實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胚胎發(fā)育異常圖像數(shù)據(jù)庫的國際化合作建設(shè)

胡晶瑩，闞海東，田 　芳，夏敏杰，王玉柱，項(xiàng)翠琴，丁訓(xùn)城，李衛(wèi)華，周志俊，*

( 1. 上海市計(jì)劃生育科學(xué)研究所，WHO人類生殖研究合作中心，國家計(jì)劃生育藥具重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 　200032；2. 復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，上海 　200032；3. 上海市疾病預(yù)防控制中心，上海 　200336 )

環(huán)境中逐年增加的工業(yè)化學(xué)品的生產(chǎn)使用、農(nóng)藥殘留、藥物濫用、空氣污染、有毒有害食品等對(duì)人體健康的影響受到廣泛關(guān)注。胚胎和胎兒對(duì)環(huán)境因素的危害更加敏感，大量研究已表明，出生缺陷、不孕不育、生殖相關(guān)腫瘤等疾病與環(huán)境暴露之間存在著緊密的關(guān)聯(lián)[1-3]。各類化學(xué)物對(duì)胚胎或胎兒發(fā)育的潛在不良影響，是人類與野生動(dòng)物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中必須考慮的一個(gè)重要因素。

發(fā)育毒理學(xué)研究數(shù)據(jù)通常來自妊娠實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在胚胎發(fā)育關(guān)鍵期暴露于不同濃度化合物的實(shí)驗(yàn)研究，為了比較來自不同國家和實(shí)驗(yàn)室的研究數(shù)據(jù)，用于描述胚胎形態(tài)異常的術(shù)語與診斷標(biāo)準(zhǔn)必須統(tǒng)一。長期以來，國際上未能對(duì)化學(xué)物導(dǎo)致的各種胚胎形態(tài)異常和出生缺陷進(jìn)行統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)化的歸類，這直接影響到化學(xué)物的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和衛(wèi)生監(jiān)管政策。一種化學(xué)物在一個(gè)國家可能被列為致畸物，而在另一個(gè)國家則列為非致畸物。采用統(tǒng)一的術(shù)語與診斷標(biāo)準(zhǔn)，可以使不同機(jī)構(gòu)的科學(xué)家對(duì)發(fā)育毒性研究結(jié)果的解釋更為一致，并且使歐洲、美國和亞洲各國根據(jù)各自法規(guī)所進(jìn)行的對(duì)于農(nóng)藥、殺蟲劑和其他化學(xué)物質(zhì)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、分類及標(biāo)簽更為透明。

為了推進(jìn)上述研究的深入，早在1995年，國際畸形學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合會(huì)(International Federation of Teratology Society，IFTS)就開始從常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物入手，研究胚胎發(fā)育形態(tài)異常圖像數(shù)據(jù)庫，用以呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胚胎(新生幼仔)畸形和變異的圖片、說明、分類和規(guī)范術(shù)語[4-5]。IFTS組織來自歐洲、北美洲和日本的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)參加了數(shù)據(jù)庫的合作研究和編寫。由德國聯(lián)邦風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究所牽頭，德國Charite大學(xué)醫(yī)學(xué)院(原柏林自由大學(xué)臨床藥理學(xué)和毒理學(xué)研究所)、WHO國際化學(xué)品安全規(guī)劃署、美國環(huán)境保護(hù)署(Environmental Protection Agency，EPA)、英國中央毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)室、日本京都大學(xué)共同參與，耗時(shí)十余年，編寫了常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物外觀、骨骼及內(nèi)臟形態(tài)異常解剖圖像數(shù)據(jù)庫。該圖像數(shù)據(jù)庫配有數(shù)千張?jiān)敿?xì)的圖片、描述、術(shù)語和統(tǒng)一分類，極大地促進(jìn)了發(fā)育毒理學(xué)研究中形態(tài)異常描述術(shù)語的統(tǒng)一和規(guī)范化。1999年完成第1版的《大鼠外觀及骨骼形態(tài)異常解剖圖像數(shù)據(jù)庫》、《小鼠外觀及骨骼形態(tài)異常解剖圖像數(shù)據(jù)庫》和《兔外觀及骨骼形態(tài)異常解剖圖像數(shù)據(jù)庫》，以CD-ROM光盤形式出版，正式宣告了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胚胎發(fā)育形態(tài)異常圖像數(shù)據(jù)庫(DevTox數(shù)據(jù)庫)國際化合作網(wǎng)絡(luò)的建成和啟動(dòng)[5-6]。

之后，IFTS每隔2～3年在德國柏林召開一次“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胚胎發(fā)育形態(tài)異常術(shù)語和分類規(guī)范化研討會(huì)”，邀請(qǐng)來自各個(gè)國家的政府監(jiān)管部門、研究院所、大學(xué)和企業(yè)的國際專家參會(huì)，討論實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果的更新、增加包括母胎觀察和非常用動(dòng)物物種的最新研究結(jié)果、改善術(shù)語分類、更新圖像數(shù)據(jù)庫的版本等[5-9]。借此，DevTox數(shù)據(jù)庫國際化合作網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)得以持續(xù)推進(jìn)。迄今為止DevTox數(shù)據(jù)庫已完成了第3版的更新出版工作。新版本的DevTox數(shù)據(jù)庫在原有基礎(chǔ)上增加了上千張形態(tài)異常的圖片和說明，對(duì)描述實(shí)驗(yàn)動(dòng)物形態(tài)異常術(shù)語進(jìn)行了規(guī)范化和統(tǒng)一分類，涵蓋的動(dòng)物種屬也由之前的小鼠、大鼠和兔擴(kuò)大至豚鼠、豬和靈長類動(dòng)物。

為了使DevTox數(shù)據(jù)庫能夠更公開、更廣泛、更便捷地為各國科學(xué)家所用，數(shù)據(jù)庫發(fā)表的形式也由CD-ROM光盤轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)免費(fèi)共享平臺(tái)(網(wǎng)址為http://www.devtox.org/index_en. php)。該網(wǎng)站的建設(shè)是由德國聯(lián)邦食品、農(nóng)業(yè)和消費(fèi)者保護(hù)部和聯(lián)邦環(huán)境、自然保護(hù)和核安全局共同發(fā)起，由WHO國際化學(xué)安全署贊助完成的。

1　DevTox數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

DevTox數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站旨在為發(fā)育毒理學(xué)領(lǐng)域的科研人員提供基礎(chǔ)而寶貴的學(xué)術(shù)資源，是面向全球的、非盈利性的、開放共享的發(fā)育毒理學(xué)資源庫，DevTox目前匯集了全球2 500多幅發(fā)育異常的圖片，是迄今為止該領(lǐng)域最大的圖像資源庫(圖1)。DevTox數(shù)據(jù)庫有3個(gè)目標(biāo)：統(tǒng)一用以描述實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)育異常的命名法；借助圖片幫助視覺識(shí)別形態(tài)發(fā)育異常；提供實(shí)驗(yàn)動(dòng)物發(fā)育正常的對(duì)照數(shù)據(jù)[10-11]。

圖1　實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胚胎發(fā)育異常圖像數(shù)據(jù)庫(摘自DevTox數(shù)據(jù)庫)

DevTox數(shù)據(jù)庫可以通過“解剖學(xué)定位術(shù)語”或“形態(tài)異常術(shù)語”，在整個(gè)網(wǎng)站快速索引導(dǎo)航?！敖馄蕦W(xué)定位術(shù)語”分為頭頸部、軀干、四肢和尾巴等，并可進(jìn)一步細(xì)分層級(jí)，例如頭部可細(xì)分為頭、耳、眼、頜面部等?！靶螒B(tài)異常術(shù)語”分類包括外觀形態(tài)異常、骨骼形態(tài)異常、內(nèi)臟軟組織形態(tài)異常、以及母-胎形態(tài)異常4類。例如：頭部的外觀形態(tài)異常包括露腦畸形、眼球突出、唇裂、腭裂等；軀干的外觀形態(tài)異常包括胸裂、腹裂、脊柱裂、心臟外露、臍疝、皮下水腫等；四肢形態(tài)異常包括短肢、海豹肢、伸展過度、屈曲過度、多趾、少趾等；尾巴的外觀形態(tài)異常包括無尾、短尾、卷尾、分叉等。

DevTox數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)均來自于發(fā)育毒理學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。外觀形態(tài)異常檢查時(shí)，觀察頭面部和腦、眼、鼻、耳、頜、唇的異常，四肢和趾的異常，軀干和尾部的異常等。內(nèi)臟形態(tài)異常檢查時(shí)，將胎仔固定后用刀片進(jìn)行各種切面檢查，分別檢查腭和舌部異常，眼、鼻和腦部異常，胸腹部內(nèi)臟器官的位置、大小和形狀異常等。骨骼形態(tài)異常檢查時(shí)，在解剖顯微鏡下依次觀察頭顱骨、椎骨、肋骨、尾骨和肢骨，記錄有無缺損、增減、溶合、骨化遲緩等異常。母-胎形態(tài)異常主要是指母體胎盤異常、羊水異常、以及連接母體和胎兒之間的臍帶的異常。

DevTox數(shù)據(jù)庫中，“形態(tài)異?！钡母拍畎ā盎巍焙汀白儺悺眱深悾浩渲小盎巍钡亩x是永久的結(jié)構(gòu)性變化，會(huì)影響物種的生存和健康；“變異”可以是發(fā)生在正常種群中的形態(tài)變化，一般不影響生存和健康。還有一些形態(tài)異常介于畸形和變異之間，稱為“灰色地帶”異常，需要通過鑒別異常的危害性、嚴(yán)重程度等具體情況再判定。DevTox數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站上，會(huì)標(biāo)明每種形態(tài)異常的分類，分別歸為“變異”、“畸形”或“灰色地帶”。

在DevTox數(shù)據(jù)庫中查看某一解剖學(xué)定位內(nèi)不同形態(tài)異常的定義和/或圖像，可以首先選擇解剖學(xué)定位，再選擇形態(tài)異常名稱，以及動(dòng)物種屬，則可以顯示該形態(tài)異常的定義和圖像頁面，頁面內(nèi)容包括解剖學(xué)定位、形態(tài)異常名稱、同義詞、非優(yōu)選術(shù)語(過去曾經(jīng)使用但今后應(yīng)予避免的術(shù)語)定義、補(bǔ)充注釋，以及正常對(duì)照?qǐng)D片和形態(tài)異常實(shí)驗(yàn)圖片。

DevTox數(shù)據(jù)庫的動(dòng)物種屬包括大鼠、小鼠、兔、倉鼠、靈長類動(dòng)物、豚鼠、小型豬、狗與日本鵪鶉等9類。使用者可以將其經(jīng)常研究的動(dòng)物種屬設(shè)定為默認(rèn)種屬。

2　DevTox數(shù)據(jù)庫引入中國

國內(nèi)迄今缺少發(fā)育毒理學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫資料，關(guān)于畸形和形態(tài)異常的術(shù)語也未進(jìn)行統(tǒng)一和規(guī)范化[1，12]。DevTox數(shù)據(jù)庫是各國發(fā)育毒理學(xué)專家國際化合作建設(shè)的成果，如能引入中國，將是一筆寶貴的知識(shí)財(cái)富。上海市計(jì)劃生育科學(xué)研究所、復(fù)旦大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院與德國柏林自由大學(xué)臨床藥理與毒理研究所(現(xiàn)已并入Charite大學(xué)醫(yī)學(xué)院)早在2001年已合作將第1版的《大鼠外觀及骨骼形態(tài)異常圖像數(shù)據(jù)庫CD-ROM》譯成中英文對(duì)照版本的CD-ROM，隨著時(shí)間的推移，該早期版本已被大幅更新。2014年在柏林舉辦的“第8屆發(fā)育毒理學(xué)暨實(shí)驗(yàn)動(dòng)物形態(tài)異常術(shù)語規(guī)范化專家研討會(huì)”上[9]，中德雙方正式合作將最新版DevTox數(shù)據(jù)庫譯成中文版，鏈接在網(wǎng)站上作為開放共享的學(xué)術(shù)資源。

2016年11月，DevTox數(shù)據(jù)庫正式引入中國，旨在為國內(nèi)發(fā)育毒理學(xué)、生殖毒理學(xué)、環(huán)境與職業(yè)衛(wèi)生、實(shí)驗(yàn)動(dòng)物等領(lǐng)域的專業(yè)人員提供科研資源共享。合作完成的DevTox數(shù)據(jù)庫中文版也于2016年10月底正式上線(http://www.devtox.org/index_zh.php)。上海市實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心在其所屬公共平臺(tái)網(wǎng)站上增設(shè)了“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物形態(tài)異常圖像數(shù)據(jù)庫”中文版鏈接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享。

3　DevTox數(shù)據(jù)庫的更新與展望

DevTox數(shù)據(jù)庫集合了歐洲、美洲、亞洲發(fā)育毒理學(xué)界的研究成果，是一項(xiàng)國際化合作建設(shè)項(xiàng)目，需要各國科學(xué)家的共同努力，將其建設(shè)成為全球該領(lǐng)域最為全面、最為開放共享的發(fā)育毒理學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫。

中國有著為數(shù)眾多的生殖與發(fā)育毒理學(xué)科研工作者，在該領(lǐng)域也取得了很多研究成果，可以積極地參加到DevTox數(shù)據(jù)庫國際化合作網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)中去，提供寶貴的實(shí)驗(yàn)圖片，為不斷豐富和更新數(shù)據(jù)庫作出貢獻(xiàn)，與全球共享科研成果。近年來，由于歐美各國動(dòng)物保護(hù)主義勢(shì)力的強(qiáng)大，對(duì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)種屬和數(shù)量的限制越來越嚴(yán)格，倡導(dǎo)替代實(shí)驗(yàn)。而毒理學(xué)研究離不開動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，且使用的動(dòng)物數(shù)也較多。中國目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的社會(huì)環(huán)境相對(duì)比較寬容，因而在該領(lǐng)域獲得高質(zhì)量科研成果的機(jī)率更大。通過與國際的溝通和對(duì)話，將為中國發(fā)育毒理學(xué)的發(fā)展帶來新的契機(jī)。

目前DevTox項(xiàng)目仍致力于對(duì)數(shù)據(jù)庫內(nèi)容和形式進(jìn)行不斷更新。德國風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究所定期召開研討會(huì)促進(jìn)致畸實(shí)驗(yàn)合作，增加包括母胎觀察和新動(dòng)物物種的圖譜研究、更新圖像數(shù)據(jù)庫的版本。例如，有些動(dòng)物種屬的形態(tài)異常術(shù)語下尚缺少典型圖片，如外觀形態(tài)異常中的肛門、臍、外生殖器部分，骨骼異常中的聽小骨、篩竇、淚骨、骨盆帶部分，內(nèi)臟軟組織異常中的靜脈、腦、鼻咽道、椎間盤、胰腺、卵巢、子宮部分，在兔、大鼠、小鼠3個(gè)物種中均有規(guī)范的術(shù)語描述，但缺少形態(tài)異常的典型圖片，且部分正常對(duì)照?qǐng)D片亦缺失。在第4部分母胎異常中，絕大多數(shù)只有規(guī)范的描述，但缺少相應(yīng)的正常和異常圖片。這一情況表明，DevTox數(shù)據(jù)庫尚存在一些空白，仍需要通過實(shí)驗(yàn)積累不斷補(bǔ)充新的、典型的圖片。再如，斑馬魚作為廣泛應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ缴?，其胚胎毒性試?yàn)具有周期短，致畸效應(yīng)敏感直觀等特點(diǎn)，目前DevTox數(shù)據(jù)庫已經(jīng)在考慮是否將斑馬魚種屬納入數(shù)據(jù)庫范疇，醞釀收集較高質(zhì)量的斑馬魚胚胎致畸圖譜和數(shù)據(jù)。

筆者熱忱期待國內(nèi)該領(lǐng)域科研工作者將Atlas的學(xué)術(shù)資源靈活運(yùn)用到各自的科研工作中去，同時(shí)歡迎中國科研工作者熱心為DevTox數(shù)據(jù)庫貢獻(xiàn)發(fā)育形態(tài)異常的高質(zhì)量典型圖片，通過網(wǎng)站提交圖像和數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫提出建議性意見。

[1] CHEN Z. Report on Women and Children’s Health Development in China[R]. Ministry of Health，People’s Republic of China，2011.

[2] CHRISTIANSON A，HOWSON C，MODELL C. March of Dimes Global Report on Birth Defects：The Hidden Toll of Dying and Disabled Children，2006[R/OL].[2017-06-13]. https://www.marchofdimes.com

[3] 蔡偉容. 出生缺陷環(huán)境影響因素研究進(jìn)展[J]. 中國醫(yī)學(xué)創(chuàng)新，2010，7(28)：194-195.

[4] WISE L D，BECK S L，BELTRAME D，et al. Terminology of developmental abnormalities in common laboratory mammals (version 1)[J]. Congenit Anom，1997，55(4)：249.

[5] CHAHOUD I，BUSCHMANN J，CLARK R，et al. Classification terms in developmental toxicology：need for harmonisation[J]. Reprod Toxicol，1999，13(1)：77-82.

[6] SOLECKI R，BIIRGIN H，BUSCHMANN J，et al. Harmonisation of rat fetal skeletal terminology and classification[J]. Reprod Toxicol，2001，15(6)：713-721.

[7] SOLECKI R，BERGMANN B，BURGIN H，et al. Harmonization of rat fetal external and visceral terminology and classification[J]. Reprod Toxicol，2003，17(5)：625-637.

[8] SOLECKI R，BARBELLION S，BERGMANN B，et al. Harmonization of description and classification of fetal observations：achievements and problems still unresolved[J]. Reprod Toxicol，2013，35(2)：48-55.

[9] SOLECKI R，RAUCH M，GALL A，et al. Continuing harmonization of terminology and innovations for methodologies in developmental toxicology[J]. Reprod Toxicol，2015，57：140.

[10] BUSCHMANN J，CHAHOUD I，KELLNER R，et al. The devtox project：A comprehensive source of information on developmental abnormalities[J]. Toxicology，2013，52(1)：219.

[11] V S R H，M R，I C. The DevTox Site：Harmonized Terminology and Database[M]//MCQUEEN C A. Comprehensive Toxicology，Oxford：Academic Press，2010.

[12] WU C. Overview of developmental and reproductive toxicity research in China：history，funding mechanisms，and frontiers of the research[J].Birth Defects Res B Dev Reprod Toxicol，2010，89(1)：9-17.