9第九章致畸作用

青海大学医学院12020/1/11发育毒性与致畸作用青海大学医学院公共卫生系王树林青海大学医学院22020/1/11发育毒性与致畸作用第一节：概述第二节：发育毒性与致畸性第三节：致畸（发育毒性）作用机制第四节：发育毒性和致畸作用实验与评价青海大学医学院32020/1/11概述发育毒理学(developmentaltoxicology)是研究出生前暴露与环境有害因子导致异常发育结局及有关的作用机制、发病原理、影响因素和毒物动力学等的科学。发育毒理学是在畸胎学基础上发展起来的现代毒理学分支学科。畸胎学、结构缺陷青海大学医学院42020/1/11概述WilliamHarvey于1651年提出发育障碍学说。现代实验畸胎学开始于十九世纪初，发现作用时间在决定畸形类型方面比损伤的性质更重要。1935年，Hale第一次报道，维生素A缺乏诱导哺乳动物母猪产下包括突眼和颚裂的畸形后代。青海大学医学院52020/1/11概述1940年澳大利亚风疹病毒1945年日本原子弹爆炸1950年日本水俣病1960-1962欧洲反应停1968年日本米糠油1969年美国乙烯雌酚1970年胎儿酒精综合症青海大学医学院62020/1/11概述20世纪60年代，反应停事件青海大学医学院72020/1/11概述1966年美国FDA提出了三段生殖毒性试验指南，包括对致畸等发育毒性的评价。直到1986年美国环境保护局（EPA）提出可疑发育毒物危险度评价指南，第一次明确提出了对发育毒性的评价。青海大学医学院82020/1/11概述现在研究发现，正常生育率出乎意料地低！正常生育率只有50%左右。着床后的丢失（流产和死胎）估计为31%；自发单一畸形的比率相当小，大约10‰，严重畸形总率在出生时约有2～3%，到1岁时约6～7%。较小的出生缺陷有14%；低出生体重7%；l岁之前婴儿死亡率1.4%；神经功能异常占16～17%先天畸形占围生期死亡原因的第二、第三位。先天缺陷致寿命缩短是肿瘤和心血管疾病的8倍和5倍。青海大学医学院92020/1/11发育毒性与致畸性一、基本概念畸形与变异在胚胎或胎儿出现器官形态结构异常称为畸形。机体的形态结构或生理功能，在同一物种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，即为变异。青海大学医学院102020/1/11发育毒性与致畸性一、基本概念畸胎、致畸物和致畸性畸胎(terate)：具有畸形的胚胎或胎仔。致畸物或致畸原(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。致畸性（teratogenicity）和致畸作用（teratogeniceffect）：均指在妊娠期（出生前）接触外源性理化因素引起后代结构畸形的特性或作用。青海大学医学院112020/1/11发育毒性与致畸性一、基本概念发育毒性(developmentaltoxicity)：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。具体表现可分为:发育生物体死亡生长改变结构异常：即畸形。功能缺陷。出生缺陷（birthdefect）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）和功能缺陷。青海大学医学院122020/1/11发育毒性与致畸性一、基本概念胚胎毒性胚体毒性（embryotoxicity）通常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；胎体毒性（fetoxicity）指器官形成期结束后的因素引发的任何毒性表现；在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分胚体与胎体，所以往往使用胚胎毒性。一般情况下，胚胎毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，不包括畸形。青海大学医学院132020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素一、发育各阶段发育毒性作用的特点1、着床前期又称分化前期，从受精时算起，到完成着床之前；又可分为受精、卵裂、囊胚形成。一般认为，此时很少发生特异的致畸效应，通常是未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡死亡，称为着床前丢失（preimplantationloss）。也有着床前期接触毒物导致胎儿畸形的例子。青海大学医学院142020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素一、发育各阶段发育毒性作用的特点2、器官形成期又称致畸敏感期，着床后孕体即进入器官形成期，直到硬腭闭合。器官形成的迅速变化需要细胞增殖，细胞移动，细胞与细胞交互作用和形态发生的组织改造器官形成期特别容易感受致畸物的作用而诱发器官结构的缺陷不同器官的敏感期有不同步性和重叠性（时间靶窗）青海大学医学院152020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素一、发育各阶段发育毒性作用的特点3、胎儿期器官形成结束（以硬腭闭合为标志）后即进入胎儿期（人类从d56～d58起），直到分娩。胎儿期以组织分化，生长和生理学的成熟为基本特色，这一过程一般在器官形成完成之前就开始并持续到出生后的生长期。如免疫系统、中枢神经系统和生殖器官的功能异常胎儿期外源化学物的不良作用主要表现为：全身生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎。青海大学医学院162020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素一、发育各阶段发育毒性作用的特点4、围生期和出生后的发育期不同系统和器官的形成与发育是不完全同步的。神经系统和生殖系统等功能的完全成熟延伸至出生后的儿童期、少年期、青春期。妊娠期或围生期接触某些外源化学物，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。可能暂时或永久地损伤机体免疫系统。许多化学物具有发育神经毒性，表现为对感觉、运动、自主和认知的影响。围生期是一生中对致癌物最敏感的时期。青海大学医学院172020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素二、发育毒性的剂量-反应模式在出生时观察到的出生以前暴露的发育毒性效应主要是胚胎致死，畸形和生长迟缓。其剂量-反应（效应）关系十分复杂，并且因化学物的类型，暴露的时间和剂量而改变。主要有以下三类：1.除了在较高剂量几乎全窝胚胎死亡外，正常胎、生长迟缓和结构畸形同时存在，这一类型较常见。对某些化学物，低剂量导致生长迟缓，随剂量增加导致畸形和致死，这些终点能代表逐渐增加的毒性效应。青海大学医学院182020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素2.在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸，致畸胎儿常有生长迟缓。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。3.有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生往往生长迟缓首先出现，曲线较平缓，较大剂量才出现胚胎死亡，其曲线较陡，近乎于“全或无”。表明胚胎的存活有明显的界限值。出现这种曲线时，应在开始生长迟缓到致死的剂量之间多设几组重复实验，以确证无畸形。这类化学物可被认为是有胚胎毒性（包括胚胎致死性）的，但是不是致畸性的。青海大学医学院192020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素青海大学医学院202020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素哺乳动物的发育毒性通常被认为是一种阈值现象，假定的阈值是低于它就不会发生有害效应的母体的剂量。发育毒性是否有阈值还有争论。首先，很难用实验找出一个发生率很低的剂量反应关系，因为需要极大的样本数，如每剂量组几百到几千窝的动物；第二，多数发育毒性机制还不了解，有的已知的机制支持阈值的存在，而有些机制则不支持。如基因突变导致发育异常。青海大学医学院212020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素三、母体毒性（maternaltoxicity）与发育毒性母体毒性是指化学毒物对孕母产生的损伤作用，表现为增重减慢、功能异常、临床症状，甚至死亡。目前常用增重减慢和死亡率来表示。（一）、母体因素对发育毒性的影响遗传学、疾病、营养、应激、对胎盘的毒性青海大学医学院222020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素（二）、母体毒性与胚胎毒性的关系1.具有胚胎毒性，但无母体毒性表示致畸作用有特定的机理，与母体毒性无关。如反应停。这类化学物最容易被忽视也最危险。2.出现胚胎毒性也出现母体毒性尤其是当发育毒性只在母体毒性存在时才能被观察到的时候，效应可能是间接的，往往不具有特定的致畸机理。3.具有母体毒性，但不具有致畸作用这类物质在妊娠期很容易引警觉，避而远之。4.在一定剂量下，既无母体毒性，也不表现胚胎毒性。青海大学医学院232020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素四、父源性发育毒性引起父源性出生缺陷的因素主要有：遗传、年龄和环境因素。父源性暴露可以引起的子代发育异常包括：流产、死胎、低出生体重、畸形、功能障碍等。父源性发育毒性和出生缺陷的机制还不清楚。青海大学医学院242020/1/11表8-6已知的人类致畸物电离辐射放射治疗放射性碘原子武器感染风疹巨细胞病毒感染单纯性疱疹梅毒弓形体病代谢失调克汀病糖尿病苯丙酮酸尿男性化肿瘤高温药物和化学品反应停Abameetin酒精氨基蝶呤雄性激素麻醉剂抗甲状腺药物白消安咖啡因氯代联苯类香豆素抗凝剂环磷酰胺二已基乙烯雌酚敌螨普三氟氯溴乙烷异维A酸锂甲巯咪唑有机汞化合物有机溶剂类苯妥因腐霉利四环素三甲恶唑烷二酮丙(基)戊酸青海大学医学院252020/1/11发育毒性与致畸性二、特点和影响因素致畸作用的毒理学特点（一）器官发生期的胚胎对致畸物最为敏感不同步性和重叠性即接触时间不同，畸形可能不同；同时间接触，出现多种畸形（二）剂量与效应关系较为复杂原因是：接触剂量不同，畸形可能不同致畸作用的剂量反应曲线较为陡峭即剂量范围狭窄，剂量过低不足以显示确实存在的致畸作用；剂量过高可使大量胚胎死亡或对母体毒性作用过强，掩盖致畸作用。（三）物种差异以及个体差异在致畸作用中较为明显青海大学医学院262020/1/11致畸（发育毒性）作用机制化学毒物对发育损伤的机制十分复杂，多数还不清楚。发育的特点是变化：在大小、生物化学和生理学、形态和功能方面的改变。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。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。青海大学医学院272020/1/11致畸（发育毒性）作用机制一、基因突变与染色体畸变已发现诱变原有潜在致畸性，如电离辐射、烷化剂、亚硝酸盐、多数致癌物都可能致畸。环磷酰胺(CP)是一种烷化剂，也是典型的发育毒物，常作为动物致畸实验的阳性对照。有报道染色体畸变占人类发育缺陷原因的3%左右。这数字可能比实际低得多，因为常染色体数目的过多或缺少常常使胚胎死亡，难以发现或未作检查，生殖丢失占很大比例。自发流产的胚胎中至少50%存在染色体畸变（主要是不分离）。电离辐射，病毒以及能引起染色体畸变的某些化学毒物都有致畸作用。青海大学医学院282020/1/11致畸（发育毒性）作用机制二、干扰基因表达胚胎发育过程受各种基因在时间、空间上高度有序的调控。发育的不同时期，基因表达的调控可能发生在不同水平（转录、转录后加工、翻译），以不同机制进行。涉及基因本身和基因表达调控。表观遗传学的改变，也可影响胚胎的发育。青海大学医学院292020/1/11致畸（发育毒性）作用机制三、细胞损伤与死亡在胚胎中细胞增殖、分化和凋亡之间有精致的平衡。四、干扰细胞-细胞交互作用胚胎发育的各个阶段都有不同的细胞通讯方式存在，细胞通讯受到破坏就可以影响正常的细胞生物学过程，引起畸形或其他发育毒性。反应停的代谢活化产物引起胚胎细胞的粘连受体（adhesivereceptors）下调，阻碍发育过程中细胞与细胞和细胞与基质之间的相互作用，干扰了细胞之间的通讯从而导致肢芽结构异常。青海大学医学院302020/1/11致畸（发育毒性）作用机制五、通过胎盘毒性引起发育毒性已知对卵黄囊或绒（毛）膜尿囊胎盘有毒性的毒物有46个，