貧鈾對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)生殖毒性研究進(jìn)展

潘澤軒， 尹晶晶， 高潔， 劉歡， 李建國(guó)

(中國(guó)輻射防護(hù)研究院放射醫(yī)學(xué)與環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所藥物毒理與放射損傷藥物山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原，030006)

0 引言

235U含量在0.3%以下稱(chēng)為貧鈾(國(guó)防標(biāo)準(zhǔn))。貧鈾是低水平放射性重金屬，用貧鈾金屬制備的合金強(qiáng)度高，硬度大，機(jī)械加工性能好，且成本低廉，具有廣泛的軍事和商業(yè)用途。鈾既可以作為鈾酰離子單獨(dú)存在，也可以與醋酸鹽、硝酸鹽等形成復(fù)合物進(jìn)而被人體吸收[1]。貧鈾對(duì)于生物體的健康影響，是多種復(fù)雜因素綜合作用的結(jié)果，既有化學(xué)毒性又有放射損傷，化學(xué)毒性是貧鈾的主要危害因素[2]。

從人類(lèi)流行病學(xué)調(diào)查分析、動(dòng)物體內(nèi)毒性實(shí)驗(yàn)、體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)等多方面證實(shí)，貧鈾可以影響并降低生物體的生殖和遺傳功能。本文主要介紹了貧鈾對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物和人類(lèi)生殖毒性的研究進(jìn)展。貧鈾對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物的毒理學(xué)研究主要集中在四個(gè)方面：體內(nèi)激素水平、病理生理學(xué)、遺傳性狀、基因蛋白表達(dá)水平；對(duì)人的毒理學(xué)研究主要集中在生殖功能和遺傳功能。

1 貧鈾對(duì)嚙齒類(lèi)動(dòng)物的生殖毒性

1.1 動(dòng)物體內(nèi)激素水平改變

Legendre等[3]研究長(zhǎng)期低劑量貧鈾暴露對(duì)大鼠睪丸的影響，實(shí)驗(yàn)大鼠分為兩組，整個(gè)生命周期攝入濃度為40 mg/L、120 mg/L的貧鈾水源。結(jié)果顯示，在120 mg/L長(zhǎng)期貧鈾暴露組，貧鈾很可能蓄積在大鼠睪丸鞘液，且隨鞘液通過(guò)血睪屏障和血副睪屏障來(lái)發(fā)揮毒理作用，破壞血睪屏障結(jié)構(gòu)，擾亂血睪屏障的正常屏障功能；貧鈾暴露通過(guò)誘導(dǎo)下丘腦—垂體—腎上腺軸發(fā)生變化，影響雄鼠的精子生成。大鼠血漿中的卵泡刺激素(FSH)和黃體生成激素(LH)水平升高, LH 能夠刺激睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成分泌睪酮, 并能協(xié)同促卵泡生成素促進(jìn)精子的成熟。促卵泡生成素由垂體前葉嗜堿性細(xì)胞分泌, 具有增強(qiáng) LH 刺激睪酮分泌, 促進(jìn)生精細(xì)胞的發(fā)育和精子成熟的作用；大鼠睪丸內(nèi)睪酮和雌二醇水平與對(duì)照組相比明顯下降，睪酮的主要作用是維持雄性第二性征和正常性腺功能。

Hao等[4]研究貧鈾經(jīng)口腔慢性低劑量暴露對(duì)大鼠生殖系統(tǒng)的損傷，實(shí)驗(yàn)組大鼠分別攝入40 mg/L、120 mg/L水源9個(gè)月。結(jié)果表明，不同濃度的貧鈾水源攝入，貧鈾在大鼠睪丸內(nèi)均大量富集，SOD、LH含量升高；CAT、GSH含量降低，雌鼠受孕率降低。

1.2 動(dòng)物體內(nèi)病理生理學(xué)改變

白楊等[5]研究貧鈾對(duì)小鼠睪丸細(xì)胞損傷，實(shí)驗(yàn)組小鼠吸入(731.52± 35.99)和(877.83± 43.19)ng/g的貧鈾氣溶膠30 min。結(jié)果表明，貧鈾暴露后雄性小鼠生殖系統(tǒng)主要的病理學(xué)改變?yōu)椋翰G丸曲細(xì)精管萎縮, 生精細(xì)胞層次減少。出現(xiàn)無(wú)精或少精狀態(tài)、睪丸間質(zhì)細(xì)胞的空泡化、曲細(xì)精管的萎縮以及睪丸、附睪平均重量降低, 體積縮小。

冷言冰等[6]研究貧鈾對(duì)大鼠生殖系統(tǒng)的損傷，通過(guò)手術(shù)植入大鼠后腿(0.2 ±0.02) g的貧鈾片，并在3、6、12、18 個(gè)月進(jìn)行睪丸病理組織觀察。結(jié)果表明，精子頭部畸形細(xì)胞周?chē)锌张葑? 胞質(zhì)內(nèi)吞噬體和溶酶體增多, 線粒體腫脹, 出現(xiàn)不同程度的變性壞死；間質(zhì)細(xì)胞中可見(jiàn)致密顆粒沉積，支持細(xì)胞和生精細(xì)胞的變性壞死最終導(dǎo)致大鼠曲細(xì)精管的萎縮。大鼠睪丸中生精細(xì)胞與支持細(xì)胞中吞噬顆粒與溶酶體的增多說(shuō)明貧鈾可以通過(guò)血睪屏障, 進(jìn)入曲細(xì)精管中造成睪丸細(xì)胞損傷。

Holmes等[7]研究貧鈾對(duì)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞DNA損傷，倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞在100、300 mM貧鈾暴露條件下24 h。結(jié)果表明，不同濃度貧鈾染毒倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞出現(xiàn)了42%和50%的多倍體、40%和30%亞二倍體以及17%和21%的超二倍體；中國(guó)倉(cāng)鼠卵巢細(xì)胞DNA的雙鏈和單鏈斷裂、DNA交聯(lián)、DNA加合物。乙酸鈾酰主要通過(guò)形成UA-DNA-AD損傷通道來(lái)誘導(dǎo)DNA損傷，還可能誘導(dǎo)SSB損傷發(fā)生。

Angenard等[8]研究貧鈾對(duì)大鼠生殖細(xì)胞損傷，通過(guò)10 μg/cm2貧鈾暴露大鼠生殖細(xì)胞24 h。結(jié)果表明，貧鈾可以影響大鼠睪丸細(xì)胞的核內(nèi)染色體復(fù)制和細(xì)胞質(zhì)分裂，貧鈾的毒性損傷作用于初級(jí)精母細(xì)胞的有絲分裂期，影響了紡錘體的功能。貧鈾致大鼠睪丸生殖細(xì)胞的染色體組畸變包括染色體斷裂、破碎、缺陷、互補(bǔ)；包括染色單體斷裂和缺口6.7%、異染色單體斷裂和缺口7.3%、無(wú)中心性碎片0.2%、染色單體交換1.0%、染色體環(huán)0.2%、雙著絲粒及染色體碎片41%，以及微核形成均與暴露劑量密切相關(guān)。

1.3 動(dòng)物體內(nèi)遺傳性狀改變

Legrand等[9]研究貧鈾暴露對(duì)大鼠大腦細(xì)胞的損傷，建立從大鼠妊娠第1天至大鼠子代2個(gè)月時(shí)40 mg/L貧鈾水源攝入模型，結(jié)果表明，子代大鼠表現(xiàn)出特殊記憶障礙和顯著的抑郁樣表型，具體表現(xiàn)為行為遲鈍、思維凍結(jié)、靜止時(shí)間增多。

Legendre等[10]研究貧鈾多代暴露對(duì)大鼠生殖細(xì)胞的影響，貧鈾暴露實(shí)驗(yàn)中將大鼠分為三代進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)0代產(chǎn)后和終生暴露、F1代子宮內(nèi)和產(chǎn)后暴露和F2代生殖細(xì)胞攝入濃度為40 mg/L的貧鈾水源。結(jié)果表明，貧鈾誘導(dǎo)的精子形態(tài)異常均發(fā)生在頭部和中部，每一代大鼠均觀察到這些異常，在F1代中更為嚴(yán)重，且F1代的附睪體重比與對(duì)照組相比下降了15.6%，可知貧鈾暴露誘發(fā)多代大鼠精子形態(tài)缺陷，睪丸比重下降，F(xiàn)1代損傷明顯。

Kundt等[11]研究貧鈾毒性對(duì)小鼠胚胎的影響，硝酸鈾酰溶液(26、52、104、208 g/mL)植入小鼠胚胎后在24、72、96和120 h分別記錄早期胚泡、胚泡和孵化的胚泡階段的觀察結(jié)果。結(jié)果表明，各貧鈾暴露組胚胎發(fā)育延遲，并且暴露組細(xì)胞數(shù)量低于對(duì)照組的細(xì)胞數(shù)量。植入6個(gè)月或更長(zhǎng)時(shí)間104 g/mL、208 g/mL貧鈾可導(dǎo)致子體的體型減小。貧鈾暴露在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，人類(lèi)胎兒生殖細(xì)胞對(duì)貧鈾的敏感性比小鼠生殖細(xì)胞高，出現(xiàn)的遺傳損傷更多；人類(lèi)胎兒卵巢中，0.05 mM貧鈾通過(guò)細(xì)胞凋亡而顯著降低生殖細(xì)胞密度；人類(lèi)胎兒睪丸中，0.1 mM貧鈾暴露導(dǎo)致生殖細(xì)胞數(shù)量減少[8]。

1.4 動(dòng)物體內(nèi)基因蛋白表達(dá)的改變

Legendre等[10]研究貧鈾多代暴露對(duì)大鼠生殖細(xì)胞的影響，大鼠暴露實(shí)驗(yàn)中將大鼠分為三代進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)0代產(chǎn)后和終生暴露、F1代子宮內(nèi)和產(chǎn)后暴露、F2代生殖細(xì)胞攝入濃度為40 mg/L的貧鈾水源。結(jié)果表明，貧鈾致生殖系統(tǒng)損傷可能與性腺DNA的甲基化修飾有關(guān)，貧鈾對(duì)大鼠精子的毒性影響可能是基因表觀遺傳改變的可遺傳性質(zhì)所致。

Elmhiri[12]研究貧鈾多代暴露致大鼠性腺DNA甲基化，大鼠暴露實(shí)驗(yàn)中將大鼠分為三代進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，F(xiàn)0代產(chǎn)后和終生暴露、F1代子宮內(nèi)和產(chǎn)后暴露、F2代生殖細(xì)胞攝入濃度為40 mg/L的貧鈾水源。結(jié)果表明，在F1和F2代大鼠睪丸組織中，分別觀察到DNA超甲基化(41%)和(32%)；在F1和F2代大鼠卵巢組織中，DNA低甲基化(分別為41%和21%)。兩個(gè)組織的qPCR結(jié)果也暗示DNA甲基轉(zhuǎn)移酶基因的表達(dá)也發(fā)生了顯著變化。從各代貧鈾暴露雄性大鼠睪丸中提取DNA與對(duì)照組相比，在終生暴露于貧鈾的F0代大鼠中，甲基化酶DNMT3L的基因表達(dá)降低35%；子宮內(nèi)和產(chǎn)后暴露的F1代大鼠DNMT3a表達(dá)增高40%；僅生殖細(xì)胞暴露的F2代大鼠DNMT3a表達(dá)增高150%，DNMT1表達(dá)增高50%。從各代貧鈾暴露雌性大鼠卵巢中提取DNA發(fā)現(xiàn)在子宮內(nèi)和產(chǎn)后暴露的F1代大鼠中DNMT3b和DNMT3l與對(duì)照組相比表達(dá)增高分別為80%和20%。DNA甲基化能引起染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、DNA構(gòu)象、DNA穩(wěn)定性及DNA與蛋白質(zhì)相互作用方式的改變，從而控制基因表達(dá)。在大鼠睪丸和卵巢中多種DNA甲基化酶的表達(dá)發(fā)生改變，可以解釋貧鈾致大鼠生殖系統(tǒng)的甲基化損傷。

Wang等[13]對(duì)不同貧鈾染毒濃度40 mg/L、120 mg/L嚙齒類(lèi)動(dòng)物毒理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，類(lèi)固醇生成過(guò)程中所包含的酶和相關(guān)信號(hào)通路STAR, cyp11a1,TGFb1, AR等表達(dá)發(fā)生改變。STAR是一種作用于線粒體膜的膽固醇轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，將類(lèi)固醇底物和膽固醇通過(guò)線粒體外膜運(yùn)輸?shù)骄€粒體內(nèi)膜；通過(guò)細(xì)胞色素P450逐漸轉(zhuǎn)化為其他類(lèi)固醇激素。

Legendre等[3]研究長(zhǎng)期低劑量貧鈾暴露對(duì)大鼠睪丸的影響，在大鼠整個(gè)生命周期攝入濃度為40 mg/L、120 mg/L的貧鈾水源。結(jié)果表明，貧鈾暴露組STAR和類(lèi)固醇生成酶(cyp11a1和cyp17a1)在睪丸表達(dá)明顯低于對(duì)照組，表明貧鈾致大鼠雄性激素生成減少。在貧鈾40 mg/L和貧鈾120 mg/L的大鼠睪丸細(xì)胞中β-catenin的mRNA表達(dá)水平均被抑制；與對(duì)照組相比，貧鈾暴露組中參與細(xì)胞連接動(dòng)力學(xué)和類(lèi)固醇生成調(diào)節(jié)的TGFβ1的表達(dá)水平顯著降低；貧鈾染毒組的緊密連接蛋白o(hù)ccludin的基因表達(dá)增高且劑量依賴(lài)性顯著，貧鈾致大鼠睪丸細(xì)胞的緊密連接蛋白功能發(fā)生改變。緊密連接是上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞間的重要連接方式，是一種動(dòng)態(tài)的由多種蛋白組成的功能復(fù)合體，能使相鄰的細(xì)胞緊密貼合，起到柵欄、屏障的作用，緊密連接蛋白是保持緊密連接結(jié)構(gòu)與功能非常重要的調(diào)節(jié)蛋白。

貧鈾暴露于嚙齒類(lèi)動(dòng)物的毒理學(xué)研究已從多個(gè)方面證實(shí)了貧鈾的生殖毒性和遺傳毒性。但貧鈾大劑量暴露的急性損傷研究不夠充分，沒(méi)有明確的損傷后生物標(biāo)志物，貧鈾暴露于生殖系統(tǒng)后對(duì)細(xì)胞分子層面的損傷機(jī)制有待進(jìn)一步探索。

2 貧鈾對(duì)人的生殖毒性研究

2.1 貧鈾對(duì)人生殖功能的影響

McDiarmid等[14]研究海灣戰(zhàn)爭(zhēng)期間受到友軍貧鈾火力暴露出現(xiàn)古爾夫戰(zhàn)爭(zhēng)綜合征的士兵。結(jié)果表明，受到友軍貧鈾彈火力誤傷的退伍軍人(n=50)，在8年間的定期隨訪獲得數(shù)據(jù)顯示尿鈾含量持續(xù)性升高，在首次暴露8年后尿中鈾含量為在每克肌酐中0.018～39.1 μg；表明貧鈾不能完全排出體外且在體內(nèi)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致慢性全身性暴露；與未受貧鈾暴露的健康伊拉克受試者相比，海灣戰(zhàn)爭(zhēng)受到貧鈾暴露后出現(xiàn)白血病的伊拉克患者中表現(xiàn)出更高的鈾血清水平。

Jumaah等[16]研究在高劑量貧鈾暴露區(qū)，PTEN基因的差異表達(dá)。結(jié)果表明，生活在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)貧鈾暴露地區(qū)的子宮內(nèi)膜癌患者與來(lái)自伊拉克的貧鈾低暴露風(fēng)險(xiǎn)患者相比，PTEN基因表達(dá)顯著增加，PTEN蛋白通過(guò)使細(xì)胞膜上的PIP3磷酸化，在控制PI3K/AKT途徑中起著至關(guān)重要的作用。功能性PTEN蛋白的丟失導(dǎo)致致瘤性產(chǎn)生，可以認(rèn)為，戰(zhàn)爭(zhēng)、環(huán)境污染物貧鈾影響子宮內(nèi)膜癌PTEN基因的表達(dá)。

Greene等[17]研究貧鈾的社區(qū)暴露事件導(dǎo)致的子宮內(nèi)膜異位癥和血清趨化因子升高。結(jié)果表明，暴露組女性終生鈾累積暴露范圍在0.342～4.085 μg/(m3·a)，未暴露女性的鈾終生暴露值在0.007～0.072 μg/(m3·a)；兩組間相比較暴露組女性血清中5種與子宮內(nèi)膜異位癥相關(guān)的趨化因子CCL1、CCL11、CCL22、CXCL9、CXCL13和1種細(xì)胞因子IL-10均顯著增加，增加濃度均在100～1 000 pg/mL間。說(shuō)明鈾暴露與子宮內(nèi)膜異位癥炎癥趨化因子和細(xì)胞因子的增加相關(guān)。

廖燕慶、趙其文[18-19]等在退役鈾礦輻射環(huán)境調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，退役鈾礦水中鈾的濃度維持在一個(gè)很高的水平約為2.15～21.67 μg/L、氡子體析出率在17～5 543 mBq/(m2·s)。貧鈾暴露持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、涉及人群廣、對(duì)人毒性危害大，應(yīng)引起人們高度重視。

Domingo[20]研究貧鈾自然本底的生殖毒性。結(jié)果表明，對(duì)終生暴露劑量不超過(guò)16 mSv接觸鈾作業(yè)的職業(yè)性工作人員調(diào)查，鈾的致癌效應(yīng)可造成染色體畸變、姐妹染色體互換和微核檢出率的增加，但并沒(méi)有明顯的生殖能力下降、出現(xiàn)流產(chǎn)或出生缺陷增多的情況。

2.2 貧鈾對(duì)人遺傳功能的影響

Faa等[21]研究貧鈾致人體損傷。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2004年伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，貧鈾武器在巴士拉省大量使用，巴士拉省2006—2009嬰幼兒死亡率為80‰，同期埃及為19.8‰、約旦17‰、科威特9.7‰，新生兒死亡率顯著增加；巴士拉省新生兒男女比例出現(xiàn)了變化；在巴士拉省居住的兒童中，發(fā)現(xiàn)有出生缺陷的兒童數(shù)量增多；發(fā)現(xiàn)父母和新生兒體內(nèi)鈾平均含量增高，表明該地區(qū)戰(zhàn)爭(zhēng)期間貧鈾的暴露對(duì)人生殖遺傳功能產(chǎn)生巨大影響。

V?nsk?等[22]研究重金屬毒性對(duì)人的損傷。結(jié)果表明，在對(duì)2014年加沙戰(zhàn)爭(zhēng)期間處于懷孕前三個(gè)月的502名巴勒斯坦母親進(jìn)行分析，在母親體內(nèi)鈾的累積與兒童早期情感發(fā)展有關(guān)，表現(xiàn)為積極情感下降、負(fù)面情感增加，貧鈾在母親體內(nèi)的累積濃度與兒童的定向/調(diào)節(jié)能力呈負(fù)相關(guān)。表明母親子宮內(nèi)的貧鈾污染可通過(guò)多種機(jī)制傳遞給后代并對(duì)兒童的發(fā)育生長(zhǎng)、性格和壓力調(diào)節(jié)產(chǎn)生長(zhǎng)期負(fù)面的影響。

Wei等[23]研究鈾、釷暴露對(duì)后代的影響。結(jié)果表明，在受孕前三個(gè)月至受孕后三個(gè)月這段時(shí)間內(nèi)接觸過(guò)鈾等重金屬，可在頭發(fā)中可檢測(cè)到貧鈾濃度均在28.5 ng/g以上鈾的孕產(chǎn)婦，會(huì)導(dǎo)致后代發(fā)生口面部裂痕的風(fēng)險(xiǎn)增高。

以上研究表明，貧鈾暴露于人體后鈾在生殖系統(tǒng)內(nèi)的含量增高，可能會(huì)誘發(fā)生殖系統(tǒng)相關(guān)癌癥，會(huì)誘導(dǎo)炎癥趨化因子和細(xì)胞因子表達(dá)變化，會(huì)導(dǎo)致基因表觀遺傳的改變，但目前沒(méi)有確切的研究結(jié)果表明貧鈾會(huì)對(duì)人體生殖系統(tǒng)產(chǎn)生明確的損傷。但生殖系統(tǒng)對(duì)于鈾暴露的敏感性高，鈾在生殖系統(tǒng)代謝速度慢，長(zhǎng)時(shí)間暴露于生殖系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)人的生殖遺傳功能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

3 結(jié)語(yǔ)

貧鈾對(duì)健康的短期影響主要是重金屬的化學(xué)毒性，而長(zhǎng)期影響是放射損傷與化學(xué)毒性的聯(lián)合效應(yīng)，特別是貧鈾釋放的α粒子，致癌性不容忽視?，F(xiàn)階段鈾生殖毒性的產(chǎn)生機(jī)制尚未明確，毒理?yè)p傷和毒性作用機(jī)制之間聯(lián)系尚不清楚，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有限、實(shí)驗(yàn)樣本小、實(shí)驗(yàn)結(jié)果不一致。迫切需要進(jìn)一步的研究，在未來(lái)的研究中應(yīng)更注意以下方面：

(1)對(duì)貧鈾暴露的放射毒性進(jìn)行研究。鈾在體內(nèi)長(zhǎng)期滯留，化學(xué)毒性會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重傷害，晚期以放射毒性為主，雖然放射性很低，但毒性機(jī)理研究尚不清楚，與化學(xué)毒性之間的相互作用，是否會(huì)對(duì)人體造成進(jìn)一步損害，尚待研究。

(2)篩選合適的生物標(biāo)記物。現(xiàn)階段的流行病學(xué)調(diào)查和貧鈾毒理研究，著重分析貧鈾的毒理?yè)p傷，貧鈾暴露后潛伏期及早期損傷研究不夠充分。分子生物學(xué)以及分子流行病學(xué)研究有助于貧鈾生殖損傷生物標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)和篩選，選擇特異性強(qiáng)，靈敏度高的生物標(biāo)志物，是接下來(lái)貧鈾生殖毒性研究的重點(diǎn)。

(3)短期大劑量暴露和長(zhǎng)期低劑量暴露對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷是否一致，貧鈾暴露放射毒性的深入研究，損傷生物標(biāo)志物的篩查等多個(gè)方面還需要進(jìn)一步研究。