2022常见内分泌干扰物对人类生殖功能损伤及其药物干预的研究进展(全文)

2022常见内分泌干扰物对人类生殖功能损伤及其药物干预的研究进展（全文）摘要内分泌干扰物（endocrinedisruptingchemicals，EDCs）是一种新型持久性的有机污染物，人们通过皮肤、消化道、呼吸道等途径不可避免地暴露于EDCs，大量研究表明EDCs可损害生殖系统、中枢神经系统、心血管系统、免疫系统以及内分泌系统，因此亟待开展干预EDCs毒性的药物研究。双酚A、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯、重金属、丙烯酰胺是常见的EDCs，本文将对这些常见EDCs诱发的生殖损伤及现今相关药物干预研究进行总结概述，以期为开发更多干预EDCs的药物提供理论依据。1996年，美国环境保护署首次引入内分泌干扰物（endocrinedisruptingchemicals，EDCs）的定义，即一种干扰体内天然激素的合成、分泌、转运、结合、作用或消除的外源性物质，这些天然激素负责维持体内平衡、生殖、发育或行为［1］。EDCs主要分为天然化合物（如植物雌激素、雌二醇等）和合成化合物，包括用作工业涂料、杀虫剂、增塑剂、食品添加剂等的化合物［2］。现今几种常见的EDCs主要有双酚A（bisphenolA，BPA）、丙烯酰胺（acrylamide，ACR）、邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯［di（2-ethylhexyl）phthalate，DEHP］、氯吡硫磷（chlorpyrifos，CPF）等，BPA被广泛用于制造塑料容器、食品和饮料罐、电子设备、热敏纸、厨房用具、玩具和牙科密封剂，且极易溶解在食品和饮料中，因此，普通人群直接（通过口服/局部途径）和间接（通过环境污染/食物链）都暴露于BPA。前期研究表明，BPA不仅能诱发肥胖和糖尿病等代谢性疾病［3-4］，对心血管、肝肾以及生殖器官也具有一定的损害［5-7］。DEHP在工业中用于改善塑料产品的柔韧性和加工性，可在体内蓄积影响激素水平，从而危害内分泌和生殖系统［8］。杀虫剂、除草剂以及杀菌剂在农业生产生活中应用广泛，常在土壤以及植物表面有所残留，CPF是一种高效有机磷杀虫剂，动物长期接触后可蓄积于肝脏、脑和卵巢中，引发组织损伤［9］。现今，ACR已被归为2A类致癌物质，主要应用于废水处理、化妆品生产、造纸和纺织业以及实验中聚丙烯酰胺凝胶的制备［10］，在食品如薯片、咖啡中也能被检测到。人们通过皮肤、呼吸道、消化道直接暴露于环境EDCs，EDCs可以通过受体和非受体介导途径影响内分泌系统，其可能的作用机制包括诱导氧化应激、靶向参与类固醇生物合成的酶（如细胞色素P450）、刺激核激素和核受体的相关途径、作为激素敏化剂等［11］。鉴于EDCs对人类生殖健康的多重影响，本文将对常见EDCs如BPA、DEHP、重金属、ACR等对人类生殖功能损伤进行总结概括，并针对现今药物干预EDCs的研究进行综述，以期为开发干预EDCs的药物提供参考。一、常见EDCs对生殖功能的损伤2017年，Levine等［12］通过荟萃分析指出男性精子数量在仅仅40年间就降低了50%，这在很大程度上归因于EDCs的出现。许多不同类型的环境EDCs，包括BPA、邻苯二甲酸酯、杀虫剂等其他化学品，已被证明对人类生殖系统有一定损伤。对于男性生殖系统而言，EDCs与睾丸发育不良综合征、男性不育、睾丸癌、隐睾和尿道下裂的发生存在一定关系，在胎儿或新生儿期暴露于EDCs会诱发成年后生殖功能障碍。除草剂和杀菌剂与精液质量之间存在关联，睾丸组织学显示长期接触这些物质会导致大鼠精子数量减少、生精小管变性、生殖细胞脱落、支持细胞空泡化，体内睾酮水平下降。而对羟基苯甲酸酯、DEHP以及环境中二噁英的暴露具有降低大鼠生育力的负面影响［13］。一项对592名中国男性的横断面研究中显示，BPA的高暴露与催乳素和性类固醇结合球蛋白的浓度显著升高以及血液中雄烯二酮水平和游离雄激素指数降低有关［14］，这可能是导致男性不育的原因之一。此外，EDCs对前列腺具有一定的影响，其不仅会导致老年大鼠前列腺增生，还可能增加雄性子代前列腺癌的易感性。雌激素和EDCs可以对前列腺干细胞和祖细胞进行重新编程，导致癌症易感性增加［15-17］。在对女性生殖系统的影响方面，BPA暴露与子宫形态异常和子宫内膜异位症有关［18］，体外研究表明，暴露于BPA会损害卵母细胞的减数分裂，从而导致卵母细胞退化，长期暴露对着床和妊娠产生不利影响［19］。流行病学调查结果显示，BPA与人类胎儿畸形具有相关性，母体代谢BPA的能力下降可能会促进后代畸形的发生，并与流产和早产风险提高有关［20-21］。此外，铅、镉等重金属可影响卵泡形成、黄体功能和受精过程，与不孕以及流产风险增大存在一定关联［22］。ACR暴露则可降低卵巢重量以及血清孕酮和雌二醇浓度，通过影响类固醇激素的释放，增加细胞凋亡和自噬相关基因的mRNA水平，导致卵巢功能障碍［23］。ACR也可通过血-胎屏障和血-乳屏障，抑制胎盘发育，导致不良妊娠［24］。二.药物对EDCs所致毒性的干预作用1.减轻EDCs所致生殖与发育毒性的药物：环境EDCs对男性生殖系统造成的损伤主要表现在睾丸形态和组织学变化、精子产生与成熟方面。体外试验表明，BPA可诱导睾丸支持细胞凋亡，细胞骨架成分波形蛋白中间丝的结构崩解，而人参皂苷通过细胞外调节蛋白激酶1/2（extracellularsignal-regulatedkinase1/2，ERK1/2）-丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activatedproteinkinase，MAPK）信号介导的抗氧化防御机制逆转BPA的细胞毒性作用，成为预防和治疗BPA所致睾丸损伤的潜在候选药物［25］。50mg/kg的BPA能导致睾丸重量、体积和精子数量的下降以及总睾丸蛋白的下调，而160mg/kg的柚皮苷（naringin，NG）给药处理可通过抑制睾丸脂质过氧化水平，清除自由基使睾丸形态和组织学的改变正常化［26］。此外，有研究显示，宫内暴露于BPA（每日25μg/kg或250μg/kg）会导致大鼠雄性后代的前列腺炎症和非典型性增生的发生率增加，金雀异黄素（genistein，GEN）是大豆的生物活性成分之一，已被证实具有弱雌激素样作用，给孕期大鼠喂食GEN（每日约5.5mg/kg）时能有效减轻BPA诱导的前列腺病变［27］。重金属镉能破坏血-睾屏障，并诱导睾丸充血、脓肿和引发不育。姜黄素（50mg/kg）可通过核因子E2相关因子2/抗氧化反应元件（nuclearfactorerythroid2-relatedfactor2/antioxidantresponseelement，Nrf2/ARE）通路治疗镉（2mg/kg）诱导的睾丸损伤，表现为精子活动率升高、精子浓度和血清睾酮浓度增大等，使睾丸的总体抗氧化能力得到提高［28］。另外，有研究表明，苘麻提取物（100mg/kg和200mg/kg）可提高雄性小鼠精子数目，降低精子异常，提高抗氧化能力，干预铅所致的生殖毒性［29］。前期研究表明，ACR可导致大鼠运动障碍、神经元变性以及精原和精母细胞的特异性损伤，米诺环素可通过血脑屏障，对ACR所致神经和睾丸毒性发挥保护作用［30］。此外，抗氧化剂异硫氰酸苯乙酯（phenylethylisothiocyanate，PEITC）可抑制ACR诱导的曲细精管中生精细胞脱落［31］。ElMazoudy等［32］证实暴露于CPF可导致雄性大鼠血清睾酮水平降低，睾丸及附睾重量下降，精子数量下降，活力降低，进而可能导致不育。而来源于树皮和叶芽裂缝的蜂胶能显著改善各项生化指标，提高大鼠生育能力，保护大鼠免受CPF所致的负面影响。DEHP可以通过诱导氧化应激导致睾丸损伤，早在1994年，就有学者开展了干预DEHP毒性的药物研究，其研究成果表明维生素B12衍生物腺苷钴胺可预防DEHP诱导的大鼠睾丸萎缩［33］。Suna等［34］研究表明，D-阿洛酮糖可直接清除活性氧（reactiveoxygenspecies，ROS），减轻DEHP诱导的氧化应激，从而对大鼠睾丸发挥保护作用。在经DEHP处理的睾丸间质细胞中，可明显观察到活性氧、过氧化氢和丙二醛（malondialdehyde，MDA）的表达上调，而用每日5mg/kg的番茄红素治疗28d后，睾丸功能障碍有所改善，这可能是因为影响了Nrf2的表达与活性，Nrf2是一种转录激活剂，可以通过激活抗氧化剂基因的表达来保护睾丸免受ROS的损害［35］。此外，天然抗氧化剂α-硫辛酸（alpha-lipoicacid，LA）既能清除自由基，还可产生内源性抗氧化活性物质如还原型谷胱甘肽（glutathione，GSH），当用20mg/kg的LA与DEHP（20g/kg）共处理小鼠睾丸组织时，可明显观察到LA改善了DEHP诱导的激素水平、精子指数以及睾丸组织病理学的变化［36］。另一种具有抗氧化效应的物质——褪黑素是脑松果体分泌的激素之一，对中枢神经、免疫和心血管均具有一定的调节作用。在100μmol/LDEHP诱导的小鼠睾丸组织中，10μmol/L的褪黑素能维持G9a蛋白依赖的组蛋H3赖氨酸9甲基化，G9a蛋白仅在精原和早期精母细胞中表达，褪黑素可减少生殖细胞的凋亡，上调减数分裂相关基因如STRA8的表达，以及促进精原干细胞（spermatogonialstemcells，SSC）的自我更新［8］。益生菌能定殖在人体内改变宿主某一部位菌群组成，通过竞争性抑制上皮和黏膜黏附来维持肠道菌群平衡，可调节免疫反应和减少病原微生物的定殖。先前研究表明，肠道菌群参与调节血-睾屏障的通透性并影响睾丸发育［37］。乳杆菌是一种常见的益生菌，口服植物乳杆菌TW1-1可显著提高DEHP染毒小鼠的血清睾酮浓度，提高精液质量，使性腺发育趋向正常。TW1-1可降低不同炎症因子如肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor，TNF）-α、白细胞介素（interleukin，IL）-1β和IL-6的表达，从而减轻DEHP诱导的氧化应激和炎症反应，这将为环境污染物引起的生殖毒性提供一种新型治疗方法［38］。在干预EDCs诱导的女性生殖与发育毒性方面，已发现酸枣叶提取物可以刺激睾酮、卵泡刺激素（follicle-stimulatinghormone，FSH）和黄体生成素（luteinizinghormone，LH）的产生以及抑制促炎细胞因子如IL-1β、TNF-α的表达来改善氯化汞暴露后引起的生殖功能障碍［39］。菟丝子黄酮（flavonoidsfromcuscutachinensis，CCFs）可下调DNA甲基转移酶（DNAmethyltransferase，DNMT）的表达，抑制H19/Igf2甲基化，H19/Igf2可在小鼠卵巢中表达，是窦卵泡生长和类固醇生成的调节因子。同时，CCFs可抑制bax、caspase-7、caspase-9蛋白表达，上bcl-2表达，减轻BPA对雌性小鼠卵巢细胞的损伤［40］。除此之外，黄连木油和生姜活性成分6-姜酚可发挥抗炎、抗氧化作用，保护大鼠免受CPF诱导的卵巢和子宫损伤［9，41］。如前所述，干预EDCs毒性作用的药物研究主要集中于啮齿动物，而对早期胚胎的影响较少涉及。有学者探讨了1μg/L和10μg/L的急性BPA暴露对牛胚胎发育和代谢的影响，结果显示暴露于BPA会降低胚泡率和可移植囊胚的百分比，并会导致胚胎的葡萄糖消耗显著增加，考虑到BPA可能与雌激素介导的途径相关，因此采用10μg/L的雌激素受体抑制剂氟维司群（fulvestrant，FULV）进行处理，结果显示FULV抵消了BPA所致的胚胎发育和代谢的不良影响［42］。2.减轻EDCs所致其他毒性的药物：EDCs可诱导肝肾毒性，Aslanturk等［43］报道每日给予大鼠130mg/kgBPA，连续28d会导致肾脏组织病理学改变，如肾小管和肾小球变性，血管充血和间质细胞浸润；同时会导致抗氧化酶如超氧化物歧化酶（superoxidedismutase，SOD）、过氧化氢酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathioneperoxidase，GPX）和谷胱甘肽S-转移酶（glutathioneS-transferase，GST）活性降低。而牛磺酸和姜黄素具有抗氧化能力，可作为ROS的清除剂，且具有激活与抗氧化酶表达的Nrf2信号通路的作用。每日各100mg/kg的联合用药可明显逆转BPA诱导的肾脏损害，显示了这两种抗氧化剂有望成为早期干预BPA所致毒性的潜在治疗药物。硒是人体必需的微量元素之一，因其具有抗癌、抗衰老、保护心脏、降低流产风险等功能受到人们广泛关注。在5μmol/L镉处理的鸡原代肝细胞中，加入1μmol/L硒可恢复部分肝细胞的正常形态，减轻肝细胞死亡，这主要是通过调节内质网驻留硒蛋白的表达来抑制内质网应激，从而逆转镉诱导的肝脏毒性［44］。然而，硒拮抗镉的效率是有限的，且高剂量的硒具有一定的毒性。而白桦酸的处理可规避这种不良影响，白桦酸本身对于机体无毒，用其处理经氯化镉诱导小鼠时，血清中丙氨酸氨基转移酶（alanineaminotransferase，ALT）、天冬氨酸氨基转移酶（aspartateaminotransferase，AST）以及尿素氮水平比单用氯化镉处理时有所降低，且呈剂量依赖性地阻止了镉在肝肾中的残留，促进了镉的排泄［45］。此外，N-乙酰-L-半胱氨酸（N-acetyl-L-cysteine，NAC）可提高镉染毒小鼠体内的抗氧化酶活性以及GSH水平，通过抑制脑内蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（proteinkinaseB/mammaliantargetofrepamycin，Akt/mTOR）通路的激活治疗镉诱导的神经退行性疾病［46］。除了BPA和镉可导致肝肾毒性外，CPF中毒也会导致严重的肝功能障碍，表现为血清和肝脏碱性磷酸酶、AST和ALT活性的升高。而锌的补充可以减少胶原蛋白积累和抑制脂质过氧化，使肝脏结构和功能恢复正常［47］。与此同时，黄酮类化合物槲皮素和儿茶酚联合使用导致MDA水平降低，GPx、GST水平升高，通过减轻氧化应激来保护肝脏［48］。此外，暴露于CPF可导致大鼠心肌纤维排列紊乱、胶原纤维沉积、肌浆内caspase3表达增高等，藏红花中的活性成分西红花苷可有效减轻这些症状，使心肌细胞恢复趋向正常［49］。DEHP可通过血-脑屏障进入中枢神经组织从而诱发神经毒性，在用DEHP处理的嗜铬细胞瘤12（pheochromocytoma12，PC12）细胞中，可明显观察到细胞存活率降低，用0.5mg/mL猴头菇预处理后显示抗凋亡蛋白上调，有力地保护了神经细胞免受氧化应激，这可能与猴头菇能清除活性氧，维持呼吸复合体的活性有关［50］。在鸡心肌细胞中，DEHP可通过上调促凋亡蛋白及下调抗凋亡蛋白的表达以及降低抗氧化酶的活性来促进细胞凋亡，用1μmol/L的紫杉叶素处理时，大大提高了细胞的存活率，其主要是通过调节细胞色素P450的稳态以及提高抗氧化酶活性来发挥保护作用［51］。关于药物干预ACR诱导的毒性方面，已发现可可多酚提取物和原花青素B2可通过防止细胞内氧化应激和激活c-junN末端激酶（c-JunN-aminoterminalkinases，JNK）通路抑制ACR诱导的人肠道Caco-2细胞凋亡［52］；而姜黄素可通过清除ROS减轻ACR诱导的HepG2细胞DNA片段化、微核形成和活力下降［53］。ACR可诱导神经元和星形胶质细胞凋亡，并显著降低神经前体细胞增殖，黄酮类化合物芦丁的应用可提高PC12细胞的存活率，降低大鼠脑组织中MDA水平，减少大鼠步态行为异常现象，有效减弱了ACR所致的神经毒性［54］。三.总结与展望EDCs普遍存在于环境中，由于其稳定性高且不易降解，使得人们在日常生活中不可避免地暴露于EDCs。虽然现今人们已开始使用EDCs的替代品，但这些化合物与EDCs在结构、性质上具有相似性，仍然对内分泌系统产生干扰，且安全性能也有待验证，因此EDCs对人类的毒性仍不容忽视。本文主要综述了现有药物针对EDCs所致生殖与发育损伤及其他毒性的干预作用（表1），自EDCs这一概念出现以来，大量学者开展了其对人类健康影响及相关药物干预研究，20世纪90年代的药物干预研究仅停留在作用效果上，未深入进行机制研究，且部分天然产物，如蜂