孕期雙酚A暴露對子代生殖和內(nèi)分泌發(fā)育的影響及表觀遺傳學(xué)機制

楊俏俏，馬明月

（沈陽醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)教研室，遼寧 沈陽 110034）

雙酚A（bisphenol A，BPA）作為一種新型的工業(yè)化合物，廣泛應(yīng)用于高分子材料環(huán)氧樹脂和聚碳酸酯等的合成中，在日常生活接觸的牙科醫(yī)用材料、塑料玩具、水管、罐頭及冷凍食品包裝中被大量使用［1］。由于BPA 的高脂溶性，使其聚合物在高溫、酸堿環(huán)境中易從材料中析出，目前在大氣、河流、土壤、紙和食物等均檢測到BPA，人類接觸后，BPA 可經(jīng)口、呼吸道、皮膚等多種途徑進入人體［2-3］。BPA作為重要的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物（EEDs）之一，具有弱雌激素和抗雄激素作用，干擾機體正常的內(nèi)分泌系統(tǒng)。生命早期階段是發(fā)育和基因組編程最敏感的窗口期，因此孕期BPA 暴露不僅威脅母體健康，對子代的發(fā)育也影響深遠。表觀遺傳學(xué)是在細胞核DNA序列不改變的情況下，基因功能發(fā)生可逆的、可遺傳的改變，包括DNA甲基化修飾、非編碼RNA、組蛋白共價修飾和染色質(zhì)重塑等。越來越多的證據(jù)表明表觀遺傳修飾在人類發(fā)育和多種疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用。研究表明，BPA 等可能通過干擾胚胎發(fā)育的表觀基因組對胎兒和胎盤健康產(chǎn)生負面影響，從而建立進入成年期的疾病路徑［4］。因此，本文圍繞母體孕期BPA 暴露對胎盤、生殖系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的發(fā)育及其表觀遺傳學(xué)機制進行綜述。

1 孕期BPA暴露對胎盤的影響

1.1 對胎盤結(jié)構(gòu)和功能的影響 胎盤是孕期高度特化的一過性器官，參與母體和胎兒之間營養(yǎng)物質(zhì)、氣體和廢物的交換，也是保護胎兒的重要屏障。但是胎盤屏障的作用較弱，許多外源化學(xué)物可以經(jīng)過胎盤轉(zhuǎn)運到胎兒體內(nèi)。動物實驗和人群調(diào)查已經(jīng)證實孕期BPA 暴露可以通過直接或間接的方式影響胎盤的結(jié)構(gòu)和功能，進而影響胎兒的發(fā)育。其可能機制為BPA 導(dǎo)致了胎盤的組織結(jié)構(gòu)變化，破壞其分泌和代謝能力；同時根據(jù)BPA 暴露水平不同，誘導(dǎo)滋養(yǎng)層細胞凋亡或抗凋亡信號，并可抑制滋養(yǎng)層細胞遷移和侵襲能力，從而影響妊娠結(jié)局［5］。

胎盤是母體和胎兒物質(zhì)能量交換的主要部位，同時也是毒物作用的靶標(biāo)。孕期BPA 暴露可以導(dǎo)致胎盤的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。C57BL/6J 小鼠孕期連續(xù)喂飼BPA（200 μg/kg）2 周，與對照組相比，BPA 組在妊娠成功率、母體體重、著床點數(shù)量和胎兒數(shù)量、性別比率方面差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，但胎盤海綿滋養(yǎng)細胞與海綿滋養(yǎng)層細胞和滋養(yǎng)層巨細胞區(qū)域的比值顯著降低［6］。

胎盤除了向胎兒輸送營養(yǎng)和氧氣外，還可以參與激素的生物合成和分泌功能，來維持正常妊娠、胎兒發(fā)育和分娩啟動。Chu 等［7］研究發(fā)現(xiàn)，低劑量BPA能激活ERK信號通路下調(diào)CYP11A1和CYP19 的基因表達，降低胎盤芳香化酶活性，繼而導(dǎo)致雌二醇和孕酮的產(chǎn)生降低，激素的缺乏可能是胎盤功能不全和妊娠不良結(jié)局的原因。

胎盤可以產(chǎn)生人絨毛膜促性腺激素（hCG）。研究發(fā)現(xiàn)BPA暴露顯著誘導(dǎo)β-hCG的分泌，增強胎盤的內(nèi)分泌功能，抑制滋養(yǎng)細胞的侵襲，最終使子宮螺旋動脈重塑不足，降低胎盤重量，引起胎兒宮內(nèi)生長遲緩［8］。

目前尚無明確人群資料證實孕期BPA 暴露對人類后代發(fā)育產(chǎn)生影響。但一篇包含35 項研究的系統(tǒng)綜述結(jié)果顯示，孕期BPA 暴露可以對母親、胎兒和新生兒有直接的負面影響，包括出生低體重、早產(chǎn)、發(fā)育缺陷和習(xí)慣性流產(chǎn)等不良結(jié)局［9］。

1.2 與胎盤相關(guān)的表觀遺傳學(xué)機制研究 DNA甲基化主要發(fā)生在胞嘧啶-鳥嘌呤二核苷酸（CpG）位點胞嘧啶第五碳位上，主要通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DMNT）及相關(guān)蛋白的參與來完成。為探討孕期BPA 暴露對胎盤影響的潛在機制，建立孕鼠先兆子癇樣特征模型，發(fā)現(xiàn)BPA 可以改變滋養(yǎng)層細胞的浸潤并導(dǎo)致胎盤血管異常重塑，其原因是DNMT1介導(dǎo)的WNT2的表觀遺傳重編程和下調(diào)所致［10］。Cao等［11］發(fā)現(xiàn)BPA顯著提高雌激素合成關(guān)鍵酶和雌激素受體（ER）在妊娠滋養(yǎng)細胞（Bewo細胞）中的表達；BPA抑制了ER基因的CpG甲基化，同時下調(diào)DNMT1 的表達，上調(diào)DNMT3a 和DNMT3b的表達。

非編碼RNA（ncRNA）通過干擾mRNA 的功能來調(diào)節(jié)基因表達。通過微陣列技術(shù)對暴露于BPA的孕婦胎盤中的全基因組微小RNA（miRNA）表達進行比較分析發(fā)現(xiàn)，因胎兒畸形而接受治療性流產(chǎn)的孕婦胎盤中miR-146a 過表達，且與BPA水平呈相關(guān)性［12］。

2 孕期BPA暴露對生殖系統(tǒng)發(fā)育的影響

2.1 對雄性子代的影響 動物實驗證實孕期BPA暴露對雄性子代生殖功能產(chǎn)生不良影響，作用的主要靶點為睪丸、下丘腦-垂體-睪丸軸，可以通過睪丸的形態(tài)學(xué)變化、精子的發(fā)生功能及神經(jīng)內(nèi)分泌激素的分泌進行評價。

睪丸具有產(chǎn)生精子和分泌雄激素的功能。睪丸的細胞主要包括生精細胞、支持細胞和間質(zhì)細胞3 種細胞。孕期雌性小鼠喂食BPA（2～20 ng/g），雄性子代在8 周和12 周時相對睪丸重量顯著低于對照組，說明低劑量BPA 可以干擾睪丸的正常發(fā)育［13］。Lv 等［14］報道孕期BPA 暴露可抑制睪丸間質(zhì)細胞和支持細胞的分化，可能破壞雄性生殖道的發(fā)育。

對于雄性來說，黃體生成素促成睪丸間質(zhì)細胞合成和釋放睪酮，調(diào)節(jié)精子的發(fā)生。孕期BPA（250 μg/kg，0.05 mg/kg）暴露使仔鼠的黃體生成素和睪酮含量均顯著降低［15-16］。雌二醇和卵泡刺激素是男性體內(nèi)重要的雌激素，卵泡刺激素作用于睪丸曲細精管則可促進精子形成。Olukole等［15］研究發(fā)現(xiàn)孕期BPA（25、250 μg/kg）暴露使雄性仔鼠卵泡刺激素和雌二醇水平顯著升高。但Wei 等［17］則報道 孕 期BPA 在2.5～40 mg/kg 劑量下，其仔鼠的雌二醇水平顯著降低。

研究還報道了暴露于BPA 的雄性后代成年后生育能力、精子數(shù)量和活力的下降［18-20］。在下丘腦性別分化的關(guān)鍵時間窗口（GD 18 至PND 5）母鼠暴露于低劑量BPA（0.5～5 mg/kg），雄性子代PND 90時出現(xiàn)精子的數(shù)量和功能改變、精管的形態(tài)和精子發(fā)生相關(guān)基因的表達，永久性地損害了男性的生殖功能［18］。張昭玉等［19］發(fā)現(xiàn)孕期BPA暴露降低雄性子代精子計數(shù)；Rahman 等［20］報道精子活力下降。

2.2 對雌性子代的影響 雌性生殖發(fā)育的評價較雄性更為復(fù)雜，包括卵子發(fā)生、排卵、性發(fā)育、受精和植入等。所有過程涉及的事件均可以作為毒作用的觀察終點。主要靶點為卵巢及下丘腦-垂體-卵巢軸。

卵巢負責(zé)生殖生命期間的雌性配子發(fā)生和內(nèi)分泌功能。卵泡作為發(fā)揮卵巢功能的主要單位，它的形成、激活及發(fā)育直接決定了雌性個體的生育力以及生育壽命，而其發(fā)育的異?？蓪?dǎo)致卵巢早衰等女性生殖疾病。Shi 等［21］報道孕期BPA（0.5μg/kg）暴露可抑制生殖細胞巢的破壞，減少初級和次級卵泡的數(shù)量；Mahalingam等［22］在相同劑量下發(fā)現(xiàn)仔鼠的腔前卵泡的數(shù)量也顯著減少。此外，有研究以恒河猴為例，發(fā)現(xiàn)孕期暴露BPA的胎兒輸卵管改變可能會潛在地影響以后生活中輸卵管的形態(tài)和功能，并對生育產(chǎn)生負面影響［23］。

在激素水平上，相關(guān)報道稱母鼠孕期暴露BPA（20 μg/kg～250 mg/kg），其子代雌鼠睪酮、黃體生成素、卵泡刺激素、雌二醇水平均降低［22，24］，但Lite等［25］則發(fā)現(xiàn)飲水BPA暴露劑量在250 μg/L 和2.5 mg/L 時，仔鼠雌二醇水平升高。孕期BPA 暴露可導(dǎo)致雌性子代陰道開口、第一次發(fā)情時間提前［26］。

2.3 人群研究 肛門生殖器距離（AGD）是反映人類性發(fā)育的重要指標(biāo)，與男性和女性的多種不良的生殖結(jié)果相關(guān)，如隱睪、尿道下裂、低生育力、多囊卵巢等［27］。Barrett等［28］發(fā)現(xiàn)較高水平的BPA 孕早期暴露與女嬰AGD 明顯較短相關(guān)，Sun等［29］也報道母親暴露于BPA 與男孩12 個月時AGD 縮短有關(guān)，但與女孩無關(guān)。但有研究發(fā)現(xiàn)母親尿中BPA 水平與子代AGD 沒有顯著相關(guān)性［30］。此外，在睪丸發(fā)育上，F(xiàn)isher 等［31］發(fā)現(xiàn)孕10～17周時母親血清BPA 水平與子代先天性或產(chǎn)后隱睪呈正相關(guān)。但是也有研究表明，母親早期暴露于BPA，對子代成年后（20～22歲）睪丸功能沒有不良影響［32］。

2.4 生殖發(fā)育相關(guān)表觀遺傳學(xué)機制 嚙齒類研究顯示環(huán)境內(nèi)分泌干擾物的跨代效應(yīng)可能與表觀遺傳介導(dǎo)機制有關(guān)［33］。孕期暴露BPA（50 μg/kg）可以導(dǎo)致雄性幼鼠睪丸中Dnmt3A和ERα基因啟動子區(qū)域明顯的高甲基化［34］。Wei等［35］也報道孕期暴露BPA（5 mg/kg）會增加成年雄性小鼠DNMTs的表達，使睪丸中ERα 和H19/Igf2 印跡基因甲基化，從而抑制體內(nèi)雌激素的轉(zhuǎn)錄。此外，Han等［36］采用相同的體內(nèi)模型研究發(fā)現(xiàn)BPA也會通過相似的機制損害雌性后代的卵巢發(fā)育。

孕期暴露BPA 能夠?qū)е伦哟凼蟛G丸miRNA表達情況發(fā)生改變［16］，進而損傷睪丸。Lite 等［25］也表明BPA 暴露對子代卵巢功能的影響，可能是通過顆粒細胞中miRNA改變介導(dǎo)的。

3 孕期BPA暴露對內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)育的影響

3.1 對甲狀腺的影響 BPA 可以透過胎盤屏障，擾亂胎兒甲狀腺脂肪因子軸，從而影響脂肪代謝和內(nèi)分泌系統(tǒng)［37］。從妊娠日（GD 1～GD 20）開始，經(jīng)口給予BPA（20～40 μg/kg），結(jié)果發(fā)現(xiàn)母鼠及胎鼠血清甲狀腺素和三碘甲腺原氨酸水平均低于對照組，而促甲狀腺激素（TSH）水平則高于對照組；BPA 暴露組胎鼠出現(xiàn)甲狀腺的組織病理學(xué)變化，包括成纖維細胞增生、管腔閉塞、水腫和變性［37］。人群調(diào)查也得到類似結(jié)果，即胎兒期對甲狀腺激素高度敏感。Chevrier 等［38］報道孕期BPA 暴露與新生兒TSH 降低有關(guān)。Romano［39］在一項出生隊列研究中，發(fā)現(xiàn)孕后期（26 周）接觸BPA，其暴露量與女孩體內(nèi)TSH水平呈負相關(guān)。

關(guān)于內(nèi)分泌發(fā)育相關(guān)表觀遺傳機制研究極少，目前集中在DNA 甲基化上，研究發(fā)現(xiàn)孕期BPA（40 μg/kg）暴露誘導(dǎo)子代胰腺損傷與胰島中胰島素樣生長因子-2（Igf2）的低表達和DNA 高甲基化有關(guān)［40］。

3.2 對胰腺的影響 糖尿病是一種以葡萄糖穩(wěn)態(tài)受損為特征的慢性疾病，在世界范圍內(nèi)日益流行。2010年，Alonso-Magdalena 等［41］發(fā)現(xiàn)小鼠孕期暴露于BPA，其6 個月后代在BPA 10 g/kg 劑量組出現(xiàn)葡萄糖耐受不良、胰島素抵抗、高胰島素血癥和胰島素釋放改變等多種不良結(jié)果。2016年，García-Arévalo 等［42］以相同的實驗?zāi)Ｐ瓦M一步研究，結(jié)果表明BPA 10 g/kg劑量組仔鼠的胰島素分泌和含量減少，并推測可能會導(dǎo)致成年期糖耐量受損。在此之前，也確有研究發(fā)現(xiàn)孕鼠暴露BPA（5～50 000 μg/kg）其18 周齡的子代糖耐量出現(xiàn)損傷［43］。

除此之外，相關(guān)研究顯示孕期BPA 暴露可能還與子代脂質(zhì)代謝［44］、向心性肥胖［45］有關(guān)，而兒童肥胖的長期風(fēng)險就包括2 型糖尿?。?6］。因此，BPA 對兩者之間關(guān)系存在的潛在影響值得深入探討。

4 小結(jié)與展望

日常生活中有較多的機會接觸BPA，盡管現(xiàn)階段各項研究結(jié)果不盡一致，但絕大部分顯示孕婦BPA 暴露對胎盤及子代在生殖系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)育有一定不良影響，相關(guān)的表觀遺傳調(diào)控也已成為該領(lǐng)域的研究熱點。BPA 暴露產(chǎn)生的影響可能會持續(xù)幾代［33］，所以減少其暴露極為關(guān)鍵。母親孕期是子代生長發(fā)育的窗口期，目前還沒有明確的臨床指南用于確定孕期BPA 暴露對子代產(chǎn)生不良發(fā)育結(jié)局的臨界值。因此，孕婦使用含有BPA 的產(chǎn)品時，應(yīng)引起高度重視。未來可以通過大量的動物實驗及流行病學(xué)研究，制定明確的孕期BPA 暴露的標(biāo)準(zhǔn)，為促進生殖健康、保護子代提供理論依據(jù)。