生殖发育毒性作用和机理

1、生殖发育毒性作用和机理第一节 生殖毒性生殖毒性（reproduction toxicity） 是指对雄性和雌性生殖功能的损害和对后代的影响。故包括对父母双方和对胚胎/胎儿、新生儿的损害。1.外源化学物对雄性生殖系统的损害对雄性生殖系统的直接影响 棉酚、重金属、有机氯杀虫剂、有机磷杀虫剂、杀线虫剂和工业污染物 干扰睾丸的功能及结构。对内分泌功能的影响 干扰下丘脑垂体睾丸轴的正常功能，主要影响促性腺释放激素的释放。 2.外源化学物对雌性生殖系统的损害对卵巢的直接影响：CS2导致卵巢萎缩干扰下丘脑垂体性腺轴：苯及同系物干扰下丘脑，作用于垂体卵巢系统，引起雌性生殖系统功能异常。第二节 发育毒性发育毒性

2、（developmental toxicity）：指出生前经父体和/或母体接触外源性理化因素引起的在子代到达成体之前出现的有害作用。 包括 结构畸形 （structural abnormality） 生长迟缓 （growth retardation） 功能障碍 （functional deficiency） 胚胎死亡（embryo death）一、基本概念 胚胎毒性(embryotoxicity)：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：胚胎期染毒而出现畸胎、生长迟缓、着床数减少和吸收胎，也偶有晚死胎。 胎儿毒性(fetotoxicity) ：指器官形

3、成期结束后的因素引发的任何毒性表现(包括死亡、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胎，所以使用胚胎-胎儿毒性更恰当。 出生缺陷 （birth defect）：是指婴儿出生前即已形成的发育障碍。 包括： 形态结构异常：畸形 功能缺陷：如智力低下，代谢 和行为的异常 畸形(malformation) ：指出生前因素引起发育生物体的严重的解剖学上形态结构的缺陷(异常)，对发育、生长、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。 致畸作用(teratogenic effect)：均指在妊娠期（出生前）接触外源性理

4、化因素引起后代结构畸形的特性或作用。 致畸作用所表现的形态结构异常，在出生后立即可被发现。 致畸物(teratogen)：凡在一定剂量下，能通过母体对胚胎或胎儿正常发育过程造成干扰，使子代出生后具有畸形的化合物称为致畸物或致畸原。 发育毒物（developmental toxicant）:能造成发育毒性的物质，发育毒物应是在未诱发母体毒性的剂量下产生发育毒性的物质二、发育各阶段发育毒性作用的特点包括：（一）着床前期 （二）器官形成期 （三）胎儿期 （四）围生期和出生后的发育期卵子受精后一直至出生为止，都称为孕体(conceptus) 着床前期发育毒性从受精算起，到完成着床之前（人类为11-12

5、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，如环氧己烷、甲基亚硝脲等。器官形成期（胚胎发育期）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(critical period)或关键期 。人是3-8周；在常用试验动物中，自受精日计算，大鼠器官发生期约为917天，小鼠器官发生期为16天，家兔为1120天。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”(targ

6、et window)。 如大鼠器官发生期为受精后917天，但眼的最敏感期为受孕后9天，心脏和主动脉弓约为910天之间。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 最容易表现的发育毒性是生长迟缓、特异的功能障碍（如神经、内分泌以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较胚胎为低，但仍有一

7、定数目的死产胎发生。围生期和出生后的发育期发育免疫毒性 妊娠期或围生期接触某些外源性化合物，会严重影响出生后T细胞、B细胞和吞噬细胞的发育、迁移、归巢和功能。 发育神经毒性 妊娠期饮酒造成的乙醇综合症胎儿； 妊娠期安定暴露对F1 代大鼠有一定的发育及神经行为毒性,表现为早期生理发育和神经行为发育滞后等。儿童期肿瘤 围生期是一生中对致癌物最敏感的时期，例如许多儿童期高发的肿瘤（急性淋巴细胞性白血病、神经母细胞瘤、骶骨前畸胎瘤、胚性腺瘤等）都可能与出生前因素有关，因为这一时期细胞增殖快，药物代谢酶的个体发生不全，免疫监视功能低。三、母体毒性母体毒性作用(maternal toxicity) 母体毒

8、性作用是指外来化合物在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用。具体表现包括体重减轻、出现某些临床症伏、直至死亡 轻度母体中毒的表现应限于母体体重下降，正常增长受到抑制。抑制程度，不超过不接触受试物对照组动物的10%。 严重母体中毒可出现体重增长大幅度抑制、持久性呕吐、过度安静或活动过度、呼吸困难、生育机能明显受损及其它中毒症状，甚至死亡。母体毒性作用可分为母体毒性作用与致畸作用关系 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) 此种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。如反应停致畸作用较强，应特别注意。2.出现致畸

9、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，但二者并无直接联系 3.仅具有母体毒性，但不具有致畸作用 4.在一定剂量下，既不呈现母体毒性，也未见致畸作用 应在动物可能耐受条件下，最大限度地增加剂量，使其远远高于人类或其它动物实际可能接触的水平，如仍未出现致畸作用，才可做出结论。 母体毒性与致畸作用的剂量关系之间，并无固定比值；一般情况下，致畸作用剂量较母体毒性作用剂量为低第六节 发育毒性和致畸作用 试验与评价一、一般生殖毒性试验为FDA提出的“三段试验”中的I段：雌雄性交配前分别给药

10、14天和60天 (分别相当于卵子和精子发育的一个多周期),雌鼠受孕后继续给药至器官发生期末,孕期20天处死孕鼠,剖腹检查子宫和胎鼠.研究对成年雌雄性生殖功能、配子的发生及成熟、交配行为、受精、着床前的发育和着床的影响。二、 传统常规致畸试验（致畸试验）相当于美国FDA致畸和繁殖毒性三阶段试验的第二段(phase II)； 传统致畸试验是评价孕体在胚胎发育期(器官形成期)接触受检物的有害影响。致畸作用是发育毒性中最重要的一种表现，所以外来化合物发育毒性的评定，主要是通过致畸试验； 在致畸试验中除可观察到出生幼仔畸形外，也可同时发现生长发育迟缓和胚胎致死； 传统常规致畸试验是评定外源化学物是否具有

11、致畸作用的标准方法。试验设计动物选择 剂量和分组 给药时期 给药途径 其他(一)动物选择1.选择动物原则最好能符合以下标准 (1)胎盘的结构和功能尽可能与人或其它生产实践中的动物一致 (2)妊娠过程较短、每窝产仔数较多 (3)自发畸形率低2.选择动物的种类致畸试验通常选用两种哺乳动物 一种是啮齿类，一般首先考虑大鼠，其次是小鼠；另一种是家兔 雌性用性成熟的，未交配过的动物3.动物数量每组动物数足以对实验数据进行有意义的解释 对大鼠、小鼠，一般是每个剂量组用16-20只； 家兔，一般是每个剂量组用8-12只； 对较大的动物，如狗、灵长类动物，则每组动物数可少些。(二)剂量和分组应最少设3个剂量组

12、，另设对照组 最高剂量组：可以引起母体轻度中毒，即进食量减少、体重减轻、死亡不超过10%； 最低剂量组：不应观察到任何中毒症状； 中间剂量组：可以允许母体出现某些极轻微中毒症状。其剂量与高剂量和低剂量成等比级数关系。 亚急性毒性试验的最大耐受剂量作为致畸试验的最高剂量，以其1/30为最低剂量 以LD50的1/2-1/3为最高剂量，LD50的1/30-1/50为最低剂量 人体或实践中动物实际接触量可供剂量设计参考的数据有3方面：(三)给药时期 给药时期的正确与否是致畸试验成败的关键之一。不同物种的动物，器官形成期不同。给药时期应包括器官形成期的主要阶段。大鼠小鼠兔交配90d 120d60d 90

13、d成年未交配过着床期孕 d4 d5孕 d5 d6孕 d7 d8染毒期孕 d7 d16孕 d6 d15孕 d6 d18处死期孕 d20孕 d28孕 d29致畸试验日程(四)给药途径 原则上是依据受检物的性质及人类和其它动物可能接触的方式等情况而定，可经呼吸道、经口、经皮、腹腔注射或静脉注射等 致畸试验，一般应在春秋两季进行。因为在这两个季节气候比较适宜，动物受孕率较高，其他季节在保持恒温和光线适宜的标准动物房内合笼，受孕率也可能较高。 (五)其他六、观察指标外观检查：头部、躯干部和四肢骨骼检查：茜素红染色，囟门大小，头骨、脊柱骨、四 肢骨、肋骨、胸骨等内脏检查：Bouins液固定2周后检查取出子

14、宫，称取子宫、胎盘和活胎的重量，记录黄体数、着床数、活胎数、死胎数及吸收胎数（大鼠和家兔）（七）结果分析与评价畸胎总数：每一活产幼仔出现一种或一种以上畸形均作为一个畸胎 ；畸形总数：在同一幼仔每出现一种畸形，即作为一个畸形；如出现二种或二个畸形，则作为二个畸形计，并依此类推； 计算时还要对剂量效应（反应）关系加以分析。 即根据出现的畸形总数，计算每个活产幼仔出现的畸形平均数。对较为重要的畸形，还可分别单独进行计数。 （1）活产幼仔平均畸形出现数活产幼仔平均畸形出现数畸形总数活产幼仔总数=100% 即作为畸胎的幼仔在活产幼仔总数中所占的百分率 。 （2）畸形出现率畸胎出现率出现畸形的胎仔总数活产

15、胎仔总数=100% 即出现畸形胎仔的母体在妊娠母体总数中所占的百分率。计算出现畸形母体数时，同一母体无论出现多少畸形胎仔或多少种畸形，一律按一个出现畸胎的母体计算 （3）母体畸胎出现率母体畸胎出现率出现畸胎的母体数妊娠母体数=100%三、围生期毒性试验 即美国的III段试验，目的是评价药物于孕后期至断乳之间给予孕鼠、哺乳鼠和胎儿潜在的不良作用。 试验大鼠于孕期15天开始给药至生产后28天为止。围生期试验其它方面与一般生殖毒性试验大致相同，但孕鼠处死时间是在断乳期末（大鼠产后28天），故只检查新生仔。 观察指标：出生存活率、4天存活率、21天存活率，出牙、开眼、睾丸下降、阴道开口；行为反射指标：平面翻正、悬崖回避、负趋地性、听觉惊愕、空中翻正、视觉定向等。对新药品的评价以上三个试验是必须的。交配前交配孕期哺乳期断乳后一般生殖毒性试验围生期毒性试验致畸试验三段生殖发育毒性试验给药时间比较（颜色部位为给药时期）四、繁殖试验 评价化学物