雙酚A對(duì)雄性生殖系統(tǒng)毒性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展與機(jī)制研究

劉洋 龐雯文

(四川大學(xué)華西公共衛(wèi)生學(xué)院 四川成都 610041)

1 BPA的基本性質(zhì)及毒性

雙酚A學(xué)名2,2-二(4-羥基苯基)丙烷(BPA),添加BPA可以使塑料產(chǎn)品具有無(wú)色透明、輕巧和防沖擊等特性,目前主要存在太空杯、塑料水杯、一次性紙杯等[1]。

BPA在高溫及酸堿環(huán)境中易從食品包裝材料和塑料容器等中溢出,滲入食品和飲料,進(jìn)而由消化道吸收入血[1]。BPA的毒性作用有潛伏期長(zhǎng)、劑量小的特點(diǎn),其化學(xué)結(jié)構(gòu)與雌激素類似,可與雌激素受體結(jié)合發(fā)揮一定的雌激素樣作用及抗雄激素樣作用[2]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,BPA對(duì)胚胎發(fā)育、生殖系統(tǒng)、內(nèi)分泌均有毒性影響,并可能具有遺傳毒性。

2 BPA的毒性實(shí)驗(yàn)研究

2.1 對(duì)睪丸組織細(xì)胞的影響

①對(duì)生精細(xì)胞的影響

Aikawa給大鼠皮下注射BPA10周后,觀察到精子畸形率升高,活動(dòng)能力下降。給CD－1大鼠注射則發(fā)現(xiàn)精子細(xì)胞頂體顆粒和細(xì)胞核發(fā)生了異常改變,精子穿越透明帶的能力受損,畸形率升高,提示生育力降低的組織學(xué)依據(jù);支持細(xì)胞和精子細(xì)胞間的基質(zhì)特化結(jié)構(gòu)也部分或全部消失。當(dāng)給孕期母鼠喂食BPA后,其雄性仔鼠成熟后精曲小管上皮組織形態(tài)異常,精曲小管網(wǎng)腔變窄,生精細(xì)胞在精曲小管上皮中異常分布,小管中心出現(xiàn)非結(jié)晶體及致密細(xì)胞的沉積,同時(shí)成熟精子細(xì)胞數(shù)減少[3]。

②對(duì)間質(zhì)細(xì)胞的影響

NTumba-BynT等學(xué)者[4]研究人類胎兒期和小鼠胎兒期的睪丸間質(zhì)細(xì)胞暴露于不同濃度的BPA中的作用,發(fā)現(xiàn)10-8M濃度的BPA即可抑制人類睪丸間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮,從而抑制生精細(xì)胞的生精作用,但10-5M濃度的BPA才可對(duì)胎兒期的小鼠起作用。BPA還可降低人類睪丸內(nèi)胰島素樣蛋白(INSL3)基因的表達(dá),而胰島素樣蛋白可以通過(guò)激活cAMP途徑促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮。

③對(duì)支持細(xì)胞的影響

將SPF級(jí)雄性SD大鼠的睪丸支持細(xì)胞制成細(xì)胞懸液,設(shè)不同濃度BPA染毒組,觀察睪丸支持細(xì)胞的增殖、細(xì)胞周期情況。結(jié)果顯示,隨著BPA染毒劑量增加,睪丸支持細(xì)胞存活率降低;G0/G1期細(xì)胞構(gòu)成比增加,S期和M期細(xì)胞構(gòu)成比降低,PCNA(一種核蛋白,能與DNA多聚酶σ結(jié)合)的表達(dá)受到抑制,提示支持細(xì)胞的DNA合成受阻,DNA復(fù)制的活躍程度減弱;Vimentin的表達(dá)也受到抑制說(shuō)明BPA可以干擾細(xì)胞骨架的功能。

④表觀遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)

懷孕期間母鼠接觸BPA可導(dǎo)致胎兒發(fā)育遲緩和發(fā)育畸形比例增加,還可導(dǎo)致胎盤重量增加[6]。研究表明BPA主要導(dǎo)致與代謝和癌癥相關(guān)的基因表達(dá)水平發(fā)生改變,定量RT-PCR和甲基化芯片結(jié)果顯示,BPA可通過(guò)影響DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因的表達(dá),導(dǎo)致E18.5天精巢組織DNA眾多區(qū)域甲基化程度發(fā)生改變。

2.2 對(duì)雄性生殖器官的影響

研究顯示,BPA可直接作用于前列腺上皮組織刺激前列腺增生;Nagel等給予CF－1妊娠小鼠BPA灌胃,雄性仔鼠的前列腺組織明顯增生,重量相對(duì)增加;Timms等觀察到CD－1大鼠孕期給予BPA,其雄性仔鼠前列腺初級(jí)管及背外側(cè)基部細(xì)胞數(shù)量增多,這通常是誘發(fā)前列腺癌的前兆。但也有部分實(shí)驗(yàn)未能發(fā)現(xiàn)BPA暴露與生殖毒性存在明顯關(guān)聯(lián)。

2.3 對(duì)生殖激素的影響

BPA可能對(duì)機(jī)體性激素水平產(chǎn)生影響。Akingbemi等以BPA飼喂小鼠發(fā)現(xiàn),小鼠血清中睪丸酮和黃體生成素的水平均下降,間質(zhì)細(xì)胞中合成類固醇激素酶類的基因表達(dá)下降。而Tohei等給予大鼠腹腔注射BPA的結(jié)果顯示,血清睪丸酮的含量下降但黃體生成素的含量卻升高;睪丸組織抑素的含量下降,血清抑素水平未發(fā)生變化。本人推測(cè)黃體生成素的升高可能由于BPA的量不同導(dǎo)致Tohei試驗(yàn)中睪丸對(duì)激素的負(fù)反饋功能下降,從而導(dǎo)致激素調(diào)節(jié)失調(diào)。

3 BPA生殖毒性的作用機(jī)制

3.1 直接毒性作用

BPA能直接透過(guò)血睪屏障,損傷生精細(xì)胞、支持細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能。BPA可干擾精子細(xì)胞DNA有些基因的合成與表達(dá),導(dǎo)致精子的發(fā)育遲緩與成熟障礙。睪酮主要由間質(zhì)細(xì)胞合成,進(jìn)入精原細(xì)胞或精母細(xì)胞發(fā)揮效應(yīng)。BPA可直接損傷間質(zhì)細(xì)胞DNA,間質(zhì)細(xì)胞功能受限使睪酮分泌減少,干擾正常精子的生成與發(fā)育。

3.2 影響基因的表達(dá)

胰島素樣蛋白可以通過(guò)激活cAMP途徑促進(jìn)間質(zhì)細(xì)胞分泌睪酮,BPA可通過(guò)降低胰島素樣蛋白基因(INSL3)的表達(dá),減少胰島素樣蛋白的產(chǎn)生,從而降低對(duì)睪酮分泌的促進(jìn)作用[7]。stra8基因的表達(dá)是生殖細(xì)胞由有絲分裂過(guò)渡到減數(shù)分裂的標(biāo)志,BPA可以通過(guò)DNA的甲基化影響mRNA的產(chǎn)生,干擾生精細(xì)胞的減數(shù)分裂。

3.3 誘導(dǎo)生精細(xì)胞凋亡

Fas/Fas-L系統(tǒng)是介導(dǎo)哺乳動(dòng)物睪丸生精細(xì)胞凋亡的主要途徑。FAS-L特異性與生精細(xì)胞膜上的FAS受體結(jié)合后,通過(guò)胞內(nèi)肽段的死亡結(jié)構(gòu)域激活相關(guān)的半胱天冬氨酸酶(Caspase-3)級(jí)聯(lián)反應(yīng),Caspase-3是一種半胱氨酸蛋白酶,在細(xì)胞凋亡過(guò)程中,起著裂解細(xì)胞蛋白、誘導(dǎo)凋亡的作用。實(shí)驗(yàn)表明,在FasmRNA的表達(dá)量上不同劑量BPA染毒組與對(duì)照組相比沒(méi)有差異,但在Fas-L以及Caspase-3的mRNA表達(dá)量上高劑量組大鼠的與對(duì)照組大鼠相比升高,因此推測(cè)BPA可能通過(guò)上調(diào)Fas-L和Caspase-3的表達(dá),引起生精細(xì)胞過(guò)度凋亡,進(jìn)而影響大鼠的生殖功能[8]。

3.4 干擾下丘腦—垂體—性腺軸功能

BPA可以通過(guò)下丘腦—垂體—性腺軸影響內(nèi)分泌系統(tǒng)激素的合成、分泌和釋放。BPA通過(guò)其雌激素樣作用使得黃體生成素和促卵泡激素水平下降,進(jìn)而影響黃體生成素對(duì)睪酮合成的調(diào)節(jié)作用,使睪酮合成減少,生精細(xì)胞的生精作用也會(huì)因此減弱。

3.5 與雌激素核受體或膜受體的結(jié)合啟動(dòng)基因表達(dá)

BPA進(jìn)入細(xì)胞后,通過(guò)與雌激素核受體ERα及ERβ結(jié)合,進(jìn)而與核內(nèi)的雌激素反應(yīng)元件結(jié)合,啟動(dòng)相關(guān)基因表達(dá),在特異的靶器官中發(fā)揮類激素樣效應(yīng)[10]。研究表明,人群的暴露劑量即可使胎鼠前列腺間質(zhì)細(xì)胞雄激素受體(AR)及ERα的mRNA表達(dá)量增加,小鼠成年后有出現(xiàn)前列腺疾病的傾向,生育能力也會(huì)受損。BPA與膜激素受體結(jié)合后,還可激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)激酶(ERK)和磷酸化酶B(AKT)信號(hào)通路,發(fā)揮細(xì)胞的增殖或凋亡等生物學(xué)效應(yīng)。

4 總結(jié)與展望

目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于BPA的研究證明了它的生殖和遺傳毒性,但對(duì)雄性生殖系統(tǒng)毒性的分子機(jī)制研究還不完善[9];動(dòng)物實(shí)驗(yàn)有些干擾因素難以控制,外推到人群有一定的局限性,且對(duì)人群的劑量—反應(yīng)關(guān)系不明確。

綜上,目前研究BPA對(duì)人類生殖毒性的影響還需要多方面的支持與論證:①開展人群流行病學(xué)的調(diào)查實(shí)踐,從劑量-效應(yīng)關(guān)系上論證則更有說(shuō)服力;②開展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究時(shí)應(yīng)更注重分子生物學(xué)上的機(jī)制探討,如有關(guān)分子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡等的研究;③開展我國(guó)普通人群BPA暴露相關(guān)的監(jiān)測(cè)工作,包括暴露水平及生殖健康影響;④監(jiān)測(cè)工作中應(yīng)采用更靈敏及操作性更強(qiáng)的檢測(cè)技術(shù),目前使用較多的為傳統(tǒng)的ELISA檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)體液中BPA濃度,更為可靠的高效液相色譜檢測(cè)手段則可能成為以后成常用的手段[11]。隨著分子生物學(xué)檢測(cè)、研究手段的不斷發(fā)展,探索BPA生殖毒性的機(jī)制必將成為今后研究的焦點(diǎn)。

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