课件：发育毒性与致畸作用王庆.ppt

1,第九章 发育毒性与致畸作用,公共卫生学院 王 庆,2,本章内容,概述 发育毒性与致畸性 致畸（发育毒性）作用机制 发育毒性和致畸作用试验与评价,3,第一节 概述,4,发育毒理学,Developmental Toxicology：研究出生前暴露环境有害因素导致的异常发育结局及有关的作用机制、影响因素和毒物动力学。 即研究发育生物体在受精卵、妊娠期、出生后、直到性成熟的发育过程中，由于出生前接触导致异常发育的环境有害因子后的发病机制和后果。 是毒理学的重要分支学科。,5,畸胎学（古代） 现代实验畸胎学（19世纪） 发育毒理学,从畸胎学到发育毒理学,6,古埃及、古巴比伦、中国、古印度 6500 B.C. 记载畸胎； 1651年，William Harvey提出发育受阻学说 现代实验畸胎学始于19世纪 作用时间决定畸形类型比损伤性质更关键 1966年美国FDA提出三段生殖毒性试验指南 1986年美国EPA第一次明确了要对化学物进行发育毒性评价。,7,第二节 发育毒性与致畸性,8,一、基本概念,畸形（Malformation）：发育生物体解剖学上形态结构的缺陷。,严重畸形（Major Malformation） 轻微畸形（Minor Malformation）,对发育、生长、形态、生理功能、生育力和（或）寿命可产生有害影响。 可以存活与可能死亡。,9,一、基本概念,致畸物或致畸原（teratogen）：能引起畸形的环境因子。 致畸作用（teratogenesis）：致畸物引起后代结构畸形的过程。 致畸性（teratogenicity）：致畸物引起后代畸形的特性。,选择性致畸物：能在无明显母体毒性剂量下诱发畸形,10,一、基本概念,变异（variation）：由遗传和遗传外因素控制的外观变化，或者由于分化改变而引起差异（deviation）。 子代与亲代之间或子代的个体之间，出现不完全相同的现象。 一般是小的或次要的结构改变。 不影响任何生理功能。,11,一、基本概念,胚体-胎体毒性 胚体毒性（embryotoxicity）：孕体着床前到器官形成期结束的有害影响 胎体毒性或胎儿毒性（fetoxicity）：孕体器官形成期结束以后的有害影响 胚胎毒性（embryo-fetal toxicity）,12,发育毒性（Developmental toxicity）：出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响 发育生物体死亡（Death of the Developing Organism） 生长改变（Altered Growth Growth Retardation) 结构异常（Structural Abnormality） 功能缺陷（Functional Deficiency）,13,发育毒性（Developmental toxicity）：出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响 发育生物体死亡（Death of the Developing Organism） 生长改变（Altered Growth Growth Retardation) 结构异常（Structural Abnormality） 功能缺陷（Functional Deficiency）,当胎儿生长发育指标低于正常对照均值 2个标准差时，可认定为生长迟缓,14,发育毒性（Developmental Toxicity）：出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体之前诱发的任何有害影响 发育生物体死亡（Death of the Developing Organism） 生长改变（Altered Growth Growth Retardation) 结构异常（Structural Abnormality） 功能缺陷（Functional Deficiency）,包括生理、生化、免疫、行为、智力等方面的异常。,15,出生缺陷（Birth Deficiency） 婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括畸形和功能缺陷。 不良妊娠结局（Adverse Pregnancy Outcomes） 妊娠后不能产生外观和功能正常的子代，包括所有的不良结果，如流产、死胎、死产、宫内生长迟缓、发育异常、新生儿和婴幼儿期死亡。,16,二、发育毒性作用的特点 和影响因素,17,（一）发育各阶段发育毒性作用的特点和致畸敏感期,18,特点,机体不同系统和器官的形成与发育不完全同步；分娩时多数器官胎儿期发育成熟，但神经系统、生殖系统直到儿童期、少年期、成熟期才告完成。 不同化学毒物作用于不同发育阶段，产生不同效应。 最容易引起畸形的阶段是器官形成期,19,分化前期，从受精时算起，到完成着床之前的一段时间。 很少发生特异的致畸效应，未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡死亡，又称着床前丢失（preimplantation loss） 也有着床前接触毒物发生畸形的报道,1.着床前期，又称分化前期,20,孕体着床后直到硬腭闭合的一段时间 致畸敏感期或致畸作用危险期 此阶段受损后果： 器官结构畸形（最突出） 胚胎死亡和生长迟缓 吸收胎（resorption） 流产（abortion）,2.器官形成期,21,各个器官发育最旺盛时感受性最强，大多数器官对致畸作用的特殊敏感期，即时间“靶窗”（Target Windows） 。,22,不同器官的致畸敏感期“靶窗”不同，且有交叉重叠。表现为： 1）在器官形成期中不同时间给予致畸物会诱发不同器官畸形； 2）同一天染毒可引起多个器官畸形。,23,反应停的敏感期：末次月经后第34到50天,第35-37天：耳朵畸形和听力缺失 第39-41天：胎儿上肢缺失 第43-44天：双手呈海豹样3指畸形 第46-48天：胎儿拇指畸形,24,3. 胎儿期,器官形成结束后（人类从第56-58天起），直到分娩的一段时间,以组织分化，生长和生理学的成熟为主。接触发育毒物很可能对生长和功能成熟产生效应 全身生长迟缓 特异的功能障碍 经胎盘致癌 死胎,25,免疫系统毒性：影响 T细胞、B细胞和吞噬细胞发育、迁移、归巢和功能等，导致子代暂时性或永久性免疫功能损伤 神经毒性：感觉、运动、认知、学习、记忆 儿童期高发肿瘤： 围生期是一生中对致癌物最敏感的时期。,4.围生期和出生后发育期,26,（二）发育毒性的剂量-反应模式和阈值问题,27,1除了在较高剂量几乎全窝胚胎死亡外，正常胎、生长迟缓和结构畸形同时存在,发育毒性的剂量-反应模式,28,2在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸,发育毒性的剂量-反应模式,29,3有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生,发育毒性的剂量-反应模式,30,较常见，多为细胞毒性致畸物 较少见，受试物有高度致畸作用 有胚胎毒性，但无致畸性,发育毒性的剂量-反应模式,2019/8/30,31,可编辑,32,需要极大的样本数，难以用实验找出一个发生率很低的剂量-反应关系 多数发育毒性机制还不了解，或支持或不支持阈值的存在,发育毒性的阈值概念,致畸带：从NOAEL到胚胎死亡,33,（三）发育毒性的物种差异,一种化学物对不同物种的致畸作用可能不一致，对不同动物并不一定都具有致畸作用，引起畸形的类型也可能不同 造成差异的原因：不同物种之间代谢变化、胎盘种类、胚胎发育速度和方式存在差异。 化学物致畸有易感的物种和品系 机体基因型 能够形成活性代谢产物,34,（四）母体毒性与发育毒性,35,（1）母体因素对发育毒性的影响,母体毒性（Maternal Toxicity)是指化学物对妊娠母体的有害效应，表现为增重减慢、功能异常、临床症状甚至死亡。 影响发育的母体因素包括： 遗传、疾病、营养、应激、对胎盘的毒性,36,（2）母体毒性与发育毒性的关系,有发育毒性无母体毒性 两者均有 有母体毒性但无致畸作用 一定剂量下，两者皆无,母体毒性与发育毒性存在的几种类型：,37,（3）母体毒性与发育毒性的关系,发育毒性是否由母体毒性导致的？ 明确有发育毒性的有害因素同时也有母体毒性； 发育毒性的严重程度和发生率与母体毒性相关。,38,（4）母体毒性与发育毒性的关系,母体中毒剂量水平胚胎死亡和生长迟缓 先天畸形？,Khera提出：,（1）不伴致畸作用 （2）伴有包括腭裂在内的多种畸形 （3）伴有特征性致畸谱,母体毒性,目前仍难以确定母体毒性与发育毒性之间的确切关系,39,(五) 父源性发育毒性,父源性出生缺陷（Paternal Birth Defect）：遗传缺陷、年龄、环境暴露因素等通过父亲对发育个体产生不良影响。 父源性暴露引起的子代发育异常： 流产、死胎、低出生体重、畸形、功能障碍、儿童期肿瘤,40,第三节 致畸（发育毒性） 作用机制,41,一、基因突变与染色体畸变,环磷酰胺（Cyclophosphamide,CP), 可诱发DNA断裂和染色体畸变，同时也被用作致畸试验的阳性物，可引起脑积水、露眼、腭裂、小颌畸形、脐疝、尾部和肢体畸形等。 染色体畸变占人类发育缺陷原因的3%，自发流产至少有50%存在染色体畸变。,42,一、基因突变与染色体畸变,CP Cyclophosphamide 环磷酰胺,PM Phosphoramide mustard， 磷酰胺芥子气,AC Acrolein，丙烯醛,代谢,DNA损伤，DNA-DNA和DNA-蛋白交联,标记CP试验,与蛋白质结合,脑积水、露眼、腭裂、小颌畸形、脐疝、尾部和肢体缺陷,43,二、干扰基因表达,在培养的小鼠胚胎中用反义寡核苷酸探针抑制原癌基因Wnt-1或Wnt-3a，可产生中脑和后脑，或中脑、后脑和脊髓的畸形 剔除Wnt-1基因的突变小鼠也可产生中脑和后脑的畸形 向小鼠胚胎中加入鸡的-肌动蛋白启动子时，Hox-1.1基因表达，并产生多种颅脸部和颈椎的畸形。,44,二、干扰基因表达,表观遗传学（Epigenetics） DNA甲基化 组蛋白修饰 染色质重塑 miRNA,45,三、细胞损伤与死亡,诱发细胞凋亡，干扰正常发育，引起胚胎畸形沙利度胺、全反式视黄醇、N-乙酸基-2-乙酰氨基芴、甲基汞、乙醇等 导致细胞周期混乱氧化损伤和DNA断裂,46,47,48,四、干扰细胞-细胞交互作用,细胞-细胞间的相互作用主要通过细胞通讯来实现，包括缝隙连接通讯、膜表面分析接触通讯等直接的细胞间通讯和由受体介导的细胞信号转导系统。,49,五、通过胎盘毒性引起发育毒性,镉在妊娠中晚期可致胎盘坏死或血流减少； 抑制对营养物质的传送,50,六、干扰母体稳态,环境内分泌干扰物作用机制 （1）受体结合； （2）改变激素代谢酶活性； （3）扰乱下丘脑-垂体激素释放。,二氟苯水杨酸,母体贫血、损耗RBC的ATP,兔中轴骨骼缺陷,苯妥英,母体叶酸代谢,致畸,环境内分泌干扰物,改变母体的 内环境稳态,发育毒性,51,第四节 发育毒性和致畸作用 试验与评价,52,外源化学物发育毒性评价包括,哺乳动物发育毒性试验 人群流行病学调查 发育毒性替代试验,53,一、哺乳动物发育毒性试验,最佳联合方案是对成年动物进行染毒并包括子代从受精卵到性成熟所有生长发育阶段,观察期应贯穿一个完整的生命周期，以检测近、远期效应,最常选用的方案为三阶段试验,为什么要进行动物试验？有什么不足？,54,一、哺乳动物发育毒性试验,试验方案： 三段生殖毒性试验药物生殖发育毒性的评价 一代或多代生殖毒性试验食品添加剂、农药及其他化学物的评价,55,三段生殖毒性试验,断乳,分娩,硬腭闭合,着床,受孕,检查生殖功能 配子发育与成熟 交配行为 受精,检查雌性动物 生殖功能、胚 胎着床前发育 着床,雌性动物生殖 功能、胎体发 育、器官形成,雌性动物生殖 功能、胎体发 育生长、器官 发育生长,雌性动物生殖 功能、新生仔对 宫外生活的适应 断乳前的发育生长,断乳后的生长发育 独立生活的适应 达到完全的性功能,56,发育毒性和致畸试验与评价,57,二、流行病学研究和人类 发育毒物的确定,（一）发育毒性的流行病学 挑战 目的 寻找导致出生缺陷的原因； 了解出生缺陷发生的趋势； 引起公众注意，保护公众健康。,58,二、流行病学研究和人类 发育毒物的确定,（二）人类发育毒物的确定 确认人类致畸物的标准： 1、一种特殊的缺陷或几种缺陷并发（综合征）的频率增加； 2、缺陷的增加与某种已知的环境改变相关联（如一种新药的广泛使用）； 3、在妊娠的特殊阶段已知暴露于某种环境改变，产生有特征性缺陷的综合征； 4、缺