第九章 发育毒性与致畸作用hyn

第九章发育毒性与致畸作用第一节概述发育毒性(developmental toxicity)指出生前接触某些环境因子对从胚胎或胎仔发育到出生后青春期前的子代造成的有害作用，包括发育生物体死亡、结构异常、生长迟缓、功能缺陷。

◆发育毒理学（developmental toxicology）：研究出生前暴露于环境有害因子导致的异常发育结局及其作用机制、发生原理、影响因素、毒物动力学及其评价的科学。

畸胎学（teratology）现代实验畸胎学（19世纪初）历史的教训☐1940年澳大利亚风疹大流行，次年流行婴儿先天性白内障、耳聋、智力不全、先天性心脏病☐1945年广岛长崎原子弹爆炸，受辐射儿童小头畸形、智力低下，一年内死亡率25%☐1960年反应停事件（thalidomide incident），欧洲出生8000多海豹畸形或海豹症（phocomelus）儿童☐1968年日本多氯联苯污染米糠油事件，孕妇出现死产、早产、¡°油症儿¡±☐1961~1970年美国在越战中使用落叶剂2,4,5-T（含TCDD），孕妇流产、产下小头和Down¡¯s综合征畸形儿☐1966~1972年美国孕妇服用己烯雌酚（diethylstilbestrol，DES），300多少女发生阴道癌反应停（沙利度胺）事件☐孕妇的理想选择？☐1953年，联邦德国一家名为Chemie Gruenenthal 的制药公司研究人员发现，反应停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。

☐1957.10.1该公司将反应停正式推向市场令人恐怖的副作用☐到1960年，欧洲医生开始发现，本地区畸形婴儿的出生率明显上升：四肢畸形（主要是双上肢短肢畸形）、腭裂、盲儿、聋哑儿、内脏畸形等☐截至1963年在世界各地，如西德、美国、荷兰和日本等国，由于服用该药物而诞生了12000多名这种形状如海豹一样的可怜的婴儿。

☐经过调查证实，母亲从停止月经算起，34－54天之内，服用此药后，迟早会出现各种不同的症状。

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。

➢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、发育各阶段生殖毒性作用特点着床前期发育毒性☐从受精算起，到完成着床前（人类为11-12天、啮齿类动物为前6天）☐通常是未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡死亡，即着床前丢失☐也有着床前接触毒物导致畸形的例子：环氧己烷、甲基亚硝脲等器官形成期（胚体发育期）☐着床-硬腭闭合☐自受精日计算：人3-8周；大鼠约9-17天；小鼠约7.5-16天；家兔6-18天☐在致畸作用中，对致畸物最敏感的阶段是器官发生期，一般称为危险期或关键期（critical period）至第八周末——☐在器官发生期中，致畸物与胚胎接触可能造成形态结构异常；也有可能发生胚胎死亡、生长迟缓；☐发育中的胚胎对致畸作用的敏感期虽然主要在器官发生期，但在此期间，各种不同器官还各有特别敏感的时间，即“靶窗（targetwindow）”☐大鼠器官发生期为受精后9-17天，但眼的最敏感期为受孕后9天，心脏和主动脉弓约为9-10天大鼠胚胎各器官的特殊敏感期☐同一剂量的一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☐如将大量维生素A在受精后第8天给予大鼠，主要出现骨骼畸形；如在第12天给予，则诱发腭裂胎儿期☐器官形成结束后（以硬颚闭合为标志）即进入胎儿期（人类从56-58天起），直到分娩☐特点：◇以组织分化、生长和生理学的成熟为主。

◇最易表现的发育毒性是生长迟缓、特异的功能障碍（神经、内分泌及免疫系统机能的改变）、经胎盘致癌和偶见死胎◇胎仔或胎儿对胚胎致死作用的易感性虽然较胚体低，但仍有一定数目的死产胎发生围生期和出生后的发育期一些功能方面的缺陷出生时不易发现，需要出生后继续观察，研究较多的是☐发育免疫毒性☐神经行为发育异常☐儿童期肿瘤特点☐机体不同系统和器官的形成与发育不完全同步；分娩时多数器官胎儿期发育成熟，但神经系统、生殖系统直到儿童期、少年期、成熟期才告完成。

☐不同化学毒物作用于不同发育阶段，产生不同效应。

☐最容易引起畸形的阶段是器官形成期（二）、发育毒性的剂量-反应模式和阈值（二）发育毒性的剂量反应关系模式：发育毒性是否有阈值尚存在争论☐很难用实验找出一个发生率很低的剂量-反应关系，因为那需要极大的样本数量，如每剂量组几百到几千窝的动物☐多数发育毒性机制还不了解，有的已知机制支持阈值的存在，而有些机制则不支持☐通常认为哺乳动物的发育毒性是一种有阈剂量的效应◆致畸带：从NOAEL到胚胎死亡剂量之间的范围，致畸带越宽，该物质的致畸危险性越大☐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。

三、母体毒性与发育毒性母体毒性作用可分为☐遗传学：如腭裂的发生率依赖于母体的而非婴儿的基因型，白人中的发病率比黑人更高☐疾病：母体未控制的糖尿病、某些感染，经过间接的疾病相关的母体变化或直接经胎盘的感染对孕体有不利的影响☐营养☐应激☐对胎盘的影响母体毒性与胚胎毒性的关系☐1.具有致畸作用，但无母体毒性出现，称为非共效应致畸物（non-coeffective teratogen）√此类外源化学物的致畸作用具有特定的作用机理，与母体毒性无关，如反应停√此类外源化学物的致畸作用往往较强，最容易被忽视也最危险，应特别注意☐2.出现致畸作用的同时也表现母体毒性，称为共效应致畸物（coeffective teratogen）√此种受试物可能既对胚胎有特定的致畸机理，同时也对母体具有损害作用，但二者无直接联系，可能是继发效应。

☐3.仅具有母体毒性，但不具有致畸作用4.在一定剂量下，既无母体毒性，也不表现胚胎毒性☐发育毒性是否由母体毒性导致的？⏹明确有发育毒性的有害因素同时也有母体毒性；⏹发育毒性的严重程度和发生率与母体毒性相关。

四、父源性发育毒性☐通过父亲对发育个体产生不良影响--父源性出生缺陷、流产、死胎、儿童肿瘤、出生性别比改变…☐某些出生缺陷与父亲的遗传、年龄和暴露因素等有关，被称作为父源性出生缺陷（paternal birth defect）化学物致畸力（ILSI）（一）乙醇与吸烟（二）乙烯雌酚（三）甲基汞（四）铅☐可影响心脏、骨骼、小肠、肾、生殖系统和神经系统，儿童中枢神经系统对铅非常敏感。

☐铅可造成儿童智商明显降低、注意力缺陷多动障碍、阅读和学习能力显著减弱。

（四）视黄酸☐视黄酸是具有维生素A结构或与其功能相似的天然或人工合成的化合物。

☐致畸活性由多种受体及其配体介导——视黄酸受体（RAR)服用过量维生素引起畸形第三节致畸（发育毒性）作用机制（Mechanisms of Teratogenic Action）☐哺乳动物正常发育的分子机制尚不清楚☐原因不清楚出生缺陷：15%-25%遗传因素4%母体状况3%母体感染1%-2%脐带阻断等宫内机械性问题1%有明确化学物或其他环境因素65%未知病因Wilson致畸学基本原理（1973）☐对致畸的易感性依赖于孕体的基因型及其与有害环境因子相互作用的方式☐对致畸的易感性随着对有害因素暴露的发育时期不同而变化☐致畸物以特定方式作用于发育的细胞和组织，启动一系列的异常发育事件☐对发育组织的有害影响依赖于有害因素的性质☐异常发育的四种表型是：死亡、畸形、生长迟缓和功能缺陷☐随着剂量增加，异常发育表型的频率和程度增加，从无作用到全部致死水平☐Wilson(1977)提出了畸形发生的9种机制，包括突变、染色体断裂、有丝分裂改变、改变核酸完整性或功能、减少前体或底物的补给、减少能源支持、改变膜特性、渗透压不平衡和酶抑制作用。

近年来在分子水平的研究有很大的进展，虽然胚胎有代偿机制弥补外源性化学物的影响，但是，是否产生畸形依赖于在致病过程中的每个步骤在损伤和修复之间的平衡。

可能机制☐干扰基因表达☐基因突变与染色体畸变自发流产的胚胎中至少50％存在染色体畸变（主要是不分离）☐细胞损伤和死亡☐干扰细胞-细胞交互作用☐通过胎盘毒性引起发育毒性☐干扰母体稳态☐发育免疫毒性机制☐发育神经毒性机制一、基因突变与染色体畸变☐环磷酰胺（Cyclophosphamide,CP)⏹可诱发DNA断裂和染色体畸变，同时也被用作致畸试验的阳性物，可引起脑积水、露眼、腭裂、小颌畸形、脐疝、尾部和肢体畸形等。

☐染色体畸变占人类发育缺陷原因的3%，自发流产至少有50%存在染色体畸变。

二、干扰基因表达☐在培养的小鼠胚胎中用反义寡核苷酸探针抑制原癌基因Wnt-1或Wnt-3a，可产生中脑和后脑，或中脑、后脑和脊髓的畸形☐剔除Wnt-1基因的突变小鼠也可产生中脑和后脑的畸形☐向小鼠胚胎中加入鸡的 -肌动蛋白启动子时，Hox-1.1基因表达，并产生多种颅脸部和颈椎的畸形。

二、干扰基因表达☐表观遗传学（Epigenetics）—DNA甲基化—组蛋白修饰—染色质重塑—microRNA三、细胞损伤与死亡☐诱发细胞凋亡，干扰正常发育，引起胚胎畸形—沙利度胺、全反式视黄醇、N-乙酸基-2-乙酰氨基芴、甲基汞、乙醇等☐导致细胞周期混乱—氧化损伤和DNA断裂四、干扰细胞-细胞交互作用☐细胞-细胞间的相互作用主要通过细胞通讯来实现，包括缝隙连接通讯、膜表面分析接触通讯等直接的细胞间通讯和由受体介导的细胞信号转导系统。