zorgt voor een efficiënt herstel van DNA, met minder mutaties per dosiseenheid voor gevolg. Bij een zeer laag dosistempo zou de tijdspanne tussen twee treffers echter te groot kunnen zijn, met als gevolg dat de cel getroffen wordt zonder over een geïnduceerd herstelmechanisme te beschikken, met als gevolg terug een stijging van het aantal mutaties per dosiseenheid. Dit fenomeen zou dus nauw aansluiten bij de hierboven beschreven Low dose hypersensitivity ; beiden zouden kunnen berusten op een relatieve overgevoeligheid van cellen waarbij de mechanismen van DNA herstel niet maximaal geïnduceerd zijn. Chronische blootstelling vs. acute blootstelling Chronische blootstelling aan een mutageen veroorzaakt per dosiseenheid meer mutaties dan een acute blootstelling. Carcinogenen veroorzaken mutaties in de stamcellen van weefsels. Er ontstaat daardoor een verhoogde kans tot het afsterven van stamcellen (een vitaal gen is inactief gemaakt). Er ontstaat een verhoogde proliferatie aangezien de afgestorven stamcel moet vervangen worden (uit de groep van potentiële stamcellen). Door de toegenomen celdelingactiviteit zal als het carcinogeen aanwezig blijft, dit een verhoogd aantal mutaties in de stamcellen teweegbrengen (minder tijd voor herstel van DNA-schade). Door die toename in mutaties vergroot de sterfte, neemt de proliferatie nog meer toe en tengevolge daarvan ook de mutaties, enz. Met constante concentratie van carcinogeen is er een exponentiële toename van de Mutatiefrequentie. Dit geldt voor carcinogenen bij elke concentratie op voorwaarde dat ze continue, over een lange tijd (maanden, jaren), aanwezig blijven. Door dit verschijnsel zal eenzelfde totale dosis meer mutaties teweegbrengen als ze over een langere duur i.p.v. over een kortere duur toegediend wordt. Chronische toediening van een alkylerend agens zoals ethylnitrosurea heeft een groter mutageen effect dan een acute blootstelling (ENU 1 mg/kg per dag gedurende 120 dagen ENU 3 mg/kg per dag gedurende 40 dagen). In een experiment bij 18

muizen induceerde een lage dagelijkse dosis ethylnitrosurea 8 maal meer mutaties tussen de 90 ste en de 120 ste dag dan gedurende de eerste 30 dagen (Shaver-Walker et al., 1995). Bij muizen in vivo werd vastgesteld dat lage dosissen benzeen (40 en 100 ppb) relatief meer chromosomale schade en meer mutaties veroorzaakten dan een hogere dosis (1 000 ppb) (Au et al., 1991; Ward et al., 1992). Ook bij de mens werden m.b.t. benzeen aanwijzingen gevonden voor een relatief sterker genotoxische effect bij lage dosis (Carere et al., 1995). Tevens werd bij de mens, voor blootstelling aan styreen, een hogere mutagene efficiëntie vastgesteld bij lage dosis (Bastlova et al., 1995). 3.1.1.3. Dosis-antwoord voor carcinogene effecten Het kankerverwekkend effect van een welbepaalde dosis van een genotoxische kankerverwekkende stof neemt toe naarmate de populatie die de blootstelling ondergaat een hogere mutatiefrequentie vertoont tengevolge van diverse andere blootstellingen (addendum 3) Gezien het meestal lineair verband tussen de dosis van een genotoxisch carcinogeen en het aantal geïnduceerde mutaties en het exponentieel verband tussen het aantal mutaties, en het kankerrisico, verwacht men op mechanistische gronden een exponentieel verband tussen dosis van een genotoxisch carcinogeen en geïnduceerde incidentie van kanker. Hierbij dient opgemerkt dat de mutaties veroorzaakt door een bepaald mutageen zich voegen bij de spontane, natuurlijke mutaties en bij de mutaties geïnduceerd door andere agentia (Lutz, 1990b). In addendum 2 tonen we aan dat, wanneer men, in een vereenvoudigd maar plausibel model, uitgaat van een blootstelling die het relatief risico op kanker vertienvoudigt (grootteorde waargenomen in dierproeven en in epidemiologische studies met intense blootstelling), en dit lineair extrapoleert naar een extreem lage dosis, men de stijging van het relatief risico t.o.v. het natuurlijk risico slechts met maximaal een factor van de grootteorde van 3 overschat. Dit stemt overeen met de waarde (2 à 3) van de Dose and Dose Rate Effectiveness Factor (DDREF) berekend door Beninson, winnaar van de Sievert Award 1996, voor extrapolatie naar een zeer lage dosis uitgaande van een dosis van 1 tot 2 grays. Lutz (1990a) stelt echter vast dat in epidemiologische studies bij de mens (bij vrij lage dosissen) bijna altijd een lineair dosis-antwoord verband is vastgesteld, en wijt dit ten minste gedeeltelijk aan de heterogeniteit van menselijke populaties waarbij gevoeligheid aan een bepaald agens door vele genen beïnvloed wordt. De berekeningen van Beninson (Sievert lecture) en van Bo Lindell (1996) tonen aan dat men, bij zeer lage dosis ioniserende straling en in aanwezigheid van een belangrijke totale dosis van andere carcinogenen,die zijn er uiteraard altijd, te wijten aan het metabolisme, (Lutz 1990b, Marnett & Burcham, 1993), een lineair dosis-antwoord verband mag verwachten. Het aandeel van benzeen in het leukemogeen vermogen van tabaksrook is beter in overeenstemming met een lineair verband tussen intensiteit van blootstelling aan benzeen en risico op leukemie dan met een verband waarbij de kans op leukemie zou stijgen met de tweede macht van deze intensiteit. In contrast met beschouwingen volgens dewelke lineaire extrapolatie het risico verbonden met lage dosissen sterk zou overschatten, bleek lineaire extrapolatie van een beroepsblootstelling naar 10 tot 100 maal lagere dosis aanleiding te geven tot een plausibele inschatting van de kans op leukemie tengevolge van blootstelling aan benzeen (Korte et al., 2000). Aan de hand van een experiment op een zeer groot aantal (4 080) ratten kwamen Peto et al. (1991a, 1991b) tot het besluit dat voor lage dosissen N-nitrosodimethylamine (NDMA) of N- nitrosodiethylamine (NDEA) het kankerverwekkend effect lineair toenam met de dosis voor levertumoren (die ook spontaan voorkwamen), terwijl geen slokdarmtumoren werden waargenomen bij lage dosis. De incidentie van slokdarmtumoren, die niet spontaan voorkwamen, zou eerder exponentieel stijgen met de dosis. Het natuurlijk logaritme van de probabiliteit tumorvrij te blijven, werd gegeven door het product van twee termen, de eerste (de Weibull b waardeafhankelijk van de dosis per tijdseenheid maar niet van de duur van de blootstelling, en de tweede afhankelijk van de duur van de blootstelling maar niet van de dosis per tijdseenheid. Voor 19

levertumoren geïnduceerd door NDEA was de Weibull b waarde ongeveer proportioneel met de vierde macht van de dosis/dag+0,04 mg/kg/dag en bedroeg 19.(d+0,04) 4 voor mannelijke dieren en 32.(d+0,04) 4 voor vrouwelijke dieren waarbij d de dosis per dag is in mg/kg/dag. Dit is in overeenstemming te brengen met het feit dat mutaties veroorzaakt door het carcinogeen in kwestie zich voegen bij spontane mutaties die in het betreffende orgaan optreden. Vergelijking (1) in addendum 2 is analoog aan de uitdrukking voor de Weibull b waarde die beschrijft hoe de incidentie van tumoren afhangt van de dosis. Merkwaardig is dat de cumulatieve incidentie evenredig is met de 7 e macht van de duur van de blootstelling, zodat een verdubbeling van de duur van blootstelling ongeveer een 100-voudige toename in de cumulatieve incidentie met zich brengt. Ook bij de mens werden kankerverwekkende effecten vastgesteld van lage dosissen, alhoewel dit uiteraard zeer moeilijk is. Het epidemiologisch onderzoek van overlevenden van Hiroshima en Nagasaki wijst, voor de incidentie van vaste tumoren, op een lineair drempelloos dosis-effect verband. De lineaire trend is reeds statistisch significant voor het dosisinterval van 0 tot 50 msv. Een prenatale diagnostische bestraling met een dosis van de orde van 10 mgy veroorzaakt kanker in ongeveer 1 op 900 kinderen (tot de leeftijd van 15 jaar) bovenop de achtergrond kankerincidentie van 1 op 600. In Wit Rusland werden na de Tsjernobyl ramp 790 gevallen van schildklierkanker vastgesteld bij kinderen onder de 18 jaar in de periode 1986-1996 (525 meisjes en 265 jongens), waarvan 35 gevallen tussen 1986-1989 en 755 gevallen tussen 1990-1996 (503 meisjes en 252 jongens). In meer dan één vierde van de gevallen wordt de schildklierdosis geschat op minder dan 100mGy (IAEA/WHO/UNSCEAR conferentie, Sevilla, 17-21 november 1997, on "Low Doses of ionising radiation: biological effects and regulatory control"; met dank aan Dr. Hans Vanmarcke) 3.1.1.4. Na de initiatie neemt het belang van exogene mutagenen toe Zoals aangegeven berust de initiatie van het proces van de carcinogenese meestal op een mutatie die het verlies of de inactivatie tot gevolg heeft van een gen dat betrokken is bij het vermijden van mutaties ("gate-keeper" of "care-taker" genen of andere genen betrokken bij de stabiliteit van het genoom). Aangezien er heel wat gegevens zijn die erop wijzen dat endogene processen verantwoordelijk zijn voor de grote meerderheid van de mutaties in normale cellen, mag men aannemen dat de initiërende mutatie meestal endogeen (spontaan) is, behalve dan in het geval van blootstellingen die het relatief risico op kanker zeer aanzienlijk opdrijven. De initiërende mutatie verandert een normale cel in een cel met een verhoogde mutatiefrequentie. Recent onderzoek toont aan dat de meeste, met overleven van de cel verenigbare, mutaties in "genen betrokken bij het vermijden van mutaties", zoals p53 of DNA-herstel genen, leiden tot een aanzienlijke stijging in de gevoeligheid aan het mutageen effect van exogene agentia, terwijl het mutageen effect van endogene agentia en processen door zulke mutaties nauwelijks toeneemt (genen voor mismatchherstel vormen hierop wel een belangrijke uitzondering). Mutaties die de gevoeligheid aan het mutageen effect van endogene processen verhogen, zoals deze in de BER genen, zijn vaak onverenigbaar met het verder voortbestaan van de cel (Wood, 1996; Ochs et al., 1999). Men kan dan ook verwachten dat, in de meerderheid der gevallen, de (spontane) kankerinitiërende mutatie het relatieve aandeel van exogene agentia in het zich ontwikkelende proces van de carcinogenese zal opdrijven. Het lijkt dan ook waarschijnlijk dat veroudering, noodzakelijkerwijs gepaard gaand met een progressieve accumulatie van geïnitieerde cellen, leidt tot een groter wordende gevoeligheid aan het mutageen en kankerverwekkende effect van exogene agentia. Op te merken valt dat de gevoeligheid aan exogene mutagenen, voor de geboorte of tijdens de jeugd, niet aan een relatieve overgevoeligheid aan exogene agentia te wijten is, maar wel aan een hoger celdelingsritme; ongeveer 50% van alle celdelingen zijn achter de rug vooraleer de volwassenheid bereikt wordt (Zhang et al., 1995; Paashuis & Heddle, 1998). Globaal kan men stellen dat, na de initiatie, het relatieve aandeel van exogene agentia in het optreden van mutaties toeneemt. Zulks wordt bevestigd door de volgende waarnemingen: Mutatiespectra van HPRT genen in normale lymfocyten van verschillende humane populaties zijn zeer gelijkend. Dit wijst op een vermoedelijk endogene oorsprong (Podlutsky et al., 1998; Burkhart-Schultz et al., 1996). Mutatiespectra van p53 genen van kankercellen afkomstig van 20