发育毒性和致畸作用

关于发育毒性和致畸作用第一页，共一百三十三页，2022年，8月28日2【目的要求】掌握外源化学物对生殖系统毒作用过程、特点及评价方法。掌握外源化学物对机体致畸作用（发育毒性）过程、特点、影响因素及评价方法。第二页，共一百三十三页，2022年，8月28日3【内容】第一节概述第二节发育毒性与致畸性第三节致畸（发育毒性）作用机制第四节发育毒性和致畸作用的试验与评价第三页，共一百三十三页，2022年，8月28日4反应停(thalidomide)事件孕妇的理想选择？1953年，联邦德国一家名为Chemie

Gruenenthal的制药公司研究人员发现，反应停（沙立度胺）具有一定的镇静安眠作用，而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗效极佳。1957年10月1日该公司将反应停正式推向市场。第四页，共一百三十三页，2022年，8月28日5当时反应停成了“孕妇的理想选择”，在欧洲、亚洲、非洲和南美洲被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐。科学家们在研制反应停时，并没有料到这种药物会产生如此可怕的副作用。第五页，共一百三十三页，2022年，8月28日6

令人恐怖的副作用到了1960年，欧洲的医生们开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升。这些婴儿有的是四肢畸形(主要是双上肢的短肢畸形)，有的是腭裂，有的是盲儿或聋儿，还有的是内脏畸形。第六页，共一百三十三页，2022年，8月28日7调查显示，孕妇在末次月经后第34～50天是反应停作用的敏感期。

在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。1970年4月10日，案件的控辩双方于法庭外达成了和解，Chemie

Gruenenthal公司同意向控方支付总额1.1亿德国马克的赔偿金。第七页，共一百三十三页，2022年，8月28日81960年，欧洲的医生们开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升。这些婴儿以四肢畸形为主，还有的是腭裂、盲儿或聋儿，或内脏畸形。1961年11月，联邦德国汉堡大学的遗传学家兰兹博士根据自己的临床观察提示反应停可能具有致畸胎性。1961年底Thalidomide退出市场1962:FDAinspectorFrancesOldhamKelseyreceivesanawardfromPresidentJohnF.KennedyforblockingsaleofThalidomideintheUnitedStates梅里尔公司在申请前研究过“反应停”对怀孕大鼠和孕妇的影响，但没有出现畸形大鼠和畸形儿。Kelsey以数据不全为由，第八页，共一百三十三页，2022年，8月28日9Thalidomide为什么导致畸形儿的出生？为什么畸形大都是四肢短小？为什么大鼠没有出现畸形？为什么在梅里尔公司的研究中，halidomide没有导致畸形儿的出生？第九页，共一百三十三页，2022年，8月28日10胚胎早期发生第十页，共一百三十三页，2022年，8月28日11

一、受精1．精、卵膜的接触并融合。

2．精核与其胞质进入卵细胞。

3．雌原核、雄原核形成。

4．雌、雄原核的靠拢、融合第十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日12桑椹胚（morula）：受精后第3天，形成了12~16个卵裂球组成的实心胚。胚泡：受精后第4~6天桑椹胚细胞继续分裂，细胞间开始出现小腔隙，并逐渐汇合成一个大腔，桑椹胚转变为中空的泡状。着床：胚泡埋入子宫内膜的过程；开始于受精后第5~6天，完成于第11~12天二、卵裂和胚泡形成第十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日13三、植入着床：胚泡埋入子宫内膜的过程；开始于受精后第5~6天，完成于第11~12天第十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日14四、胚层形成和分化（一）二胚层胚盘及相关结构的形成1.下胚层:面向胚泡腔内细胞群细胞形成的单层细胞。2.上胚层:其余内细胞群细胞排列规则形成的细胞层。3.二胚层胚盘:上下胚层紧密相贴，形成椭圆形盘状结构。形成的时间第2周第十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日15（二）三胚层形成胚胎第3周初，胚盘尾端中线处的上胚层增生形成原条。第十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日外胚层背侧中线增厚神经板沟缘愈合神经管(neuraltube)：中枢神经系统、神经垂体、视网膜、松果体等神经褶神经沟神经嵴(neuralcrest)：周围神经系统、肾上腺髓质等表面外胚层：表皮及其附属器、内耳膜迷路、角膜上皮等畸形：前神经孔不闭——无脑儿后神经孔不闭——脊髓裂（三）三胚层的分化第十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日轴旁中胚层体节生皮节：真皮生骨节：中轴骨(脊柱、肋骨）生肌节：躯干肌间介中胚层：泌尿生殖系统的原基侧中胚层体壁中胚层：体壁的骨骼、肌肉、血管、结缔组织等原始体腔：心包腔、胸膜腔、腹膜腔脏壁中胚层：消化和呼吸系统的肌组织、血管、结缔组织等生心区心脏的原基间充质结缔组织、肌组织、血管第十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日18

前肠(前端口咽膜)

内胚层(原肠)中肠(连卵黄囊)消化、呼吸后肠(末端泄殖腔膜)系统上皮另:甲状腺甲状旁腺胸腺上皮中耳膀胱阴道第十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日19五、胚体外形建立第5周后，胚胎外形发生了一系列的变化。胚体颜面已形成，眼、耳和鼻已出现，肢芽形成四肢，外生殖器已发生，颈部出现，头已伸直，脐带形成，胎儿悬浮于羊膜腔中。第8周末，胚体已成人形外形建立。第十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日20胎盘功能

(1)物质交换：母体和胎儿物质交换。(2)屏障作用胎盘膜：由合体滋养层、细胞滋养层和基膜、绒毛内结缔组织、绒毛内毛细血管的基膜及内皮细胞组成。⑵内分泌功能HCG：受精后第2周开始分泌，第8周达高峰；HCS：受精后第2月开始分泌，第8月达高峰；孕激素及雌激素：受精后第4月开始分泌

第二十页，共一百三十三页，2022年，8月28日21胚胎发育分期精子＋卵子→受精卵人胚胎在母体内发育经历38周(38周×7天/周=266天)，可分为二个时期：1.胚期(embryo)

受精后1~8周致畸敏感期2.胎期(fetus)受精后9~38周对致畸因子不敏感

3.围生期（围产期）

第26周至出生后4周，此时期母婴保健和护理应特别注意，“围生期医学”因此诞生。第二十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日22

人类胚胎的致畸敏感期第二十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日23第一节概述第二十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日24畸胎学（Teratology,古代）现代实验畸胎学（十九世纪）发育毒理学（Developmentaltoxicology,二十世纪）第二十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日25Teratology(畸胎学)来自于希腊语monster(怪胎)，即teras(畸胎)。1651年，WilliamHarvey提出发育障碍学说：畸形起因于器官或结构的不完全发育。

一、畸胎学第二十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日26物理、化学因素鸡蛋畸形小鸡：神经管缺陷、无脑畸形、脊柱裂、独眼畸形、心脏缺陷等作用时间在决定畸形类型方面比损伤性质更重要。二、现代实验畸胎学第二十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日2720世纪早期，环境因素（温度、微生物毒素和药物）可干扰鸟类、爬行类、鱼类和两栖类的发育。1935年，Hale报道维生素A缺乏可诱导母猪产下突眼和腭裂的畸形后代。后来，发现氮芥、锥蓝、激素、抗代谢药、烷化剂和缺氧等，均可引起哺乳动物畸形。1940年澳大利亚风疹大流行，次年流行婴儿先天性白内障、耳聋、智力不全、先天性心脏病1945年广岛长崎原子弹爆炸，受辐射儿童出现小头畸形、智力低下，一年内死亡率25%三、发育毒理学第二十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日28三、发育毒理学第二十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日291950年，日本，先天性水俣病患者。手足协调失常，甚至步行困难、运动障碍、弱智、听力及言语障碍、肢端麻木、感觉障碍、视野缩小；重者例如神经错乱、思觉失调、痉挛，最后死亡。三、发育毒理学第二十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日3020世纪70年代，Jones描述了酒精综合征（FAS），包括面部畸形、宫内和产后生长迟缓、精神运动和智力发育障碍等。三、发育毒理学胎儿酒精综合症（英文：Fetalalcoholsyndrome，简称FAS）又称胎儿酒精症候群，是母亲在妊娠期间酗酒对胎儿所造成的永久出生缺陷，程度会按母亲喝酒的份量、频率及时间所影响。酒精会进入胎盘，并阻碍胎儿的成长及体重，造成独特的脸部小斑，破坏神经元及脑部结构，并引起体质、心智或行为等问题第三十页，共一百三十三页，2022年，8月28日31孕妇吸烟也引起不良妊娠结局，包括流产、围生期死亡、婴儿猝死综合征等。可卡因暴露也可引起多种不良发育效应，如胎盘早期剥离、早产和流产、小脑畸形等三、发育毒理学第三十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日32上述事件让人们认识到生物、物理、化学和不良生活嗜好都可引起人类畸形。1966年，FDA提出三段生殖毒性试验指南，包括对致畸等发育毒性的评价。1986年，美国环境保护局（EPA）提出可疑发育毒性危险度评价指南，第一次提出要对化合物进行发育毒性评价。三、发育毒理学第三十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日33人类成功妊娠结局（pregnancyoutcomes）的比例非常低。美国统计，着床前丢失（早早孕丢失）超过50%，着床后丢失（流产、死胎）约占31%；新生儿严重畸形率约2-3%，1岁婴儿6~7%，轻微畸形约14%；低出生体重占7%。1岁婴儿死亡率1.4%，神经功能异常占16-17%。我国卫生部（1988）：29个省市1986~1987年1243284例围产儿，先天畸形率1.3%，推算我国每年有30~40万严重的先天畸形儿出生，其中很大比例在一年内死亡。全球确认的先天缺陷有7000多种，前五位为先天性心脏病、神经管缺陷、血红蛋白病、唐氏综合征、蚕豆病。三、发育毒理学第三十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日34出生缺陷原因尚未明了，估计15-25%为遗传因素，4%归因于母体状况，3%为母体感染，1-2%由于脐带阻断等功能机械因素；与化学物或其他因素有明确关系的不到1%。其他不明出生缺陷可能与环境因子暴露有关。发育毒理学(developmentaltoxicology)：是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、影响因素和毒代动力学等。包括受精卵、妊娠期、出生后、直到性成熟的发育过程。三、发育毒理学第三十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日35第三十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日36第二节发育毒性与致畸性第三十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日37畸形：指发育生物体解剖学上的形态结构的缺陷。分为严重畸形(major)和轻微(minor)畸形。前者对外观、生理功能和(或)寿命有明显影响，后者则只有轻微影响。致畸物或致畸原(teratogen)：能引起畸形的环境因子。致畸性(teratogeniceffectorteratogenesis)和致畸作用(teratogenicity)：致畸物引起畸形的过程和能力。1.畸形(malformation)一、基本概念第三十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日38变异：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。指同一种属的子代与亲代之间或子代的个体之间，有时出现不完全相同的现象，是小的或次要的改变。一般认为变异不影响正常生理功能，更不危及生命。2.变异(variation)一、基本概念第三十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日39胚体毒性(embryotoxicity)：指外源性理化因素对孕体着床前后直到器官形成期结束时的有害影响。表现：胚体期染毒而出现畸胎、生长迟缓、着床数减少和吸收胎，也偶有死胎。胎体毒性或胎儿毒性(fetoxicity)：对孕体器官形成期结束后的有害影响。表现：胎儿死亡、体重降低、骨化迟缓、功能缺陷以及结构异常，甚至肿瘤。3.胚体-胎体毒性一、基本概念孕体是指胎儿、胎膜和胎水构成的复合体，孕体在整个妊娠期起着主导作用第三十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日40在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分胎儿与胚体，所以使用胚胎毒性（embryo-fetaltoxicity）更恰当。广义的说胚胎毒性包括孕体结构和功能方面的各种损害，一般情况下，胚胎毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，而不包括结构畸形。3.胚体-胎体毒性一、基本概念第四十页，共一百三十三页，2022年，8月28日41一、基本概念发育生物体死亡(deathofthedevelopingorganism)：包括受精卵未发育即死亡或胚泡未着床即死亡(早早孕丢失)，或着床后发育到某一阶段死亡。早期死亡被吸收或自子宫排出，晚期死亡成为死胎。生长改变(alteredgrowth)：一般指生长迟缓。当胎儿生长发育指标低于正常对照的均值2个标准差时，可认为生长迟缓。4.发育毒性(developmentaltoxicity):出生前后接触有害因素，子代个体发育成体之前诱发的任何有害影响。第四十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日42一、基本概念结构异常(structuralabnormality)：指胎儿形态结构异常，即畸形，包括外观畸形、内脏畸形和骨骼畸形。功能缺陷(functionaldeficiency)：包括生理、生化、免疫、行为、智力等方面的异常。经常在出生后，听力或视力障碍、生殖功能障碍、智力障碍等。4.发育毒性第四十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日43一、基本概念5.出生缺陷(birthdefect)：指婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括畸形和功能缺陷。与营养缺乏和环境有害因子有关的出生缺陷：先天性心脏病(congenitalheartdisease):在胚胎发育时期，由于心脏及大血管的形成障碍而引起的局部解剖结构异常，或出生后心脏应自动关闭的通道未能闭合。唇腭裂：最常见口腔颌面部畸形，分唇裂和腭裂第四十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日44一、基本概念

5.出生缺陷神经管畸形：中枢神经系统的发育畸形，包括无脑畸形和脊柱裂。母体怀孕初期叶酸缺乏是主要原因。尿道下裂(hypospadia):男性泌尿生殖系统最常见的先天畸形，尿道开口于正常位置的下方。环境内分泌干扰物。隐睾症：睾丸下降不全，男性常见。低出生体重：子代出生时体重明显低于正常值范围。出生后1小时内体重<2500g。第四十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日45一、基本概念6.不良妊娠结局(adversepregnancyoutcomes)

指妊娠后不能产生外观和功能正常的子代，包括所有的不良反应，如流产、死胎、死产、功能生长延缓、发育异常、新生儿和婴幼儿期死亡等。第四十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日461.发育各阶段发育毒性作用的特点和致畸敏感期不同发育毒物可作用于不同发育阶段，产生不同效应。因此，孕体发育不同阶段接触各种发育毒物所引发的发育毒性反应也不一样。最易引起畸形的阶段为器官形成期。二、发育毒性作用的特点和影响因素第四十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日47第四十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日48（1）着床前期又称分化前期，从受精时算起，到完全着床之前。人类为受精后的第11－12天；啮齿类动物为最初的６天。特点：受损的是早期胚胎的相对未分化细胞。可通过代偿性细胞增生加以修补，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，称为着床前丢失。也有例外，如小鼠妊娠第2.5天、3.5天和4.5天用甲基亚硝脲处理可造成子代神经管缺陷和腭裂。第四十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日49（2）器官形成期着床后孕体即进入器官形成期，直到硬腭闭合；事件：细胞增殖、移动和组合形成器官原基，即细胞结构开始分化，并逐渐形成不同的器官和组织。时间：人类为第3-8周；大小鼠为第6-15天，家兔为6-18天；特点：细胞增殖分裂速度很快，组织器官生长旺盛，胚胎对致畸物特别敏感，细胞受损可导致结构畸形、生长迟缓或胚胎死亡。这一发育阶段被称为致畸敏感期或致畸作用危险期（criticalperiod）。第四十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日50大多数器官对致畸作用有特殊的敏感期，及所谓的时间“靶窗”(targetwindows)；不同器官敏感期不同，且有交叉重叠。表现为：不同器官致畸高峰时间不同，此期内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。（2）器官形成期第五十页，共一百三十三页，2022年，8月28日51

人类胚胎的致畸敏感期（2）器官形成期第五十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日52人、大鼠和家兔致畸敏感期及不同器官诱发畸形的“靶窗”（2）器官形成期第五十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日53致畸试验的染毒时间都包括整个敏感期，利于发现致畸效应。同一致畸物，给予时间不同，会产生不同的畸形。即同一剂量同种致畸物在敏感期中与胚胎接触，可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。另外，器官形成期暴露也可以引起胚胎死亡。一胎多仔动物(如啮齿类)胚胎死亡后被吸收，称吸收胎(resorption),在人和灵长类表现为流产(abortion)。（2）器官形成期第五十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日54器官形成结束（以硬腭闭合为标志）后即进入胎儿期。事件：主要是组织分化、生长和生理学成熟。时间：人类是从第56-58天起，直到分娩。特点：胚胎的器官、系统的基本结构形成后，致畸物难以使之发生结构缺陷，通常是变形或异常而非畸形。胎儿期接触外源性理化物质，很可能对生长和功能成熟产生效应，如免疫系统、中枢神经系统和生殖器官功能异常，主要表现为：全身生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎。（3）胎儿期第五十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日55（3）胎儿期第五十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日56此期接触外源性化学物质，主要表现在发育免疫毒性、神经行为发育异常和儿童期肿瘤。围生期接触外源化学物，会严重影响胎儿T细胞、B细胞和吞噬细胞的发育、迁移、归巢及功能，可能暂时甚至永久性地损伤机体的免疫系统。许多化学物质具有发育神经毒性，表现为对感觉、运动、认知、学习、记忆等方面的影响。围生期是一生中对致癌物最敏感的时期。因为细胞增殖快、药物代谢酶发育不全、免疫监视功能低下，许多儿童高发肿瘤可能与出生前后暴露某些环境因素有关。（4）围生期和出生后的发育期第五十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日572.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题较常见高度致畸作用，较少见在开始生长迟缓到致死剂量之间，多设实验组，以确证无致畸作用第五十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日582.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题正常胎、生长迟缓、结构畸形和胚胎死亡同时存在。低剂量主要导致生长迟缓、胚胎吸收和畸形，剂量增加，胚胎死亡占优势，直至整窝胚胎死亡。多为细胞毒性致畸物，包括烷化剂、抗癌药及很多致突变物。第五十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日59在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸，致畸胎儿常常有生长迟缓。剂量增加到远远超过全窝畸形时才出现胚胎死亡，常伴有明显的母体毒性。这种模式表示受试物有高度致畸作用，较少见，如沙立度胺、糖皮质类固醇等。2.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题第五十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日60只有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生。往往生长迟缓先出现，曲线较平缓。较大剂量时才出现胚胎死亡，其曲线较陡，接近于“全或无”。被认为是有胚胎毒性（包括胚胎致死性）的，但不具有致畸作用。2.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题第六十页，共一百三十三页，2022年，8月28日612.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题典型致畸作用的剂量-反应曲线的斜率比较大，从致畸NOAEL到胚胎100%死亡的剂量往往只差2-4倍。从NOAEL到胚胎死亡剂量之间的剂量范围叫致畸带。致畸带越宽的致畸物，致畸危险度越大。第六十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日62通常认为哺乳动物的发育毒性是一种有阈值的效应；假定的阈值是低于它就不出现发育毒性的母体剂量。但是，发育毒性是否有阈值尚存在争论很难用实验找出一个发生率很低的剂量-反应关系，因为那需要极大的样本数量，如每剂量组几百到几千窝的动物；多数发育毒性机制还不了解，有的已知机制支持阈值的存在，而有些机制则不支持。2.发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题第六十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日633.发育毒性的物种差异发育毒性尤其是致畸作用与遗传类型有关，存在明显的物种差异。这种差异是因为不同物种之间因代谢变化、胎盘类型、胚胎发育的速度和方式的差异引起的。化学致畸物往往有各自的物种和品系，易感性主要取决于机体的基因型。化学物生物转化为活性中间代谢产物或终产物的速度和途径与遗传有关，而畸形仅发生在能形成活性代谢产物的物种。例如：反应停4000mg/kg大鼠、小鼠无致畸作用；0.5~1mg/kg人类极强致畸作用。第六十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日64致畸的物种差异：任何环境有害因素的损害效应都存在物种品系及个体差异，在致畸作用中较突出。例如，杀虫剂西维因对豚鼠具有致畸作用，对家免和仓鼠并不致畸。农药敌枯双对大鼠致畸作用明显，但未得到人群调查的证实资料。3.发育毒性的物种差异目前致畸试验要求用两种以上动物，一般用一种啮齿类和一种非啮齿类，首选大鼠和家兔。第六十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日65母体毒性：化学毒物对受孕母体产生的损伤效应。表现为增重减慢、功能异常、临床症状、甚至死亡。母体毒性可直接或间接影响发育过程，导致发育毒性。影响发育的母体因素包括遗传、疾病、营养、应激等，也可通过胎盘毒性影响发育。三、母体毒性与发育毒性1.母体因素对发育毒性的影响第六十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日66遗传学：孕母的遗传结构是胚胎发育的一个决定因素。如唇腭裂的发病率白种人明显高于黑种人，主要原因在于母体，而非胚胎本身的基因结构。疾病：母体受病毒感染、未控制的糖尿病等疾病，将会对胚胎产生影响。如怀孕前三个月，母体高热、病毒感染等均可能导致胎儿中枢神经系统畸形。

1.母体因素对发育毒性的影响第六十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日67营养：母体蛋白质、热量、维生素、微量元素及酶的辅助因子缺乏将对胚胎产生影响。应激：不同形式的母体毒性可能通过诱导生理学应激反应而产生发育毒性。对胎盘的毒性：胎盘是母体和胚胎进行物质交换的结构，为胚胎提供营养、气体交换、废物排出。胎盘可产生维持妊娠的关键激素，而且能代谢和储存外源化学物。外源化学物既可透过胎盘进入胎儿体内，同时胎盘也可能是其作用靶点，或作为其储存库。1.母体因素对发育毒性的影响第六十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日68非共效应 致畸物具有致畸作用，但无母体毒性出现，如反应停

共效应 致畸物母体毒性均无毒性出现致畸作用的同时也表现母体毒性 仅具有母体毒性，但不具有致畸 作用 在一定剂量下，既无母体毒性， 也不表现胚胎毒性

母体毒性与发育毒性的关系2.母体毒性与发育毒性的关系第六十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日69父源性出生缺陷（paternalbirthdefect）影响因素：遗传缺陷、年龄因素和外界暴露因素（职业和环境因素，化疗和放疗，其它药物，饮酒和吸烟等不良嗜好），这些因素通过父亲对发育个体产生不良影响，叫父源性发育毒性（paternal-mediateddevelopmentaltoxicity）;父源性暴露引起子代发育异常包括：流产、死胎、低出生体重、畸形、功能障碍等，甚至与儿童期肿瘤相关。父源性发育毒性的主要表现：自然流产或出生缺陷、儿童肿瘤、男女出生比例失调四、父源性发育毒性第六十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日70（1）自然流产和出生缺陷、心血管畸形第七十页，共一百三十三页，2022年，8月28日71（2）儿童肿瘤烃类物质的父源性暴露，可能与儿童肿瘤发生有关。目前出现最多的是白血病和脑肿瘤。（3）男女出生比例失调父亲暴露于TCDD（四氯二苯并-p-二恶英），导致后代“出生性别比（SSR）”明显下降。第七十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日72经流行病学调查证实的能引起人类发育异常的发育毒物或致畸物有四十多种。药物/化学物被认为是引起先天畸形的主要非遗传因素。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日73五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日74几种较典型的人类发育毒物/致畸物：1.乙醇和吸烟：胎儿酒精综合征：由父母嗜酒引起的后代缺陷，典型表现为面部畸形、宫内和产后生长迟缓、精神运动和智力发展障碍等，生长迟缓母亲孕期饮酒最敏感和最常见的表现。胎儿烟草综合征：吸烟孕妇出生的异常婴儿。孕期吸烟可导致胎儿低出生体重。父亲吸烟影响精子发生，并具发育毒性。尿道下裂、婴儿生存能力下降，儿童肿瘤发病率增加。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日752.己烯雌酚：既是致畸物又是致癌物己烯雌酚综合征：己烯雌酚可跨越母亲胎盘进入胎儿体内，导致后代生殖器官畸形和癌症。如男性后代尿道下裂、睾丸和附睾异常、精子畸形，前列腺癌等；女性出现输卵管畸形、子宫纤维以及阴道癌等。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日763.甲基汞甲基汞极易通过胎盘进入胎儿体内，在胎、幼儿体内大量蓄积。水俣病，常见表现为末梢感觉障碍、中心性视野缩小、高频域听力障碍和运动失调，统称Hunter-Russel综合征。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日774.铅铅能引起多系统毒性；神经系统对铅的毒性非常敏感，尤其是对儿童中枢神经系统，由于胎儿及婴幼儿时期的血脑屏障发育不完全，较容易进入中枢神经系统。铅可降低儿童智商、导致注意力缺陷多动障碍、降低阅读学习能力。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日785.视黄醛（维甲酸）是具有维生素A结构或其功能相似的化合物；维生素A衍生物、13-反式-视黄酸和视黄酸可引起人类胚胎畸形，主要包括中枢神经系统、面部和泌尿生殖系统畸形等。视黄酸受体的配体多为强致畸物。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日796.反应停1960-1962年，20多国家孕妇服用反应停，全世界12000名胎儿出现短肢畸形，即海豹肢畸形。反应停主要的毒性可能来源于代谢产物4-羟化反应停和5-羟化反应停；致畸机制包括：影响DNA复制和转录；影响生长因子合成和表达；血管生成抑制；影响软骨生成；引起胚胎细胞上黏附因子如整合素的下调，阻碍细胞间、细胞与基质间的相互作用；等。五、已知的人类发育毒物或致畸物第七十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日80相加作用：致畸剂量的6-MPr与无明显效应剂量的羟基脲(HU)，同时给药未增加畸形；先给6-MPr畸形从0增加到29%，但6-MPr引起的畸形比单独给药减少；先给HU，使6-MPr引起的畸形增加近1/5。超相加作用：咖啡因和HU联合给予引起的畸形率大大超过单独给药引起的畸形率之和。产生新的作用：HU和BUdR联合给予怀孕小鼠产生两种化合物所没有的四肢畸形。六、外源化合物的联合发育毒性第八十页，共一百三十三页，2022年，8月28日81第三节致畸（发育毒性）作用机制第八十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日82基因突变与染色体畸变干扰基因表达细胞损伤与死亡干扰细胞间的相互作用通过胎盘毒性引起发育毒性干扰母体稳态发育免疫毒性机制发育神经毒性机制?总的来说还不清楚！第八十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日83各种发育基因都可能成为某些发育毒物的靶。已知的诱变剂往往有潜在的致畸性，如电离辐射、烷化剂、亚硝酸盐、多数致癌物。一、基因突变与染色体畸变第八十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日84二、干扰基因表达某些基因的表达受到抑制或异常表达可能引起畸形。如在培养的小鼠胚胎中用反义寡核苷酸探针抑制或剔除原癌基因Wnt-l或Wnt-3a，都可产生中脑和后脑，或中脑、后脑和脊髓的畸形。近年，非基因序列改变所致基因表达水平和基因功能的改变，即表观遗传学改变，也影响胚胎发育。包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化等。如孕鼠饲料中添加染料木黄酮诱发DNA甲基化，可改变子代的毛发。己烯雌酚引起人和啮齿类动物生殖道发育异常和子代肿瘤易感性增加。第八十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日85三、细胞损伤与死亡细胞死亡在正常的胚胎发育尤其形态发生中扮演重要角色，包括系统匹配、躯体塑造、残留结构去除等。程序性细胞死亡方式有多种，细胞凋亡研究最为广泛。高温、电离辐射、化学致畸物、病毒感染等可通过不同机制影响细胞凋亡。例如：反应停诱导胚胎细胞凋亡，并通过抑制IGF-1和FGF的基因复制而阻止其表达，从而抑制血管形成；全反式视黄酸可通过box等凋亡基因编码的信号通路而诱导凋亡；环磷酰胺、N-乙酸基-2-乙酰氨基芴、甲基汞等。第八十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日86三、细胞损伤与死亡第八十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日87三、细胞损伤与死亡一些致畸物可通过氧化损伤和DNA断裂，引起细胞周期阻滞；环磷酰胺诱导DNA损伤可导致细胞周期紊乱和特定细胞群死亡第八十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日88四、干扰细胞-细胞交互作用细胞间相互作用主要通过细胞通讯实现，包括缝隙连接通讯、膜表面分子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。灭鼠灵、苯巴比妥、氯丙嗪等抑制缝隙连接；反应停活化代谢产物引起胚胎细胞的粘连受体下调。第八十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日89五、通过胎盘途径引起发育毒性对卵黄囊或绒毛膜尿囊胎盘有毒性的毒物有46种，包括镉、砷、汞、香烟、乙醇、可卡因、内毒素、水杨酸纳等；如镉，在妊娠中晚期通过胎盘毒性（坏死和血流减少）和抑制对营养物质的传送导致发育毒性。第八十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日90六、干扰母体稳态二氟苯水杨酸母体贫血、红细胞ATP损耗兔中轴骨骼缺陷；二苯乙酰脲母体叶酸代谢致畸；羟基脲子宫血流减少胚胎颅面和心包出血；孕妇缺乏代谢前体或基质（如维生素和无机盐等）；环境内分泌干扰物，影响内源性激素水平，改变母体内环境稳态，引起发育毒性。第九十页，共一百三十三页，2022年，8月28日91七、发育免疫毒性机制胚胎期或围生期暴露于外源化学物可暂时或永久地损伤机体的免疫反应，且较低剂量即可导致胎儿明显的免疫损伤；如，大鼠孕期GD7-16接触低剂量氯氰菊酯，可损害子代免疫系统，明显减少T淋巴细胞数量；农药氯丹孕期，可经胎盘作用于胎鼠，使后代免疫力下降；TCDD可能存在远期发育免疫毒性。第九十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日92八、发育神经毒性机制子宫内接触神经毒性化学物对发育神经系统能产生损伤，如神经元、突触、轴突、髓鞘等，还有信号通路有些化学物破坏神经细胞的结构和形态，有些导致功能异常。第九十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日93第四节发育毒性和致畸作用试验与评价第九十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日94外源化学物发育毒性评价需四方面的资料①环境流行病学资料②控制下的临床研究资料③动物发育毒性试验资料④体外试验资料作为一个新产品的登记与审批，主要根据前三类资料。在前三类资料中，首先是动物实验资料，因为大多数情况下新产品在上市前，还没有流行病学资料和控制下的临床资料。第九十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日95一、动物发育毒性试验优点：容易控制接触条件，控制接触动物的数量、年龄、状态以及选择检测效应指标（终点）。缺点：动物实验结果外推到人具有不确定性。第九十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日96对大多数化学物质来说，三段生殖毒性试验设计通常是最适当的，关键因素是各个生殖阶段之间不得有间隔，即在三个有关联的阶段接触受试物的时期至少有一天的重叠，并能直接或间接地评价生殖过程的所有阶段。一、动物发育毒性试验第九十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日97生殖发育过程可分为6个阶段A.从交配前到受孕：检查成年雄性和雌性生殖功能、配子的发育与成熟、交配行为、受精。B.从受孕到着床：检查成年雌性生殖功能、胚胎着床前发育、着床。C.从着床到硬腭闭合：检查成年雌性生殖功能、胚体发育、主要器官形成。一、动物发育毒性试验第九十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日98D.从硬腭闭合到妊娠结束：检查成年雌性生殖功能、胚体的发育与生长、器官的发育与生长。E.从出生到断乳：检查成年雌性生殖功能、新生仔对宫外生活的适应性、断乳前的发育与生长。F.从断乳到性成熟：检查断乳后的发育与生长，对独立生活的适应、达到完全的性功能。生殖发育过程可分为6个阶段一、动物发育毒性试验第九十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日99三段生殖毒性试验I段：生育力和早期胚胎发育毒性试验（一般生殖毒性试验）II段：胚体-胎体毒性试验(致畸试验)III段：出生前后发育毒性试验(围生期毒性试验)第九十九页，共一百三十三页，2022年，8月28日100第一百页，共一百三十三页，2022年，8月28日101第一百零一页，共一百三十三页，2022年，8月28日第一百零二页，共一百三十三页，2022年，8月28日103第一百零三页，共一百三十三页，2022年，8月28日104第一百零四页，共一百三十三页，2022年，8月28日105第一百零五页，共一百三十三页，2022年，8月28日1061.发育毒性的流行病学生殖流行病学研究是父体和母体、孕体特定的暴露与生育结局之间统计学关联的科学；出生缺陷少见、人群暴露少见、人群样本量小、研究周期短以及与生物学上关联越大，越易建立特定暴露与不良生育结局之间的关系；如反应停；其它，利用病例对照研究或队列研究寻找关联。面临很大困难，样本需求量很大，妊娠失败率高，研究同质性，记录的专业性及混杂因素等。二、人群流行病学研究第一百零六页，共一百三十三页，2022年，8月28日1072.人类发育毒物的确定经动物致畸试验的化学物有4100种，约66%无致畸作用，7%对一种以上动物有致畸性，18%对大多数动物有致畸性，9%可疑经证实可引起人类发育异常的致畸原只有40种左右；病例报告和出生缺陷监测登记对获得人类发育毒性证据是有用的。Schardein曾对28种人类化学致畸物的证据进行分析，有23种是人类病例报告提出第一证据；只有4种化学物(酒精、多氯联苯、卡马西平和可卡因)是通过分析流行病学研究提供第一手证据，而丙戊酸证据主要来自于出生缺陷登记分析。二、人群流行病学研究第一百零七页，共一百三十三页，2022年，8月28日108已知的人类致畸物电离辐射：放射治疗、放射性碘、原子武器感染：风疹、巨细胞病毒、单纯性疱疹、梅毒、弓形体病毒代谢失调：克汀病、糖尿病、苯丙酮酸尿、男性化肿瘤、高温药物和化学品：反应停、Abameetin、酒精、氨基蝶呤、雄性激素、麻醉剂、抗甲状腺药物、白消安、咖啡因、氯代联苯类、香豆素抗凝剂、环磷酰胺、二已基乙烯雌酚、敌螨普、三氟氯溴乙烷、异维A酸、锂、甲巯咪唑、有机汞化合物、有机溶剂类、苯妥因、腐霉利、四环素、三甲恶唑烷二酮、丙(基)戊酸第一百零八页，共一百三十三页，2022年，8月28日109第一百零九页，共一百三十三页，2022年，8月28日110确认人类致畸物的标准一种特殊的缺陷或几种缺陷并发（综合征）的频率突然增加；缺陷的增加与某种已知的环境改变（如一种新药广泛应用）相关联；在妊娠的特殊阶段已知暴露于某种环境的改变，产生有特征性缺陷的综合征；缺少妊娠时引起的特征性缺陷婴儿的其他共同的因子。第一百一十页，共一百三十三页，2022年，8月28日111（1）国际生物科学研究所:1989年根据动物试验中发育毒性效应的类型、严重性和发病率，将化学物分成四类，并规定了不同类型安全系数范围。二、人群流行病学研究3.致畸物及发育毒物的危险性分类第一百一十一页，共一百三十三页，2022年，8月28日1123.致畸物及发育毒物的危险性分类二、人群流行病学研究（2）ICH（人用药品注册技术要求国际协调会）人用药物危险性分类ICH规定：分为5类，要求医生在开处方时遵守，使怀孕妇女按规定使用这些药品。第一百一十二页，共一百三十三页，2022年，8月28日113A、B、C2：仅在明显需要时，妊娠期间可使用；C1：仅在如果证明可能的效益与对胎儿的可能的危险比较是可取时，妊娠期间可使用；D：如果在怀孕期间使用，应通知病人对胎儿可能的危害；X：在怀孕或可能怀孕的妇女中禁止使用。（2）ICH人类用药危险度分类第一百一十三页，共一百三十三页，2022年，8月28日114（3）美国FDA关于妊娠期和哺乳期用药的危险性分类妊娠类用药分类与ICH相同；哺乳期用药也分为5类：L1很安全，L2安全，L3中等安全，L4有害，L5禁忌（4）WHO和全球化学品统一分类和标签制度（GHS）对于生殖毒物的危害分类和哺乳期影响的危害分类；第一百一十四页，共一百三十三页，2022年，8月28日1151.体外初筛试验体外初筛试验中，大鼠全胚胎培养实验、大鼠胚胎肢芽微团实验和小鼠胚胎干细胞试验得到欧洲替代方法验证中心（ECVAM）验证，并被推荐可作为出生前发育毒性试验（OECDTG414）和生殖/发育毒性预筛试验（OECDGL421）三、发育毒性的初筛和替代试验第一百一十五页，共一百三十三页，2022年，8月28日1161.体外初筛试验（1）大鼠全胚胎培养（wholeembryoculture,WEC）：是从孕期第9~10天大鼠子宫取出胚胎，旋转培养，观察胚胎存活（心跳、血液循环）和生长发育情况（卵黄囊直径、颅臀长和头长、体节数和胚胎重）；根据Brown评分对器官形态分化做出评价。可以筛选化学物的发育毒性、探讨其剂量反应关系和作用机制。优点：快速检验致畸原；经济；能精确的控制胚胎的暴露。不足：技术操作要求精确，比较费力；胚胎仅在器官发生期相对短暂的时间内接触药物三、发育毒性的初筛和替代试验第一百一十六页，共一百三十三页，2022年，8月28日1171.体外初筛试验（2）胚胎细胞微团培养（micromassculture）：从孕期11天的大鼠胚胎获取中脑区、肢芽区等部位细胞微团，在培养瓶中，与化学物接触共培养5天。可以用中性红染色判断细胞存活；用Alcian蓝染色判断肢芽软骨细胞分化数量；苏木素染色判断CNS细胞分化数量。求出IC50，评价化学毒物的细胞毒性和发育毒性。三、发育毒性的初筛和替代试验第一百一十七页，共一百三十三页，2022年，8月28日1181.体外初筛试验（3）小鼠胚胎干细胞试验（embryostemcelltest,EST）：小鼠胚泡内细胞团衍生的胚胎干细胞（ES细胞），在特定条件下，可定向分化为机体多种细胞，可用于哺乳动物细胞分化、组织形成过程的发育毒性研究。目前较成熟的ES细胞是小鼠ES细胞株D3，可分化为心肌细胞、内皮细胞、胰岛细胞、神经细胞等。优点：1）以细胞株为研究对象，可不剖杀怀孕动物；2）有定向分化为多种细胞的潜能，对模拟早提胚胎发育具有较强的代表性。三、发育毒性的初筛和替代试验第一百一十八页，共一百三十三页，2022年，8月28日1192.体内初筛试验发育毒性体内预筛试验（C.K.assay）：1995年列入OECD化学品测试准则；依据：大多数出生前受到的损伤将在出生后表现为存活力下降和/或生长障碍；方法：推荐用大鼠，主要观察出生后4天内外观畸形、胚胎死亡、生长迟缓等发育毒性表现；特点：所用动物数少，检测终点少，实验周期短，能提供生殖/发育毒性初步信息；近年来，ECVAM已提出采用上述三种体外初筛试验代替体内初