生殖毒理學(reproduction

toxicology)科學幻想or預言？由于受到化學污染、原子輻射和廣泛傳播的

性病的影響，發(fā)達國家人口出生率急劇下降。在美國馬薩諸塞州的劍橋，一場血腥的政變過后，建立了一個政教合一的獨裁政權“基利亞得”（Gilead）。Gilead的當權者實行一夫多妻制，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等對已發(fā)表61篇文獻，共收集到近1.5萬男子精子質量的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)過去50年平均精液量和

精子密度發(fā)生了統(tǒng)計學意義的下降。2000年，Swan等人證明了上述研究結果。全球21個國家的調(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/ml。32008年，Joensen等發(fā)現(xiàn)丹麥現(xiàn)有超過10%的男性精子在不育范圍內(nèi)，高達30%男性精子在低生育范圍內(nèi)。近年來，中國男性每毫，升精在液醫(yī)所學含上精精液所含的精子數(shù)低于2000萬個便子每數(shù)可毫能量造升成目不育前癥降，400萬以下則意味著完全的不育。至5000萬左右，而且每年還以100萬個的速度在下降。4生物因素物理因素化學因素☆

美國《化學文摘》已登記、注冊的化學物質已經(jīng)超過6000萬種，每年約新增440萬種；☆

已經(jīng)進入環(huán)境的常見的有10萬種，年產(chǎn)量1噸以

上的3萬種。5環(huán)境化學因素是造成精子計數(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的宮內(nèi)暴露嗎？是源自生殖系統(tǒng)成熟時的青春期，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)分泌干擾化學物的基本概念；熟悉:外源化學物對生殖系統(tǒng)的損害作用與機制；了解:

生殖毒性研究與評價方法。7一、基本概念★

生殖毒理學(reproductive

toxicology)是生殖醫(yī)學與毒理學相結合而形成的一門重要的交叉學科，主要研究外源化學物對生殖系統(tǒng)產(chǎn)生的損害作用（生殖系統(tǒng)的結構與功能、妊娠結局的改變）及其原因、機制和后果?！芯炕瘜W物對于人類生殖過程的毒性作用規(guī)律；▲為安全性評價與預防提供依據(jù)。8一、基本概念生殖毒性(reproduction

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

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；哺乳動物生殖成熟與功能調(diào)節(jié)青春期的發(fā)動時間；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、外源化學物對生殖系統(tǒng)的損傷作用與機制★

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，對親代或子代產(chǎn)生不良健康效應的外源化學物。14二、外源化學物對生殖系統(tǒng)的損傷作用與機制(一)EDCs改變激素受體的識別、結合、跨膜信號轉導及活化改變天然配體與其受體的特異性結合擬激素/抗激素例如：DBP、BPA,DDT,NP等干擾第二信使系統(tǒng)DEC，林丹改變受體表達水平TCDD15DDT1874年發(fā)明；

1939年發(fā)現(xiàn)其具有殺蟲性質；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年生物學家Rachel

Carson

出版《寂靜的春天

，DDT對野生動物群體的影響被廣泛關注；DDT在低濃度下既是雌激素激動劑，也是雄激素拮抗劑；DDT暴露引起早產(chǎn)、早期流產(chǎn)、精液質量下降、月經(jīng)紊亂、乳汁分泌等；16二、外源化學物對生殖系統(tǒng)的損傷作用與機制(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、外源化學物對生殖系統(tǒng)的損傷作用與機制(三)

對靶性腺睪丸和卵巢細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睪丸的基本細胞生精細胞-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)育階段的生精細胞。20睪丸的基本細胞生精細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）：是指成熟的雄性個體在睪丸曲細精管生精上皮細胞所發(fā)生的從精原細胞開始，發(fā)育成為成熟精子的整個過程。這一過程在人約需70天，小鼠需要35天，大鼠需要48天。21⒈增殖期：精原細胞不斷有絲分裂，形成大量精原細胞；⒉生長期：體積增大，染色體復制，形成具有姐妹染色單 體的初級精母細胞(primary

spermatocyte);⒊成熟期：初級精母細胞經(jīng)過減數(shù)分裂形成兩個單倍體的次級

精

母

細

胞

(secondary

spermatocyte)

和四個單倍體

精細胞(spermatid);4.變形期：精細胞進一步分化為有特殊形態(tài)的成熟精子

(spermatozoon),精子進入附睪后，經(jīng)過11-16 天育才能達到功能上的成熟。2223毒理學意義精子發(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，對確定外源化學物對精子發(fā)育各階段的影響有重要意義。24支持細胞（sertoli

cell）⑴支持、保護、營養(yǎng)各級生精細胞⑵參與構成血睪屏障⑶分泌：雄激素結合蛋白⑷吞噬：生精細胞的殘余胞質功能精子計數(shù)與睪丸支持細胞數(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、結締組織、生精小管基膜、支持細胞的緊密連接。25間質細胞（interstitial

cell）生精小管之間的疏松結締組織，富含血管、淋巴管、睪丸間質細胞。作用：分泌雄激素睪丸間質細胞：間質細成群，體積大，圓或多邊

胞形，核圓居中，胞質嗜酸性強，具分泌類固醇激素細胞的超微結構特點。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）。作用于睪丸的間質細胞產(chǎn)生雄激素（睪酮）作用于支持細胞產(chǎn)生雄激素受體，轉運雄激素至生精細胞，促進精子生成。血液中雄激素含量上升到一定水平時引起負反饋，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★各級激素的產(chǎn)生維持動態(tài)平衡。281.

對睪丸的損害睪丸中不同細胞群對化學物的感受性：生精細胞＞支持細胞＞間質細胞造成生殖系統(tǒng)損傷的危險因素：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

對生精細胞的損害作用A用.烷化劑白消安—摧毀A型精原細胞，導致睪丸變小變輕甲基甲烷磺酸酯—損傷生精上皮中精子細胞和附睪中的成熟精子B、非烷化劑棉酚—使動物精子細胞和精母細胞的線粒體出現(xiàn)特異的超微結構的損害。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改變。30C.

金屬鉛：在睪丸和附睪中，鉛可與精子染色質中的巰基結合， 降低染色質的解凝聚，是誘發(fā)染色體結構畸變的原因之一 。汞：可透過血-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，從而干擾生精細胞內(nèi)DNA、 RNA和蛋白質的合成和誘導生精細胞的凋亡。鎘：可通過破壞細胞結構損傷睪丸實質細胞，使生精上 皮細胞廣泛變性、壞死，細胞核皺縮、溶解，部分生精 上皮脫落、分離，曲細精管纖維化。31D.

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

酒精動物實驗表明隨酒精劑量給予的增加，大鼠睪丸會逐漸 出現(xiàn)生精細胞核固縮、變性等細胞凋亡形態(tài)學改變,同 時曲細精管腔中脫落細胞會明顯增多。323.1.2

對支持細胞的損害作用支持細胞的功能：

A、為生精細胞提供營養(yǎng)來源和物質代謝等與分化發(fā)育有關的微環(huán)境B、分泌作用，保證生精細胞發(fā)育和成熟

C、可改變精子細胞頂端結構而調(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)——損傷支持細胞FSH 誘導的cAMP生成，導致能量物質生成減少而抑制精 子的糖代謝二硝基苯——使支持細胞生產(chǎn)乳酸和丙酮酸的能力 受損秋水仙素——破壞支持細胞的形態(tài)結構，造成生精 細胞被支持細胞吞噬，過早脫落或抑制精子釋放。2-正戊基鄰苯二甲酸脂——誘導支持細胞發(fā)生空泡 樣改變，造成精母細胞的丟失。343.1.3

對睪丸間質細胞的作用睪丸間質細胞功能：§合成睪酮、雄烯二酮和脫氫表雄酮；§滑面內(nèi)質網(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激反應，高劑量 增強其線粒體和微粒體的氧化應激反應，并可誘導睪丸 細胞過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；抑制間質細胞增殖、促進細胞死亡,減少細胞 數(shù)量而影響睪酮分泌。C.酮康唑抑制細胞色素P450膽固醇側鏈裂解酶和17a-羥化酶活性， 抑制了睪酮激素的生成。363.1.4

對睪丸的毛細血管蔓叢的損害作用睪丸的毛細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）：動物實驗中，將雄性動物置于38.5℃中55分鐘后，其生育能力就會下降。流行病學研究發(fā)現(xiàn)相比那些坐的少的男性，久坐者的精子質量會差一些，因為經(jīng)常坐著睪丸的溫度比較高。373.1.5對附睪、精子成熟過程和成熟精子的作用附睪的生理功能：重吸收睪網(wǎng)液，通過血睪屏障與血液交換物質；分泌多種特殊物質，與抑制精子代謝活動和提供生理成熟的化學條件有關；尾段的附睪液pH值低，含氧少，是保持精子處于靜息狀態(tài)和為精子儲存的特殊環(huán)境。38

α-氯醇很容易轉運到附睪腔中，對許多種動物

5mg/kg.d的劑量即可使精子的活動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。

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

雌性生殖生物學40★卵子的發(fā)生(oogenesis)生殖母細胞（原始生殖細胞）遷移至生殖脊，誘導卵巢生成；妊娠早期生殖母細胞有絲分裂，產(chǎn)生大量卵原細胞進入第一次減數(shù)分裂前期即初級卵母細胞維持在減數(shù)分裂I期，直到成年排卵周期時進入成熟7個月在FSH和LH的作用下于排卵前36-48小時完成第一次減數(shù)分裂，生成一個次級卵母細胞青春期次級卵母細胞由卵巢進入輸卵管壺腹部，迅速進入第二次減數(shù)分裂，停留于分裂中期相。若遇精子，可發(fā)生受精，激發(fā)次級卵母細胞完成第二次減數(shù)分裂，產(chǎn)生一個大的成熟卵細胞41極體內(nèi)細胞質極少，缺乏營養(yǎng)物質，很快退化，從而保證卵細胞內(nèi)大量胞質貯備，以供早期胚胎發(fā)育的需要4243卵巢:卵子發(fā)生過程★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，后者進入血液循環(huán)作用于身體其它各部的靶細胞，F(xiàn)SH促進卵泡生長發(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泡膜細胞——類似于睪丸間質細胞，可分泌雄激素；表達ERα

顆粒細胞——類似于睪丸支持細胞，通過間隙連接緊密連接在一起；表達FSH受體，將泡膜細胞

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

從靜止卵泡到生長卵泡、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、對雌性生殖系統(tǒng)的作用483.2.1

對卵巢的作用部分化學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，主要作用于生長期和排卵前期的卵母細胞，故對育齡婦女發(fā)生卵巢衰退的危險度更高。電離輻射、多環(huán)芳烴損傷休止期卵母細胞，造成永久性的閉經(jīng)或卵巢衰退。503.2.2對輸卵管的作用輸送卵子、精子，精子儲存、獲能、頂體反應的場所。＆亞硝酸異戊酯、東莨菪堿等抑制人類輸卵管的蠕動；＆長期使用雌激素和孕激素避孕可使輸卵管萎縮513.2.3對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)生變化準備接受孕體。由輸卵管來的胚泡與子宮內(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＆

對人和動物給予高劑量孕激素（單獨或同時給予雌激素）可引起子宮無力性出血導致流產(chǎn)。＆

化學物或其活性代謝產(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)分泌介導的作用§麻醉劑、止痛藥、鎮(zhèn)靜藥和安定藥通過抑制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：是由睪丸毛細血管內(nèi)皮、曲精小管界膜、生精上皮基膜及支持細胞的緊密連接組成。功能：可阻止某些物質自由進出生精上皮，尤其是支持細胞的緊密連接，使淺部生精細胞處在較穩(wěn)定的微環(huán)境中發(fā)育，還能防止精子抗原物質溢出到小管外，發(fā)生自體免疫反應。影響外來化學物質透過血睪屏障的因素：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-轉移酶環(huán)磷酰胺、二溴氯聯(lián)苯、

PAHs57三、生殖毒性研究與評價外來化合物的生殖毒性評價包括實驗研究和人群調(diào)查（一）實驗研究-繁殖試驗1.試驗程序 A.一代繁殖試驗針對多數(shù)限于短期服用，而且半減期相當短的治療藥物的生殖毒性評價58B

.多代繁殖試驗針對長期接觸的過程中很可能會在體內(nèi)提

高濃度或含量的化學物兩代繁殖試驗

三代繁殖試驗能育性評價連續(xù)繁殖試驗（FACB)592.觀察指標1）常用的觀察指標受孕率（%）=（懷孕動物數(shù)/交配雌鼠數(shù)）×100妊