《毒理學(xué)》生殖毒理學(xué)

生殖毒理學(xué)(reproduction

toxicology)科學(xué)幻想or預(yù)言？由于受到化學(xué)污染、原子輻射和廣泛傳播的

性病的影響，發(fā)達(dá)國(guó)家人口出生率急劇下降。在美國(guó)馬薩諸塞州的劍橋，一場(chǎng)血腥的政變過(guò)后，建立了一個(gè)政教合一的獨(dú)裁政權(quán)“基利亞得”（Gilead）。Gilead的當(dāng)權(quán)者實(shí)行一夫多妻制，有生育能力的婦女作為“女仆”（handmaid）被分配給統(tǒng)治階層的成員，成為其生育工具。2Margret

Atwood《The

Handmaid’s

Tale》1992年，Carlsen等對(duì)已發(fā)表61篇文獻(xiàn)，共收集到近1.5萬(wàn)男子精子質(zhì)量的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)過(guò)去50年平均精液量和

精子密度發(fā)生了統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的下降。2000年，Swan等人證明了上述研究結(jié)果。全球21個(gè)國(guó)家的調(diào)查研究表明,1938-1990年間，人精液量由3.4ml下降至2.75ml,精子密度從由1.113億/ml減少到6600萬(wàn)/ml。32008年，Joensen等發(fā)現(xiàn)丹麥現(xiàn)有超過(guò)10%的男性精子在不育范圍內(nèi)，高達(dá)30%男性精子在低生育范圍內(nèi)。近年來(lái)，中國(guó)男性每毫，升精在液醫(yī)所學(xué)含上精精液所含的精子數(shù)低于2000萬(wàn)個(gè)便子每數(shù)可毫能量造升成目不育前癥降，400萬(wàn)以下則意味著完全的不育。至5000萬(wàn)左右，而且每年還以100萬(wàn)個(gè)的速度在下降。4生物因素物理因素化學(xué)因素☆

美國(guó)《化學(xué)文摘》已登記、注冊(cè)的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)超過(guò)6000萬(wàn)種，每年約新增440萬(wàn)種；☆

已經(jīng)進(jìn)入環(huán)境的常見的有10萬(wàn)種，年產(chǎn)量1噸以

上的3萬(wàn)種。5環(huán)境化學(xué)因素是造成精子計(jì)數(shù)下降，也可能是造成女性生殖能力下降的原因之一。生育力下降是源自性腺形成時(shí)的宮內(nèi)暴露嗎？是源自生殖系統(tǒng)成熟時(shí)的青春期，還是成年期？它可能影響后代嗎？6[目的與要求]熟悉:

生殖毒性、內(nèi)分泌干擾化學(xué)物的基本概念；熟悉:外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損害作用與機(jī)制；了解:

生殖毒性研究與評(píng)價(jià)方法。7一、基本概念★

生殖毒理學(xué)(reproductive

toxicology)是生殖醫(yī)學(xué)與毒理學(xué)相結(jié)合而形成的一門重要的交叉學(xué)科，主要研究外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生的損害作用（生殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能、妊娠結(jié)局的改變）及其原因、機(jī)制和后果?！芯炕瘜W(xué)物對(duì)于人類生殖過(guò)程的毒性作用規(guī)律；▲為安全性評(píng)價(jià)與預(yù)防提供依據(jù)。8一、基本概念生殖毒性(reproduction

toxicity)指化學(xué)毒物對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生的不良效應(yīng)。包括：⑴生育力與一般生殖行為；⑵致畸形；⑶對(duì)孕后期及哺乳期（圍生期/出生后）母體和新生兒的不良效應(yīng)。9二、外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷作用與機(jī)制★生殖：是生物保存種族、繁衍后代的生理過(guò)程。生殖過(guò)程:

配子(精子，卵子)發(fā)生及釋放-受精(fertilization)-卵裂-胚泡發(fā)育-著床(implanta-tion)-胚胎發(fā)生-胎兒發(fā)育-分娩-新生兒期-哺乳期-性成熟。10照片11下丘腦-垂體-性腺(HPG)軸；哺乳動(dòng)物生殖成熟與功能調(diào)節(jié)青春期的發(fā)動(dòng)時(shí)間；成年期GnRH神經(jīng)元周圍的回路成熟，影響具有可逆性。GnRH-促性腺激素釋放激素；FSH-卵泡刺激素；LH-促黃體激素；雄激素；雌激素；1213二、外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷作用與機(jī)制★

內(nèi)

分

泌

干

擾

物

(endocrindeisruptingchemicals,EDCs):

是環(huán)境中天然存在或污染的，可模擬生物體內(nèi)激素的生理、生化作用，干擾內(nèi)分泌功能，對(duì)親代或子代產(chǎn)生不良健康效應(yīng)的外源化學(xué)物。14二、外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷作用與機(jī)制(一)EDCs改變激素受體的識(shí)別、結(jié)合、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及活化改變天然配體與其受體的特異性結(jié)合擬激素/抗激素例如：DBP、BPA,DDT,NP等干擾第二信使系統(tǒng)DEC，林丹改變受體表達(dá)水平TCDD15DDT1874年發(fā)明；

1939年發(fā)現(xiàn)其具有殺蟲性質(zhì)；1970年前在全世界范圍內(nèi)用于根治虱子和蚊子，有效降低了因瘧疾死亡的人數(shù)；1962年生物學(xué)家Rachel

Carson

出版《寂靜的春天

，DDT對(duì)野生動(dòng)物群體的影響被廣泛關(guān)注；DDT在低濃度下既是雌激素激動(dòng)劑，也是雄激素拮抗劑；DDT暴露引起早產(chǎn)、早期流產(chǎn)、精液質(zhì)量下降、月經(jīng)紊亂、乳汁分泌等；16二、外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷作用與機(jī)制(二)EDCs干擾內(nèi)源性激素的合成、分泌、代謝、排泄和生物利用度TCDD可以抑制成年雄性大鼠睪酮的合成非類固醇藥物（氯米芬）對(duì)大鼠給予低劑量即可改變FSH分泌從而抑制睪丸發(fā)育。17二、外源化學(xué)物對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷作用與機(jī)制(三)

對(duì)靶性腺睪丸和卵巢細(xì)胞的直接或間接損傷183.1

男性生殖生理精子發(fā)生精子向雌性生殖道釋放授精19睪丸的基本細(xì)胞生精細(xì)胞-在腺垂體促性腺激素的作用下，增殖分化形成精子。在曲精小管上皮內(nèi)可見不同發(fā)育階段的生精細(xì)胞。20睪丸的基本細(xì)胞生精細(xì)胞在腺垂體促性腺激素的作用下，增殖分化形成精子。精子發(fā)生（spermatogenesis）：是指成熟的雄性個(gè)體在睪丸曲細(xì)精管生精上皮細(xì)胞所發(fā)生的從精原細(xì)胞開始，發(fā)育成為成熟精子的整個(gè)過(guò)程。這一過(guò)程在人約需70天，小鼠需要35天，大鼠需要48天。21⒈增殖期：精原細(xì)胞不斷有絲分裂，形成大量精原細(xì)胞；⒉生長(zhǎng)期：體積增大，染色體復(fù)制，形成具有姐妹染色單 體的初級(jí)精母細(xì)胞(primary

spermatocyte);⒊成熟期：初級(jí)精母細(xì)胞經(jīng)過(guò)減數(shù)分裂形成兩個(gè)單倍體的次級(jí)

精

母

細(xì)

胞

(secondary

spermatocyte)

和四個(gè)單倍體

精細(xì)胞(spermatid);4.變形期：精細(xì)胞進(jìn)一步分化為有特殊形態(tài)的成熟精子

(spermatozoon),精子進(jìn)入附睪后，經(jīng)過(guò)11-16 天育才能達(dá)到功能上的成熟。2223毒理學(xué)意義精子發(fā)生在人約需70天，小鼠需要35天，大鼠需要48天。了解生精上皮的周期性變化，對(duì)確定外源化學(xué)物對(duì)精子發(fā)育各階段的影響有重要意義。24支持細(xì)胞（sertoli

cell）⑴支持、保護(hù)、營(yíng)養(yǎng)各級(jí)生精細(xì)胞⑵參與構(gòu)成血睪屏障⑶分泌：雄激素結(jié)合蛋白⑷吞噬：生精細(xì)胞的殘余胞質(zhì)功能精子計(jì)數(shù)與睪丸支持細(xì)胞數(shù)成正比☆血-生精小管屏障(血睪屏，障

blood-testis

barrier):CAP內(nèi)皮及其基膜、結(jié)締組織、生精小管基膜、支持細(xì)胞的緊密連接。25間質(zhì)細(xì)胞（interstitial

cell）生精小管之間的疏松結(jié)締組織，富含血管、淋巴管、睪丸間質(zhì)細(xì)胞。作用：分泌雄激素睪丸間質(zhì)細(xì)胞：間質(zhì)細(xì)成群，體積大，圓或多邊

胞形，核圓居中，胞質(zhì)嗜酸性強(qiáng)，具分泌類固醇激素細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。26★精子發(fā)生的調(diào)節(jié)在神經(jīng)內(nèi)分泌的調(diào)節(jié)與控制下，下丘腦分泌促性腺激素釋放激素（gonadotropin

releasinghormone,GnRH)作用于垂體前葉，垂體前葉分泌卵泡刺激素（FSH）和黃體生成素（LH）。作用于睪丸的間質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生雄激素（睪酮）作用于支持細(xì)胞產(chǎn)生雄激素受體，轉(zhuǎn)運(yùn)雄激素至生精細(xì)胞，促進(jìn)精子生成。血液中雄激素含量上升到一定水平時(shí)引起負(fù)反饋，作用于下丘腦和垂體，使分泌促性腺激素減低，降低睪酮分泌。27下丘腦－垂體－睪丸軸下

丘

腦垂體前葉促性腺激素釋放激素黃體生成素卵泡刺激素睪

丸雄激素★各級(jí)激素的產(chǎn)生維持動(dòng)態(tài)平衡。281.

對(duì)睪丸的損害睪丸中不同細(xì)胞群對(duì)化學(xué)物的感受性：生精細(xì)胞＞支持細(xì)胞＞間質(zhì)細(xì)胞造成生殖系統(tǒng)損傷的危險(xiǎn)因素：1、汽車尾氣6、藥物2、農(nóng)藥殘留7、煙酒3、裝修8、熬夜4、輻射9、噪聲5、桑拿、溫泉10.感染293.1.1

對(duì)生精細(xì)胞的損害作用A用.烷化劑白消安—摧毀A型精原細(xì)胞，導(dǎo)致睪丸變小變輕甲基甲烷磺酸酯—損傷生精上皮中精子細(xì)胞和附睪中的成熟精子B、非烷化劑棉酚—使動(dòng)物精子細(xì)胞和精母細(xì)胞的線粒體出現(xiàn)特異的超微結(jié)構(gòu)的損害。臨床研究表明，20mg/d棉酚可令男性不育2-3月，并致精子極度減少，但血漿和精液中的睪酮水平并無(wú)改變。30C.

金屬鉛：在睪丸和附睪中，鉛可與精子染色質(zhì)中的巰基結(jié)合， 降低染色質(zhì)的解凝聚，是誘發(fā)染色體結(jié)構(gòu)畸變的原因之一 。汞：可透過(guò)血-睪屏障，破壞睪丸抗氧化防御系統(tǒng)，誘 發(fā)氧化自由基形成增加，抑制胸腺嘧啶脫氧核苷、尿嘧 啶核苷及L-亮氨酸合成，從而干擾生精細(xì)胞內(nèi)DNA、 RNA和蛋白質(zhì)的合成和誘導(dǎo)生精細(xì)胞的凋亡。鎘：可通過(guò)破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)損傷睪丸實(shí)質(zhì)細(xì)胞，使生精上 皮細(xì)胞廣泛變性、壞死，細(xì)胞核皺縮、溶解，部分生精 上皮脫落、分離，曲細(xì)精管纖維化。31D.

輻射大劑量的輻射可以引起睪丸組織結(jié)構(gòu)的改變，增加精子 的畸形率，降低精子數(shù)量，精子密度等重要指標(biāo)。E.

酒精動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明隨酒精劑量給予的增加，大鼠睪丸會(huì)逐漸 出現(xiàn)生精細(xì)胞核固縮、變性等細(xì)胞凋亡形態(tài)學(xué)改變,同 時(shí)曲細(xì)精管腔中脫落細(xì)胞會(huì)明顯增多。323.1.2

對(duì)支持細(xì)胞的損害作用支持細(xì)胞的功能：

A、為生精細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)來(lái)源和物質(zhì)代謝等與分化發(fā)育有關(guān)的微環(huán)境B、分泌作用，保證生精細(xì)胞發(fā)育和成熟

C、可改變精子細(xì)胞頂端結(jié)構(gòu)而調(diào)控精子的排放

D、吞噬作用E、具有羥化酶、芳香化酶33鄰苯二甲酸二乙基已脂(MEHP)——損傷支持細(xì)胞FSH 誘導(dǎo)的cAMP生成，導(dǎo)致能量物質(zhì)生成減少而抑制精 子的糖代謝二硝基苯——使支持細(xì)胞生產(chǎn)乳酸和丙酮酸的能力 受損秋水仙素——破壞支持細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)，造成生精 細(xì)胞被支持細(xì)胞吞噬，過(guò)早脫落或抑制精子釋放。2-正戊基鄰苯二甲酸脂——誘導(dǎo)支持細(xì)胞發(fā)生空泡 樣改變，造成精母細(xì)胞的丟失。343.1.3

對(duì)睪丸間質(zhì)細(xì)胞的作用睪丸間質(zhì)細(xì)胞功能：§合成睪酮、雄烯二酮和脫氫表雄酮；§滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)及線粒體含有參與類固醇合成的酶；35A.鎳低劑量鎳暴露增加小鼠睪丸組織氧化應(yīng)激反應(yīng)，高劑量 增強(qiáng)其線粒體和微粒體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，并可誘導(dǎo)睪丸 細(xì)胞過(guò)度凋亡而影響睪酮分泌。B.鄰苯二甲酸酯類降低3β-羥基類固醇脫氫酶的活性從而降低睪酮的合成 水平；抑制間質(zhì)細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞死亡,減少細(xì)胞 數(shù)量而影響睪酮分泌。C.酮康唑抑制細(xì)胞色素P450膽固醇側(cè)鏈裂解酶和17a-羥化酶活性， 抑制了睪酮激素的生成。363.1.4

對(duì)睪丸的毛細(xì)血管蔓叢的損害作用睪丸的毛細(xì)血管蔓叢是熱交換器，保證睪丸溫度適合于精子的生成。鎘：可使睪丸的毛細(xì)血管叢發(fā)生壞死，從而使睪丸溫度失調(diào)，影響精子的生成。桑拿（高溫）：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，將雄性動(dòng)物置于38.5℃中55分鐘后，其生育能力就會(huì)下降。流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)相比那些坐的少的男性，久坐者的精子質(zhì)量會(huì)差一些，因?yàn)榻?jīng)常坐著睪丸的溫度比較高。373.1.5對(duì)附睪、精子成熟過(guò)程和成熟精子的作用附睪的生理功能：重吸收睪網(wǎng)液，通過(guò)血睪屏障與血液交換物質(zhì)；分泌多種特殊物質(zhì)，與抑制精子代謝活動(dòng)和提供生理成熟的化學(xué)條件有關(guān)；尾段的附睪液pH值低，含氧少，是保持精子處于靜息狀態(tài)和為精子儲(chǔ)存的特殊環(huán)境。38

α-氯醇很容易轉(zhuǎn)運(yùn)到附睪腔中，對(duì)許多種動(dòng)物

5mg/kg.d的劑量即可使精子的活動(dòng)力下降而影響其授精能力。

柳氮磺吡啶可作用于附睪中的精子使其頭形態(tài)改變影響了精子與卵子的頂體反應(yīng)。

活性氧自由基在精子中形成氧化性DNA加合物，對(duì)精子造成氧化損傷，降低了精子的受精能力。393.2

雌性生殖生物學(xué)40★卵子的發(fā)生(oogenesis)生殖母細(xì)胞（原始生殖細(xì)胞）遷移至生殖脊，誘導(dǎo)卵巢生成；妊娠早期生殖母細(xì)胞有絲分裂，產(chǎn)生大量卵原細(xì)胞進(jìn)入第一次減數(shù)分裂前期即初級(jí)卵母細(xì)胞維持在減數(shù)分裂I期，直到成年排卵周期時(shí)進(jìn)入成熟7個(gè)月在FSH和LH的作用下于排卵前36-48小時(shí)完成第一次減數(shù)分裂，生成一個(gè)次級(jí)卵母細(xì)胞青春期次級(jí)卵母細(xì)胞由卵巢進(jìn)入輸卵管壺腹部，迅速進(jìn)入第二次減數(shù)分裂，停留于分裂中期相。若遇精子，可發(fā)生受精，激發(fā)次級(jí)卵母細(xì)胞完成第二次減數(shù)分裂，產(chǎn)生一個(gè)大的成熟卵細(xì)胞41極體內(nèi)細(xì)胞質(zhì)極少，缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，很快退化，從而保證卵細(xì)胞內(nèi)大量胞質(zhì)貯備，以供早期胚胎發(fā)育的需要4243卵巢:卵子發(fā)生過(guò)程★卵子發(fā)生的調(diào)控（周期性）排卵前，在FSH和LH的刺激下分泌雌激素，后者進(jìn)入血液循環(huán)作用于身體其它各部的靶細(xì)胞，F(xiàn)SH促進(jìn)卵泡生長(zhǎng)發(fā)育。排卵后，在LH作用下，卵泡生成黃體，產(chǎn)生大量孕酮使子宮內(nèi)膜增生。血中高濃度的雌激素和孕酮，可反饋地抑制下丘腦和垂體前葉促性腺激素的分泌，性激素降低。若排出的卵未受精，則增生的子宮內(nèi)膜隨著黃體的逐漸萎縮，最終脫落隨血排出體外，即月經(jīng)。44下丘腦-垂體—卵巢軸促性腺激素釋放激素垂體前葉下丘腦卵泡刺黃激體素生成素卵

巢雌激素45泡膜細(xì)胞——類似于睪丸間質(zhì)細(xì)胞，可分泌雄激素；表達(dá)ERα

顆粒細(xì)胞——類似于睪丸支持細(xì)胞，通過(guò)間隙連接緊密連接在一起；表達(dá)FSH受體，將泡膜細(xì)胞

產(chǎn)生的雄激素轉(zhuǎn)化為雌二醇(需芳香化酶CYP19)；表達(dá)ERβ46★毒理學(xué)意義：

從靜止卵泡到生長(zhǎng)卵泡、成熟卵泡的發(fā)育要經(jīng)歷促性腺激素非依賴期到依賴期的變化。處于依賴期的生長(zhǎng)卵泡、成熟卵泡受損，或促性腺激素受到干擾，則發(fā)生排卵抑制，受孕減少。

許多化學(xué)物可引起女性月經(jīng)周期或經(jīng)量的改變，影響生殖功能。47三、對(duì)雌性生殖系統(tǒng)的作用483.2.1

對(duì)卵巢的作用部分化學(xué)毒物可以影響卵泡中的代謝酶、激素受體或溶于脂肪、彌散到卵泡液中而影響卵巢的功能。后果：青春期前－原發(fā)性的閉經(jīng)青春期后－卵巢功能提前衰退、絕經(jīng)期提前49環(huán)磷酰胺等化療藥物，主要作用于生長(zhǎng)期和排卵前期的卵母細(xì)胞，故對(duì)育齡婦女發(fā)生卵巢衰退的危險(xiǎn)度更高。電離輻射、多環(huán)芳烴損傷休止期卵母細(xì)胞，造成永久性的閉經(jīng)或卵巢衰退。503.2.2對(duì)輸卵管的作用輸送卵子、精子，精子儲(chǔ)存、獲能、頂體反應(yīng)的場(chǎng)所。＆亞硝酸異戊酯、東莨菪堿等抑制人類輸卵管的蠕動(dòng)；＆長(zhǎng)期使用雌激素和孕激素避孕可使輸卵管萎縮513.2.3對(duì)子宮和陰道的作用卵巢中黃體周期的變化控制著子宮內(nèi)膜的變化。排卵后，內(nèi)膜發(fā)生變化準(zhǔn)備接受孕體。由輸卵管來(lái)的胚泡與子宮內(nèi)膜上皮接觸繼而彼此粘附、融合，隨之內(nèi)膜發(fā)生蛻膜變化。這種變化受到孕激素和雌激素的共同調(diào)節(jié)。52＆

對(duì)人和動(dòng)物給予高劑量孕激素（單獨(dú)或同時(shí)給予雌激素）可引起子宮無(wú)力性出血導(dǎo)致流產(chǎn)。＆

化學(xué)物或其活性代謝產(chǎn)物引起的子宮內(nèi)膜、宮頸和陰道的炎癥可干擾生殖功能。533.2.4內(nèi)分泌介導(dǎo)的作用§麻醉劑、止痛藥、鎮(zhèn)靜藥和安定藥通過(guò)抑制LH和FSH分泌而中斷正常生殖

功能?！熳⑸洇?9-四氫大麻酚抑制促性腺激素

釋放激素(GnRH)的釋放。54（四）生殖系統(tǒng)的屏障和生物轉(zhuǎn)化1.

生殖系統(tǒng)的屏障a.血睪屏障

b.胎盤屏障55血睪屏障組成：是由睪丸毛細(xì)血管內(nèi)皮、曲精小管界膜、生精上皮基膜及支持細(xì)胞的緊密連接組成。功能：可阻止某些物質(zhì)自由進(jìn)出生精上皮，尤其是支持細(xì)胞的緊密連接，使淺部生精細(xì)胞處在較穩(wěn)定的微環(huán)境中發(fā)育，還能防止精子抗原物質(zhì)溢出到小管外，發(fā)生自體免疫反應(yīng)。影響外來(lái)化學(xué)物質(zhì)透過(guò)血睪屏障的因素：a.分子量b.分配系數(shù)c.離解度562.

生殖系統(tǒng)中的生物轉(zhuǎn)化

a.睪丸混合功能氧化酶環(huán)氧化物水解酶芳烴羥化酶b.卵巢單加氧酶

環(huán)氧化物水解酶

谷胱苷肽-S-轉(zhuǎn)移酶環(huán)磷酰胺、二溴氯聯(lián)苯、

PAHs57三、生殖毒性研究與評(píng)價(jià)外來(lái)化合物的生殖毒性評(píng)價(jià)包括實(shí)驗(yàn)研究和人群調(diào)查（一）實(shí)驗(yàn)研究-繁殖試驗(yàn)1.試驗(yàn)程序 A.一代繁殖試驗(yàn)針對(duì)多數(shù)限于短期服用，而且半減期相當(dāng)短的治療藥物的生殖毒性評(píng)價(jià)58B

.多代繁殖試驗(yàn)針對(duì)長(zhǎng)期接觸的過(guò)程中很可能會(huì)在體內(nèi)提

高濃度或含量的化學(xué)物兩代繁殖試驗(yàn)

三代繁殖試驗(yàn)?zāi)苡栽u(píng)價(jià)連續(xù)繁殖試驗(yàn)（FACB)592.觀察指標(biāo)1）常用的觀察指標(biāo)受孕率（%）=（懷孕動(dòng)物數(shù)/交配雌鼠數(shù)）×100妊