第08章下-化学物质的发育毒性和致畸作用

发育毒性与致畸作用畸胎学（古代）现代实验畸胎学（十九世纪）发育毒理学（二十世纪）第一节概述Teratology(畸胎学)来自于希腊语monster(怪胎)，即teras(畸胎)。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。物理化学因素鸡蛋畸形小鸡：神经管缺陷、无脑畸形、脊柱裂、独眼畸形、心脏缺陷等作用时间在决定畸形类型方面比损伤性质更重要。致畸作用因素电离辐射化学物和药物病毒细菌感染吸烟酗酒母体代谢失调四环素牙先天性水俣病患者反应停(thalidomide)事件孕妇的理想选择？1953年，联邦德国一家名为ChemieGruenenthal的制药公司研究人员发现，反应停（沙立度胺）具有一定的镇静安眠作用，而且对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗效极佳。1957年10月1日该公司将反应停正式推向市场。当时反应停成了“孕妇的理想选择”，在欧洲、亚洲、非洲和南美洲被医生大量处方给孕妇以治疗妊娠呕吐。科学家们在研制反应停时，并没有料到这种药物会产生如此可怕的副作用。令人恐怖的副作用到了1960年，欧洲的医生们开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升。这些婴儿有的是四肢畸形(主要是双上肢的短肢畸形)，有的是腭裂，有的是盲儿或聋儿，还有的是内脏畸形。➢调查显示，孕妇在末次月经后第34～50天是反应停作用的敏感期。➢在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的出生缺陷。支付巨额赔偿金➢1970年4月10日，案件的控辩双方于法庭外达成了和解，ChemieGruenenthal公司同意向控方支付总额1.1亿德国马克的赔偿金。发育毒理学(developmentaltoxicology)研究发育生物体在受精卵、妊娠期、出生后、直到性成熟的发育过程中，由于出生前接触导致异常发育的理化因素或环境条件后的发病机制和结果。第二节发育毒性与致畸性一、基本概念发育毒性:出生前经父体或（和）母体接触外源性理化因素，引起在子代到达成体之前这段时间内出现的有害作用。发育毒性具体表现生长改变：一般指生长迟缓，胚胎与胎儿发育在外来化合物的影响下，较正常的发育过程缓慢。结构异常：由于外来化合物的干扰，胎儿在出生时表现出形态结构异常，即畸形。功能缺陷：胎儿的生理、生化、代谢、免疫、神经活动及行为的缺陷或异常。发育生物体死亡：由于外来化合物的作用，在胚胎或胎儿发育期间对胚胎或胎儿产生损害，并致其死亡，具体表现为自然流产、死产，死胎率增加。畸形：在胚胎发育过程中，由于受到各种理化因素的影响，使胚胎细胞的分化、器官形成和发育不能正常进行，以致出现器官的器质性缺陷，造成形态结构的异常（狭义）。分为严重畸形和轻微畸形。广义的畸形还包括生理、生化以及精神（行为）发育缺陷。致畸性和致畸作用：在妊娠期接触外源性理化因素引起后代结构畸形的特性或作用。致畸物（致畸原）：凡是能透过母体的胎盘屏障，直接作用于胚胎细胞，引起胚胎发育障碍，导致先天性畸形的外来物，称为致畸物或致畸原。变异：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，是小的或次要的改变。一般认为变异不影响正常生理功能，更不危及生命。变异是生命的一种特征，在生物学上具有适应与进化的意义，变异并非畸形，但有时与畸形难于严格区分。一般情况下，变异出现率较低，而且不呈现剂量与效应或反应关系。但是在致畸试验中，如果某种变异出现较多，而且呈现一定剂量效应或反应关系，即使不作为畸形，也应另行记录，并在试验结果评定时，作具体分析。胚体-胎体毒性➢胚体毒性：通常是指外源性理化因素造成的孕体着床前后直到器官形成期结束的所有的毒性。❑表现为：胚体期染毒而出现畸胎、生长迟缓、着床数减少和吸收胎，也偶有死胎。➢胎体毒性：是指器官形成期结束后的因素引发的任何毒性表现。❖包括胎儿死亡、体重降低、骨化迟缓、功能缺陷以及结构异常，甚至肿瘤。在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分胎儿与胚体，所以使用胚胎毒性（embryo-fetaltoxicity）更恰当。广义的说胚胎毒性包括孕体结构和功能方面的各种损害，一般情况下，胚胎毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，而不包括结构畸形。➢出生缺陷：指婴儿出生前即已形成的发育障碍。■形态结构异常：结构畸形。■功能缺陷：智力低下，代谢和行为异常。➢不良妊娠结局：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。二、发育毒性作用的特点和影响因素（一）发育各阶段发育毒性作用的特点1、着床前期2、器官形成期3、胎儿期4、围生期和出生后的发育期1、着床前期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。时间：人类为受精后的第11－12天；啮齿类动物为最初的６天。特点：此期受损的是早期胚胎的相对未分化细胞，可通过代偿性的细胞增生加以修补，不会产生局部缺陷，最多出现发育迟缓，若受损的细胞较多，可造成胚胎死亡，称为着床前丢失。也有例外，如小鼠妊娠第2.5天、3.5天和4.5天用甲基亚硝脲处理可造成子代神经管缺陷和腭裂。这一发育阶段被称为早期不易感期。2、器官形成期事件：细胞增殖、移动和组合形成器官原基，即细胞结构开始分化，并逐渐形成不同的器官和组织。时间：人类为第3－8周；啮齿类动物为第1－3周。特点：此期细胞增殖分裂速度很快，组织器官生长旺盛，胚胎对致畸物特别敏感，细胞受损可导致结构畸形、生长迟缓或胚胎死亡。这一发育阶段被称为致畸敏感期或致畸作用危险期（criticalperiod）。不同器官敏感期不同，且有交叉重叠。表现为：不同器官致畸高峰时间不同，此期内不同时间给予致畸物会诱发不同器官畸形，同一天染毒可引起多个器官受损。人类胚胎的致畸敏感期着床前期器官形成期胎儿期1364521211109873820中枢神经系统心耳眼上肢下肢唇牙腭致畸敏感度高致畸敏感度低外生殖器同一致畸物，给予时间不同，会产生不同的畸形。即同一剂量同种致畸物在敏感期中与胚胎接触，可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。小鼠孕第8-12天的不同时间给予环磷酰胺，虽然均可引起足趾畸形，但是随着给药时间不同，分别出现多趾、并趾、缺趾、无趾。大鼠静脉注射硝酸铅，第9.5天引起后部畸形，第10天可引起大鼠死亡。事件：主要是组织分化、生长和生理学成熟。时间：人类是从第56-58天起，直到分娩。特点：胚胎的器官、系统的基本结构形成后，致畸物难以使之发生结构缺陷，通常是变形或异常而非畸形。胎儿期接触外源性理化物质，很可能对生长和功能成熟产生效应，主要表现为：全身生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎。3、胎儿期此期接触外源性化学物质，主要表现在发育免疫毒性、神经行为发育异常和儿童期肿瘤。围生期接触外源化学物，会严重影响胎儿T细胞、B细胞和吞噬细胞的发育、迁移、归巢及功能，可能暂时甚至永久性地损伤机体的免疫系统。许多化学物质具有发育神经毒性，表现为对感觉、运动、自主和认知等方面的影响。围生期是一生中对致癌物最敏感的时期。4、围生期和出生后的发育期（二）发育毒性的物种差异发育阶段致畸效应的特异性：胚胎所处的发育阶段不同，对于致畸作用呈现不同的敏感性。有性生殖动物的着床前胚泡对致死作用较为易感，对致畸作用较差。在胚胎发育后期和新生儿期的发育毒性表现为:生长迟缓、神经、内分泌及免疫系统机能的改变。胎儿对致死作用的易感性较胚胎为低。致畸的物种个体差异：任何环境有害因素的损害效应都存在物种品系及个体差异，在致畸作用中较突出。例如，杀虫剂西维因对豚鼠具有致畸作用，对家免和仓鼠并不致畸。农药敌枯双对大鼠致畸作用明显，但未得到人群调查的证实资料。同一物种不同品系对一种致畸物敏感性的差别很大，反应停和脱氢皮质酮都有这种现象。可能由于同一致畸物在不同物种和同一物种的不同品系动物的代谢过程有一定差异；也可能由于致畸物主要是通过母体胎盘作用于胚胎，而不同物种动物胎盘构造也不相同。这些差异可能是由于遗传因素，即基因型差异。为什么会出现物种及种间差异？（三）发育毒性的剂量反应关系模式：A.正常胎、生长迟缓和结构畸形同时存在，但较高剂量下几乎引起全窝胚胎死亡。这种类型较常见，此类化学物低剂量下主要导致生长迟缓，随剂量的增加，导致畸形和死胎。多为细胞毒性致畸物，包括烷化剂、抗癌药及很多致突变物。B.在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸，致畸胎儿常同时出现生长迟缓。当剂量增加到远远超过全窝畸形时才出现胚胎死亡，后者的剂量范围常常与明显的母体毒性剂量范围重叠。这种模式表示受试物有高度致畸作用，较少见，如沙立度胺、糖皮质类固醇等。发育毒性的剂量反应关系模式：C.只有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生。往往生长迟缓先出现，曲线较平缓，较大剂量时才出现胚胎死亡，其曲线较陡，接近于“全或无”。表明胚胎存活有明显的界限。这类化学物，可被认为是有胚胎毒性（包括胚胎致死性）的，但不具有致畸作用。发育毒性的剂量反应关系模式：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：化学毒物对受孕母体产生的损伤作用。表现为增重减慢、功能异常、临床症状、甚至死亡。母体因素对发育毒性的影响1、遗传学：母体的遗传结构是胚胎发育的一个决定因素。如唇腭裂的发病率白种人明显高于黑种人，主要原因在于母体，而非胚胎本身的基因结构。2、疾病：母体受病毒感染、未控制的糖尿病等疾病，将会对胚胎产生影响。如怀孕前三个月，母体高热、病毒感染等均可能导致胎儿中枢神经系统畸形。3、营养：母体蛋白质、热量、维生素、微量元素及酶的辅助因子缺乏将对胚胎产生影响。4、应激：不同形式的母体毒性可能通过诱导生理学应激反应而产生发育毒性。5、对胎盘的毒性：胎盘是母体和胚胎进行物质交换的结构，为胚胎提供营养、气体交换、废物排出。胎盘可产生维持妊娠关键的激素，而且能代谢和储存外源化学物。外源化学物既可透过胎盘进入胎儿体内，同时胎盘也可能是其作用靶点，或作为其储存库。（二）母体毒性与胚胎毒性的关系1、具有胚胎毒性，但无母体毒性2、既有胚胎毒性，也有母体毒性3、具有母体毒性，但不具有胚胎毒性4、既无母体毒性，也无胚胎毒性（一定剂量范围内）四、父源性发育毒性父源性出生缺陷（paternalbirthdefect）影响因素：遗传缺陷、年龄因素和外界暴露因素。父源性暴露引起子代发育异常包括：流产、死胎、低出生体重、畸形、功能障碍等。第三节致畸（发育毒性）作用机制1、不发育(agenesis)由于某些重要的原基组织(primordialtissue)不存在或缺乏邻近组织或前体组织的正常诱导而使原基组织不发生，结果某个器官或躯体部分发生或完全缺如。2、发育不全(hypoplasia)这种畸形常在名词前冠以“小”字，如小头、小眼等。此外，亦有软骨发育不全等。3、发育受阻某器官或结构发育至半途时受阻而停止，可分为四类：①不合并(non-fusion）；②不分裂(non-division），如动脉干永存；③抑制迁移(sup-pressedmigration）；④暂时性结构的保存(persistenceoftransitorystructure），如肛门闭锁、憩室等。先天畸形的发生方式4、相邻原基粘连如马蹄肾，或原基分裂如分裂输尿管。5、生长过度（overgrowth）如多指、巨指或先天性角化过度等。6、错位（misplacement）如内脏错位等。7、错误迁移（incorrectmigration）如卵巢迁移到外生殖器，并耳等。8、不典型分化(atypicaldifferentiation）包括先天性肿瘤的形成、异位和分化。9、返祖（atavism）常见的有多毛、复乳等。畸形的引发机制1、基因突变与染色体畸变2、干扰基因表达3、细胞损伤与死亡4、细胞凋亡5、干扰细胞间的交互作用6、通过胎盘毒性引起发育毒性7、干扰母体稳态8、内分泌干扰作用第四节发育毒性和致畸试验与评价外源化学物发育毒性的评价需要四方面的资料：