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1、生殖发育毒性 畸胎学 古代 现代实验畸胎学 十九世纪 发育毒理学 二十世纪 第一节概述 Teratology 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 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 致畸作用因素 电离辐射化学物和药物病毒细菌感染吸烟酗酒母体代谢失调 反应停 thalidomide 事件孕妇的理想选择 1953年 联邦德国一家名为ChemieGruenenthal的制药公司研究人员发现 反应停
2、 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 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 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 调查显示 在第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 支付巨额赔偿金 1970年4月10
3、日 案件的控辩双方于法庭外达成了和解 ChemieGruenenthal公司同意向控方支付总额1 1亿德国马克的赔偿金 一 生殖发育毒性作用的特点和影响因素 一 发育各阶段发育毒性作用的特点1 着床前期2 器官形成期3 胎儿期4 围生期和出生后的发育期 1 着床前期 事件 发生受精 卵裂 进入子宫腔 囊胚形成 原肠胚形成及着床 时间 人类为受精后的第11 12天 啮齿类动物为最初的 天 特点 此期受损的是早期胚胎的相对未分化细胞 可通过代偿性的细胞增生加以修补 不会产生局部缺陷 最多出现发育迟缓 若受损的细胞较多 可造成胚胎死亡 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
4、天用甲基亚硝脲处理可造成子代神经管缺陷和腭裂 这一发育阶段被称为早期不易感期 2 器官形成期 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 啮齿类动物为第1 3周 特点 此期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 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 人类胚胎的致畸敏感期 同一致畸物 给
5、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 小鼠孕第8 12天的不同时间给予环磷酰胺 虽然均可引起足趾畸形 但是随着给药时间不同 分别出现多趾 并趾 缺趾 无趾 大鼠静脉注射硝酸铅 第9 5天引起后部畸形 第10天可引起大鼠死亡 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 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
6、 胎儿期 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 自主和认知等方面的影响 围生期是一生中对致癌物最敏感的时期 4 围生期和出生后的发育期 二 生殖发育毒性的物种差异 发育阶段致畸效应的特异性 胚胎所处的发育阶段不同 对于致畸作用呈现不同的敏感性 有性生殖动物的着床前胚泡对致死作用较为易感 对致畸作用较差 在胚胎发育后期和新生儿期的发育毒性表现为 生长迟缓 神经 内分泌及免疫系统机能的
7、改变 胎儿对致死作用的易感性较胚胎为低 致畸的物种个体差异 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 同一物种不同品系对一种致畸物敏感性的差别很大 反应停和脱氢皮质酮都有这种现象 可能由于同一致畸物在不同物种和同一物种的不同品系动物的代谢过程有一定差异 也可能由于致畸物主要是通过母体胎盘作用于胚胎 而不同物种动物胎盘构造也不相同 这些差异可能是由于遗传因素 即基因型差异 为什么会出现物种及种间差异 三 生殖发育毒性的剂量反应关系模式 A 正常胎 生
8、长迟缓和结构畸形同时存在 但较高剂量下几乎引起全窝胚胎死亡 这种类型较常见 此类化学物低剂量下主要导致生长迟缓 随剂量的增加 导致畸形和死胎 多为细胞毒性致畸物 包括烷化剂 抗癌药及很多致突变物 B 在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸 甚至全窝致畸 致畸胎儿常同时出现生长迟缓 当剂量增加到远远超过全窝畸形时才出现胚胎死亡 后者的剂量范围常常与明显的母体毒性剂量范围重叠 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 生殖发育毒性的剂量反应关系模式 C 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
9、 表明胚胎存活有明显的界限 这类化学物 可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 生殖发育毒性的剂量反应关系模式 二 母体毒性与生殖发育毒性 一 母体因素对生殖发育毒性的影响 母体毒性 化学毒物对受孕母体产生的损伤作用 表现为增重减慢 功能异常 临床症状 甚至死亡 母体因素对生殖发育毒性的影响 1 遗传学 母体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 2 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 3 营养 母体蛋白
10、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 4 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 5 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关键的激素 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 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2 既有胚胎毒性 也有母体毒性3 具有母体毒性 但不具有胚胎毒性4 既无母体毒性 也无胚胎毒性 一定剂量范围内 三 父源性生殖发育毒性 父源性出生缺陷 paternalbirthd
11、efect 影响因素 遗传缺陷 年龄因素和外界暴露因素 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 第二节生殖发育毒性作用机制 1 不发育 agenesis 由于某些重要的原基组织 primordialtissue 不存在或缺乏邻近组织或前体组织的正常诱导而使原基组织不发生 结果某个器官或躯体部分发生或完全缺如 2 发育不全 hypoplasia 这种畸形常在名词前冠以 小 字 如小头 小眼等 此外 亦有软骨发育不全等 3 发育受阻某器官或结构发育至半途时受阻而停止 可分为四类 不合并 non fusion 不分裂 non division 如动脉干永存 抑制迁移
12、 sup pressedmigration 暂时性结构的保存 persistenceoftransitorystructure 如肛门闭锁 憩室等 先天畸形的发生方式 4 相邻原基粘连如马蹄肾 或原基分裂如分裂输尿管 5 生长过度 overgrowth 如多指 巨指或先天性角化过度等 6 错位 misplacement 如内脏错位等 7 错误迁移 incorrectmigration 如卵巢迁移到外生殖器 并耳等 8 不典型分化 atypicaldifferentiation 包括先天性肿瘤的形成 异位和分化 9 返祖 atavism 常见的有多毛 复乳等 引发机制 1 基因突变与染色体畸变2
13、 干扰基因表达3 细胞损伤与死亡4 细胞凋亡5 干扰细胞间的交互作用6 通过胎盘毒性引起发育毒性7 干扰母体稳态8 内分泌干扰作用 第三节生殖毒性试验与评价 外源化学物生殖毒性的评价需要四方面的资料 环境流行病学资料 控制下的临床研究资料 动物生殖毒性试验资料 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 一 动物生殖毒性试验 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 1 动物选择 试验中动物应选
14、择 食性和对受试物代谢过程与人类接近 易饲养 易繁殖和价廉之外 还应特别注意妊娠过程较短 每窝产仔数较多以及胎盘构造与人类接近的动物 试验可选用二种哺乳动物 一般首先考虑大鼠 此外为小鼠或家兔 大鼠受孕率高 易于得到足够标本数 且大鼠对大多数外源化学物代谢过程 基本与人类近似 但不足之处是大鼠对一般外源化学物代谢速度很高 对致畸物耐受性强 易感性低 有时出现假阴性结果 小鼠自然畸形发生率较大鼠高 对形成腭裂的致畸物更较为敏感 家兔为草食动物 与人类代谢功能差异较大 妊娠期不够恒定 自然发生率也较高 鸡胚也可进行致畸试验 可同时得到大量鸡胚 胚胎发育条件也较易控制 但鸡胚不是哺乳动物 缺乏受试物
15、与母体的相互作用 2 剂量分组 致畸试验一般应先进行预试验 找出引起母体中毒的剂量 一般用孕鼠8 10只 在妊娠5 16天内给予受试物 如出现较严重的母体中毒 流产或胚胎大量死亡 将剂量略为降低 直到找出引起母体轻度中毒一般症状的剂量 根据预试结果进一步确定正式试验剂量 正式试验最少应设3个剂量组 另设对照组 高剂量组 该剂量一般不超过LD50的1 5 1 3 应引起母体轻度中毒 即进食量减少 体重减轻 死亡不超过10 低剂量组 可以为LD50的1 100 l 30 不应观察到任何中毒症状 中剂量组 可以允许母体出现某些极轻微中毒症状 其剂量与高剂量和低剂量成等比级数关系 如果已掌握或能估计人
16、体实际接触量 也可将实际接触量作为低剂量 并以其10倍左右为最高剂量 急性毒性较强的受试物 所采用剂量应稍低 反之可较高 接触受试物的方式与途径应与人体实际接触情况一致 大鼠和小鼠一般可自受孕后第5天开始接触受试物 每日一次 持续到第15天 如研究器官易感性 则应在上述期间增加动物组数 将受试物每日分别给予不同组的动物 根据畸形出现的情况 确定受试物的敏感时间和靶器官 试验期间每天称取母鼠体重 根据体重增长 随时调整剂量 观察受孕动物的妊娠情况和胚胎发育情况 受孕动物的体重持续增长 表示妊娠过程及胚胎发育正常 3 实验终点检查 自然分娩前1 2日将受孕动物处死剖腹 取出子宫及活产胎仔 记录死胎及吸收胎 一般大鼠在受孕后第19 20天 小鼠第18 19天 家免在第29天 胎仔在临近出生期间 发育进展极为迅速 相差半日 发育情况即有显著差异 骨骼发育尤为显著 孕鼠处死后 从子宫顶端依次取出其中活产幼仔 死胎以及吸收胎 并记录编号 大鼠和家免还应取出卵巢 记录黄体数用来代表排卵数 活产胎仔取出后 先检查性别 逐只称重 并按窝计算平均体重 然后进行畸形检查 为保证哺乳机会 一般主张每窝保留8只
