10第九章致畸10-1.

第九章发育毒性与致畸作用（DevelopmentalToxicityandTeratogenesis）教学内容•概述•发育毒性与致畸性•致畸（发育毒性）作用机制•发育毒性和致畸作用试验与评价教学目的•掌握：发育毒性与致畸作用的相关概念；致畸作用的特点；发育毒性和致畸作用实验与评价•熟悉：发育各阶段发育毒性作用的特点；母体因素对发育毒性的影响；传统致畸实验方法；•了解：致畸（发育毒性）作用机制案例背景：•20世纪60年代至70年代，美国陷入越战的泥潭。•美国空军实施“牧场行动计划”。•1961-1971年向越南丛林喷洒数百万升落叶型除草剂（橙剂），喷洒面积达越南南方总面积10％。后果：•10年间，在橙剂战区活动的士兵和越南军民长期暴露高浓度橙剂之中深受其害。•越南：小头、肢体残疾等先天畸形或浑身溃烂的患者，还有智力低下的人。越战中曾在南方服役的士兵，其孩子出生缺陷率高达30％。•美军调查：与未解除橙剂的老兵比较，其精液质量较差，妻子所生男孩较多，流产发生率明显增加，新生儿缺陷发生率较高。问题•橙剂造成污染区危害的主要原因是什么？•橙剂引起越南污染区妇女畸胎率增加属于何种毒性？•如何评价外源化学物是否具有该种毒性？第一节概述受精─────→胎儿成熟娩出胚胎学出生后继续发育人体发生学266天（38周）有序的生理过程：精子和卵细胞发生，历经受精、着床、器官形成、胎体发育、围生期，直到性成熟。5周人胚6周人胚7周人胚8周人胚发育毒理学（developmentaltoxicology）研究发育生物体在出生前暴露于环境有害因子导致的异常发育结局及有关的作用机制、发病机理、影响因素和毒物代谢动力学等。一、发育毒理学是毒理学的重要分支学科，评定方法称为发育毒性试验。其中主要为致畸试验。二、从畸胎学到发育毒理学畸胎学（古代）现代实验畸胎学（19世纪）发育毒理学（现代）畸胎学古代的神话人物如独眼巨人、海妖等原型可能来自严重畸形的婴儿。独眼巨人海妖Hybridtheory（杂交理论）认为畸形是人和动物杂交的结果，并且这种杂交动物广泛存在于神话传说中，如人头马身怪物，人身牛头等。Teratology（畸形学）来自希腊语“monster”（怪胎）；科学认识：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。19世纪初期，对哺乳动物进行了实验畸胎学研究。现代实验畸胎学物理因素（震动、倒置、针刺）化学毒物产生了畸形小鸡神经管缺陷无脑畸形脊柱裂独眼畸形…………1950年，日本水俣湾，汞废水污染引发先天水俣病。1960年前后，英、德、日本等国妇女“反应停”（thalidomide）事件反应停事件的贡献•1966年美国FDA提出三段生殖毒性试验指南•1986年美国EPA提出可疑发育毒物危险度评价指南现代研究对人类妊娠结局的认识•完全正常的健康婴儿＜50％•不良妊娠结局：－着床后丢失30％。－畸形：出生时，严重畸形2～3％，轻微畸形14。－功能异常：神经功能异常16～17％。先心病神经管缺陷血红蛋白病唐氏综合征蚕豆病人类出生缺陷的原因遗传母体明确的化学物/环境因素环境因素与遗传因素第二节发育毒性与致畸性1.畸形（malformation）发育生物体解剖学上形态结构的缺陷。严重畸形，轻微畸形。后果：对发育、生长、形态、生理功能、生育力和（或）寿命可产生有害影响;可以存活也可能不能存活。一、基本概念致畸性（teratogenicity）/致畸作用（teratogeniceffect）致畸物引起畸形的过程和特性。致畸物/致畸原（teratogen）能够引起畸形的环境因子。2.变异（variation）指同一种属的子代与亲代之间或子代的个体之间有时出现不完全相同的现象，是小的或次要的结构改变。一般认为变异不影响正常生理功能，更不危及生命。在动物致畸试验中，如果某种变异出现较多，并呈现一定剂量—效应关系，应该引起注意。胚体毒性（embryotoxicity）：孕体着床前后直到器官形成期。胎儿毒性（fetoxicity）：器官形成期结束后。3.胚体－胎体毒性在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分胎儿与胚体，统称为胚胎毒性。通常研究的胚胎毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，不包括结构畸形。4.发育毒性(developmentaltoxicity)***指出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体（性成熟）前诱发的任何有害影响。表现：发育生物体死亡，生长改变，结构异常，功能缺陷，子代易感性增加。发育生物体死亡生长改变功能缺陷结构异常子代易感性增加发生受精卵未发育即死亡；胚泡未着床即死亡，着床后生长发育到一定阶段死亡。生长迟缓，胎儿的生长发育指标比正常对照的均值低2个标准差。包括生理、生化、免疫、行为、智力等方面的异常。功能缺陷往往要在出生后经过相当时间才能诊断。指胎儿形态结构异常，即畸形。孕期接触己烯雌酚。肥胖。结果早期死亡被吸收或自子宫排出(即自然流产)，晚期死亡成为死胎。生长迟缓。局部发育不全如脑小畸形和眼小畸形等。听力或视力异常。行为发育迟缓。外观畸形内脏畸形骨骼畸形女孩易患青春期阴道癌；糖尿病发育毒性主要表现生殖毒性（reproductivetoxicity）（补充）•外来物质对雄性和雌性生殖功能或能力的损害和对后代的有害影响，表现为外源化学物对生殖过程的影响，包括生殖器官及内分泌系统的变化，对性周期和性行为的影响，以及对生育力和妊娠结局的影响等。思考题：比较生殖毒性和发育毒性。5.出生缺陷（birthdefect）婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括形态结构异常（畸形）和功能缺陷（如智力低下，代谢和行为的异常）。与营养缺乏和环境有害因子有关的出生缺陷（新内容）（1）先天性心脏病（2）唇腭裂（3）神经管畸形（4）尿道下裂（5）隐睾症（6）低出生体重6.不良妊娠结局（adversepregnancyoutcomes）妊娠后不能产生外观和功能正常的子代。包括所有的不良结果，如流产、死胎、死产、宫内生长迟缓、发育异常、新生儿和婴幼儿期死亡等。案例分析讨论橙剂成分：有机氯杀虫剂2,4-D和2,4,5-T混合物，另外还含有四氯二苯二噁英（TCDD）。TCDD是一种高残留、高生物浓缩和高生物毒性的物质。研究表明，在橙剂喷洒地区越南百姓的血液中，TCDD的含量比没有受到橙剂污染地区高出135倍，个别地区甚至超出200倍。动物实验和流行病学研究已证实，TCDD可导致胎体畸形、发育迟缓、死亡率增高、功能缺陷，并能引起孕妇胎盘重量减轻。因此，橙剂导致了越南人畸胎率、流产率等发育毒性表现增加。二、发育毒性作用的特点和影响因素：发育毒性作用的不同时期：着床前期，器官形成期，胎儿期，围生期和出生后的发育期影响因素：敏感期、遗传类型、剂量、母体毒性等。（一）发育各阶段发育毒性作用的特点和致畸敏感期特点：－不同系统和器官的形成与发育不完全同步，速度不同，有先有后。－不同的发育毒物可作用于不同发育阶段，产生不同的效应。因此，孕体发育不同阶段接触各种发育毒物所引起的发育毒性表现不一样。着床前期（分化前期）器官形成期胎儿期围生期和出生后的发育期事件发生受精、卵裂、进入子宫腔、囊胚形成、原肠胚形成及着床。细胞结构开始分化，并逐渐形成不同的器官和组织。组织分化，生长和生理学的成熟。细胞增殖快，药物代谢酶的个体发生不全，免疫监视功能低。时间人类受精后第11-12d，啮齿动物为最初的6d。人类第3-8w，啮齿类动物第1-3w。人类从第56-58d起，直到分娩。自怀孕第28w到出生后1w特点早期不易感期。大多为未分化细胞受损，很少发生特异的致畸。致畸敏感期。细胞增殖分裂速度快，组织器官生长旺盛，胚胎对致畸物特别敏感。生长和成熟产生影响，这些改变在出生前表现不明显，需要出生后对子代观察和检查才能发现。致癌物敏感期。细胞增殖快，药物代谢酶的个体发生不全，免疫监视功能低。结局着床前丢失结构畸形、生长迟缓、胚胎死亡。生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎。儿童期肿瘤外源化学物对发育各阶段的发育毒性作用（整理）2.器官形成期特点（1）各不同器官有特别的敏感时间－靶窗（targetindows）（2）敏感期交叉重叠。同一天染毒引起多个器官受损；（3）相同剂量致畸物作用于敏感期不同发育阶段出现不同畸形。（末次月经服用反应停）第35-37d，胎儿耳朵畸形和听力缺失。第39-41d，胎儿上肢缺失。第43-44d，胎儿双手呈海豹样3指畸形。（4）同一致畸物，给予时间不同，产生不同畸形。小鼠孕第8-12d不同时间给予环磷酰胺，均可引起足趾畸形，但随着给药时间不同，分别出现多趾、并趾、缺趾、无趾。•受外源化学物的类型、暴露的时间和剂量而改变。•一般规律：所用的剂量高于该化学物致畸作用的阈剂量时，可使致畸范围扩大、程度加重，靶窗延长，再增大则可能出现胚胎死亡。（二）发育毒性的剂量－反应模式和阈值问题常见的发育毒性的剂量－反应模式1．常见模式：细胞毒性致畸物，包括烷化剂、抗癌药、致突变物。胚胎死亡生长迟缓结构畸形0100特点：低剂量时，正常胎、生长迟缓和结构畸形同时存在；当剂量增加时，胚胎死亡占优势，可能出现全窝胚胎死亡。同窝胎仔反应率％胚胎毒性剂量→→2．受试物有高度的致畸作用模式，较少见。常见反应停、天然和合成的糖皮质激素及除草剂。胚胎死亡生长迟缓结构畸形0100特点：在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸，及生长迟缓，当剂量增加到远超过全窝畸形时才出现胚胎死亡，此剂量下常伴有明显的母体毒性。同窝胎仔反应率％胚胎毒性剂量→→特点：生长迟缓首先出现，曲线较平缓，较大剂量才出现胚胎死亡，其曲线较陡。3．具有胚胎毒性，但没有致畸性模式。常见氯霉素，甲砜霉素。胚胎死亡生长迟缓0100同窝胎仔反应率％胚胎毒性剂量→→小结：三种剂量－反应关系谱表明：某些化学物的胚胎致死及致畸效应是同一种原发性作用不同程度的表现（A），而其它化学物在作用上有质的不同，有的仅导致胚胎死亡（C），有的仅导致畸形（B）。典型的致畸作用的剂量－反应关系曲线•斜率较大，从致畸NOAEL到100％死亡的剂量只差2～4倍。•如：孕小鼠腹腔注射环磷酰胺5～10mg/kg未见畸形发生，而40mg/kg即可引起胚胎100％死亡。从NOAEL到100％死亡剂量之间的剂量范围叫致畸带。致畸带越宽的致畸物，致畸危险性越大。阈值问题•有阈值•无阈值（三）发育毒性的物种差异1.发育阶段致畸效应的特异性着床前期：胚泡致死作用胚胎发育后期，新生儿期：生长迟缓、神经、内分泌及免疫系统改变。2.致畸的物种、个体差异西维因对豚鼠有致畸性，对家兔和仓鼠无。三、母体毒性与发育毒性（一）母体因素对发育毒性的影响母体毒性（matermaltoxicity）指化学毒物对妊娠母体的有害效应。表现为增重减慢、功能异常、临床症状，甚至死亡。目前常用增重减慢和死亡率来表示。遗传学，疾病，营养，应激，对胎盘的毒性.（二）母体毒性与发育毒性的关系1．具有发育毒性，但无母体毒性。－沙利度胺2．出现发育毒性也出现母体毒性。－乙醇3.具有母体毒性，但不具有致畸作用。（应警觉）4．在一定剂量下即无母体毒性，也不表现发育毒性。毒物暴露母亲易感因素：年龄、代谢状况、基因背景、疾病状态、应激、营养状况、其它环境因素毒物或代谢物潜在的母体影响：贫血或毒血症，酸碱紊乱，内分泌失衡，子宫血流量减少，营养缺乏，器官功能改变，乳汁质量差胎盘胎盘毒性胎盘功能不全：体积减小，血流减小，转运改变，代谢改变胎盘传递直接发育毒性间接发育毒性发育毒性：结构畸形、生长迟缓、功能障碍、死亡图9-2外源化学物引起母体和胎盘变化与发育毒性关系示意图四、父源性发育毒性（paternal/male-mediateddevelopmentaltoxicity）引起父源性出生缺陷的因素：遗传缺陷年龄因素外界暴露因素1.自然流产或出生缺陷暴露因素暴露结局关联强度（RR或OR）铅自然流产中麻醉气体自然流产强致癌溶剂出生缺陷（神经管缺陷）4.9（1.5～15.8）油漆自然流产1.1（0.4～2.7）出生缺