毒理学发育毒性与致畸作用.ppt

2020 2 29 1 发育毒性与致畸作用 2020 2 29 2 发育毒理学 DevelopmentalToxicity 研究出生前暴露于环境有害因子导致的异常发育结局及有关的作用机制 发病原理 影响因素和毒物动力学等 起源于畸胎学 teratology 经历了一系列重大发育毒性事件后得到迅速发展 2020 2 29 3 历史 1940年澳大利亚风疹大流行 次年出生婴儿先天性白内障 耳聋 智力发育不全和先天性心脏病显著增加 1945年日本广岛长崎 胎儿患小头畸形和智力低下 一年内死亡率高达25 1950年美国霍普金斯大学医院发现 怀孕期间服用黄体酮 先后有600多名女婴出现生殖器男性化畸形 1960 1962年用于抗妊娠反应的反应停应用后 出现上万例短肢畸形儿 海豹畸形 2020 2 29 4 历史 1968年日本多氯联苯污染米糠油事件 孕妇出现死产 早产或产下 油症儿 1969年母亲妊娠18周前服用乙烯雌酚 可诱发女性后代青春期阴道和宫颈透明细胞癌 男性后代则出现附睾囊肿 睾丸囊性硬结 小阴茎及精子异常 1970s 胎儿酒精综合症 孕期吸烟可能不良妊娠反应 包括流产等 可卡因暴露导致多种不良发育效应 2020 2 29 5 管理法规的建立 古埃及 古巴比伦 中国 古印度6500B C 记载畸胎 1651年 WilliamHarvey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提出可疑发育毒物危险度评价指南 第一次明确提出对化学物进行发育毒性评价 2020 2 29 6 现代统计资料 受孕产生完全正常的健康婴儿60 婴儿出生时严重畸形2 3 1岁时6 7 轻微畸形14 前五位先天缺陷 先天性心脏病 神经管缺陷 血红蛋白病 唐氏综合症 蚕豆病 出生缺陷的原因 估计15 25 遗传因素 4 母体状况 1 2 脐带阻断等宫内机械性问题 明确环境因素 1 65 未知 可能来源于环境因素和遗传因素的共同作用 2020 2 29 7 一 基本概念 1 畸形 malformation 胚胎在发育过程中 由于受到某种因素的影响 是胚胎的细胞分化和器官的形成不能正常进行 而造成器官组织上的缺陷 并出现解剖学上的形态结构异常 严重畸形 对外观 生理功能和 或寿命有明显影响 轻微畸形 轻微或没有影响 2020 2 29 8 致畸作用 teratogeniceffect 指致畸物通过母体作用于胚胎而引起胎儿畸形的过程和能力 凡能引起胚胎发育障碍而导致胎儿发生畸形的物质 致畸物 teratogen 能在无明显母体毒性剂量下诱发畸形 选择性致畸物 致畸性 teratogenicity 2020 2 29 9 2020 2 29 10 河马小姑娘 这名14岁的女孩名叫玛丽 卡苏斯 是南美国家海地人 刚生下来时和其他女孩一样漂亮可爱 后来她患上了一种罕见的遗传病 多骨纤维性发育异常症 导致她的脸部长出重达7 7公斤的罕见巨型肿瘤 2020 2 29 11 象脸人 陈石平从7岁开始 由于基因变异造成脸部神经纤维肿瘤 满脸长满了肉瘤 使陈石平脸部骨骼变形 呼吸受阻 说话不清 看东西 吃饭都要先掀起挡在脸上的 肉帘 2020 2 29 12 2 变异 variation 是由遗传和遗传外因素控制的外观变化 或由于分化改变而引起的差异 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 一般认为变异不影响正常生理功能 2020 2 29 13 器官形成期结束后的因素引发的任何毒性表现 死亡 低体重 骨化迟缓 功能缺陷以及结构异常 3 胚胎 胎儿毒性 外源性理化因素造成的着床前后直到器官形成期结束的所有毒性表现 胎儿毒性 fetoxicity 胚胎毒性 embryotoxicity 2020 2 29 14 4 发育毒性 developmentaltoxicity 出生前经父体和 或 母体接触外源性理化因素引起的在子代到达成体之前出现的有害作用 发育生物体死亡生长改变结构异常功能缺陷 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 包括生理 生化 免疫 行为 智力等方面的异常 2020 2 29 15 5 出生缺陷 birthdefect 指婴儿出生前即已形成的发育障碍 包括形态结构异常 畸形 和功能缺陷 智力低下 代谢和行为异常 与营养缺乏和环境有害因子有关的常见出生缺陷包括 先天性心脏病 唇腭裂 神经管畸形 叶酸缺乏 尿道下裂 隐睾症和低出生体重 小于2 5kg 2020 2 29 16 5 不良妊娠结局 adversepregnancyoutcome 指妊娠后不能产生外观和功能正常的子代 包括所有不良后果 如流产 死胎 宫内生长迟缓 发育异常 新生儿和婴幼儿期死亡等 2020 2 29 17 二 致畸作用的毒理学特点 1 胚胎与致畸物发生接触时 可因胚胎所处的发育阶段不同而呈现不同的敏感性 2 同一致畸物在不同发育阶段接触胚胎可引起不同的畸形 3 种属差异在致畸作用中较为明显 不同种系的动物显出不同的敏感性 2020 2 29 18 一 发育各阶段致畸作用的特点 一 着床前期 分化前期 从受精时算起 到完成着床之前的一段时间人 11 12天 啮齿类动物 前6天 此期很少发生特异的致畸效应 通常是未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡死亡 着床前丢失 preimplantationloss 2020 2 29 19 二 器官形成期 孕体着床后直到硬腭闭合的一段时间 人 妊娠3 8周大鼠 小鼠 妊娠第6 15天家兔 妊娠第6 18天此期特别容易感受致畸物的作用而诱发器官结构的缺陷 即结构畸形 也称致畸敏感期 criticalperiod 大多数器官对致畸作用有特殊的敏感期 所谓 靶窗 targetwindows 这一时期外援化学物作用结果以结构畸形为主 也有胚胎死亡和生长迟缓 吸收胎 resorption 流产 abortion 2020 2 29 20 各个器官发育最旺盛时感受性最强 不同器官的靶窗不同 且有交叉重叠 表现 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同一天染毒可引起多个器官受损 2020 2 29 21 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 2020 2 29 22 三 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基本特色 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 2020 2 29 23 四 围生期和出生后的发育期 发育免疫毒性 严重影响出生后T细胞 B细胞和吞噬细胞的发育 迁移 归巢和功能 可能暂时或永久地损伤机体的免疫系统 神经行为发育异常 导致一些感觉 运动 自主和认知能力的障碍 儿童期肿瘤 围生期是一生中对致癌物最敏感的时期 许多儿童高发的肿瘤 如急性淋巴细胞性白血病 神经母细胞瘤 都可能与出生前因素有关 2020 2 29 24 如妊娠期饮酒造成的乙醇综合征胎儿 表现 小头 颅面畸形 子宫内和出生后生长迟缓 精神 运动和智力发育滞后 智商低 IQ68 终身神经行为紊乱等神经发育异常 在出生前后从母乳 空气 食物 环境 玩具中摄入铅 会引起幼儿认知功能发育和学习障碍 父母亲吸烟 烟碱 可改变胎儿中枢神经系统烟碱受体发育 增加出生后的学习 行为和注意力障碍 还引起自发流产 增加婴儿突然死亡综合征 SID 和低出生体重的危险 2020 2 29 25 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 二 发育毒性的剂量 反应模式 2020 2 29 26 2 在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸 甚至全窝致畸 2020 2 29 27 3 有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生 28 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 2020 2 29 29 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 考虑个体的阈值和群体的阈值之间的区别 发育毒性的阈值概念 30 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 2020 2 29 31 化学毒物对孕母产生的损伤作用增重减慢 功能异常 临床症状 死亡常用增重减慢和死亡率来表示 三 母体毒性与发育毒性 一 母体因素对发育毒性的影响 母体毒性 maternaltoxicity 2020 2 29 32 1 遗传学2 疾病3 营养4 应激5 对胎盘的毒性 一 母体因素对发育毒性的影响 2020 2 29 33 1 遗传学 孕母的遗传结构是孕体发育结果的一个决定因素 如唇腭裂 CI P 的发病率依赖于母体的而非胚胎的基因型 白人中的发病率比黑人中更高 在两个相关的小鼠品系AJ系和CL Fr系中 自发CL P 率分别为8 10 和18 26 2020 2 29 34 2 疾病 母体未控制的糖尿病 某些母体的感染 经过间接的疾病相关的母体变化或直接经胎盘的感染对孕体有不利的影响 如巨细胞病毒感染与胎儿死亡 小头畸形 心智发育延滞 盲目和耳聋有关联过高热是实验动物的强致畸因子 在人类妊娠最初三个月内母体发热与中枢神经系统畸形有关 2020 2 29 35 3 营养 蛋白质 热量 维生素 微量元素及酶辅因子的缺乏已知对妊娠有不利的影响 有生育神经管缺陷 NTDs 婴儿危险的妊娠妇女 补充4mg叶酸可减少NTD复发超过70 2020 2 29 36 4 应激 不同形式的母体毒性可能通过诱导生理学的应激反应产生发育毒性 妊娠大鼠和小鼠对贯穿妊娠期的噪声应激可产生发育毒性 2020 2 29 37 5 对胎盘的毒性 胎盘能代谢和 或 储存外源化学物胎盘也可能是毒作用的靶胎盘毒性可能危及其功能和产物 或促进对孕体的有害效应 2020 2 29 38 二 母体毒性与胚胎毒性的关系 1 具有胚胎毒性 但无母体毒性 致畸作用有特定的机制 与母体毒性无关 如反应停 最容易被忽视也最危险 2020 2 29 39 2 同时出现胚胎毒性和母体毒性 只在母体毒性时 观察到发育毒性效应可能是间接的往往不具有特定的致畸机制可能是母体生理学的紊乱的继发效应 2020 2 29 40 3 具有母体毒性 但不具有致畸作用 4 在一定剂量下 既无母体毒性 也不表现胚胎毒性 41 四 父源性发育毒性 父源性出生缺陷 PaternalBirthDefect 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 2020 2 29 42 五 致畸 发育毒性 作用机制 1 基因突变和染色体畸变2 干扰基因表达3 细胞损伤和死亡4 干扰细胞 细胞交互作用5 通过胎盘毒性引起发育毒性6 干扰母体稳态 2020 2 29 43 1 基因突变与染色体畸变 电离辐射 烷化剂 亚硝酸盐 多数致癌物都可能致畸 妊娠第13天的大鼠胚胎羊膜内注入CP及其两个代谢活化的致畸性产物PM或AC后 CP和AC引起了脑积水 露眼 腭裂 小领畸形 脐疝 尾部和肢部缺陷 而PM仅仅引起脑积水 尾部和肢部缺陷 2020 2 29 44 常染色体数目的过多或缺少常常使胚胎死亡 难以发现或未作检查 而生殖丢失占很大比例 大量的研究已证实 自发流产的胚胎中至少50 存在染色体畸变 电离辐射 病毒以及能引起染色体畸变的某些化学毒物都有致畸作用 2020 2 29 45 2 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 2020 2 29 46 3 细胞损伤和死亡 细胞增殖率在个体发生过程中空间和时间都在变化 在胚胎中细胞增殖 分化和凋亡之间有精致的平衡 2020 2 29 47 细胞周期长度的不同可能部分地影响敏感性 如 胚胎的神经上皮对CP诱导的细胞死亡相当敏感 而心脏有抵抗力 第10天大鼠胚胎神经上皮的细胞周期时间大约为9 5h 而在心脏中的细胞周期大约是13 4h 这是由于心脏细胞比神经上皮有更长的C0 G1期 2020 2 29 48 细胞凋亡 程序性细胞死亡 指胚胎中在遗传基因的控制之下的特定类型的细胞死亡 部分致畸物 如细胞生长依赖激素 乙醇 抗癌药物都能促进细胞凋亡 49 50 2020 2 29 51 4 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 2020 2 29 52 5 通过胎盘毒性引起发育毒性 已知对卵黄囊或绒 毛 膜尿囊胎盘有毒性的毒物有46个 包括镉 Cd 砷或汞 香烟 乙醇 可卡因 内毒素和水杨酸钠等 如Cd在妊娠中晚期通过引起胎盘毒性 坏死 减少血流 和抑制对营养物质的传送导致发育毒性 2020 2 29 53 实验发现 在妊娠晚期大鼠体内注入Cd造成胎儿死亡 但几乎没有Cd进入胎儿体内 而是在10h内伴随子宫胎盘血流减少发生胎儿死亡 如胎儿直接注射Cd 尽管胎儿的Cd负荷比母体给药后高几乎10倍 胎儿死亡仅只有轻微增加 2020 2 29 54 6 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 2020 2 29 55 六 发育毒性和致畸作用试验与评价 一 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 2020 2 29 56 交配受孕着床分娩哺乳期 硬腭闭合 阶段试验 阶段试验 阶段试验 2020 2 29 57 I阶段试验 雌雄性交配前 受孕 雌性受精 雌性着床期间染毒对成年雌雄性的生殖功能 配子的发生及成熟 交配行为 受精 着床前的发育和着床的影响 2020 2 29 58 阶段试验 从着床到硬腭闭合期间染毒对成年雌性生殖功能 胚胎发育 器官形成期的发育毒性 2020 2 29 59 阶段试验 从着床到幼仔断乳期间对孕 乳 母染毒从着床到子代性成熟的母体生殖毒性 妊娠 分娩和哺乳 和子代的发育毒性 胚胎 胎儿生长发育 新生幼仔宫外生活的适应性 断乳前后的生长发育 独立生活能力和性功能成熟 2020 2 29 60 二 流行病学研究和人类的证据 一 人类证据的获得 通过流行病学方法来研究环境发育毒物对人类发育的影响 包括其性质 程度以及原因 分析流行病学 有四种化学物 酒精 多氯联苯 卡马西平和可卡因 对出生缺陷登记的分析 丙戊酸 2020 2 29 61 国际生命科学研究所 InternationalLifeSciencesInstitute ILSI 1989年根据动物试验中发育毒性效应的类型 严重性和发生率将化学物分为四类 并规定各类型的不同的安全系数范围 用以评定待测物发育毒性的危险度 2020 2 29 62 2020 2 29 63 1 药物 根据药物对人类的孕体造成危险的证据 FDA 1979 对于药物在妊娠期的使用采用字母A B C D和X来进行等级评定 分类管理 ICH人类用药危险度分类研究设计中也有类似规定 要求医生按规定开处方 使妊娠妇女按规定使用这些药品 2020 2 29 64 2020 2 29 65 A类 在妊娠人群中控制良好的研究未能证实有危险 X类 在妊娠期用药是不当的 对胎儿的危险比患者任何可能的受益更重要 C类 不能排除危险 缺乏人的研究 而动物研究缺乏或是阳性 但药物对患者的好处可能证明潜在的危险是值得的 2020 2 29 66 A B C类 仅在明显需要 或证明可能受益与对胎儿可能的危险比较是可取时 在怀孕期间可以使用D类 在怀孕期间使用 应通知病人对胎儿可能的危害X 怀孕或可能怀孕的妇女中禁止使用 2020 2 29 67 2 环境化学物 对于环境化学物 发育毒性的危险性评价程序的目的通常是要得出一个NOAEL 考虑安全的多变性或不确定因素 最终得出对人假定是相对安全的暴露水平 2020 2 29 68 1996年 美国食物质量防护行动 FQPA 考虑到来自不同来源的同一毒物通过共同的作用模式的联合接触 以及内分泌干扰作用的累积效应 在利用动物实验得到的NOAEL为孩子计算允许摄入量时 除了考虑其他的不肯定因素外 额外增加了10倍的安全系数 2020 2 29 69 3 确认人类致畸物的标准 某种特异的缺陷或几种缺陷综合征的发病率突然增加 缺陷的增加与某种已知的环境改变 如某种新药的广泛使用巧合 已知在妊娠的特殊阶段接触环境的改变 产