毒理學基礎(chǔ)發(fā)育毒性與致畸作用

毒理學根底

第九章發(fā)育毒性與致畸作用1.第一節(jié)概述

2.發(fā)育毒理學發(fā)育毒理學〔developmentaltoxicology〕：研究出生前暴露于環(huán)境有害因子導(dǎo)致的異常發(fā)育結(jié)局及有關(guān)的作用機制〔mechanisms〕、發(fā)病原理〔pathogenesis〕、影響因素和毒物動力學等〔Klaassen,?Toxicology?6thedition〕。概念的前后延伸起源于畸胎學〔teratology〕經(jīng)歷了一系列重大發(fā)育毒性事件后開展起來3.歷史的教訓(xùn)1940年澳大利亞風疹大流行，次年流行嬰兒先天性白內(nèi)障、耳聾、智力不全、先天性心臟病1945年廣島長崎原子彈爆炸，受輻射兒童小頭畸形、智力低下，一年內(nèi)死亡率25%1960年反響停事件〔thalidomideincident〕，歐洲出生8000多海豹畸形或海豹癥〔phocomelus〕兒童1968年日本多氯聯(lián)苯污染米糠油事件，孕婦出現(xiàn)死產(chǎn)、早產(chǎn)、“油癥兒〞1961~1970年美國在越戰(zhàn)中使用落葉劑2,4,5-T〔含TCDD〕，孕婦流產(chǎn)、產(chǎn)下小頭和Down’s綜合征畸形兒1966~1972年美國孕婦服用己烯雌酚〔diethylstilbestrol，DES〕，300多少女發(fā)生陰道癌4.馬丁·施奈德斯是荷蘭第一個“反響停兒童〞。在年紀很小的時候，他就已學著以殘疾之身生活下去，并逐漸掌握了一系列技能，包括彈奏電風琴。5.美國的一個反響停受害女孩，已經(jīng)學會用她僅有的一只手繪畫。6.7.8.浙江某藥廠一女工產(chǎn)后100天的女孩，她只有一個半手指(2003)9.出生缺陷出生缺陷〔birthdefect〕，指嬰兒出生前已形成的發(fā)育障礙，即先天畸形〔congenitalabnormalities〕人類成功妊娠結(jié)局的比例非常低，著床后喪失占31%，著床前喪失超過50%WHO〔60年代〕：16個國家25個醫(yī)學中心421781次妊娠結(jié)局，嚴重畸形〔majormalformation〕率0.46%，輕微畸形〔minormalformation〕率1.27%美國新生兒嚴重畸形率約3%，1歲嬰兒6~7%，學齡兒童12~14%不同程度的出生缺陷〔Kimmel，1992〕我國衛(wèi)生部〔1988〕：29個省市1986~1987年1243284例圍產(chǎn)兒，先天畸形率1.3%，推算我國每年有30~40萬嚴重的先天畸形兒出生10.人類出生缺陷的原因遺傳因素〔基因突變、染色體畸變、DNA損傷等〕20~25%環(huán)境因素〔物理因素、生物因素、化學物因素、母體疾病〕10%原因不明〔可能是遺傳和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果〕65~70%社會心理因素？？？11.第一節(jié)概述

12.生殖發(fā)育毒性研究常用術(shù)語孕體〔conceptus〕胚體〔embryo〕胎體〔fetus〕胚胎〔embryofetus〕幼體或仔體〔pup〕成體〔adult〕母體〔maternal〕父體〔paternal〕親代〔parentalgeneration〕子代〔offspring〕窩〔litter〕13.根本概念畸形〔malformation〕致畸性〔teratogenicity〕致畸作用〔teratogenesis〕致畸物〔teratogen〕變異〔variation〕和差異〔deviation〕14.根本概念胚胎-胎兒毒性〔embryo-fetaltoxicity〕包括胚胎〔embryo-toxicity〕和胎兒毒性〔fetal-toxicity〕母體毒性〔maternaltoxicity〕母體因素對發(fā)育毒性的影響：遺傳、疾病、應(yīng)激、胎盤毒性15.根本概念胎兒毒性與母體毒性的關(guān)系〔4種情況，P.160〕1、具有胚胎毒性，但無母體毒性2、出現(xiàn)胚胎毒性，也出現(xiàn)母體毒性3、具有母體毒性，但沒有致畸作用4、在一定劑量下，既無母體毒性，也無胚胎毒性16.根本概念生殖毒性〔reproductivetoxicity〕—指對雄性和雌性生殖功能的損害和對后代的有害影響，如生殖器官及內(nèi)分泌系統(tǒng)的改變、對性周期和性行為的影響以及對生育力和妊娠結(jié)局的影響。發(fā)育毒性〔developmentaltoxicity〕—指在出生前經(jīng)母體和/或父體接觸環(huán)境因子引起的，在子代發(fā)育到達成體之前誘發(fā)和出現(xiàn)的任何有害影響。17.發(fā)育毒性的表現(xiàn)孕體死亡生長發(fā)育緩慢結(jié)構(gòu)異常〔畸形〕功能異?！采怼⑸?、行為等〕子代某些疾病的易感性增加18.不同階段發(fā)育毒性的主要表現(xiàn)發(fā)育階段重要表現(xiàn)著床前期胚胎死亡（沒有著床，但有黃體）胚

胎

期畸形，胚胎死亡胎

兒

期生長遲緩，功能不全，胚胎死亡，經(jīng)胎盤致癌新生兒期生長遲緩，神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)功能不全，兒童期腫瘤19.生殖毒性、發(fā)育毒性與畸形生殖毒性發(fā)育毒性成年生殖能力改變孕體死亡生長改變功能缺陷局部整體畸形變形增大、縮小提前、延遲性欲、性行為配子產(chǎn)生、月經(jīng)生殖結(jié)局激素水平20.發(fā)育毒性的機制干擾基因表達基因突變與染色體畸變細胞增殖的改變細胞凋亡干擾細胞間的相互作用胎盤毒性干擾母體穩(wěn)態(tài)內(nèi)分泌干擾作用?總的來說—不清楚！21.發(fā)育毒性的評價方法人群資料：流行病學調(diào)查、出生缺陷監(jiān)測、有控制的臨床研究、個例報道〔可靠〕整體動物試驗〔經(jīng)典〕體外試驗〔篩選、補充、機制研究、替代？〕22.生殖發(fā)育過程的六個階段1、交配前到受孕：檢查成年雄性和生殖功能、配子的發(fā)生與成熟、交配行為、受精；2、受精到植入或著床〔implantation〕：檢查成年雌性生殖功能，著床前發(fā)育、著床；3、著床到硬腭閉合：檢查成年雌性生殖功能，胚胎發(fā)育、主要器官形成；4、硬腭閉合到妊娠結(jié)束：檢查成年雌性生殖功能，胎體發(fā)育與生長、器官發(fā)育與生長；5、出生到斷乳：檢查成年雌性生殖功能，新生仔體對宮外生活的適應(yīng)，斷乳前的發(fā)育與生長，也檢查雌鼠的哺乳能力；6、斷乳到性成熟：檢查仔體斷乳后的發(fā)育與生長、對獨立生活的適應(yīng)，到達完全的性功能。23.動物生殖發(fā)育毒性試驗U.S.FDA三段生殖毒性試驗：Ⅰ段試驗：一般生殖毒性試驗，交配前和妊娠前期給藥的生殖毒性試驗，生育力與早期胚胎發(fā)育毒性試驗Ⅱ段試驗：〔傳統(tǒng)〕致畸試驗，敏感期給藥的生殖毒性試驗，胚體－胎體毒性試驗Ⅲ段試驗：圍產(chǎn)〔生〕期毒性試驗，妊娠后期和哺乳期給藥的生殖毒性試驗，出生前和出生后發(fā)育毒性試驗24.

I

生育力與早期胚胎發(fā)育毒性試驗;II胚體－胎體毒性試驗；III出生前和出生后發(fā)育毒性試驗。實線表示染毒期。4周15天處死處死IIIIII懷孕前著床前器官形成期胎期新生兒期開始懷孕著床分娩斷乳三段生殖毒性試驗示意圖25.人和某些哺乳動物早期發(fā)育的時間摘自HayesAW.PrinciplesandmethodsofToxicology.3rded.RavenPressNewYork1994P999早期發(fā)育的時間（由排卵起的天數(shù)）物種胚胞形成著床器官形成期妊娠長度小鼠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.致畸試驗的日程摘自徐厚恩衛(wèi)生毒理學根底北京醫(yī)科大學中國協(xié)和醫(yī)科大學聯(lián)合出版社，1991，P44大鼠小鼠兔交配90～120日齡60～90日齡成年未交配過的染毒時間孕第6～15日孕第6～15日孕期6~18日齡處死取胎孕第20日孕第18日孕第29日27.致畸試驗的特點種屬差異性〔反響停、敵枯雙〕敏感期或關(guān)鍵期〔criticalperiod，targetwindowortimewindow〔P.158圖9-1〕劑量反響關(guān)系的特殊性〔dosewindow〕〔P.161圖9-2〕28.發(fā)育毒性的劑量-反響模式29.發(fā)育毒性的替代試驗發(fā)育毒性的體內(nèi)預(yù)篩試驗〔C.K.assay〕：主要器官形成期接近母體毒性劑量染毒，觀察出生后3天內(nèi)外觀畸形、胚胎死亡、生長緩慢等。大鼠全胚胎培養(yǎng)〔wholeembryoculture,WEC〕：9~10天大鼠胚胎，旋轉(zhuǎn)培養(yǎng)，觀察胚胎存活和發(fā)育情況〔心跳、血液循環(huán)，胚芽、卵黃囊直徑、體節(jié)數(shù)、體長等〕胚胎細胞微團培養(yǎng)〔micromassculture〕：從11天大鼠胚胎獲取中腦區(qū)、肢芽等部位細胞微團，與化學物接觸培養(yǎng)5天，不同染色后觀察小鼠胚胎干細胞試驗〔embryostemcelltest,EST〕：胚胎干細胞〔ES細胞〕具有全能性和無限增殖能力，并能在體外培養(yǎng)，可誘導(dǎo)分化成各種類型的細胞，如心肌細胞。還可通過mRNA差異顯示和基因芯片技術(shù)，研究不同分化階段細胞的基因轉(zhuǎn)錄和表達，揭示發(fā)育和分化的分子機制。30.化學致畸物的分類國際生命科學研究所〔InternationalLifeScienceInstitute,ILSI,1989〕：根據(jù)動物試驗中發(fā)育毒性的類型、嚴重程度和發(fā)生率，分為4級〔P.167，表9-1〕。美國FDA〔1979〕：根據(jù)藥物對人孕體造成危害的證據(jù)，分為5等〔P.167，表9-2〕歐洲致畸物危險度分級分類標準，分五級。31.級別分級標準危險度分類12A2B34人母體接觸可使子代發(fā)生先天缺陷，因果關(guān)系已確定人體中致畸的因果關(guān)系尚未確立，動物已有可靠資料可靠的動物實驗中已得出致畸結(jié)論資料尚不足，或無結(jié)論性證據(jù)動物實驗及人群流行病學調(diào)查結(jié)果均陰性已證實致畸對人可能致畸對人可能致畸無無歐洲致畸物危險度分級分類標準

32.確認人類新的致畸物的標準

一種特殊的缺陷或幾種缺陷綜合征的頻率突然增加。缺陷的增加與某種的環(huán)境改變，如一種新藥的廣泛使用巧合。在妊娠的特殊階段接觸環(huán)境的改變，產(chǎn)生有特征性缺陷的綜合征。缺少妊娠時引起特征性缺陷嬰兒產(chǎn)生的其他普通因子。33.人類面臨著生殖危害不孕不育：育齡夫婦不育發(fā)生率美國8.4%，法國14.1%，我國約10~15%性功能障礙：1/3以上中年男性有勃起功能障礙〔erectiledysfunction，ED〕？3/5成年女性有不同程度的性欲減退〔性冷淡〕？人類精液質(zhì)量下降？是否跟環(huán)境污染有關(guān)？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〕—

第一個被證明的人類經(jīng)胎盤致癌物孕婦早期作為保胎藥服用，女性后代青春期陰道透明細胞癌、陰道腺癌、陰道和子宮頸隆起；男性后代發(fā)生附睪囊腫、睪丸營養(yǎng)性衰竭、睪丸囊性硬結(jié)、小陰莖畸形及精子異常。還有報道隱睪、尿道下裂、睪丸癌發(fā)病率升高，成年后性功能下降〔ED〕、精子數(shù)下降？所有發(fā)現(xiàn)問題都在DES的動物實驗中得到證實！40.HypothesisEnvironmentalestrogenssurroundusisthreateningthereproductionofhumanaswellaswildlife

?41.環(huán)境內(nèi)分泌干擾物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.內(nèi)分泌干擾物的種類擬/抗雌激素：DES、Kepone/TBT擬/抗雄激素：TBT/vinclozolin、p,p’-DDE擬/抗甲狀腺激素：PCBs其他激素的擬似劑或拮抗劑44.45.典型的內(nèi)分泌干擾物己烯雌酚〔diethylstilbestrol，DES〕：孕婦接觸引起女性后代青春期陰道癌，男性后代陰睪、尿道下裂、睪丸癌發(fā)病率升高，成年后性功能下降〔ED〕、精子數(shù)下降三丁基錫〔tributyltin,TBT〕：抗生劑〔biocide〕，防污涂料〔anti-foulingpaints〕，芳香化酶抑制劑，抗雌激素/擬雄激素作用，引起海洋生物性畸變〔imposex〕46.47.

AsaresultofTBT,thepurplesnailandothercloselyrelatedspeciesareclosetoextinctioninmanyareas.(Photo:ArePedersen,NIVA)

48.StudiesindicatethatTBTinducesshellchamberingandthickening.Thisphotographshowtheharmfuleffectsonshellgrowth.Topshell-normalgrowth.Bottomshell-shelldeformitiesduetoTBTexposure.49.50.51.52.針對內(nèi)分泌干擾物的對策1996年，美國國會根據(jù)食品質(zhì)量保證法〔FoodQualityProtectionAct,FQPA〕和平安飲用水修正案〔SafeDrinkingWaterAct,SDWA〕，責成美國國家環(huán)保局建立環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的檢測方法U.S.EPA專門成立了環(huán)境內(nèi)分泌干擾物篩檢和參謀委員會〔EndocrineDisruptorScreeningandTestingAdvisoryCommittee,EDSTAC〕，制定出一個分兩個階段的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物篩檢和試驗方案。1998年開始對美國國內(nèi)使用的86000種化學物和混合物進行內(nèi)分泌干擾作用的篩檢和研究。53.內(nèi)分泌干擾物的篩檢和研究方法第一階段(短期篩檢〕雌激素受體結(jié)合和報告基因試驗體外試驗：雄激素受體結(jié)合和報告基因試驗大鼠或小鼠睪丸碎塊的甾體合成試驗

小鼠或大鼠3天子宮增重試驗青春期雌性大鼠20天給藥試驗體內(nèi)試驗：去勢雄性大鼠5-7天給藥試驗〔Hershbergerassay〕青蛙變形試驗虹鱒魚性腺發(fā)生期試驗

第二階段〔進一步研究〕大鼠或小鼠孕期和哺乳期接觸試驗，必要時進行兩代生殖毒性試驗或其它替代試驗必要時進行鳥類生殖試驗、蝦和魚類生命周期試驗、兩棲類發(fā)育和生殖毒性試驗等54.55.新鮮的雄激素依賴組織。A、B、C、D、E、F、G分別表示精囊腺、凝集腺、背外側(cè)前列腺、腹側(cè)前列腺、球海綿體肌、尿道球腺和提肛肌。

56.外源化學物對生殖系統(tǒng)的影響生殖器官配子發(fā)生〔gametogenesis〕，包括精子發(fā)生〔spermatogenesis〕和卵子發(fā)生〔oogenesis〕下丘腦-垂體-性腺軸的功能性行為生殖結(jié)局〔birthoutcome〕57.Locationinthemousegenomeof36genesactiveduringspermproduction.Genesinblueareexpressedinthespermatogonia(malegermcells)only;thoseinredareexpressedintheovary(femalegermcells)aswell.Wangetal.2findthatthespermatogonia-specificgenesareheavilyconcentratedontheXchromosome(