外源化学物生殖和发育毒性作用

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1、外源性化学物的生殖与 发育毒性作用 外源性化学物的生殖与 发育毒性作用 卫秦芝 公共卫生与热带医学学院 卫秦芝 公共卫生与热带医学学院 内容 概述：生殖过程，生殖发育毒性相关的基本概念 生殖毒性及其评价 发育毒性及其评价 第一节概 述 ? 生殖，生殖过程 （六个阶段） ? 作用途径： 直接作用：干扰生殖发育的任何环节 间接作用： 通过神经-内分泌-性腺调控 性成熟性成熟 婴儿婴儿-儿童发育儿童发育 新生儿适应新生儿适应 分娩分娩 胎儿发育胎儿发育 胚胎分化胚胎分化 胚胎植入胚胎植入 合子合子-胚胎转运胚胎转运 受精受精 配子生成、释放配子生成、释放 性腺成熟性腺成熟 生殖周期生殖周期 A A

2、B C B D E D E F 生殖和发育毒性 一 概 念 生殖毒性(reproductive toxicity)：外源化学物 对生殖过程影响及损害作用，其主要表现为生殖系 统器官（睾丸、附睾、前列腺、卵巢、子宫等）的 变化，动情（月经）周期、性行为和功能的影响， 以及对生育力和生殖（妊娠）结局的影响等。 生殖毒理学（reproductive toxicology）研 究外源化学物损害生殖过程的机制，规律及 其毒作用对后代影响的学科 生殖毒性试验(reproductive toxicity test) 一 概 念 发育毒理学(developmental toxicology)：研 究这些有害影

3、响的原因、作用机制及其规律和评价的 科学。 发育毒性（developmental toxicity）：某 些理化因素或母亲的健康状态对发育中的子代所造成 的从胚胎或胎仔发育到出生后青春期之前的有害作用 发育毒物（developmental toxicant）：暴 露可发生在怀孕前（双亲）、孕期和出生后的个体 发育到成熟的各个阶段。 一 概 念 发育毒性的四种主要表现： ? 发育生物体死亡：早早孕丢失、自然流 产、死胎 ? 生长迟缓：低于正常均值的2个标准差 ? 结构异常：畸形和变异 ? 功能缺陷：生理、生化、免疫、行为、 智力等异常 出生缺陷 ? 指婴儿出生前即已形成的 发育障碍 ? 包括形态

4、结构异常(畸形) 和功能缺陷(如智力低下，代 谢和行为的异常)。 出生缺陷发育毒性 一 概 念 畸形、致畸性、致畸作用畸形、致畸性、致畸作用 ? 畸形：发育生物体的解剖学形态结构的缺陷。 对生长、发育、生理功能和或寿命可产生有害 影响。严重畸形，轻微畸形 ? 致畸性/致畸作用：引起后代结构畸形的特性 或作用。 ? 致畸物：能引起子代畸形的环境因素。 一 概 念 一 概 念 不良妊娠结局：指妊娠后不能分娩外观和 功能正常的子代，包括：流产、死胎、死 产、宫内发育迟缓、发育异常、新生儿和 婴幼儿期死亡等。 胚体-胎体毒性胚体-胎体毒性 ? 孕体：从受精卵直到出生的整个发育生物 体，包括胚胎（胚体）

5、、胎儿（胎体）和胎 膜。 ? 胚体毒性：对着床前后直到器官形成期结束 的孕体所产生的毒性。 ? 胎体毒性：对器官形成期结束后的孕体所产 生的毒性表现。 ? 胚体-胎体毒性：统称胚胎毒性 一 概 念 二 生殖和发育毒性的特点 ? 整个生殖与发育过程所涉及的细胞或器 官都可能成为外源化学物毒作用的靶。 ? 生殖与发育过程的损害：亲性腺作用、 亲胚体作用、亲胎盘作用 二 生殖和发育毒性的特点 ? 损害作用的多种多样，取决于机体接触 化学物时间 ? 生殖发育过程（生殖系统）较为敏感。 ? 损害作用不仅表现在接触化学物质的机 体本身，还可影响其后代，影响范围广泛 和深远。 生殖与发育毒作用有三个主要的特

6、点 三 历史和发展 ?古代，公元前古代，公元前 ?畸胎学形成于16、17世纪，是研究出生缺陷的一 门学科。 畸胎学形成于16、17世纪，是研究出生缺陷的一 门学科。 ?1651年 发育停止学说1651年 发育停止学说 ?1973年，出生缺陷的原因：遗传（1973年，出生缺陷的原因：遗传（25%）、环境 （ 、环境 （10%）、其他（、其他（65%） ?二十世纪80年代，美国EPA提出了发育毒物危险 度评价 二十世纪80年代，美国EPA提出了发育毒物危险 度评价 三 历史和发展 重大事件 1935Hale， VA缺乏母猪产下秃眼和腭裂的畸形后代 1940 澳大利亚 风疹白内障、耳聋、智力发育不全

7、 1945 日本原子核辐射小头畸形和智力低下 1961 欧洲日本反应停短肢畸形 1968 日本多氯联苯米糠油事件 孕妇死亡， 早产儿和油症儿 1969 乙烯雌酚女性后代阴道和宫颈透明细胞癌 1970 Jones 胎儿酒精综合症面部畸形 宫内生长 迟缓 神经系统等的症状 三 历史和发展 评 价 1966年，美国FDA，三段生殖毒性实验 1986和1991年，美国EPA，可疑发育毒物 危险度 20世纪60年代前后在欧洲和日本广泛作为 安全有效的 20世纪60年代前后在欧洲和日本广泛作为 安全有效的抗早孕反应抗早孕反应药物，口服剂量 50200mg/d 1961-1962年，联邦德国的儿科病房中出现

8、 了大量罕见的 药物，口服剂量 50200mg/d 1961-1962年，联邦德国的儿科病房中出现 了大量罕见的短肢畸形短肢畸形儿，多数为四肢缺 陷、无眼、腭裂、骨骼发育不全，十二指肠 和肛门闭锁 儿，多数为四肢缺 陷、无眼、腭裂、骨骼发育不全，十二指肠 和肛门闭锁 反应停反应停沙立度胺短肢畸形沙立度胺短肢畸形 三 历史和发展 同一时期，全球出现了5850个短肢畸形儿同一时期，全球出现了5850个短肢畸形儿 反 应 停 th a lid o m id e 动物模型复制成功，致畸剂量:1 mg/(kgd) 时间：末次月经后6-8周，口服200 mg 其他发育毒性：流产，早产和死胎等发生 动物模型

9、复制成功，致畸剂量:1 mg/(kgd) 时间：末次月经后6-8周，口服200 mg 其他发育毒性：流产，早产和死胎等发生 三 历史和发展 我国，我国，完全正常出生的健康婴儿不到受孕的一半 异常妊娠结局异常妊娠结局 早早孕丢失31% 明显出生缺陷占2%-3% 轻微出生缺陷为14% 低出生体重7% 第二节生殖毒性及其评价第二节生殖毒性及其评价 人群流行病学调查， 整体动物生殖毒性试验资料， 体外试验资料 生殖毒性的评价方法 新化学物生殖毒性的评价： 整体动物生殖毒性试验 一 人群流行病学调查 生殖流行病学：研究父体和母体、孕体特定的暴露 与生育结局之间统计学关联的科学，更为可信。 评价化学物对男

10、性生殖功能影响：通过精液 调查、男工妻子生育史及其子代发育情况 评价化学物对女性生殖功能影响:月经情况、 妊娠结局、子代发育 二 生殖毒性试验 ?试验目的：研究外源性化学物对哺乳动物生殖 过程的有害影响，并推测可能对人体造成的生殖危 险 ?评价依据：交配后母体受孕情况（受孕率）、 妊娠过程情况（正常妊娠率）、子代动物分娩出生 情况（出生存活率）、授乳哺育（哺育成活率）以 及断乳后发育情况等 二 生殖毒性试验 生殖毒性试验类型生殖毒性试验类型3种 致畸试验：孕母暴露于外源化学物，检查出生前胎 仔的发育情况 一代生殖试验：在配子发生和形成时暴露于外源 化学物，检查对生殖功能的影响 多代生殖（繁殖）

11、试验：对仔代进行多代的观察 二 生殖毒性试验 生殖毒性试验类型生殖毒性试验类型 ? 选择依据：接触方式、试验目的 ? 药物：三段生殖毒性试验 ? 食品添加剂、农药以及环境污物：长 期连续反复接触，三段生殖毒性试验+ 多代生殖（繁殖）试验 二 生殖毒性试验 生殖毒性试验原则生殖毒性试验原则 1 动物选择 ? 哺乳动物，首选啮齿类中的大鼠 ? 实验动物对受试物的动力学、毒效 学及其他有关参数应与人最接近 ? 必要时选择两个种属 二 生殖毒性试验 生殖毒性试验原则生殖毒性试验原则 2 分组与剂量选择 ? 三个剂量组和对照组 ? 低剂量：无任何中毒症状，高剂量的1/30 ? 中剂量：轻微的中毒症状，根

12、据低高剂量间等比定位 ? 高剂量：略高于亚慢的NOAEL ,或1/10LD50，轻度中 毒，死亡率小于10%，未完全丧失生育能力 二 生殖毒性试验 生殖毒性试验原则生殖毒性试验原则 3 接触途径和频率 ? 人的实际接触途径 ? 每日一次，固定时间染毒 二 生殖毒性试验 三段生殖毒性实验三段生殖毒性实验 ? 生育力和早期胚胎发育毒性试验 ? 胚体-胎体毒性试验(致畸试验) ? 出生前后发育毒性试验(围产期毒性试验) 根据染毒时期划分 段与段之间染毒至少重合一天 二 生殖毒性试验 三段生殖毒性试验三段生殖毒性试验 I阶段试验：阶段试验：雌雄性交配前雌雄性交配前受孕受孕雌性受精雌性受精雌性着床 期间

13、染毒，研究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 （ 雌性着床 期间染毒，研究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 （A,B） 阶段试验：阶段试验：从着床到硬腭闭合期间染毒，研究对成年 雌性生殖功能、胚胎发育、器官形成期的发育毒性（ 从着床到硬腭闭合期间染毒，研究对成年 雌性生殖功能、胚胎发育、器官形成期的发育毒性（C） 阶段试验：阶段试验：从着床到幼仔断乳期间对孕母从着床到幼仔断乳期间对孕母(及乳母及乳母)染 毒，研究包括从着床到子代性成熟的母体生殖毒性和子代 的发育毒性（ 染 毒，研究包括从着床到

14、子代性成熟的母体生殖毒性和子代 的发育毒性（C,F） 二 生殖毒性试验 不同阶段的染毒时间和研究目的 三段生殖毒性试验三段生殖毒性试验 二 生殖毒性试验 一代和多代生殖（繁殖）试验一代和多代生殖（繁殖）试验 ? 一代生殖（繁殖）试验：实验动物在出生或断乳时处理 ，仅对一个生殖周期进行观察。 ? 多代生殖（繁殖）试验：整个生命期内接触受试物，同 一指标观察两代或三代，可弥补一代生殖试验中的不足（未能 观察生殖毒性在子代的表现），更符合人类长期低剂量接触的 情况 主要区别：染毒时间，观察时间 二 生殖毒性试验 一代生殖毒性试验 染毒时间：亲代(F0代)动物直接接触受试物，子一代(F1)将在 宫内及

15、经哺乳接触受试物 观察时间：主要评价受试物对亲代青春期前后和成年动物亚慢 性暴露的影响（A-F） 二 生殖毒性试验 两代（多代）生殖毒性试验 染毒时间：F0代交配前- F1断乳，F1断乳后（交配前）-F2 断乳后 观察时间：多代生殖周期的生殖毒性（A-F） 评价指标：交配指数(%)，受精指数(%)，受孕率(%)，正常分娩率 (%)，活产率(%)，妊娠率(%)，存活率(%) 优点：直接生殖毒性和间接生殖 二 生殖毒性试验 两代（多代）生殖毒性试验 F F a a F F b b F F b b F F b b F F a a F F a a F F （断乳后） 给予受试物到周 （断乳后） 给予受

16、试物到周 观察三个月，喂饲普通饲 料，观察其生长发育情况 观察三个月，喂饲普通饲 料，观察其生长发育情况 断乳后给予受试 物到周 断乳后给予受试 物到周 观察三个月，喂饲普通饲 料，观察其生长发育情况 观察三个月，喂饲普通饲 料，观察其生长发育情况 断乳后给予受试 物到周 断乳后给予受试 物到周 二 生殖毒性试验 生殖毒性的检测-雄性生殖毒性的检测 内分泌 黄体生成素 卵泡刺激素 睾酮 促性腺激素释放激素 生育率 暴露率.饪振率 每个孕妇(或怀孕动物)的胚胎数或产仔数 胚胎成活率.黄体数 2-8细胞卵 每卵精子数 体外试验 介质中精子孵育 仓鼠卵穿透试验 需要考虑的其他试验 睾丸密度张力测量 睾丸定性组织学 睾丸定量组织学 精子释放循环周期 精子活率 时间-暴露照相术 多重-暴露照相术 显微电视照相术 精子膜特征 精子代谢评价 精子中荧光Y小体 流式细胞术检测精子 人精子原核核型 宫颈黏液穿透试验 睾丸 原位大小 重量 精子细胞储量 大体与组织学