鄰苯二甲酸酯對男性(雄性)生殖毒性的研究進展

宮雅雯 李圓龍 崔 彤 王樹松，，3*

1．河北師范大學化學與材料科學學院(石家莊，050024)；2河北醫(yī)科大學研究生學院；3河北省計劃生育科學技術(shù)研究院 國家衛(wèi)健委計劃生育與優(yōu)生重點實驗室 河北省生殖醫(yī)學重點實驗室

鄰苯二甲酸酯是一類鄰苯二甲酸和各種醇之間形成的酯，主要添加到聚合物如聚氯乙烯塑料中用做塑化劑。鄰苯二甲酸酯是通過氫鍵和范德華力與聚合物鏈結(jié)合，因此在生產(chǎn)、使用和焚化過程中很容易釋放到環(huán)境中。全世界每年生產(chǎn)數(shù)千噸的鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)，這些化合物在水和土壤等環(huán)境基質(zhì)中無處不在[1]。鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)在普通人群中廣泛暴露，人體暴露的主要途徑是通過攝入被污染的食物和水，吸入和皮膚接觸也會增加鄰苯二甲酸酯類化合物對人體的負擔[2]。研究顯示，某些鄰苯二甲酸酯及其代謝物和降解產(chǎn)物具有潛在內(nèi)分泌特性，對人體各個器官產(chǎn)生多種毒性作用，其對生殖系統(tǒng)所產(chǎn)生的的毒性尤其突出[3]。盡管大多數(shù)鄰苯二甲酸酯類化合物顯示出非常低的急性毒性，但由于生殖系統(tǒng)對這些化合物特別敏感，鄰苯二甲酸酯暴露會對男性生殖系統(tǒng)產(chǎn)生影響，導致男性生殖能力受損。目前鄰苯二甲酸酯類化合物已經(jīng)成為備受關(guān)注的環(huán)境污染物，對于男性生殖系統(tǒng)的毒性也越來越受到關(guān)注。本文對鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的分析方法、對男性生殖系統(tǒng)影響及其可能的影響機制給予綜述。

1 鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)在男性體液的分析

由于鄰苯二甲酸酯的廣泛暴露，對其暴露的生物監(jiān)測具有非常重要的意義。據(jù)報道鄰苯二甲酸酯在人和嚙齒動物的血漿或尿液中半衰期少于24小時。鄰苯二甲酸酯藥代動力學的研究發(fā)現(xiàn)，二酯在胃腸道中迅速水解為單酯，隨后鄰苯二甲酸酯的單酯與葡萄糖醛酸或硫酸鹽結(jié)合并排泄到尿液中，因此這些代謝物也是人體暴露于鄰苯二甲酸酯類化合物的生物標志物。

尿液排泄是鄰苯二甲酸酯的主要消除途徑。尿中鄰苯二甲酸酯代謝物的濃度通常比其他體液高。尿液中鄰苯二甲酸單乙基己酯(MEHP)、鄰苯二甲酸單異丁酯(MIBP)、鄰苯二甲酸單乙酯(MEP)和鄰苯二甲酸單丁酯(MBP)的濃度是血液或乳汁中濃度的20～100倍[4]。人體接觸鄰苯二甲酸鹽的評估主要是基于尿中單酯代謝物的測定，在人體標本中會產(chǎn)生幾種次生和氧化代謝物。鄰苯二甲酸二甲酯(DMP)，鄰苯二甲酸二乙酯(DEP)和鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)經(jīng)歷降解/水解并形成它們相應的單酯，即分別為鄰苯二甲酸單甲酯(MMP)，MEP和MBP。鄰苯二甲酸二酯(DEHP)的水解產(chǎn)物MEHP，氧化代謝產(chǎn)物鄰苯二甲酸單酯(MEOHP)、鄰苯二甲酸單酯(MEHHP)、鄰苯二甲酸單酯(MECPP)和鄰苯二甲酸單酯(MCMHP)是DEHP的主要代謝產(chǎn)物。通常在人類尿液中測得的多種鄰苯二甲酸酯代謝物總和的濃度約為1fg/L～100μg/L[5]。在大多數(shù)生物監(jiān)測研究中，DEHP、DEP和DBP的代謝產(chǎn)物是尿液中鑒定出的主要化合物，其特征因地區(qū)而異。

人類對鄰苯二甲酸酯暴露的生物監(jiān)測研究已基于尿中鄰苯二甲酸酯代謝物的濃度。但當血清用于分析時，代表低分子量鄰苯二甲酸酯的MEP和MiBP，以及代表高分子量鄰苯二甲酸酯的MECPP和鄰苯二甲酸單羧基異辛酯(MCiOP)被用作鄰苯二甲酸酯暴露的指標。一項研究報告了丹麥年輕人尿液、血清和精漿中鄰苯二甲酸酯代謝物濃度，血清和精漿中MEP、MBP和DEHP代謝產(chǎn)物的平均濃度比尿液低1～2個數(shù)量級[6]。另一項研究表明，血清中單酯代謝物的分布方式與尿液相似，尤其是對于MEHP(DEHP的代謝物)[7]，但尿液中的MEHHP，MEOHP，MECPP和MCMHP的濃度要比血清中的濃度高得多。

目前，鄰苯二甲酸酯及其代謝產(chǎn)物已經(jīng)成為人類生物監(jiān)測研究中檢測最常用的環(huán)境化學物質(zhì)之一。對人體血液和尿液中鄰苯二甲酸酯及其代謝物的分析能夠非常直觀的反映出人群的鄰苯二甲酸酯暴露程度，精液質(zhì)量能夠直觀的反映男性生殖能力，因此，將鄰苯二甲酸酯及其代謝物水平與精液質(zhì)量相結(jié)合，比較直觀的分析鄰苯二甲酸酯對男性生殖的影響。

2 鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)對男性生殖系統(tǒng)毒性

鄰苯二甲酸酯的生殖毒性主要作用于男性生殖系統(tǒng)，在雄性生殖系統(tǒng)的發(fā)育階段，鄰苯二甲酸酯暴露對生殖系統(tǒng)的毒性表現(xiàn)的尤為明顯。男性生殖系統(tǒng)在母體內(nèi)胚胎期時就已經(jīng)開始發(fā)育，胚胎期的鄰苯二甲酸酯暴露會使胎兒不能發(fā)育出具有正常功能的睪丸間質(zhì)細胞和支持細胞，導致生殖系統(tǒng)異常。流行病學研究顯示，孕婦的鄰苯二甲酸酯暴露與男嬰睪丸源性生殖障礙綜合征(TDS)有關(guān)[8]，男嬰隱睪、睪丸不發(fā)育、生殖道畸形、成年期睪丸癌和精子發(fā)生異?？山y(tǒng)稱TDS。有研究顯示，母親尿液中鄰苯二甲酸酯代謝物濃度與嬰兒尿液中的濃度相似，表明胎兒受到母體鄰苯二甲酸酯暴露的影響[9]。孕婦尿液中鄰苯二甲酸酯代謝產(chǎn)物水平的升高與男性嬰兒會陰和肛門與生殖器的距離縮短有關(guān)，表明鄰苯二甲酸酯暴露會影響男嬰生殖系統(tǒng)發(fā)育[10]。有研究顯示，胰島素樣因子3(INSL3)水平和雄激素水平與DEHP及其主要代謝物MEHP呈負相關(guān)[11]，INSL3和雄激素對于胎兒生殖器官的發(fā)育發(fā)揮重要作用。在人類妊娠的關(guān)鍵時間段內(nèi)，羊水INSL3水平受到鄰苯二甲酸酯的影響，可能致使胎兒出現(xiàn)隱睪癥和尿道下裂[12]。一項長期追蹤產(chǎn)婦血清中鄰苯二甲酸酯含量與男嬰成年后生殖系統(tǒng)關(guān)系的研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)婦血清中DEHP和鄰苯二甲酸二異壬酯(DINP)的代謝產(chǎn)物水平與嬰兒成年后睪丸體積呈負相關(guān)，推測產(chǎn)婦的鄰苯二甲酸酯暴露會影響男嬰成年后的生殖能力[13]。

青春期是生殖系統(tǒng)發(fā)育成熟的關(guān)鍵時期，對男性(雄性)生殖能力起著至關(guān)重要的作用，鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)的暴露可能會對生殖系統(tǒng)的功能造成直接或間接的傷害。青春期前大鼠灌胃DEHP使睪丸組織學惡化，睪酮水平降低，氧化應激增強，睪丸細胞的凋亡增加，表明青春期前接觸DEHP導致睪丸損傷[14]。針對生殖細胞體外培養(yǎng)的研究顯示，從青春期前SD大鼠分離的原代支持細胞或生殖細胞共培養(yǎng)物中，暴露于MBP或DBP可明顯降低支持細胞存活率、細胞膜完整性和細胞活力，支持細胞緊密連接的通透性增加，抑制素BmRNA和蛋白水平的改變[15]。青春期鄰苯二甲酸酯暴露會影響男孩發(fā)育，尿液中鄰苯二甲酸正丁酯(MnBP)與男孩陰毛發(fā)育較低相關(guān)[16]。一項針對青少年的研究顯示，7～14歲男童尿液MEP水平與睪丸體積負相關(guān)，MEOHP水平與陰毛發(fā)育負相關(guān)[17]。對生長和青春期體質(zhì)性延遲(CDGP)男童的研究發(fā)現(xiàn)，CDGP兒童中鄰苯二甲酸酯水平明顯高于對照組，尿MBP、MEP和總鄰苯二甲酸酯濃度與血清睪酮(T)水平呈負相關(guān)，血清T水平在鄰苯二甲酸酯暴露與CDGP之間的關(guān)聯(lián)中起介導作用[18]。瑞典的一項研究分析了尿液DEHP代謝物水平與精液以及血清生殖參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)，發(fā)現(xiàn)青春期男性DEHP代謝物水平與精子前向運動呈負相關(guān)，最高時降低11%，表明青春期鄰苯二甲酸酯暴露會嚴重影響精子成熟和活力[19]。

成年后的鄰苯二甲酸酯暴露同樣會對男性(雄性)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生損傷。成年小鼠灌胃DEHP后，觀察到睪丸組織病變，血清T、卵泡刺激素(FSH)和黃體生成激素(LH)水平下降，精子數(shù)量和活力顯著降低，說明DEHP暴露破壞成年小鼠的睪丸功能[20]。大鼠灌胃鄰苯二甲酸二正丁酯(DnBP)后，其生精小管直徑、上皮高度、上皮生殖細胞計數(shù)和小管長度均顯著降低，說明DnBP暴露可致使睪丸組織損傷[21]。對性成熟小鼠進行慢性低劑量的DEP暴露，發(fā)現(xiàn)睪丸組織結(jié)構(gòu)改變，在精子中發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常，說明低劑量鄰苯二甲酸酯暴露可損傷生殖系統(tǒng)影響精子質(zhì)量[22]。鄰苯二甲酸酯類暴露會對精子參數(shù)和性激素產(chǎn)生負面影響，即使在人群中較低的暴露水平，也可能對精液質(zhì)量產(chǎn)生負面影響，導致男性生育力下降。美國一項研究發(fā)現(xiàn)尿液中DEHP、BBP和鄰苯二甲酸二壬酯(DNP)代謝物水平與較低的總精子數(shù)和濃度以及高畸形率具有顯著相關(guān)性，DMP代謝物與精子活力降低顯著相關(guān)，表明鄰苯二甲酸酯暴露與精液質(zhì)量之間存在負關(guān)聯(lián)[23]。我國一項研究發(fā)現(xiàn)DBP和鄰苯二甲酸二異丁酯(DiBP)代謝物與總T、游離T、LH和精子形態(tài)呈負相關(guān)，與DNA斷裂指數(shù)呈正相關(guān)，表明鄰苯二甲酸酯的暴露嚴重影響了男性精液參數(shù)[24]。鄰苯二甲酸酯的雄性生殖毒性主要表現(xiàn)為生殖系統(tǒng)發(fā)育異常和精液質(zhì)量下降。

3 鄰苯二甲酸酯的男性(雄性)生殖毒性機制

目前，大量流行病學證據(jù)和動物實驗可以證明鄰苯二甲酸酯及其代謝物具有雄性生殖毒性，鄰苯二甲酸酯的人群暴露已經(jīng)對男性生殖健康造成影響。學者從不同角度解釋鄰苯二甲酸酯的雄性生殖毒性作用機制，目前公認的作用機制是鄰苯二甲酸酯類化合物對下丘腦-垂體-性腺軸這一重要途徑的內(nèi)分泌干擾作用。下丘腦-垂體-性腺軸是調(diào)控性激素分泌的途徑，下丘腦啟動促性腺激素釋放激素(GnRH)的產(chǎn)生，進而刺激垂體前葉產(chǎn)生LH和FSH[25]。LH激活睪丸間質(zhì)細胞產(chǎn)生T[26]，F(xiàn)SH和T激活支持細胞，支持細胞與生殖細胞相互作用從而促進精子發(fā)生。睪丸間質(zhì)細胞產(chǎn)生的睪酮和支持細胞產(chǎn)生的抑制素也啟動了負反饋機制，該機制調(diào)節(jié)下丘腦和垂體前葉GnRH、LH和FSH的產(chǎn)生[26]。在性成熟階段，垂體-性腺軸中產(chǎn)生的激素調(diào)節(jié)正常的支持細胞和間質(zhì)細胞以及精子生成[27]。

下丘腦-垂體-性腺軸這一途徑各環(huán)節(jié)聯(lián)系緊密，具有正、負反饋機制，因此上述任何一環(huán)出現(xiàn)異常都會干擾下丘腦-垂體-性腺軸的正常功能，對男性生殖能力產(chǎn)生不利影響。研究表明，鄰苯二甲酸酯可以干擾抑制素的生成[28]，干擾正常的負反饋機制，影響垂體的GnRH、LH和FSH的分泌，進而影響睪丸間質(zhì)細胞分泌T，T的缺乏將影響生殖系統(tǒng)的發(fā)育，同時使支持細胞不被激活，對生殖功能產(chǎn)生損害。鄰苯二甲酸酯還可以直接影響支持細胞和睪丸間質(zhì)細胞的發(fā)育和功能[29]，能夠使睪丸間質(zhì)細胞損傷使其功能受到阻礙，導致睪丸、尿道和附屬生殖器官的重量和體積減少，T的水平降低[30]。支持細胞被破壞使生殖細胞的物理和代謝支持減少，導致生殖細胞損傷和類固醇生成減少[29-30]，從而影響精子發(fā)生。由于T在正常的支持細胞功能中發(fā)揮重要作用[31]，鄰苯二甲酸酯也可以對睪丸間質(zhì)細胞產(chǎn)生毒性，通過睪酮的負反饋間接作用靶向支持細胞，影響支持細胞的功能。

4 鄰苯二甲酸酯對男性(雄性)生殖毒性的構(gòu)效關(guān)系

鄰苯二甲酸酯是鄰苯二甲酸與醇反應所形成的酯，鄰苯二甲酸酯的結(jié)構(gòu)中具有酸部分和醇部分，在酯的醇部分中有不同的碳鏈，碳鏈結(jié)構(gòu)可以是直鏈或支鏈。研究發(fā)現(xiàn)，鄰苯二甲酸酯的生殖毒性強弱可能與碳鏈的結(jié)構(gòu)有關(guān)，碳鏈是否存在支鏈和碳原子數(shù)都會影響其生殖毒性。對于直鏈的鄰苯二甲酸酯如鄰苯二甲酸二丁酯(C6H4[COO(CH2)3CH3]2，DBP)，其碳原子數(shù)是DBP中的丁基碳原子數(shù)C4或支鏈。對于支鏈的鄰苯二甲酸酯如鄰苯二甲酸二異丁酯(C6H4[COOCH2CH(CH3)2]2，DIBP)，其碳原子數(shù)是DIBP中的異丁基碳原子數(shù)C4。

對直鏈鄰苯二甲酸酯對大鼠雄性生殖毒性的分析顯示，在直鏈鄰苯二甲酸酯中，碳原子數(shù)為C1-2和C8-13的鄰苯二甲酸酯幾乎不會引起雄性生殖異常[32-33]。子宮內(nèi)暴露于高劑量引起雄性生殖系統(tǒng)損傷的可能性大小依次為鄰苯二甲酸二己酯(DNHP，C6)、鄰苯二甲酸二戊酯(DPP，C5)、鄰苯二甲酸二丁酯(DBP，C4)、鄰苯二甲酸二庚酯(DHP，C7)、鄰苯二甲酸二丙酯(DPrP，C3)[30-37]。在支鏈鄰苯二甲酸酯中，干擾胎兒睪酮產(chǎn)生的效力對比中，DIBP(C4)、鄰苯二甲酸二異庚酯(DIHP，C7)和DEHP(C8)的效力類似，都高于DINP(C9)[38]，DEHP(C8)誘導雄性生殖系統(tǒng)異常的最小可見損害作用水平(LOAEL)為500mg/kg[37]，與其具有更多支鏈的異構(gòu)體鄰苯二甲酸二辛酯(DOP，C8)相比，DEHP的生殖毒性更強，DOP在最高劑量(1000mg/kg)下沒有任何發(fā)育和生殖毒性，這表明碳鏈的分支增加了毒性。鄰苯二甲酸二環(huán)已酯(DCHP，C6)是一種鄰苯二甲酸環(huán)烷基酯，對睪酮抑制效力的LOAEL為10mg/kg[39]，與碳鏈為直鏈的DNHP(C6)相似，表明碳鏈成環(huán)不會增加毒性。鄰苯二甲酸丁基芐基酯(BBP)是具有不同碳側(cè)鏈(一個丁基和一個芐基)的鄰苯二甲酸酯，其LOAEL為100mg/kg[40]，與DBP的效力(兩個丁基)相似。鄰苯二甲酸二烯丙酯(DAP，C3)發(fā)育毒性的LOAEL為250mg/kg[37]，和具有相同碳原子數(shù)、但在酯側(cè)鏈中具有飽和碳原子的DPrP(C3)相比，DAP的發(fā)育毒性更強，表明側(cè)鏈的不飽和度增加毒性。

綜上，在直鏈鄰苯二甲酸酯中，C5-C6生殖毒性最大，C4或C7中等，C3弱，C1-2和C8-C13無效。在支鏈鄰苯二甲酸酯中，碳鏈的分支和不飽和增加了毒性效果，而碳鏈成環(huán)并不增加毒性。

5 總結(jié)

綜上所述，鄰苯二甲酸酯類物質(zhì)是普遍存在的環(huán)境污染物，對男性(雄性)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生多種不利影響，目前對鄰苯二甲酸酯雄性生殖毒性作用及其機制的研究，已經(jīng)成為一個關(guān)注的熱點。鄰苯二甲酸酯生殖毒性主要表現(xiàn)在生殖器官的發(fā)育異常以及精子質(zhì)量下降。鄰苯二甲酸酯能夠破壞睪丸間質(zhì)細胞和支持細胞，損傷正常生殖功能，引起生殖激素分泌異常，對雄性生殖和發(fā)育產(chǎn)生毒性。其毒性作用機制是通過對下丘腦-垂體-性腺軸和相關(guān)激素的影響導致生殖系統(tǒng)異常。鄰苯二甲酸酯生殖毒性存在構(gòu)效關(guān)系，具有直碳鏈的鄰苯二甲酸酯，C5-C6的鄰苯二甲酸酯具有更高的毒性，碳鏈具有支鏈的鄰苯二甲酸酯中，碳鏈的分支增加了效力。

目前鄰苯二甲酸酯生殖毒性的研究仍然需要進一步深入。生物監(jiān)測研究選擇了鄰苯二甲酸酯的主要生物代謝物，但人類體液標本中似乎還存在鄰苯二甲酸酯的其他幾種中間產(chǎn)物和轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，這些中間體對男性生殖的影響有待研究；鄰苯二甲酸酯代謝物與其他污染物的聯(lián)合作用對男性生殖的影響也需要進行研究；此外，生物體在鄰苯二甲酸酯暴露后的清除及其防治也具有重要的研究意義。