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卫生毒理学第十七章生殖毒理学西安交通大学医学院雷荣辉leirh@mail.xjtu.edu.cn生殖毒理学的概念生殖毒理学是研究化学因素及物理因素对男(雄)性和女(雌)性生殖系统有害生物效应的一门毒理学分支科学。生殖毒性可导致男(雄)性或女(雌)性生殖器官、相关内分泌系统、性周期和性行为以及生育力和妊娠结局的改变。生殖毒理学的近代史1950年美国霍普金斯大学医院发现,怀孕期间服用黄体酮,先后有600多名女婴出现生殖器男性化畸形。1956年用于治疗妊娠反应的反应停,1961年后出现近万例短肢畸形儿(海豹畸形)。1968年日本米糠油事件1999年比利时发生的二恶英(Dioxins)公害事件。美国研究人员发现佛罗里达州阿波普卡湖中鳄鱼自从DDE泄漏事件后数量急剧减少,繁殖率明显下降,并发现部分雄性鳄鱼血浆中睾酮浓度明显降低、阴茎长度只有正常长度的1/4,且伴有睾丸组织结构的改变等;雌鳄排出卵中未受精卵的比例显著上升。2002年7月18日中科院水生生物研究所公布了一项研究成果,东湖部分鱼类因长期遭受污染,出现雄鱼雌性化.生活污水洗涤剂塑料制品酞酸酯烷基酚类化学物1992年以来,Carlson等相继报道近50年来成年男子的平均精子数减少近一半,同时男性生殖系统发育异常如隐睾、尿道下裂、睾丸癌等疾患的发病率升高;女性乳腺癌的发生率近年来每年以1%的速度增长。另外,许多野生动物生殖器官发育异常,如睾丸和外生殖器变小,生育力下降。并认为这些异常改变与环境化学因素有关,提出了环境雌激素、环境内分泌干扰物等概念。1996年TheoColborn等著OurStolenFuture指出“环境激素”对人类生存的地球的危害,该书被译成15种语言在世界各地销售。20个国家男性精子质量调查结果年份精子数(个/ml)精液量(ml)1938年113×1063.401997年66×1062.75我国39个县市男性精子质量调查结果年份精子数(个/ml)精液量(ml)精子活动度正常形态精子率1981103.02×1063.3175.11%85.02%199683.8×1062.9767.27%77.89%生殖和发育功能障碍是严重影响人体健康的主要公共卫生问题之一。自发流产率可达全部妊娠中的50%着床后的自发流产率为32%~34%活产婴儿的主要出生缺陷发生率为3%~4%学龄儿童发育障碍率大约为12%~14%。20世纪妊娠期间暴露己烯雌酚,严重影响子代生殖系统的发育,并使女性后代发生阴道腺癌。孕妇(围产期)EEs子代乳腺、子宫、睾丸、前列腺癌1973年-1991年美国41%24%126%外源化学物对生殖发育损害作用的特点生殖发育过程较机体其他系统更为敏感;外源化学物对生殖发育过程影响的范围较为广泛和深远。睾丸副性腺(精囊、前列腺、尿道球腺或称库柏氏腺(Cowper's腺)管道系统由输出小管、附睾(由附睾头、附睾体、附睾尾组成)、输精管和射精管组成。雄性生殖系统啮齿类动物还有凝固腺和包皮腺两个副性腺支持细胞(Sertolicell)生精细胞睾丸曲细精管(约90%),管壁为生精上皮间质组织间质细胞(Leydigcell)供血血管其它细胞成年睾丸功能的内分泌调控激素来源主要靶对靶的作用LH垂体Leydig细胞刺激类固醇的生成(睾酮生成)FSH垂体Sertoli细胞Sertoli细胞和/生殖细胞刺激蛋白合成(如雄激素结合蛋白),精子细胞到精子的成熟(精子形成)睾酮Leydig细胞雄性副性腺下丘脑,垂体维持结构和功能对FSH和LH释放的负反馈调控雌二醇Leydig细胞垂体前叶对FSH和LH释放的负反馈调控抑制素Sertoli细胞垂体前叶对FSH释放的负反馈调控精原细胞(休止状态)2n有丝分裂(青春期)初级精母细胞2n减数分裂次级精母细胞n精细胞n精细胞转变成成熟精子的过程精子生成或精子发生(spermatogenesis)中枢神经系统下丘脑垂体睾丸附睾受精精子发生GnRHICSHFSHLeydigcellICSH睾酮SertolicellFSHABP,抑制素调节雄激素含量雄性生殖系统精子形成或精子分化(spermiogenesis)卵原细胞(休止状态)2n有丝分裂(青春期)初级卵母细胞2n减数分裂次级卵母细胞n减数分裂卵细胞n成熟卵子中枢神经系统下丘脑垂体卵巢颗粒细胞雌激素卵子发生GnRHLHFSH黄体细胞LH催乳激素孕激素,松驰素催产素卵泡膜细胞LH雄激素雌性生殖系统芳香化酶女性生殖循环性成熟配子发生胚胎发生配子释放受精合子转运着床生长发育新生儿适应分娩胎儿生长一、对下丘脑-垂体-性腺轴调控的毒性下丘脑和垂体在睾丸和卵巢功能的调控中发挥综合性作用1.下丘脑:内源性阿片样物质是GnRH释放的强抑制剂,外源性吗啡和非麻醉性镇痛剂可抑制GnRH依赖性的LH分泌,滥用麻醉剂这可引起低促性腺激素性性功能不全症。2.垂体毒物既可以直接作用于促性腺物质而改变促性腺激素的合成和分泌,也可间接改变垂体细胞对GnRH或生殖腺类固醇的反应性。(西米替丁、滴滴涕、开蓬、多氯联苯等)生殖毒作用的靶标与环节生殖毒作用的靶标与环节二、对睾丸的毒性1.生精细胞(白消胺、环磷酰胺、乙二醇等)由于只要存在干细胞,生精上皮就可以再生。单个干细胞基因组中产生的异常性可在配子中被永存。所有干细胞的破坏相当于女性所有卵母细胞的破坏,将产生永久性不育。2.Sertoli细胞:对化学抑制的敏感性居中,数量有限,在维持和调控生精过程,是很多睾丸毒物的靶。3.leydig细胞:产生的睾酮对Sertoli细胞的功能及性欲和副性腺功能的完整性是非常重要的。生殖毒作用的靶标与环节4.影响睾丸的血流和体液平衡:睾丸的血流和体液平衡是睾丸毒物另一个潜在的作用环节。曲细精管自身无脉管系统对缺氧效应敏感。(5-HT或组胺、镉盐等)5.精子排放:指精细胞经过胞核和胞质的转化重组,并从睾丸转运至附睾形成成熟精子的全过程。精细胞的三个功能区均可成为生殖毒物攻击的靶标。精子胞核DNA:氧化乙烯等诱变剂;线粒体和中心粒:能量代谢损伤剂,如α-氯乙醇;高尔基体:氧化应激损伤可影响精子的获能和顶体反应过程。三、对雄性副性腺的毒性1.附睾附睾是某些生殖毒物的潜在靶,如氯代甲烷2.输精管和精囊腺前列腺虽然多种毒物可导致精囊前列腺的大小、重量和分泌活性的降低,但这些效应都是通过干扰雄激素的产生或功能而实现的。一般不会因此而降低生育能力。生殖毒作用的靶标与环节生殖毒作用的靶标与环节四、对卵巢、子宫和阴道的毒性1.生殖细胞:所有卵母细胞在雌(女)性出生前就已存在,如果破坏了就没有额外的配子可补偿;最敏感的阶段是卵原细胞的有丝分裂期。2.颗粒细胞为卵母细胞正常发育提供所需的激素和营养环境。3.卵泡膜细胞具有17α羟化酶将孕酮转化为雄烯二酮生殖毒作用的靶标与环节毒物对卵巢的毒作用方式:1.促性腺激素分泌不足、卵泡发育障碍或胆固醇合成障碍均可导致卵巢萎缩,并继发性引起子宫和阴道萎缩;如可卡因、环磷酰胺、多环芳烃、无机汞等。2.某些化学物是雌激素和孕酮的拮抗剂或激动剂引起卵巢萎缩;如他莫昔芬、甲氧基醋酸孕酮等。3.血清促性腺激素水平升高或卵巢胆固醇激素的负反馈调节失灵均可引起排卵周期异常。如外源性LH、FSH催乳素等。外源化学物对雄性生殖系统的毒作用及其表现对睾丸的毒性直接损伤睾丸中的细胞群对精子发生的有害作用继发性影响精子发生改变下丘脑-垂体功能精子生成障碍:Leydigcell功能异常,有关激素合成或作用发生改变性欲异常,阳痿及丧失生育能力引起生殖细胞突变,造成可遗传损害。生殖毒作用的靶标与环节外源化学物对雌性生殖系统的毒作用及表现对下丘脑-垂体系统的损害:闭经/动情抑制,受孕力降低对卵巢的损害卵母细胞数↓/突变生长卵泡和成熟卵泡排卵抑制,受孕力↓卵巢功能提前衰退干扰卵巢内分泌影响受精/着床/胚胎发育生殖道的损害:影响运送卵子/受精/受精卵发育常见生殖损害的表现性欲和性交能力↓,受孕力↓,月经紊乱,闭经,异常的妊娠结局(流产、早产和死产,子代发育异常,低出生体重,围产期死亡等)生殖毒作用的机理生殖毒物作用方式直接作用间接作用细胞毒性、致癌或致突变性结构与内源性分子的相似性代谢为直接作用的毒物通过酶的修饰作用,改变内分泌生殖毒作用的机理受体机理以类似内源性生殖激素的形式通过膜或细胞受体起作用下丘脑-垂体机理通过改变由下丘脑或垂体前叶腺合成和释放的激素类固醇生成的抑制酶的抑制生殖毒作用的分子和细胞机制一、生殖毒作用的分子机制1.受体机制:以拟内源性激素的方式,通过细胞膜上或细胞核内受体而引发毒作用,如滴滴涕、开蓬等。2.影响类固醇合成:药物、激素和化学物可通过干扰或抑制特定的酶而影响类固醇的合成。3.基因突变与DNA修复:4.氧化性损伤:生殖毒物可通过氧化应激反应干扰雌雄配子的受精过程。抑制类固醇生成的物质类固醇生成步骤抑制剂20-羟化酶氨基苯乙哌啶酮磷酸盐侧链断裂3-甲基联苯胺脱氢酶,3羟ΔS-类固醇氰基酮,雌激素,炔羟雄烯异噁唑4-羟基基-雄甾烯-3,17-二酮1,4,6-andsostatsine-3,17-二酮芳香化酶4-乙酸基-雄甾烯-3,17-二酮SKF-1218511--羟化酶炔羟雄烯异噁唑,甲吡丙酮21-羟化酶炔羟雄烯异噁唑17-羟化酶炔羟雄烯异噁唑,SU-9055,SU-800017,20-羟化酶炔羟雄烯异噁唑生殖毒作用的分子和细胞机制二、生殖毒作用的细胞机制1.诱发细胞凋亡:有证据表明在多种睾丸损伤中,细胞凋亡是毒性发生的主要原因,如己二酮、硝基苯和棉酚等。如二恶英、多环芳烃等可诱导卵母细胞凋亡而引发卵巢毒性。2.干扰细胞连接:如镉、顺铂、棉酚、己二酮等生殖毒性的检测和评价一般生殖毒性实验方法------整体动物试验一代生殖毒性试验(singlegenerationreproductivetoxicitytesting)二代生殖毒性试验(twogenerationreproductivetoxicitytesting)多代生殖毒性试验(multigenerationreproductivetoxicitytesting)I、II、III段生殖毒性试验(segmentI、II、IIIreproductivetoxicitytesting)两性介导的生殖毒性终点多代试验其它生殖终点交配率、交配时间、妊娠的时间受精率妊娠率、分娩率、妊娠期长度着床前丢失胎仔总数和活胎数着床数胎儿死亡率着床后丢失子代性别、出生体重、出生后体重、子代存活率内脏畸形和变异外观畸形的变异、子代生殖能力出生后结构和功能发育雄性性功能和生育力的特异终点器官重量睾丸、附睾、精囊、前列腺,垂体组织病理学睾丸、附睾、精囊、前列腺,垂体精液分子精子评价精液量及精液特征分析精子数量(计数、活率)及质量(形态、活动度)激素水平LH、FSH、睾酮、雌激素、催乳激素睾丸功能睾丸标志酶活性检测性行为跨上、插入、射精发育效应睾丸下降、包皮分离、精子产量、肛殖距离、外生殖器结构雌性性功能和生育力的特异终点器官重量卵巢、子宫、阴道、垂体组织病理学卵巢、子宫、阴道、垂体、输卵管、乳腺动情周期的正常性阴道涂片细胞学激素水平LH、FSH、雌激素、孕酮、催乳激素性行为脊柱前凸、交配时间、阴栓或精子哺乳乳量、乳质、母亲行为、幼仔吮乳行为、子代生长发育外生殖器的正常性、阴道开口、阴道涂片细胞学、发情(月经)行为的发作衰老阴道涂片细胞学、卵巢组织细胞学体外生殖毒性试验测试方法Sertoli细胞原代培养方法Leydig细胞原代培养方法Sertoli细胞/Germ细胞共培养方法附睾上皮细胞与生精细胞共培养方法大鼠精囊上皮细胞培养方法大鼠前列腺上皮细胞培养方法大鼠腹侧前列腺上皮细胞培养方法人精子-子宫颈粘膜穿透试验牛子宫颈粘膜-人精子穿透试验仓鼠无透明带卵母细胞穿透试验人半透明带试验精子活动度测试试验雄性生殖毒性体外测试方法小鼠卵巢多层原始卵泡体外培养方法大鼠卵巢颗粒细胞培养方法人和大鼠黄体细胞培养方法大鼠卵巢灌流培养系统子宫颈上皮细胞体外试验子宫颈粘膜体外毒性试验系统兔乳腺细胞
本文标题:10.生殖毒性课件
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