毒理学基础发育毒性与致畸作用

毒理学根底

第九章发育毒性与致畸作用1.第一节概述

2.发育毒理学发育毒理学〔developmentaltoxicology〕：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〔mechanisms〕、发病原理〔pathogenesis〕、影响因素和毒物动力学等〔Klaassen,?Toxicology?6thedition〕。概念的前后延伸起源于畸胎学〔teratology〕经历了一系列重大发育毒性事件后开展起来3.历史的教训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，受辐射儿童小头畸形、智力低下，一年内死亡率25%1960年反响停事件〔thalidomideincident〕，欧洲出生8000多海豹畸形或海豹症〔phocomelus〕儿童1968年日本多氯联苯污染米糠油事件，孕妇出现死产、早产、“油症儿〞1961~1970年美国在越战中使用落叶剂2,4,5-T〔含TCDD〕，孕妇流产、产下小头和Down’s综合征畸形儿1966~1972年美国孕妇服用己烯雌酚〔diethylstilbestrol，DES〕，300多少女发生阴道癌4.马丁·施奈德斯是荷兰第一个“反响停儿童〞。在年纪很小的时候，他就已学着以残疾之身生活下去，并逐渐掌握了一系列技能，包括弹奏电风琴。5.美国的一个反响停受害女孩，已经学会用她仅有的一只手绘画。6.7.8.浙江某药厂一女工产后100天的女孩，她只有一个半手指(2003)9.出生缺陷出生缺陷〔birthdefect〕，指婴儿出生前已形成的发育障碍，即先天畸形〔congenitalabnormalities〕人类成功妊娠结局的比例非常低，着床后丧失占31%，着床前丧失超过50%WHO〔60年代〕：16个国家25个医学中心421781次妊娠结局，严重畸形〔majormalformation〕率0.46%，轻微畸形〔minormalformation〕率1.27%美国新生儿严重畸形率约3%，1岁婴儿6~7%，学龄儿童12~14%不同程度的出生缺陷〔Kimmel，1992〕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10.人类出生缺陷的原因遗传因素〔基因突变、染色体畸变、DNA损伤等〕20~25%环境因素〔物理因素、生物因素、化学物因素、母体疾病〕10%原因不明〔可能是遗传和环境因素相互作用的结果〕65~70%社会心理因素？？？11.第一节概述

12.生殖发育毒性研究常用术语孕体〔conceptus〕胚体〔embryo〕胎体〔fetus〕胚胎〔embryofetus〕幼体或仔体〔pup〕成体〔adult〕母体〔maternal〕父体〔paternal〕亲代〔parentalgeneration〕子代〔offspring〕窝〔litter〕13.根本概念畸形〔malformation〕致畸性〔teratogenicity〕致畸作用〔teratogenesis〕致畸物〔teratogen〕变异〔variation〕和差异〔deviation〕14.根本概念胚胎-胎儿毒性〔embryo-fetaltoxicity〕包括胚胎〔embryo-toxicity〕和胎儿毒性〔fetal-toxicity〕母体毒性〔maternaltoxicity〕母体因素对发育毒性的影响：遗传、疾病、应激、胎盘毒性15.根本概念胎儿毒性与母体毒性的关系〔4种情况，P.160〕1、具有胚胎毒性，但无母体毒性2、出现胚胎毒性，也出现母体毒性3、具有母体毒性，但没有致畸作用4、在一定剂量下，既无母体毒性，也无胚胎毒性16.根本概念生殖毒性〔reproductivetoxicity〕—指对雄性和雌性生殖功能的损害和对后代的有害影响，如生殖器官及内分泌系统的改变、对性周期和性行为的影响以及对生育力和妊娠结局的影响。发育毒性〔developmentaltoxicity〕—指在出生前经母体和/或父体接触环境因子引起的，在子代发育到达成体之前诱发和出现的任何有害影响。17.发育毒性的表现孕体死亡生长发育缓慢结构异常〔畸形〕功能异常〔生理、生化、行为等〕子代某些疾病的易感性增加18.不同阶段发育毒性的主要表现发育阶段重要表现着床前期胚胎死亡（没有着床，但有黄体）胚

胎

期畸形，胚胎死亡胎

儿

期生长迟缓，功能不全，胚胎死亡，经胎盘致癌新生儿期生长迟缓，神经系统、免疫系统、内分泌系统功能不全，儿童期肿瘤19.生殖毒性、发育毒性与畸形生殖毒性发育毒性成年生殖能力改变孕体死亡生长改变功能缺陷局部整体畸形变形增大、缩小提前、延迟性欲、性行为配子产生、月经生殖结局激素水平20.发育毒性的机制干扰基因表达基因突变与染色体畸变细胞增殖的改变细胞凋亡干扰细胞间的相互作用胎盘毒性干扰母体稳态内分泌干扰作用?总的来说—不清楚！21.发育毒性的评价方法人群资料：流行病学调查、出生缺陷监测、有控制的临床研究、个例报道〔可靠〕整体动物试验〔经典〕体外试验〔筛选、补充、机制研究、替代？〕22.生殖发育过程的六个阶段1、交配前到受孕：检查成年雄性和生殖功能、配子的发生与成熟、交配行为、受精；2、受精到植入或着床〔implantation〕：检查成年雌性生殖功能，着床前发育、着床；3、着床到硬腭闭合：检查成年雌性生殖功能，胚胎发育、主要器官形成；4、硬腭闭合到妊娠结束：检查成年雌性生殖功能，胎体发育与生长、器官发育与生长；5、出生到断乳：检查成年雌性生殖功能，新生仔体对宫外生活的适应，断乳前的发育与生长，也检查雌鼠的哺乳能力；6、断乳到性成熟：检查仔体断乳后的发育与生长、对独立生活的适应，到达完全的性功能。23.动物生殖发育毒性试验U.S.FDA三段生殖毒性试验：Ⅰ段试验：一般生殖毒性试验，交配前和妊娠前期给药的生殖毒性试验，生育力与早期胚胎发育毒性试验Ⅱ段试验：〔传统〕致畸试验，敏感期给药的生殖毒性试验，胚体－胎体毒性试验Ⅲ段试验：围产〔生〕期毒性试验，妊娠后期和哺乳期给药的生殖毒性试验，出生前和出生后发育毒性试验24.

I

生育力与早期胚胎发育毒性试验;II胚体－胎体毒性试验；III出生前和出生后发育毒性试验。实线表示染毒期。4周15天处死处死IIIIII怀孕前着床前器官形成期胎期新生儿期开始怀孕着床分娩断乳三段生殖毒性试验示意图25.人和某些哺乳动物早期发育的时间摘自HayesAW.PrinciplesandmethodsofToxicology.3rded.RavenPressNewYork1994P999早期发育的时间（由排卵起的天数）物种胚胞形成着床器官形成期妊娠长度小鼠3～44～56～1519大鼠3～45～66～1522家兔3～47～86～18～33恒河猴5～79～1120～45164人5～88～1321～5626726.致畸试验的日程摘自徐厚恩卫生毒理学根底北京医科大学中国协和医科大学联合出版社，1991，P44大鼠小鼠兔交配90～120日龄60～90日龄成年未交配过的染毒时间孕第6～15日孕第6～15日孕期6~18日龄处死取胎孕第20日孕第18日孕第29日27.致畸试验的特点种属差异性〔反响停、敌枯双〕敏感期或关键期〔criticalperiod，targetwindowortimewindow〔P.158图9-1〕剂量反响关系的特殊性〔dosewindow〕〔P.161图9-2〕28.发育毒性的剂量-反响模式29.发育毒性的替代试验发育毒性的体内预筛试验〔C.K.assay〕：主要器官形成期接近母体毒性剂量染毒，观察出生后3天内外观畸形、胚胎死亡、生长缓慢等。大鼠全胚胎培养〔wholeembryoculture,WEC〕：9~10天大鼠胚胎，旋转培养，观察胚胎存活和发育情况〔心跳、血液循环，胚芽、卵黄囊直径、体节数、体长等〕胚胎细胞微团培养〔micromassculture〕：从11天大鼠胚胎获取中脑区、肢芽等部位细胞微团，与化学物接触培养5天，不同染色后观察小鼠胚胎干细胞试验〔embryostemcelltest,EST〕：胚胎干细胞〔ES细胞〕具有全能性和无限增殖能力，并能在体外培养，可诱导分化成各种类型的细胞，如心肌细胞。还可通过mRNA差异显示和基因芯片技术，研究不同分化阶段细胞的基因转录和表达，揭示发育和分化的分子机制。30.化学致畸物的分类国际生命科学研究所〔InternationalLifeScienceInstitute,ILSI,1989〕：根据动物试验中发育毒性的类型、严重程度和发生率，分为4级〔P.167，表9-1〕。美国FDA〔1979〕：根据药物对人孕体造成危害的证据，分为5等〔P.167，表9-2〕欧洲致畸物危险度分级分类标准，分五级。31.级别分级标准危险度分类12A2B34人母体接触可使子代发生先天缺陷，因果关系已确定人体中致畸的因果关系尚未确立，动物已有可靠资料可靠的动物实验中已得出致畸结论资料尚不足，或无结论性证据动物实验及人群流行病学调查结果均阴性已证实致畸对人可能致畸对人可能致畸无无欧洲致畸物危险度分级分类标准

32.确认人类新的致畸物的标准

一种特殊的缺陷或几种缺陷综合征的频率突然增加。缺陷的增加与某种的环境改变，如一种新药的广泛使用巧合。在妊娠的特殊阶段接触环境的改变，产生有特征性缺陷的综合征。缺少妊娠时引起特征性缺陷婴儿产生的其他普通因子。33.人类面临着生殖危害不孕不育：育龄夫妇不育发生率美国8.4%，法国14.1%，我国约10~15%性功能障碍：1/3以上中年男性有勃起功能障碍〔erectiledysfunction，ED〕？3/5成年女性有不同程度的性欲减退〔性冷淡〕？人类精液质量下降？是否跟环境污染有关？34.CarlsenE,etal.Evidencefordecreasingqualityofsemenduringpast50years.BMJ.199235.AnimalevidencesurroundsusAdecliningalligatorpopulationinLakeApopkainFlorida.Manyofthemalealligatorshadtinypenisesthatpreventedsuccessfulreproduction.Thesedevelopmentalproblemswereconnectedtoalargeorganochlorinepesticidespillseveralyearsearlier;althoughthewatertestedclean,thealligatorsandtheireggshaddetectablelevelsofendocrinedisruptingpesticides.36.AnimalevidencesurroundsusFishintheGreatLakes,whichareheavilycontaminatedwithpolychlorinatedbiphenyls(PCBs)andotherorganochlorines,havebeenexhibitingnumerousreproductivefunctionproblemsandswellingofthethyroidgland.Fish-eatingbirds,suchaseagles,terns,andgullsarealsoshowingsimilarhealtheffects,asaremink,amammalthatalsoeatsfishfromtheGreatLakes.ThesefindingsareconsistentwithlabstudiesthatindicatethatPCBsinterferewiththyroidfunctionandwithsexhormones.37.AnimalevidencesurroundsusOttersfromtheLowerColumbiaRiverareinfertilebecausethemales’spenisesaretoosmalltomateMalefishdevelopfemalehormones(demasculinzationorfeminization)Inbirds,eggshellsthinsochickscannotsurvive38.39.己烯雌酚〔diethylstilbestrol，DES〕—

第一个被证明的人类经胎盘致癌物孕妇早期作为保胎药服用，女性后代青春期阴道透明细胞癌、阴道腺癌、阴道和子宫颈隆起；男性后代发生附睾囊肿、睾丸营养性衰竭、睾丸囊性硬结、小阴茎畸形及精子异常。还有报道隐睾、尿道下裂、睾丸癌发病率升高，成年后性功能下降〔ED〕、精子数下降？所有发现问题都在DES的动物实验中得到证实！40.HypothesisEnvironmentalestrogenssurroundusisthreateningthereproductionofhumanaswellaswildlife

?41.环境内分泌干扰物Environmentalendocrinedisruptors(EEDs)orendocrinedisruptingchemicals(EDCs)42.DefinitionsofEDCsEPA:anexogenousagentthatinterfereswiththeproduction,release,transport,metabolism,binding,action,oreliminationofnaturalhormonesinthebodyresponsibleforthemaintenanceofhomeostasisandtheregulationofdevelopmentalprocesses.EDSTAC:anexogenouschemicalsubstanceormixturethataltersthestructureorfunction(s)oftheendocrinesystemandcausesadverseeffects--attheleveloftheorganism,itsprogeny,andpopulationsorsubpopulationsoforganisms--basedonscientificprinciples,data,weight-of-evidence,andtheprecautionaryprinciple.

43.内分泌干扰物的种类拟/抗雌激素：DES、Kepone/TBT拟/抗雄激素：TBT/vinclozolin、p,p’-DDE拟/抗甲状腺激素：PCBs其他激素的拟似剂或拮抗剂44.45.典型的内分泌干扰物己烯雌酚〔diethylstilbestrol，DES〕：孕妇接触引起女性后代青春期阴道癌，男性后代阴睾、尿道下裂、睾丸癌发病率升高，成年后性功能下降〔ED〕、精子数下降三丁基锡〔tributyltin,TBT〕：抗生剂〔biocide〕，防污涂料〔anti-foulingpaints〕，芳香化酶抑制剂，抗雌激素/拟雄激素作用，引起海洋生物性畸变〔imposex〕46.47.

AsaresultofTBT,thepurplesnailandothercloselyrelatedspeciesareclosetoextinctioninmanyareas.(Photo:ArePedersen,NIVA)

48.StudiesindicatethatTBTinducesshellchamberingandthickening.Thisphotographshowtheharmfuleffectsonshellgrowth.Topshell-normalgrowth.Bottomshell-shelldeformitiesduetoTBTexposure.49.50.51.52.针对内分泌干扰物的对策1996年，美国国会根据食品质量保证法〔FoodQualityProtectionAct,FQPA〕和平安饮用水修正案〔SafeDrinkingWaterAct,SDWA〕，责成美国国家环保局建立环境内分泌干扰物的检测方法U.S.EPA专门成立了环境内分泌干扰物筛检和参谋委员会〔EndocrineDisruptorScreeningandTestingAdvisoryCommittee,EDSTAC〕，制定出一个分两个阶段的环境内分泌干扰物筛检和试验方案。1998年开始对美国国内使用的86000种化学物和混合物进行内分泌干扰作用的筛检和研究。53.内分泌干扰物的筛检和研究方法第一阶段(短期筛检〕雌激素受体结合和报告基因试验体外试验：雄激素受体结合和报告基因试验大鼠或小鼠睾丸碎块的甾体合成试验

小鼠或大鼠3天子宫增重试验青春期雌性大鼠20天给药试验体内试验：去势雄性大鼠5-7天给药试验〔Hershbergerassay〕青蛙变形试验虹鳟鱼性腺发生期试验

第二阶段〔进一步研究〕大鼠或小鼠孕期和哺乳期接触试验，必要时进行两代生殖毒性试验或其它替代试验必要时进行鸟类生殖试验、虾和鱼类生命周期试验、两栖类发育和生殖毒性试验等54.55.新鲜的雄激素依赖组织。A、B、C、D、E、F、G分别表示精囊腺、凝集腺、背外侧前列腺、腹侧前列腺、球海绵体肌、尿道球腺和提肛肌。

56.外源化学物对生殖系统的影响生殖器官配子发生〔gametogenesis〕，包括精子发生〔spermatogenesis〕和卵子发生〔oogenesis〕下丘脑-垂体-性腺轴的功能性行为生殖结局〔birthoutcome〕57.Locationinthemousegenomeof36genesactiveduringspermproduction.Genesinblueareexpressedinthespermatogonia(malegermcells)only;thoseinredareexpressedintheovary(femalegermcells)aswell.Wangetal.2findthatthespermatogonia-specificgenesareheavilyconcentratedontheXchromosome(