環(huán)境化學(xué)物的特殊毒性及其評(píng)價(jià)課件

本章內(nèi)容第五章環(huán)境化學(xué)物的特

殊毒性及其評(píng)價(jià)第一節(jié)環(huán)境化學(xué)物的致突變性及其評(píng)價(jià)第二節(jié)環(huán)境化學(xué)物的致癌作用及其評(píng)價(jià)第三節(jié)環(huán)境化學(xué)物的生殖發(fā)育毒性及其評(píng)價(jià)

第一節(jié)環(huán)境化學(xué)物的致突變性

及其評(píng)價(jià)

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一、基本概念

●遺傳毒理學(xué)(GeneticToxicology)

●突變(mutation)

●化學(xué)致突變作用（chemicalmutagenesis)

●誘變劑（mutagen)直接誘變劑（direct-actingmutagen)間接誘變劑（indirect-actingmutagen)毒作用效應(yīng)譜死亡中毒，患病亞臨床變化體內(nèi)過量負(fù)荷致突變作用致癌作用致畸作用二、遺傳損傷的分類1.基因突變（genemutation)2.染色體突變(chromosomemutation)3.基因組突變(genomicmutation)

DNA突變的后果染色體畸變的主要類型

估計(jì)的人類內(nèi)源性DNA損傷和修復(fù)過程

四、突變的不良后果哺乳動(dòng)物誘發(fā)突變體細(xì)胞突變生殖細(xì)胞突變腫瘤畸胎顯性致死可遺傳的改變（如果胚胎（不可遺傳（基因突變接觸毒物）的改變）平衡易位小的缺失）給予有效劑量的誘變劑化學(xué)因素物理因素生物因素環(huán)境因素原癌基因

癌基因

原癌基因點(diǎn)突變?cè)┗驍U(kuò)增染色體易位與基因重排原癌基因抑制解除抑癌基因缺失

致突變作用的評(píng)價(jià)主要應(yīng)用遺傳毒理學(xué)試驗(yàn),它是基于表型改變撿測(cè)基因突變及小缺失：通過細(xì)胞學(xué)的方法觀察大的染色體損傷；直接檢測(cè)DNA損傷（如DNA加合物測(cè)定，DNA鏈斷裂測(cè)定等）或間接反映DNA損傷（如DNA損傷修復(fù)發(fā)生的檢測(cè)等）的試驗(yàn)方法。

五、致突變作用的評(píng)價(jià)(一)遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的目的與分類檢測(cè)ＤＮＡ是否受損的彗星試驗(yàn)圖(二)遺傳毒理學(xué)試驗(yàn)的基本類型Ames試驗(yàn)：

在正常菌株（對(duì)照組）受抑制的情況下，苯并芘誘導(dǎo)的突變株（處理組）大量生長(zhǎng)。2.常用致突變?cè)囼?yàn)USEPA毒物處提出的遺傳危害性評(píng)價(jià)試驗(yàn)程序Ames試驗(yàn)＋體外哺乳動(dòng)物細(xì)胞＋體內(nèi)骨髓細(xì)胞遺傳學(xué)試驗(yàn)基因突變?cè)囼?yàn)·染色體畸變?cè)囼?yàn)·微核試驗(yàn)

與性腺DNA相互作用的試驗(yàn)顯性致死試驗(yàn)特異座位試驗(yàn)·形態(tài)學(xué)改變·生物化學(xué)改變可遺傳易位試驗(yàn)

《保健食品安全性毒理學(xué)評(píng)價(jià)程序》（2004）Ames試驗(yàn)或V79細(xì)胞HGPRT基因突變?cè)囼?yàn)、小鼠骨髓微核試驗(yàn)或骨髓細(xì)胞染色體畸變?cè)囼?yàn)、TK基因突變?cè)囼?yàn)或小鼠精子畸形試驗(yàn)和睪丸染色體畸變?cè)囼?yàn)（各選擇一項(xiàng)）其他備選試驗(yàn)：顯性致死試驗(yàn)，果蠅伴性隱性致死試驗(yàn)，UDS試驗(yàn)新藥毒理學(xué)安全性評(píng)價(jià)程序

Ames試驗(yàn)+哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)胞+動(dòng)物微核試驗(yàn)染色體畸變?cè)囼?yàn)哺乳動(dòng)物培養(yǎng)細(xì)果蠅伴性隱性顯性致死試驗(yàn)精原細(xì)胞染色UDSSOS顯色反應(yīng)胞基因突變?cè)囼?yàn)致死突變?cè)囼?yàn)體畸變?cè)囼?yàn)環(huán)境基因組計(jì)劃(EnvironmentalGenomeProject)是應(yīng)用人類基因組計(jì)劃建立的研究方法，著重研究環(huán)境與人類疾病的關(guān)系，探尋環(huán)境相關(guān)性疾病的遺傳基因序列的多樣性，專門研究與環(huán)境相關(guān)疾病的遺傳易感性，并在病因?qū)W中探索基因-環(huán)境的相互作用。

六、環(huán)境基因組計(jì)劃（一）環(huán)境與人類疾病基因多態(tài)性（genepolymorphism）指在人群中同一個(gè)基因位點(diǎn)存在個(gè)體差異，即存在等位基因。一般當(dāng)在某一人群中等位基因出現(xiàn)頻率大于1%時(shí)，才稱該基因具有多態(tài)性。

（二）基因多態(tài)性（三）環(huán)境基因組計(jì)劃的候選基因

DNA修復(fù)基因毒物代謝酶基因激素代謝酶基因受體基因細(xì)胞周期調(diào)控基因信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因介導(dǎo)免疫和感染反應(yīng)的介質(zhì)基因介導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)因素的基因參與氧化過程的基因細(xì)胞內(nèi)藥物敏感基因（四）環(huán)境基因組計(jì)劃研究的疾病1.癌癥 2.呼吸系統(tǒng)疾病 3.神經(jīng)退行性疾病 4.發(fā)育障礙 5.出生缺陷 6.生殖障礙 7.自身免疫性疾病(五)環(huán)境基因組組計(jì)劃的四個(gè)階段1.收集樣本，利用高效測(cè)序技術(shù)，對(duì)所選擇的靶基因進(jìn)行再測(cè)序，獲得基因多態(tài)性的資料，并建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)。2.進(jìn)行基因多態(tài)性功能研究，確定其生物學(xué)意義。3.進(jìn)行基因多態(tài)性在人群中分布規(guī)律和特點(diǎn)的流行病學(xué)研究。4.改進(jìn)危險(xiǎn)度及環(huán)境暴露的評(píng)價(jià)方法，確定高危人群并對(duì)其進(jìn)行特定疾病篩查和預(yù)防，更好地保護(hù)易感人群。（六）環(huán)境基因組計(jì)劃研究項(xiàng)目

1.生命統(tǒng)計(jì)學(xué) 2.DNA測(cè)序 3.社會(huì)、法律和倫理學(xué)的應(yīng)用 4.功能分析 5.人群研究 6.技術(shù)的發(fā)展第二節(jié)環(huán)境化學(xué)物的致癌作用及其評(píng)價(jià)

一、環(huán)境致癌、化學(xué)致癌二、化學(xué)致癌的機(jī)制

三、環(huán)境化學(xué)致癌物的分類

四、環(huán)境化學(xué)致癌物的評(píng)價(jià)

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一、環(huán)境致癌、化學(xué)致癌

1.化學(xué)致癌(chemicalcarcinogenesis)

化學(xué)物質(zhì)引起正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成腫瘤的過程。2.化學(xué)致癌物(chemicalcarcinogen)能引起正常細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化并發(fā)展成腫瘤的化學(xué)污染物質(zhì)。

美國(guó)各種因素引起癌癥死亡所占的比例

（Doll&Peto，1981)化學(xué)致癌研究的重要?dú)v史事件（1）化學(xué)致癌研究的重要?dú)v史事件（2）二、化學(xué)致癌機(jī)制遺傳機(jī)制學(xué)派（genetictheory)

親電子劑學(xué)說體細(xì)胞突變學(xué)說癌基因?qū)W說多階段學(xué)說

遺傳外機(jī)制學(xué)派（epigenetictheory)(—)化學(xué)致癌的非遺傳機(jī)制

1.主要證據(jù)①腫瘤的形成與細(xì)胞的分化和增生有關(guān)②腫瘤的癌性狀態(tài)有時(shí)候是可逆的③致癌作用可由非誘變劑引起④并非所有致癌物都是致突變物⑤致癌作用與DNA甲基化的改變有關(guān)⑥體外細(xì)胞轉(zhuǎn)化的頻率很高

2.常見動(dòng)物非遺傳毒性化學(xué)致癌物(二)化學(xué)致癌的癌基因?qū)W說

1.癌基因(oncogene)

一類能引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化及癌變的基因，是化學(xué)致癌物作用的主要靶分子，在細(xì)胞癌變過程中起關(guān)鍵作用。

本身是正常的細(xì)胞基因，起調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)分化的作用，在進(jìn)化過程中高度保守，在除胚胎期或組織的再生和修復(fù)過程中表達(dá)外，通常處于靜止?fàn)顟B(tài)，在化學(xué)致癌物、某些物理因素和生物因素的作用下被激活而進(jìn)行表達(dá)，促進(jìn)細(xì)胞分裂增殖，引起細(xì)胞轉(zhuǎn)化，最終形成腫瘤。2.細(xì)胞原癌基因3.原癌基因的發(fā)現(xiàn)與存在證據(jù)

(1)體細(xì)胞雜交(2)染色體導(dǎo)入和微細(xì)胞轉(zhuǎn)移

(3)遺傳性腫瘤研究

（1）生長(zhǎng)因子和生長(zhǎng)因子受體類βαβ4.原癌基因的功能分類（2）細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子類（3）轉(zhuǎn)錄因子類5.原癌基因的激活機(jī)制

原癌基因點(diǎn)突變

原癌基因擴(kuò)增

染色體易位與基因重排

原癌基因抑制解除

抑癌基因缺失化學(xué)致癌物誘發(fā)的ras家族原癌基因的點(diǎn)突變?nèi)祟惸[瘤中癌基因的擴(kuò)增6.抑癌基因(tumorsuppressorgene)作用方式與癌基因相反，它們?cè)谡＜?xì)胞中起著抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)分化的作用，在環(huán)境致癌因素的作用下，抑癌基因發(fā)生純合缺失或失活亦會(huì)引起細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化而致癌。抑癌基因必須一對(duì)等位基因丟失或突變后失活，才能對(duì)細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化起作用，故又稱為隱性癌基因(recessiveoncogene)。已知的和候選的抑癌基因（1）已知的和候選的抑癌基因（2）7.致癌過程中涉及的兩組基因比較8.家族性結(jié)腸直腸癌癌變的遺傳學(xué)模型(三)化學(xué)致癌的階段學(xué)說

致癌作用多階段模式圖

1.引發(fā)階段引發(fā)是一個(gè)遺傳毒性事件，致癌物直接作用于DNA的初級(jí)序列，引起基因突變，使原癌基因活化或抑癌基因失活，使細(xì)胞成為具有發(fā)展為腫瘤潛能的引發(fā)細(xì)胞(initiatedcell)。引發(fā)細(xì)胞不具有生長(zhǎng)自主性，因此不是腫瘤細(xì)胞。

引發(fā)劑本身有致癌性，大多數(shù)是致突變物，沒有可檢測(cè)的閾劑量，引發(fā)作用是不可逆的，并且是累積性的。引發(fā)劑作用的靶主要是原癌基因和腫瘤抑制基因。引發(fā)階段的個(gè)體變異、物種差異及親器官特征取決于細(xì)胞對(duì)致癌物的代謝、DNA修復(fù)及細(xì)胞增殖／凋亡的平衡。

2.促進(jìn)階段引發(fā)細(xì)胞增殖成為癌前病變或良性腫瘤的過程中促進(jìn)階段歷時(shí)較長(zhǎng)，早期有可逆性，晚期為不可逆的，在促進(jìn)階段(特別是在早期)持續(xù)給以促長(zhǎng)劑是必需的。衰老、飲食和激素可影響促進(jìn)作用。促長(zhǎng)劑本身不能誘發(fā)腫瘤，通常是非致突變物，通常具有閾劑量，其劑量反應(yīng)關(guān)系呈S形曲線。促長(zhǎng)劑通過啟動(dòng)細(xì)胞選擇性生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)或抑制正常細(xì)胞生長(zhǎng)，或兩者兼而有之，使啟動(dòng)細(xì)胞克隆擴(kuò)增。

促癌劑致癌作用的靶器官

3.進(jìn)展階段從引發(fā)細(xì)胞群(癌前病變、良性腫瘤)轉(zhuǎn)變成惡性腫瘤的過程。盡管在演變過程中基因組在分子水平上不斷發(fā)生多種改變，但基本上可概括為核型不穩(wěn)定以及表型的異質(zhì)性。

兼有引發(fā)劑、促長(zhǎng)劑和進(jìn)展劑作用的化學(xué)致癌物可稱為完全致癌物。

致癌作用可能的進(jìn)展劑多階段致癌的形態(tài)學(xué)和生物學(xué)特征三、化學(xué)致癌物的分類

按化學(xué)性質(zhì)分類

按致癌機(jī)制分類

按作用結(jié)果分類化學(xué)致癌物的種類根據(jù)致癌機(jī)制分類

致癌物分類證據(jù)權(quán)重IARC分類USEPA分類ACGHI分類人群流行足夠1AA1病學(xué)資料（人致癌物）（人致癌物）

有限2AB1A2

(人的可能致癌物)(人的可能致癌物)（可疑的人致癌物）

長(zhǎng)期動(dòng)物足夠2A/2BB2A2致癌試驗(yàn)(或許為人的致癌物)有限2BC-(或許為人的致癌物)證據(jù)不足3D-證據(jù)為陰性4E-證據(jù)不足以評(píng)定---

IARC評(píng)價(jià)的各類致癌因素的數(shù)量變化四、化學(xué)物致癌性的鑒定

(一)哺乳動(dòng)物致癌試驗(yàn)1.試驗(yàn)動(dòng)物常規(guī)選用大鼠和小鼠，也可用倉(cāng)鼠。品系應(yīng)選擇較敏感、自發(fā)腫瘤率低、生活力強(qiáng)及壽命較長(zhǎng)的品系。性別：應(yīng)使用同等數(shù)量的雌雄兩種性別的動(dòng)物。年齡：使用剛離乳的動(dòng)物。一般設(shè)三個(gè)試驗(yàn)組。美國(guó)NCI推薦以最大耐受劑量(MTD)為高劑量。高劑量選擇可以根據(jù)：①毒性終點(diǎn)，即最大耐受劑量(MTD)；②藥代動(dòng)力學(xué)終點(diǎn)，嚙齒動(dòng)物血漿AUC(時(shí)量曲線下面積)為人的25倍；③選擇吸收飽和劑量；④藥效學(xué)終點(diǎn)，不應(yīng)產(chǎn)生生理學(xué)和內(nèi)穩(wěn)態(tài)紊亂；⑤最大可行劑量，受試物在飼料中最高含量為5％。限制劑量為1500mg／(kg體質(zhì)量·d)。每組至少有雌雄各50只動(dòng)物，希望在出現(xiàn)第一個(gè)腫瘤時(shí)，每組還有不少于25只動(dòng)物。2.劑量選擇和動(dòng)物數(shù)量

3.染毒途徑

應(yīng)盡可能模擬人體可能的暴露途徑，主要途徑有經(jīng)口、經(jīng)皮和吸入三種。4.試驗(yàn)期限一般情況下，試驗(yàn)期限小鼠和倉(cāng)鼠應(yīng)為18個(gè)月，大鼠為24個(gè)月；當(dāng)最低劑量組或?qū)φ战M存活的動(dòng)物只有25％時(shí)，可以結(jié)束試驗(yàn)。

▲一般觀察▲病理檢查▲結(jié)果分析

致癌試驗(yàn)陽性的判定標(biāo)準(zhǔn)（WHO）

(1)對(duì)于對(duì)照組也出現(xiàn)的一種或數(shù)種腫瘤，試驗(yàn)組腫瘤發(fā)生率增加。(2)試驗(yàn)組發(fā)生對(duì)照組沒有的腫瘤類型。(3)試驗(yàn)組腫瘤發(fā)生早于對(duì)照組。(4)與對(duì)照組比較，試驗(yàn)組每個(gè)動(dòng)物的平均腫瘤數(shù)增加。

5.觀察和結(jié)果分析長(zhǎng)期化學(xué)致癌作用的生物分析(動(dòng)物致癌試驗(yàn))為保證假陰性率在5％以下所需每組最低動(dòng)物數(shù)腫瘤發(fā)生率超過自發(fā)率(％)腫瘤自發(fā)率(％)110200.1226747195862934718741331020530354715295979164510121289423157414720220529212125406582基于Fisher精確檢驗(yàn)(p<0．05)(二)致癌物篩選的短期試驗(yàn)

①基因突變?cè)囼?yàn)：鼠傷寒沙門氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames試驗(yàn))，培養(yǎng)哺乳動(dòng)物細(xì)胞TK或HPRT正向突變?cè)囼?yàn)。②染色體畸變?cè)囼?yàn)：體外細(xì)胞系細(xì)胞遺傳學(xué)分析，小鼠骨髓微核試驗(yàn)，大鼠骨髓染色體畸變?cè)囼?yàn)。③原發(fā)性DNA損傷：DNA加合物，鏈斷裂，DNA修復(fù)誘導(dǎo)(細(xì)菌SOS反應(yīng)，大鼠肝UDS誘導(dǎo))，SCE試驗(yàn)。1.分類2.短期遺傳毒性試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)(三)體外細(xì)胞轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)

1.靶細(xì)胞

最常用的細(xì)胞系(株)是金黃地鼠胚胎細(xì)胞、腎細(xì)胞或乳鼠肺細(xì)胞；其次是小鼠胚胎細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、前列腺細(xì)胞、肺細(xì)胞，第三是大鼠胚胎細(xì)胞、肺成纖維細(xì)胞、氣管上皮細(xì)胞、肝上皮細(xì)胞，人胚胎細(xì)胞、氣管上皮細(xì)胞。

2.細(xì)胞轉(zhuǎn)化的判別標(biāo)準(zhǔn)細(xì)胞形態(tài)學(xué)及生長(zhǎng)狀況的改變、染色體核型異常、細(xì)胞轉(zhuǎn)化灶形態(tài)(化學(xué)致癌因子與輻射誘發(fā)細(xì)胞轉(zhuǎn)化灶形態(tài)不同)、半固體瓊脂培養(yǎng)基中形成集落的能力，以及在免疫抑制動(dòng)物或裸鼠體內(nèi)的致瘤能力等。正常與轉(zhuǎn)化細(xì)胞及惡性轉(zhuǎn)化細(xì)胞的鑒別(成纖維細(xì)胞)

兩種細(xì)胞的惡性轉(zhuǎn)化試驗(yàn)的效果細(xì)胞株靈敏度特異度

SHE87％(26／30)83％(15／18)

BALB／c3T380％(64／80)60％(40／67)(四)哺乳動(dòng)物短期致癌試驗(yàn)1.小鼠皮膚腫瘤誘發(fā)試驗(yàn)2.小鼠肺瘤誘發(fā)試驗(yàn)3.大鼠肝轉(zhuǎn)化灶誘發(fā)試驗(yàn)4.雌性大鼠乳腺癌誘發(fā)試驗(yàn)

短期動(dòng)物致癌實(shí)驗(yàn)的觀察終點(diǎn)不以惡性腫瘤為目的，而是以癌前病灶為目的。

(五)人群流行病學(xué)研究

1.優(yōu)點(diǎn)(1)人是癌癥的最終指示者；(2)可對(duì)敏感人群進(jìn)行評(píng)價(jià)；(3)可對(duì)職業(yè)暴露進(jìn)行隊(duì)列研究；(4)是環(huán)境的警戒哨兵。

2.缺點(diǎn)(1)通常是回顧性的(死亡證明，有回憶偏倚等)；(2)不敏感，費(fèi)用昂貴，時(shí)間長(zhǎng)；(3)沒有確實(shí)的暴露資料可用，或者不易獲得；(4)對(duì)化學(xué)物暴露往往是聯(lián)合的、多種的和復(fù)雜的；(5)常常缺乏適宜的隊(duì)列；(6)由于倫理與道德上的原因不能對(duì)人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；(7)所獲得的結(jié)果是癌癥的檢出而不是預(yù)防。(六)構(gòu)效關(guān)系分析預(yù)測(cè)致癌性

1.優(yōu)點(diǎn)(1)相對(duì)容易、快速與經(jīng)濟(jì)；(2)對(duì)某些種類的化學(xué)物是可靠的，如亞硝胺：類、抗生素類、蒽醌類和聯(lián)苯胺染料；(3)計(jì)算機(jī)適應(yīng)與相容。

2.缺點(diǎn)(1)此種方法是非“生物學(xué)的”；(2)對(duì)公式表示的規(guī)則會(huì)有例外；(3)有假陽性和假陰性；(4)用根本不同的理論系統(tǒng)和版本來進(jìn)行相互矛盾的預(yù)測(cè)；(5)主要是回顧性的，很少是前瞻性的。

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第三節(jié)環(huán)境化學(xué)物的生殖發(fā)育毒性及其評(píng)價(jià)本節(jié)主要內(nèi)容※生殖毒性及評(píng)價(jià)

※發(fā)育毒性及評(píng)價(jià)

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一、基本概念

生殖發(fā)育是哺乳動(dòng)物繁衍種族的生理過程，其中包括：生殖細(xì)胞（即精子和卵細(xì)胞）發(fā)生、卵細(xì)胞受精、著床（或植入）、胚胎形成、胚胎發(fā)育、器官發(fā)生（或器官形成）、胎仔發(fā)育、分娩、哺乳、性成熟過程。（一）生殖發(fā)育（二）生殖發(fā)育毒性

環(huán)境化學(xué)物對(duì)生殖發(fā)育損害作用可分為：生殖毒性—-生殖毒理學(xué)發(fā)育毒性—-發(fā)育毒理學(xué)（三）生殖毒理生殖毒性是指環(huán)境污染物對(duì)生殖過程的影響。

生殖毒性的表現(xiàn)主要包括對(duì)性成熟、配子生成和轉(zhuǎn)移、性周期、性行為、受精的有害作用；廣義的還包括對(duì)妊娠、分娩、哺乳等的有害作用。生殖毒理學(xué)主要研究環(huán)境化學(xué)物對(duì)生殖細(xì)胞發(fā)生、卵細(xì)胞受精、胚胎形成、妊娠、分娩和哺乳過程的損害作用及其評(píng)定。 廣義的生殖毒理學(xué)可以包括發(fā)育毒理學(xué)。（四）生殖毒理學(xué)（五）發(fā)育毒性 發(fā)育毒性是指環(huán)境污染物對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育過程的影響。 發(fā)育毒性的表現(xiàn)主要包括形態(tài)異常、生長(zhǎng)發(fā)育改變、發(fā)育生物體死亡、行為功能缺陷或異常。（六）發(fā)育毒理學(xué)

發(fā)育毒理學(xué)則主要研究從受精卵到性成熟這一發(fā)育期間環(huán)境污染物對(duì)發(fā)育體的毒性作用，也可包括對(duì)生殖細(xì)胞的毒性，如雄性或雌性介導(dǎo)的發(fā)育毒性。狹義的概念則主要指孕期暴露對(duì)發(fā)育體的毒性作用。發(fā)育毒理學(xué)是在畸胎學(xué)（主要是實(shí)驗(yàn)畸胎學(xué)）、生殖毒理學(xué)（主要是化學(xué)致畸作用）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門毒理學(xué)的分支學(xué)科。從毒理學(xué)角度而言，發(fā)育毒性作為生殖毒性研究的內(nèi)容，直到20世紀(jì)80年代末才從生殖毒理學(xué)中分化出來。二、生殖毒性及評(píng)價(jià)(一)雄性生殖毒性

1.雄性生殖基礎(chǔ)精子–雄性生殖細(xì)胞結(jié)構(gòu)：大小、頭、尾（結(jié)構(gòu)畸形）。數(shù)量：多少（數(shù)量畸形）。運(yùn)動(dòng)：運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)、運(yùn)動(dòng)能力（能量）。指示生物：

魚等動(dòng)物精子，如文昌魚；人類精子庫(kù)。生育功能自檢，英國(guó)生產(chǎn)。

2.雄性生殖毒性

睪丸的功能主要是生成精子和合成雄性激素，精子的生成有賴于下丘腦－垂體－睪丸軸的調(diào)節(jié)功能。環(huán)境化學(xué)物毒性：（1）睪丸生精能力損害。（2）下丘腦－垂體－睪丸軸調(diào)節(jié)功能的影響。（3）對(duì)性功能的影響。（1）對(duì)睪丸生精能力的損害

影響睪丸生精功能的典型環(huán)境化學(xué)物有：

棉酚農(nóng)藥（馬拉硫磷和敵敵畏）工業(yè)污染物（如CS2）維生素A缺乏等

棉酚:棉酚毒性作用部位是睪丸，使睪丸內(nèi)的精子、精細(xì)胞和精母細(xì)胞受損，直接作用于精子，使其活力受到抑制，作用于精子發(fā)育過程的不同階段，最終導(dǎo)致精子減少或無（治療后大部分可恢復(fù)）、不育。

多種農(nóng)藥：

馬拉硫磷和敵敵畏，都能引起精子數(shù)目減少、畸形精子增多和性功能減退。

工業(yè)污染物：

二硫化碳（CS2），對(duì)多種動(dòng)物的睪丸有損害作用，表現(xiàn)為睪丸明顯萎縮，精子生成障礙。

重金屬：

鉛、鎘、汞、錳。均具有不同程度的生殖毒性。都能引起精子數(shù)目減少、畸形精子增多和性功能減退。（2）對(duì)內(nèi)分泌功能的影響

影響內(nèi)分泌功能典型的環(huán)境污染物是鉛和二硫化碳（CS2）。

鉛可干擾下丘腦－垂體－睪丸軸的正常功能，影響促性腺釋放激素(GnRH)的釋放，血清中促卵泡生成激素(FSH)、促黃體生成激素(LH)、睪酮含量降低。有報(bào)道12名鉛作業(yè)工人血清中FSH、LH和睪酮的平均值均明顯低于對(duì)照組，三種激素與血鉛含量呈負(fù)相關(guān)。二硫化碳（CS2）：

在人群調(diào)查中觀察到接觸CS2的血清中FSH水平顯著低于對(duì)照組，而LH則較對(duì)照組明顯升高。一般認(rèn)為L(zhǎng)H水平增高出現(xiàn)的時(shí)間先于FSH水平增高和睪酮水平降低時(shí)間，所以LH水平可作為評(píng)價(jià)CS2對(duì)男性生殖系統(tǒng)損害的早期檢測(cè)指標(biāo)。（3）對(duì)性功能影響雄性機(jī)體性功能：

包括性欲、陰莖勃起、性交、情欲高潮和射精等幾個(gè)方面。

雄性發(fā)育條件：

正常的內(nèi)分泌系統(tǒng)，即下丘腦－垂體－睪丸分泌軸的功能正常。精子的成熟、儲(chǔ)存及輸出，即有正常的睪丸、附睪、輸精管、射精管和尿道。

外生殖器官和附屬性腺正常。

環(huán)境化學(xué)物如影響上述任何一個(gè)環(huán)節(jié)，則表現(xiàn)出雄性不育，或稱雄性生殖功能障礙。典型物質(zhì)有機(jī)汞

易于通過血–睪屏障，在睪丸中積蓄量高，影響早期精細(xì)胞，并可導(dǎo)致不育。

無機(jī)汞

主要影響精原細(xì)胞及精細(xì)胞，使生育能力降低，此種損害作用具有可逆性。錳

可抑制睪酮的分泌，抑制生精上皮中線粒體的琥珀酸脫氫酶活性，造成大量細(xì)胞死亡。1.對(duì)卵細(xì)胞的影響電離輻射指可以引起物質(zhì)發(fā)生電離作用的輻射，對(duì)機(jī)體的損害作用大。原始生殖細(xì)胞對(duì)電離輻射最為敏感，極易受損傷。日本原子彈爆炸地附近，50%婦女不孕。生育期女性避免放射工作或改行。（二）對(duì)雌性生殖系統(tǒng)的損害作用二硫化碳（CS2）對(duì)雌性動(dòng)物性腺、胚胎均有損害作用。可引起:①卵巢萎縮、原始細(xì)胞數(shù)減少、原始細(xì)胞和濾泡變性等損害作用。②卵母細(xì)胞染色體畸變。2.對(duì)內(nèi)分泌功能的影響（1）苯及同系物

苯、甲苯、二甲苯等有機(jī)溶劑在一定劑量下會(huì)造成女性或雌性動(dòng)物的生殖功能損害，其機(jī)理可能是該類化合物直接作用于下丘腦，干擾垂體–卵巢系統(tǒng)，使內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)異常，導(dǎo)致月經(jīng)異常。（2）有機(jī)氯類農(nóng)藥

雌性大鼠慢性接觸林丹時(shí)：①發(fā)現(xiàn)幼鼠陰道開啟和排卵周期延遲。②血清中垂體LH和催乳素降低，而垂體FSH濃度升高。③垂體和子宮的質(zhì)量明顯低于對(duì)照組。

（3）其它毒物作用①對(duì)內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)（下丘腦－垂體－性腺軸）的影響。②對(duì)子代產(chǎn)生影響，如畸形、死胎、功能發(fā)育不全等。

（三）生殖毒性及評(píng)定

1.生殖毒性(1)雌性可出現(xiàn)排卵規(guī)律改變、月經(jīng)失調(diào)或閉經(jīng)、卵巢萎縮、受孕減少、胚胎死亡、生殖力降低、不孕或不育等。(2)雄性可表現(xiàn)為睪丸萎縮或壞死、精子數(shù)目減少等。（1）研究設(shè)計(jì)

①動(dòng)物選擇多用性成熟大鼠

A每組雌雄各16～20只，或雌性16～20只，雄性8～10只。

B接觸受試物的方式可混入飼料或飲水中，由動(dòng)物攝取，也可采用灌胃或腹腔注射。2.生殖毒性作用的評(píng)定②劑量分組

設(shè)三個(gè)劑量組和一個(gè)對(duì)照組

A高劑量組：以超過人類實(shí)際接觸水平，能使新一代動(dòng)物出現(xiàn)輕度中毒，死亡率不超過10%，不完全喪失生育能力。

B低劑量組：新代動(dòng)物僅能出現(xiàn)輕微的中毒癥狀。

C中間劑量組：介于高劑量和低劑量之間的劑量。（2）試驗(yàn)方法①三代兩窩生殖試驗(yàn)選用大鼠繁殖三代每代生育兩窩。②兩代一窩和一代一窩生殖試驗(yàn)基本程序與三代兩窩試驗(yàn)法相同，但只進(jìn)行到第二代F2，每代只生育一窩。（3）觀察指標(biāo)

①受孕率：反映雌性動(dòng)物生育能力以及雌性動(dòng)物受孕情況。

妊娠雌性動(dòng)物數(shù)受孕率＝────────×100%交配雌性動(dòng)物數(shù)

②正常分娩率：反映雌性動(dòng)物妊娠過程是否受到影響。

正常分娩雌性動(dòng)物數(shù)正常分娩率＝────────×100%妊娠動(dòng)物數(shù)

③幼仔出生存活率：反映雌性動(dòng)物分娩過程是否正常，如分娩過程受到影響，則幼仔往往在出生4天內(nèi)死亡。

出生后4天存活幼仔數(shù)幼仔出生存活=──────────×100%分娩時(shí)出生幼仔數(shù)

④幼仔哺育成活率：反映雌性動(dòng)物授乳哺育幼仔的能力。

21天斷奶幼仔存活數(shù)幼仔哺育成活率＝──────────×100%出生后4天存活幼仔數(shù)

二、發(fā)育毒性及評(píng)價(jià)內(nèi)容

（一）胚胎毒性（二）母體毒性（三）發(fā)育毒性評(píng)定（四）致畸作用的機(jī)理（一）胚胎毒性

胚胎毒性(embryotoxicity)指環(huán)境化學(xué)物對(duì)胚胎或胎兒產(chǎn)生的毒作用。表現(xiàn)為：

胚胎死亡生長(zhǎng)遲緩功能發(fā)育不全畸形胚胎死亡生長(zhǎng)遲緩功能發(fā)育不全畸形指在環(huán)境化學(xué)物的作用下，受精卵未著床或在著床后胚胎發(fā)育的某個(gè)階段出現(xiàn)死亡、胎吸收。

指胎兒的生長(zhǎng)發(fā)育較正常的胎兒緩慢，表現(xiàn)在體質(zhì)量、身長(zhǎng)及骨骼鈣化等方面。

是由于胚胎發(fā)育障礙所致的功能障礙。例如，3～5歲孩子不會(huì)說話、行走困難、智力障礙，甚至青春期性功能障礙。包括外觀、內(nèi)臟和骨骼畸形，或器官形態(tài)結(jié)構(gòu)異常,如腦膨出、腸膨出。（二）母體毒性母體毒性(maternaltoxicity)指環(huán)境化學(xué)物在一定劑量下，對(duì)受孕母體產(chǎn)生的損害作用。

母體毒性常見的有以下幾種特點(diǎn)。

母體毒性特點(diǎn)

1.具有胚胎毒性作用，但無母體毒性出現(xiàn)有的環(huán)境化學(xué)物具有致畸作用，且有特定的作用機(jī)理，與母體毒性無關(guān)。此種受試物致畸作用往往較強(qiáng)，應(yīng)予特別注意。

2.出現(xiàn)胚胎毒性作用的同時(shí)也表現(xiàn)母體毒性作用

此種受試物可能既對(duì)胚胎有特定的致畸作用，同時(shí)也對(duì)母體具有損害作用，但兩者并無直接聯(lián)系。3.不具有特定致畸作用，但可破壞母體正常生理穩(wěn)態(tài)，對(duì)胚胎產(chǎn)生非特異性的損害作用，并造成胚胎毒性。

4.僅具有母體毒性，但不具有致畸作用。

5.在一定劑量下，既不表現(xiàn)母體毒性，也未見致畸作用等胚胎毒性。

（三）發(fā)育毒性及評(píng)定

世界上很多國(guó)家和機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境化學(xué)物致畸作用的檢驗(yàn)，多采用傳統(tǒng)常規(guī)試驗(yàn)方法致畸試驗(yàn)。主要介紹：1.致畸試驗(yàn)2.致畸物體內(nèi)篩檢試驗(yàn)法3.致畸和發(fā)育毒性體外試驗(yàn)法4.生殖毒性和發(fā)育毒性三階段一代試驗(yàn)法5.人群調(diào)查1.致畸試驗(yàn)

致畸試驗(yàn)是檢查受試環(huán)境化學(xué)物能否通過妊娠母體引起胚胎畸形的動(dòng)物試驗(yàn)。

動(dòng)物選擇劑量分組動(dòng)物交配處理胎仔檢查結(jié)果評(píng)定（1）動(dòng)物選擇原則

①食性和對(duì)受試物代謝過程與人類接近。②體型小、馴服、容易飼養(yǎng)、繁殖及價(jià)廉。③妊娠過程較短，每窩產(chǎn)仔較多和胎盤構(gòu)造與人類接近。首選大鼠，此外可采用小鼠或家兔。

狗、猴現(xiàn)已少用于教學(xué)、臨床研究。（2）劑量分組原則及方法

劑量分組一般原則：A要求找出最大無作用劑量和致畸閾劑量。

B應(yīng)不影響母體生育能力，避免和減少大批流產(chǎn)、胚胎死亡、母體死亡。劑量分組方法：

A劑量組——設(shè)3個(gè)：高、中、低組最高劑量組：應(yīng)為可引起母體輕度中毒，死亡不超過10%；最低劑量組：不應(yīng)觀察到任何中毒癥狀；中間劑量組：可允許母體出現(xiàn)某些較輕的中毒癥狀。

B對(duì)照組——設(shè)2個(gè)

對(duì)照組：陰性對(duì)照和陽性對(duì)照組常用的陽性對(duì)照物有維生素A、乙酰水楊酸、敵枯雙、五氯酚鈉及脒基硫脲等。

C每組所需動(dòng)物數(shù)：

大鼠或小鼠12～20只，家兔8～12只，狗等大動(dòng)物3～4只。（3）動(dòng)物交配處理①將性成熟雌雄動(dòng)物按1:1或2:1比例同籠交配。②每日將受孕雌鼠隨機(jī)分入各劑量組和對(duì)照組。凡發(fā)現(xiàn)陰栓或檢出精子，即確定為受孕“0”日。

接觸受試物的方式：混入飼料或飲水喂養(yǎng)灌胃腹腔注射

給受試物時(shí)間：根據(jù)觀察指標(biāo)的需要，如器官畸形。（4）染毒（5）胎仔檢查

①大鼠在受孕后第19～20天，小鼠第18～19天，處死取胎。

②記錄活產(chǎn)幼仔、死胎以及吸收胎，大鼠還應(yīng)取出卵巢，記錄黃體數(shù)。

③活產(chǎn)胎仔取出后，檢查性別，逐只稱質(zhì)量，并按窩計(jì)算平均體質(zhì)量。④畸形檢查：A外觀畸形，如露腦，無尾和短肢等。B內(nèi)臟及軟組織畸形。C骨骼畸形檢查。（6）結(jié)果評(píng)定

在致畸試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定時(shí)，主要計(jì)算畸胎總數(shù)和畸形總數(shù)。

常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)有:

ａ.活產(chǎn)幼仔平均畸形出現(xiàn)率ｂ.畸胎出現(xiàn)率ｃ.母體畸胎出現(xiàn)率ａ.活產(chǎn)幼仔平均畸形出現(xiàn)率：

畸形總數(shù)活產(chǎn)幼仔平均畸形出現(xiàn)率=───────×100%活產(chǎn)幼仔總數(shù)ｂ.畸胎出現(xiàn)率：

出現(xiàn)畸形的胎仔總數(shù)畸胎出現(xiàn)=──────────×100%活產(chǎn)胎仔總數(shù)ｃ.母體畸胎出現(xiàn)率：即出現(xiàn)畸形胎仔的母體在妊娠母體中所占的百分率

出現(xiàn)畸胎的母體數(shù)母體畸胎出現(xiàn)率＝─────────×100%妊娠母體數(shù)d.計(jì)算各組雌性動(dòng)物的受孕率、平均體質(zhì)量和妊娠增長(zhǎng)體質(zhì)量數(shù)。e.對(duì)于胎仔，可計(jì)算每窩的活產(chǎn)胎仔數(shù)、死胎率、吸收胎率、平均胎仔體質(zhì)量、活產(chǎn)胎仔雌雄性別比等。

2.致畸物體內(nèi)篩檢試驗(yàn)法在受孕小鼠或大鼠進(jìn)行。利用孕鼠篩檢環(huán)境化學(xué)物是否具有致畸作用。觀察外觀畸形，如胚胎致死、生長(zhǎng)遲緩等發(fā)育毒性表現(xiàn)。還可確定生長(zhǎng)發(fā)育遲緩是否有可逆性。

3.致畸和發(fā)育毒性體外試驗(yàn)法細(xì)胞、組織和器官培養(yǎng)，建立了全胚胎培養(yǎng)、器官如肢芽（limbbud）、腭片、骨骼、肺、牙齒、腎等培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)的體外試驗(yàn)法。

⑴全胚胎培養(yǎng)法

將試驗(yàn)動(dòng)物的全胚胎在一定的培養(yǎng)基中進(jìn)行培養(yǎng)，觀察在接觸受試物的情況下，是否呈現(xiàn)致畸作用以及發(fā)育毒性。①胚胎來源：大鼠、小鼠、家兔；雞、魚和蛙類等。②觀察指標(biāo)：A胚胎存活率；B肉眼及組織學(xué)形態(tài)異常變化。例如，胚胎外形、體節(jié)數(shù)、卵黃囊、神經(jīng)管、上下顎、眼、耳、心臟和肢芽的發(fā)育情況。

⑵器官培養(yǎng)法

將胚胎或胎仔組織、器官或器官的一部分在體外培養(yǎng)，觀察環(huán)境化學(xué)物對(duì)其發(fā)育過程的影響。①常用方法對(duì)嚙齒動(dòng)物肢芽培養(yǎng)方法。②觀察指標(biāo)細(xì)胞增殖和分化、核酸和蛋白質(zhì)含量，肢芽大小和形狀、軟骨形成、膠原和蛋白聚糖的生物合成可對(duì)發(fā)育過程進(jìn)行定量評(píng)定。

⑶細(xì)胞培養(yǎng)法細(xì)胞培養(yǎng)法：傳代細(xì)胞株(cellline)和原代細(xì)胞。①原代細(xì)胞對(duì)致畸物較為敏感，與機(jī)體細(xì)胞實(shí)際情況相符合。在致畸物作用下，可觀察到細(xì)胞毒性作用和分化過程。②常用原代細(xì)胞有大鼠、小鼠和鳥類的肢芽細(xì)胞，神經(jīng)元細(xì)胞等。人腦細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、平滑肌、心肌、骨細(xì)胞等細(xì)胞分離和培養(yǎng)。4.三階段一代試驗(yàn)法生殖毒性和發(fā)育毒性采用三階段一代試驗(yàn)法：三階段一代繁殖試驗(yàn)，也稱三階段生殖試驗(yàn)(threesegmentreproductiontest)。⑴第一階段試驗(yàn)：生育力與生殖功能試驗(yàn)。⑵第二階段試驗(yàn)：致畸作用和胚胎毒性的評(píng)定。⑶第三階段試驗(yàn)：圍生期及出生后發(fā)育情況試驗(yàn)。⑴第一階段試驗(yàn)第一階段試驗(yàn)：即生育力與生殖功能試驗(yàn)。①動(dòng)物選擇：性成熟雄雌鼠，每組雌性動(dòng)物20只，雄性10只，先開始接觸受試物60天，然后雌鼠接觸14天，并進(jìn)行交配。②接觸期：包括全部精子發(fā)生期和排卵期。③劑量：分為2～3個(gè)劑量組和1個(gè)對(duì)照組。A高劑量組：可引起母體輕度中毒，不能出現(xiàn)嚴(yán)重中毒癥狀或10%以上的死亡。B低劑量組：只引起生理效應(yīng)、藥理學(xué)效應(yīng)或?qū)M織中某些酶的活力造成一定的影響，但不應(yīng)出現(xiàn)中毒癥狀。C中間劑量：與高劑量和低劑量成等比級(jí)數(shù)，只出現(xiàn)輕微的中毒或無任何癥狀。④觀察指標(biāo)將孕鼠(10只)處死，剖開子宮，觀察記錄：A黃體數(shù)、著床數(shù)和吸收胎數(shù)。B分別計(jì)算著床前死亡率和著床后死亡率。⑵第二階段試驗(yàn)第二階段試