內(nèi)分泌干擾物對(duì)男性生殖功能損傷的研究進(jìn)展

趙旻曄，滑瑋，楊紅

(中國(guó)人民解放軍空軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科,西安 710032)

根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的定義,內(nèi)分泌干擾物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)是能從合成、分泌、轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)合、消除等任何途徑干擾體內(nèi)自然激素作用的外源性化學(xué)物或化學(xué)混合物的統(tǒng)稱(chēng)[1]。近半世紀(jì)以來(lái),EDCs對(duì)人類(lèi)生殖健康造成巨大影響,越來(lái)越引起研究者們的關(guān)注。Levine等[2]于2017年發(fā)表的一項(xiàng)薈萃分析中報(bào)道,隨著生活中與EDCs的接觸日益增多,僅在過(guò)去的40年間,男性精子數(shù)量就下降了約50%。Amir等[3]也發(fā)現(xiàn)不育男性血清中EDCs含量較健康人群顯著升高。鑒于EDCs對(duì)于人類(lèi)生殖健康愈來(lái)愈嚴(yán)重的影響,本文將針對(duì)常見(jiàn)EDCs對(duì)男性生殖功能的損傷及其機(jī)制進(jìn)行綜述。

一、常見(jiàn)EDCs及其分類(lèi)

目前人們?cè)谏钪凶畛＝佑|到的EDCs主要有雙酚A(bisphenol A,BPA)、鄰苯二甲酸鹽(phthalates)、多氯聯(lián)苯(polychlorinated biphenyls,PCBs)和殺蟲(chóng)劑等。這些EDCs廣泛且穩(wěn)定的存在于環(huán)境中,多數(shù)半衰期較長(zhǎng)不易降解,人體暴露主要包括食入、吸入或皮膚吸收[4]。

1.BPA:BPA具有雌激素活性,廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中,如食品包裝、玩具等,許多罐裝食品和飲料的包裝內(nèi)襯中都含有BPA樹(shù)脂,在這些食物接觸材料中,BPA可能在高溫、物理操作或重復(fù)使用下遷移至食物或水中,導(dǎo)致廣泛的BPA持續(xù)暴露,這種普遍性導(dǎo)致研究控制定量過(guò)程中完全消除BPA污染非常困難。Liu等[5]的研究表明,高濃度BPA暴露會(huì)出現(xiàn)卵巢功能衰竭,導(dǎo)致生殖功能障礙。

2.鄰苯二甲酸鹽:一大類(lèi)可用作液體增塑劑的化合物,廣泛存在于塑料、涂料、化妝品和醫(yī)用管材等產(chǎn)品中,因其與塑料之間不通過(guò)化學(xué)鍵結(jié)合,較易滲入環(huán)境中。研究表明,鄰苯二甲酸鹽具有抗雄激素活性,可以通過(guò)呼吸、皮膚吸收等方式進(jìn)入體內(nèi),其中最主要的攝入途徑為飲食攝入,占總吸收量的70%[6]。

3.PCBs:是一類(lèi)具有成對(duì)酚環(huán)和不同氯化程度的工業(yè)化學(xué)品,應(yīng)用范圍很廣,包括橡膠和樹(shù)脂中的增塑劑、無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙、粘合劑、油漆和油墨,其用途的多樣性也導(dǎo)致了廣泛的環(huán)境污染[7]。據(jù)報(bào)道,這種持久性有機(jī)污染物具有生物累積性,可以?xún)?chǔ)存在人體尤其是肥胖人群的脂肪中,對(duì)健康產(chǎn)生不利影響[8]。部分PCBs可能通過(guò)直接或間接影響甲狀腺過(guò)氧化物酶抗體(TPOAbs)水平,破壞正常的甲狀腺功能,從而被歸類(lèi)為EDCs[9]。

4.殺蟲(chóng)劑:廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中,且易殘留于土壤、植物中。對(duì)二氯二苯基三氯乙烷(p,p’-Dichlorodiphenyltrichloroethane,DDT)是常見(jiàn)的工業(yè)和家用人工合成殺蟲(chóng)劑,具有半衰期長(zhǎng)、用途廣泛和親脂性等特點(diǎn)。據(jù)報(bào)道,DDT及其代謝產(chǎn)物二氯二苯基二氯乙烯(DDE)和二氯二苯基二氯乙烷(DDD)與內(nèi)分泌相關(guān)疾病有關(guān)聯(lián),例如甲狀腺腫瘤[10]和乳腺癌[11]。

二、常見(jiàn)EDCs對(duì)生殖系統(tǒng)的損傷

1.EDCs對(duì)精液質(zhì)量的影響:成年男性生精細(xì)胞的損傷通常會(huì)影響精子發(fā)生,例如癌癥化療和低劑量照射等,如果精原干細(xì)胞沒(méi)有被破壞,可以在幾個(gè)月或幾年后恢復(fù)生精功能;而在成長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的一些關(guān)鍵暴露窗口時(shí)期暴露于EDCs則可能導(dǎo)致成年后精液質(zhì)量的異常。Mocarelli等[12]一項(xiàng)針對(duì)EDCs暴露事故中男性的研究表明,母乳喂養(yǎng)導(dǎo)致圍產(chǎn)期二惡英暴露與青春期后精子濃度、精子活力及總精子數(shù)量的減少有關(guān)聯(lián);相反,成年后暴露于二惡英則不會(huì)對(duì)精液質(zhì)量造成長(zhǎng)期影響。造成這一現(xiàn)象的關(guān)鍵似乎是暴露窗口為嬰兒期,因?yàn)樵撚绊懼辉谀溉槲桂B(yǎng)時(shí)出現(xiàn),使用配方奶喂養(yǎng)時(shí)不出現(xiàn)。嬰兒期正是支持細(xì)胞快速增殖的時(shí)期,可能解釋了這一關(guān)聯(lián)。Istvan等[13]進(jìn)行的橫斷面研究發(fā)現(xiàn),母親在懷孕期間職業(yè)暴露于潛在的EDCs與子代成人后低精液量和總精子數(shù)之間存在關(guān)聯(lián),特別是暴露于殺蟲(chóng)劑、鄰苯二甲酸鹽和重金屬。這些研究表明,發(fā)育中的睪丸暴露于某些化學(xué)物質(zhì),特別是那些影響精原干細(xì)胞或支持細(xì)胞的化學(xué)物質(zhì),將導(dǎo)致睪丸不可逆的變化,成年后精液質(zhì)量不可逆下降。

關(guān)于成人PCBs暴露與精液質(zhì)量之間關(guān)系的研究報(bào)道,結(jié)果差異很大。有一項(xiàng)研究表明精子DNA完整性受損與PCBs暴露有關(guān)[14];而另一項(xiàng)研究則報(bào)告沒(méi)有相關(guān)性,但胎兒時(shí)期暴露于低氯多氯聯(lián)苯與精子總數(shù)降低、小睪丸風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[15]。還有研究發(fā)現(xiàn),精子細(xì)胞直接暴露于PCBs,對(duì)精子活動(dòng)率、受精率、胚胎發(fā)生和孵化均有負(fù)面影響[16]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示,小鼠青春期PCBs暴露會(huì)通過(guò)增加睪丸氧化應(yīng)激導(dǎo)致精子畸形率上升、數(shù)量減少、睪丸細(xì)胞凋亡[17]。綜上,PCBs暴露可能會(huì)影響精子DNA的完整性和運(yùn)動(dòng)性,但其潛在機(jī)制尚不清楚。

在研究BPA暴露的研究中,Adoamnei等[18]關(guān)于尿液中BPA水平與精液參數(shù)和性激素水平之間關(guān)系的橫斷面研究表明,LH水平與尿液BPA濃度呈顯著正相關(guān),精子濃度和總精子數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。相反,Castellini等[19]最近一項(xiàng)關(guān)于尿液中BPA水平與精液質(zhì)量之間關(guān)系的Meta分析總共納入了9項(xiàng)研究共計(jì)2 399名男性,結(jié)果顯示只有精子活力參數(shù)與尿中BPA水平呈統(tǒng)計(jì)學(xué)負(fù)相關(guān),且在針對(duì)發(fā)表偏倚進(jìn)行調(diào)整后失去意義。Dere等[20]研究了從妊娠早期開(kāi)始持續(xù)暴露于BPA對(duì)雄性生殖的影響,發(fā)現(xiàn)僅在最高給藥劑量為25萬(wàn)μg/kg/d時(shí)子代SD大鼠出現(xiàn)體重、睪丸和附睪重量顯著下降,而全基因組轉(zhuǎn)錄組學(xué)和表觀基因組學(xué)分析未能檢測(cè)到精子mRNA和DNA甲基化水平的顯著變化。Forner-Piquer等[21]進(jìn)行了類(lèi)似的研究,使用高、低濃度兩種不同濃度的BPA飼喂成年雄性鳙魚(yú)21 d后發(fā)現(xiàn),高濃度組(4 000 μg BPA/kg/d)會(huì)降低精子活力、改變直線(xiàn)速度(VSL)和線(xiàn)性度(LIN)、同時(shí)下調(diào)11-酮睪酮,但兩組均有睪酮上調(diào),且雌二醇水平均未受影響。Axelstad等[22]通過(guò)給予大鼠子宮內(nèi)、哺乳期止痛藥撲熱息痛和人類(lèi)相關(guān)EDCs混合物暴露,發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比,撲熱息痛和高劑量抗雄激素混合物組的雄性睪丸重量顯著增加,且附睪精子數(shù)量均減少。還有兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),青春期BPA暴露將會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激反應(yīng)顯著升高和內(nèi)分泌紊亂,并導(dǎo)致睪丸細(xì)胞凋亡和自噬,最終損害精子發(fā)生、精子活力[23-24]。綜上,關(guān)鍵時(shí)期的BPA暴露似乎更易導(dǎo)致生精功能異常。

目前研究表明鄰苯二甲酸鹽對(duì)哺乳動(dòng)物睪丸發(fā)育有危害,但其影響精子質(zhì)量和功能的具體機(jī)制尚不清楚。Wang等[25]最近一項(xiàng)關(guān)于鄰苯二甲酸鹽及其衍生物對(duì)精液質(zhì)量影響的Meta分析顯示,尿中鄰苯二甲酸一丁酯(MBP)、鄰苯二甲酸一苯酯(MBzP)和精液中鄰苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)水平與精子濃度呈負(fù)相關(guān),與精子活力、精子形態(tài)等其他精液參數(shù)并無(wú)關(guān)聯(lián)。而在Ramsay等[26]的研究中發(fā)現(xiàn),暴露于工業(yè)排放污氣中的鄰苯二甲酸鹽與精子活力下降有關(guān)聯(lián)。Zhao等[27]則通過(guò)體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)證明了DEHP引起睪丸間質(zhì)細(xì)胞睪酮合成減少和睪丸支持細(xì)胞分泌功能紊亂,從而導(dǎo)致生精功能障礙。

曾有來(lái)自瘧疾流行地區(qū)的研究報(bào)告發(fā)現(xiàn),DDT及其衍生物的高頻率使用對(duì)男性生殖存在負(fù)面作用。Aneck-Hahn等[28]于南非的研究表明,DDE暴露與精子活力和精子總數(shù)呈負(fù)相關(guān)。在Giulioni等[29]的Meta分析中,研究了擬除蟲(chóng)菊酯和有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑與人類(lèi)精液參數(shù)的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)擬除蟲(chóng)菊酯暴露僅對(duì)精子形態(tài)造成影響,而有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑則與射精量、精子濃度、精子總數(shù)、精子活性顯著減少有關(guān)。Ghafouri-Khosrowshahi等[30]亦報(bào)道農(nóng)村人口(長(zhǎng)期接觸有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑)的精子數(shù)量和活力都較城市人口顯著降低。Erthal等[31]發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為無(wú)害的低劑量殺蟲(chóng)劑馬拉硫磷能夠通過(guò)下調(diào)睪丸相關(guān)基因表達(dá)來(lái)?yè)p害精子頂體完整性,從而影響精液質(zhì)量和功能。

綜上,目前EDCs對(duì)精液質(zhì)量影響的研究大多指向了一種假說(shuō),即早期暴露窗口是決定影響結(jié)果的關(guān)鍵,因?yàn)椴涣缄P(guān)聯(lián)最常在早期暴露的人群中發(fā)現(xiàn)。這意味著現(xiàn)階段研究面臨的主要問(wèn)題是:從暴露到不良結(jié)果顯現(xiàn)之間有很長(zhǎng)的時(shí)間滯后。介于有機(jī)污染物的持久性,雖然可以在接觸多年后進(jìn)行研究,但很難在暴露起始階段研究精液質(zhì)量與代謝快速的化合物之間的相關(guān)性,在今后的研究中,如何將早期暴露與未來(lái)精液質(zhì)量不良結(jié)果緊密聯(lián)系起來(lái)是亟需解決的問(wèn)題。

2.EDCs與尿道下裂:尿道下裂(Hypospadias)是一種常見(jiàn)的外生殖道先天畸形,為胚胎發(fā)育過(guò)程中尿道溝閉合異常導(dǎo)致。尿道下裂發(fā)病率在全球不同地區(qū)各不相同,但近年來(lái)多個(gè)國(guó)家均出現(xiàn)發(fā)病率增高的報(bào)道[32]。

在流行病學(xué)調(diào)查中,Estors Sastre等[33]的一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),父母的EDCs職業(yè)暴露與子代尿道下裂和隱睪癥的發(fā)病率上升有關(guān)聯(lián)。同樣,Das等[34]研究發(fā)現(xiàn),母親懷孕初期(前3個(gè)月)接觸鄰苯二甲酸鹽、農(nóng)藥、烷基酚類(lèi)化合物等干擾激素化學(xué)品會(huì)增加孩子患病風(fēng)險(xiǎn),最高可達(dá)對(duì)照組3.8倍,而父親暴露則會(huì)增加至少2倍的患病風(fēng)險(xiǎn),因農(nóng)藥成分復(fù)雜,目前尚無(wú)法明確具體作用成分。然而,Mahboubi等[35]于加拿大某省對(duì)尿道下裂患病率進(jìn)行地理空間分布分析研究,結(jié)果卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高患病聚集區(qū)與有毒工廠分布之間存在顯著空間相關(guān)性。血清、尿液內(nèi)EDCs代謝物含量是反應(yīng)人體暴露程度的良好指標(biāo),多項(xiàng)研究在評(píng)估環(huán)境化學(xué)物質(zhì)在發(fā)病中作用時(shí)通過(guò)收集孕期母親血清、尿液樣本進(jìn)行研究:Bornman等[36]報(bào)道孕期母親尿中氯氰菊酯和其他擬除蟲(chóng)菊酯的代謝物濃度與尿道下裂的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。但也有一些陰性結(jié)果被報(bào)道:Bhatia等[37]沒(méi)有發(fā)現(xiàn)尿道下裂與孕期母親血清DDT、DDE水平之間的關(guān)聯(lián);Tysman等[38]檢測(cè)了母乳中二惡英、PCBs、阻燃劑和全氟烷基化合物(PFAS)的濃度水平,并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與尿道下裂發(fā)病之間的關(guān)聯(lián);Blaauwendraad等[39]沒(méi)有發(fā)現(xiàn)母親妊娠期尿液中鄰苯二甲酸鹽或雙酚濃度水平與后代隱睪和尿道下裂的關(guān)系。這些研究結(jié)果互相矛盾,流行病學(xué)差異很可能會(huì)是受到環(huán)境的影響,但尿道下裂發(fā)病罕見(jiàn),且畸形程度多變,病例對(duì)照研究數(shù)量較少,說(shuō)服力不夠充分。因此,人類(lèi)暴露于EDCs是否可能導(dǎo)致尿道下裂仍需更為強(qiáng)力的證明。

在動(dòng)物研究中,宮內(nèi)暴露于抗雄激素物質(zhì)的雄性幼崽,常罹患尿道下裂。常見(jiàn)的抗雄激素物質(zhì)的作用途徑主要分為兩種,一類(lèi)為抑制睪酮的產(chǎn)生(如鄰苯二甲酸鹽)[40],另一類(lèi)則會(huì)阻斷雄激素受體(AR)(如多溴二苯醚)[41]。有兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了除草劑類(lèi)ECDs阿特拉津(Atrazine,ATR)對(duì)子宮內(nèi)小鼠影響的研究,Govers等[42]發(fā)現(xiàn)暴露ATR后導(dǎo)致陰莖結(jié)構(gòu)縮短、尿道下裂發(fā)生率增加;Tan等[43]則發(fā)現(xiàn)暴露于ATR影響陰莖形態(tài)、導(dǎo)致尿道位置和睪丸下降,并減少了肛殖距,但這些影響可能不是通過(guò)拮抗AR產(chǎn)生的。盡管抗雄激素物質(zhì)的作用機(jī)制不同,但均以劑量累加的方式發(fā)揮作用,這增加了混合物中低劑量個(gè)別化學(xué)品物質(zhì)不良影響的可能性。

3.EDCs與睪丸腫瘤:睪丸惡性腫瘤中睪丸生殖細(xì)胞癌(testicular germ cell cancer,TGCC)發(fā)病率占比最高,約為95%,是年輕男性中最常見(jiàn)的實(shí)體惡性腫瘤[44]?；A(chǔ)研究表明,TGCC起源于胎兒,從青春期開(kāi)始的激素刺激會(huì)刺激腫瘤的發(fā)展,在年輕男性中發(fā)病率最高,不同地區(qū)和人群之間的發(fā)病率差異很大[45]。全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了TGCC易感性的遺傳多態(tài)性,但同時(shí)環(huán)境因素也起著重要作用。瑞典移民研究表明,第一代移民患TGCC風(fēng)險(xiǎn)遵循其母國(guó)的模式,而第二代移民(出生在瑞典)患病風(fēng)險(xiǎn)則為瑞典模式[46]。

由于TGCC可能起源于子宮內(nèi)胎兒時(shí)期,一些研究報(bào)道了母親EDCs暴露與后代發(fā)病率之間的關(guān)系。Br?uner等[47]的研究表明,母親EDCs暴露與男性后代患睪丸腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)較高相關(guān),風(fēng)險(xiǎn)比為2.16。Danjou等[48]進(jìn)行的一項(xiàng)病例對(duì)照研究通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷收集母親妊娠期、哺乳期家庭使用殺蟲(chóng)劑和除草劑的情況發(fā)現(xiàn),雖然殺蟲(chóng)劑或除草劑的使用與睪丸生殖細(xì)胞腫瘤(Testicular germ cell tumours,TGCT)總體和非精原細(xì)胞瘤亞型的發(fā)病率沒(méi)有關(guān)聯(lián),但任何殺菌劑的使用都使得TGCT的總體風(fēng)險(xiǎn)升高。目前許多針對(duì)成人后EDCs暴露與發(fā)病之間的關(guān)聯(lián)研究,結(jié)果報(bào)道多數(shù)為陰性結(jié)果,即腫瘤與職業(yè)或環(huán)境暴露無(wú)關(guān)。在Cheng等[49]的一項(xiàng)病例對(duì)照研究中,僅有一類(lèi)具有潛在雌激素作用的PCBs暴露組發(fā)現(xiàn)精原細(xì)胞瘤/非精原細(xì)胞瘤發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加,其他結(jié)果均無(wú)關(guān)聯(lián)性。Hardell等[50-52]同時(shí)研究了產(chǎn)前和產(chǎn)后暴露對(duì)TCGG發(fā)病的影響,通過(guò)收集入組者成年后本人和母親的血清研究發(fā)現(xiàn),TGCC組母親血清中的多溴二苯醚和PCBs同系物的濃度高于對(duì)照組,而在本人的血清中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這種關(guān)聯(lián)。目前仍需要更多的研究來(lái)評(píng)估胎兒暴露于EDCs與TGCC發(fā)病之間的關(guān)系,但由于子宮內(nèi)暴露與成年結(jié)果之間有很長(zhǎng)的滯后性,這方面的研究較為困難。

雖然TGCC沒(méi)有良好的動(dòng)物模型,但睪丸組織學(xué)的超微結(jié)構(gòu)變化已被用作癌癥風(fēng)險(xiǎn)的替代指標(biāo)。例如,在Fisher等[53]的研究中,大鼠胎兒接觸鄰苯二甲酸鹽后,睪丸會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)異常;而有趣的是Nava-Castro等[54]發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,母鼠妊娠期BPA暴露促進(jìn)了雄性子代小鼠的腫瘤生長(zhǎng)約75%。

綜上所述,子宮內(nèi)胚胎期的EDCs暴露與TGCC發(fā)病率表現(xiàn)出更緊密的聯(lián)系。然而由于缺乏人類(lèi)睪丸癌的動(dòng)物模型,關(guān)于EDCs和TGCC的研究目前僅限于流行病學(xué)研究。建立一個(gè)成熟的TGCC模型將會(huì)為我們提供一種新的研究方向。

三、小結(jié)與展望

近年來(lái),社會(huì)工業(yè)化迅速發(fā)展,EDCs使用大量增加,同時(shí)伴隨男性生殖能力的下降,人們對(duì)EDCs的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的研究興趣日益濃厚。許多實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果支持EDCs暴露在男性生殖健康問(wèn)題發(fā)生中的作用,而流行病學(xué)的研究結(jié)果也表明了EDCs暴露與男性生殖疾病之間存在聯(lián)系?？傮w而言,母親孕期暴露與一系列疾病之間存在聯(lián)系,包括發(fā)育異常(如隱睪癥和尿道下裂)、精液質(zhì)量差以及患TGCC的風(fēng)險(xiǎn)增加。

由于多種原因,EDCs暴露與男性生殖健康之間關(guān)系的研究目前仍舊具有挑戰(zhàn)性。首先,人體會(huì)不斷接觸不同化學(xué)物質(zhì)混合物,很難像動(dòng)物實(shí)驗(yàn)一樣進(jìn)行單一化學(xué)物質(zhì)效果評(píng)估;其次,有的暴露在胚胎時(shí)期,甚至更早階段,已有研究證實(shí)父親暴露改變精子表觀基因組學(xué)可能與后代健康之間存在關(guān)聯(lián);最后,一般橫斷面研究?jī)H檢查化學(xué)物質(zhì)暴露與精液質(zhì)量或生殖激素在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的關(guān)系,對(duì)于半衰期短的化學(xué)品,單點(diǎn)化學(xué)測(cè)量可能無(wú)法反映長(zhǎng)期暴露的真實(shí)水平。

通過(guò)現(xiàn)階段的研究我們已經(jīng)了解到EDCs可能通過(guò)多種不同的機(jī)制起作用,但這些機(jī)制尚未在人體研究中得到充分闡明,需要進(jìn)一步的研究來(lái)確定EDC發(fā)揮其病理生理作用的機(jī)制。另外,EDCs的影響也需要在不同的地理人群中進(jìn)行良好的、縱向的、多中心的研究,也需要調(diào)查EDCs的全面跨代影響,以確定EDCs在連續(xù)幾代人中對(duì)男性生殖健康造成累積不利影響的可能性。