第9章-发育毒性和致畸作用4.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第九章 发育毒性与致畸作用,(Chemical Teratogenesis&Developmental Toxicology),1,【,目的要求,】,掌握外源化学物对生殖系统毒作用过程、特点及评价方法。,掌握外源化学物对机体致畸作用（发育毒性）过程、特点、影响因素及评价方法。,2,【,内 容,】,第一节 概述,第二节 发育毒性与致畸性,第三节 致畸（发育毒性）作用机制,第四节 发育毒性和致畸作用的试验与评价,3,反应停,(thalidomide),事件,孕妇的理想选择？,1953,年，联邦德国一家名为,Chemie,Gruenenthal,的制药公司研究人员发现，反应停（沙立度胺）具有一定的镇静安眠作用，而且 对孕妇怀孕早期的妊娠呕吐疗效极佳。,1957,年,10,月,1,日该公司将反应停正式推 向市场。,4,当时反应停成了“孕妇 的理想选择”，在欧 洲、亚洲、非洲和南美洲被医生大 量处方给孕妇以治疗 妊娠呕吐。,科学家们在研制反应停时，并没有料到这种药物会产生如此可怕的副作用。,5,1960,年，欧洲的医生们开始发,现，本地区畸形婴儿的出生率明,显上升。这些婴儿以四肢畸形为,主，还有的是腭裂、盲儿或聋,儿，或内脏畸形。,1961,年,11,月，联邦德国汉堡,大学的遗传学家兰兹博士根,据自己的临床观察提示反应,停可能具有致畸胎性。,1961,年底,Thalidomide,退出市场,1962:FDA inspector,Frances,Oldham Kelsey,receives an,award from President,John F.,Kennedy,for blocking sale of,Thalidomide in the United,States,梅里尔公司在申请前研究过,“反应停”对怀孕大鼠和孕妇,的影响，但没有出现畸形大,鼠和畸形儿。,Kelsey,以数据不全为由，,8,Thalidomide,为什么导致畸形儿的出生？,为什么畸形大都是四肢短小？,为什么大鼠没有出现畸形？,为什么在梅里尔公司的研究中，,halidomide,没有导致畸形儿的出生？,9,10,胚胎早期发生,一、受精,1,精、卵膜的接触并融合。,2,精核与其胞质进入卵细胞。,3,雌原核、雄原核形成。,4,雌、雄原核的靠拢、融合,11,桑椹胚（,morula,）,：,受精后,第3天,，形成了1216个卵裂球组成的实心胚。,胚泡：,受精后第,46,天桑椹胚细胞继续分裂，细胞间开始出现小腔隙，并逐渐汇合成一个大腔，桑椹胚转变为中空的泡状。,着床：,胚泡埋入子宫内膜的过程；开始于受精后第,56,天，完成于第,1112,天,二、卵裂和胚泡形成,12,三、植入,着床：,胚泡埋入子宫内膜的过程；开始于受精后第,56,天，完成于第,1112,天,13,四、胚层形成和分化,（一）二胚层胚盘及相关结构的形成,1.,下胚层,:,面向胚泡腔内细胞群细胞形成的单层细胞。,2.,上胚层,:,其余内细胞群细胞排列规则形成的细胞层。,3.,二胚层胚盘,:,上下胚层紧密相贴，形成椭圆形盘状结构。,形成的时间 第,2,周,14,（二）三胚层形成,胚胎第,3,周初，胚盘尾端中线处的上胚层增生形成原条。,15,外胚层,背侧中线增厚,神经板,沟缘愈合,神经管,(,neural tube)：,中枢神经系统,、,神经垂体、,视网膜、,松果体等,神经褶,神经沟,神经嵴,(,neural crest),：,周围神经系统、,肾上腺髓质等,表面外胚层：,表皮及其附属器、,内耳膜迷路、,角膜上皮等,畸形：前神经孔不闭无脑儿,后神经孔不闭脊髓裂,（三）三胚层的分化,轴旁中胚层 体节,生皮节：真皮,生骨节：中轴骨(脊柱、肋骨）,生肌节：躯干肌,间介中胚层：泌尿生殖系统的原基,侧中胚层,体壁中胚层,：,体壁的骨骼、肌肉、血管、结缔组织等,原始体腔：,心包腔、胸膜腔、腹膜腔,脏壁中胚层：,消化和呼吸系统的肌组织、血管、结缔组织等,生心区 心脏的原基,间充质 结缔组织、肌组织、血管,前肠,(,前端口咽膜,),内胚层,(,原肠,),中肠,(,连卵黄囊,),消化、呼吸,后肠,(,末端泄殖腔膜,),系统上皮,另,:,甲状腺,甲状旁腺,胸腺 上皮,中耳,膀胱,阴道,18,五、胚体外形建立,第,5,周后，,胚胎外形发生了一系列的变化。胚体颜面已形成，眼、耳和鼻已出现，肢芽形成四肢，外生殖器已发生，颈部出现，头已伸直，脐带形成，胎儿悬浮于羊膜腔中。,第,8,周末，胚体已成人形外形建立。,19,胎盘功能,(1),物质交换：,母体和胎儿物质交换。,(2),屏障作用,胎盘膜：由合体滋养层、细胞滋养层和基膜、绒,毛内结缔组织、绒毛内毛细血管的基膜,及内皮细胞组成。,内分泌功能,HCG,：受精后第,2,周开始分泌，第,8,周达高峰；,HCS,：受精后第,2,月开始分泌，第,8,月达高峰；孕激素及雌激素：受精后第,4,月开始分泌,20,胚胎发育分期,精子卵子受精卵,人胚胎在母体内发育经历38周(38周7天/周=266天)，,可分为二个时期：,1.胚期(,embryo),受精后18周,致畸敏感期,2.胎期(,fetus),受精后938周,对致畸因子不敏感,3.,围生期（围产期）,第26周至出生后4周，此时期母婴保健和护理应特,别注意，“围生期医学”因此诞生。,21,人类胚胎的致畸敏感期,22,23,第一节 概述,畸胎学（,Teratology,古代）,现代实验畸胎学（十九世纪）,发育毒理学（,Developmental toxicology,二十世纪）,24,Teratology(,畸胎学,),来自于希腊语,monster(,怪胎,),，即,teras(,畸胎,),。,1651,年，,William Harvey,提出发育障碍学说：畸形起因于器官或结构的不完全发育。,一、畸胎学,25,物理、化学因素,鸡蛋,畸形小鸡：,神经管缺陷、无脑畸形、脊柱裂、独眼畸形、心脏缺陷等,作用时间在决定畸形类型方面比损伤性质更重要。,二、现代实验畸胎学,26,20,世纪早期，环境因素（温度、微生物毒素和药物）可干扰鸟类、爬行类、鱼类和两栖类的发育。,1935,年，,Hale,报道维生素,A,缺乏可诱导母猪产下突眼和腭裂的畸形后代。,后来，发现氮芥、锥蓝、激素、抗代谢药、烷化剂和缺氧等，均可引起哺乳动物畸形。,1940,年澳大利亚风疹大流行，次年流行婴儿先天性白内障、耳聋、智力不全、先天性心脏病,1945,年广岛长崎原子弹爆炸，受辐射儿童出现小头畸形、智力低下，一年内死亡率,25,%,三、发育毒理学,27,三、发育毒理学,28,1950,年，日本，先天性,水俣病,患者。,手足,协调失常，甚至步行困难、运动障碍、弱智、听力及言语障碍、肢端麻木、感觉障碍、视野缩小；重者例如神经错乱、思觉失调、痉挛，最后死亡。,三、发育毒理学,29,20,世纪,70,年代，,Jones,描述了酒精综合征（,FAS,），包括面部畸形、宫内和产后生长迟缓、精神运动和智力发育障碍等。,三、发育毒理学,30,胎儿酒精综合症（英文：,Fetal alcohol syndrome,，简称,FAS,）又称胎儿酒精症候群，是,母亲在妊娠期间酗酒,对胎儿所造成的永久出生缺陷，程度会按母亲喝酒的份量、频率及时间所影响。酒精会进入胎盘，并阻碍胎儿的成长及体重，造成独特的脸部小斑，破坏神经元及脑部结构，并引起体质、心智或行为等问题,孕妇吸烟也引起不良妊娠结局，包括流产、围生期死亡、婴儿猝死综合征等。,可卡因暴露也可引起多种不良发育效应，如胎盘早期剥离、早产和流产、小脑畸形等,三、发育毒理学,31,上述事件让人们认识到生物、物理、化学和不良生活嗜好都可引起人类畸形。,1966,年，,FDA,提出三段生殖毒性试验指南，包括对致畸等发育毒性的评价。,1986,年，美国环境保护局（,EPA,）提出可疑发育毒性危险度评价指南，,第一次提出要对化合物进行发育毒性评价,。,三、发育毒理学,32,人类成功妊娠结局（,pregnancy outcomes,）的比例非常低。,美国统计，着床前丢失（早早孕丢失）超过,50%,，着床后丢失（流产、死胎）约占,31%,；新生儿严重畸形率约,2-3%,，,1,岁婴儿,67%,，轻微畸形约,14%,；低出生体重占,7%,。,1,岁婴儿死亡率,1.4%,，神经功能异常占,16-17%,。,我国卫生部（,1988,）：,29,个省市,19861987,年,1 243 284,例围产儿，先天畸形率,1.3%,，推算我国每年有,3040,万严重的先天畸形儿出生，其中很大比例在一年内死亡。,全球确认的先天缺陷有,7000,多种，前五位为先天性心脏病、神经管缺陷、血红蛋白病、唐氏综合征、蚕豆病。,三、发育毒理学,33,出生缺陷原因尚未明了，估计,15-25%,为遗传因素，,4%,归因于母体状况，,3%,为母体感染，,1-2%,由于脐带阻断等功能机械因素；与化学物或其他因素有明确关系的不到,1%,。其他不明出生缺陷可能与环境因子暴露有关。,发育毒理学,(developmental toxicology),：是研究出生前暴露于环境有害因子导致的异常发育结局及有关的作用机制、发病原理、影响因素和毒代动力学等。包括,受精卵、妊娠期、出生后、直到性成熟的发育过程。,三、发育毒理学,34,35,36,第二节 发育毒性与致畸性,畸形：,指发育生物体解剖学上的形态结构的缺陷。分为严重畸形,(major),和轻微,(minor),畸形。前者对外观、生理功能和,(,或,),寿命有明显影响，后者则只有轻微影响。,致畸物或致畸原,(teratogen),：,能引起畸形的环境因子。,致畸性,(teratogenic effect or teratogenesis),和致畸作用,(teratogenicity),：,致畸物引起畸形的过程和能力。,1.,畸形,(malformation),一、基本概念,37,变异：,是由遗传和遗传外因素控制的外观变化，或由于分化改变而引起的差异。指同一种属的子代与亲代之间或子代的个体之间，有时出现不完全相同的现象，是小的或次要的改变。一般认为变异不影响正常生理功能，更不危及生命。,2.,变异,(variation),一、基本概念,38,胚体毒性,(embryotoxicity),：,指外源性理化因素对,孕体,着床前后直到器官形成期结束时的有害影响。,表现：,胚体期染毒而出现畸胎、生长迟缓、着床数减少和吸收胎，也偶有死胎。,胎体毒性或胎儿毒性,(fetoxicity),：,对孕体器官形成期结束后的有害影响。,表现：,胎儿死亡、体重降低、骨化迟缓、功能缺陷以及结构异常，甚至肿瘤。,3.,胚体,-,胎体毒性,一、基本概念,39,孕体,是指胎儿、胎膜和胎水构成的复合体，孕体在整个妊娠期起着主导作用,在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分胎儿与胚体，所以使用,胚胎毒性（,embryo-fetal toxicity,）,更恰当。,广义的说胚胎毒性包括孕体结构和功能方面的各种损害，一般情况下，,胚胎毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，,而不包括结构畸形。,3.,胚体,-,胎体毒性,一、基本概念,40,一、基本概念,发育生物体死亡,(death of the developing organism),：,包括受精卵未发育即死亡或胚泡未着床即死亡,(,早早孕丢失,),，或着床后发育到某一阶段死亡。早期死亡被吸收或自子宫排出，晚期死亡成为死胎。,生长改变,(altered growth),：,一般指生长迟缓。当胎儿生长发育指标低于正常对照的均值,2,个标准差时，可认为生长迟缓。,4.,发育毒性,(developmental toxicity):,出生前后接触有害因素，子代个体发育成体之前诱发的任何有害影响。,41,一、基本概念,结构异常,(structural abnormality),：,指胎儿形态结构异常，即畸形，包括外观畸形、内脏畸形和骨骼畸形。,功能缺陷,(functional deficiency),：,包括生理、生化、免疫、行为、智力等方面的异常。经常在出生后，听力或视力障碍、生殖功能障碍、智力障碍等。,4.,发育毒性,42,一、基本概念,5.,出生缺陷,(birth defect),：,指婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括畸形和功能缺陷。,与营养缺乏和环境有害因子有关的出生缺陷：,先天性心脏病,(congenital heart disease):,在胚胎发育时期，由于心脏及大血管的形成障碍而引起的局部解剖结构异常，或出生后心脏应自动关闭的通道未能闭合。,唇腭裂：,最常见口腔颌面部畸形，分唇裂和腭裂,43,一、基本概念,5.,出生缺陷,神经管畸形：,中枢神经系统的发育畸形，包括无脑畸形和脊柱裂。,母体怀孕初期叶酸缺乏是主要原因。,尿道下裂,(hypospadia):,男性泌尿生殖系统最常见的先天畸形，尿道开口于正常位置的下方。环境内分泌干扰物。,隐睾症：,睾丸下降不全，男性常见。,低出生体重：,子代出生时体重明显低于正常值范围。出生后,1,小时内体重,2500 g,。,44,一、基本概念,6.,不良妊娠结局,(adverse pregnancy outcomes),指妊娠后不能产生外观和功能正常的子代，包括所有的不良反应，如流产、死胎、死产、功能生长延缓、发育异常、新生儿和婴幼儿期死亡等。,45,1.,发育各阶段发育毒性作用的特点和致畸敏感期,不同发育毒物可作用于不同发育阶段，产生不同效应。因此，孕体发育不同阶段接触各种发育毒物所引发的发育毒性反应也不一样。,最易引起畸形的阶段为器官形成期。,二、发育毒性作用的特点和影响因素,46,47,（,1,）着床前期,又称分化前期，从受精时算起，到完全着床之前。,人类为受精后的第,11,12,天；啮齿类动物为最初的天。,特点：,受损的是早期胚胎的相对未分化细胞。可通过代偿性细胞增生加以修补，很少发生特异的致畸效应，通常是未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡死亡，称为着床前丢失。也有例外，如小鼠妊娠第,2.5,天、,3.5,天和,4.5,天用甲基亚硝脲处理可造成子代神经管缺陷和腭裂。,48,（,2,）器官形成期,着床后孕体即进入器官形成期，直到硬腭闭合；,事件,：,细胞增殖、移动和组合形成器官原基，即细胞结构开始分化，并逐渐形成不同的器官和组织。,时间：,人类,为第,3-8,周,；大小鼠为第,6-15,天，家兔为,6-18,天；,特点：,细胞增殖,分裂速度很快，组织器官生长旺盛，胚胎对致畸物特别敏感，细胞受损可导致结构畸形、生长迟缓或胚胎死亡。,这一发育阶段被称为,致畸敏感期或致畸作用危险期（,critical period,）。,49,大多数器官对致畸作用有特殊的敏感期，及所谓的,时间“靶窗”,(target windows),；,不同器官敏感期不同，且有交叉重叠。表现为：不同器官致畸高峰时间不同，此期内不同时间给予致畸物会诱发不同器官畸形，同一天染毒可引起多个器官受损。,（,2,）器官形成期,50,人类胚胎的致畸敏感期,（,2,）器官形成期,51,人、大鼠和家兔致畸敏感期及不同器官诱发畸形的“靶窗”,（,2,）器官形成期,52,致畸试验的染毒时间都包括整个敏感期，利于发现致畸效应。,同一致畸物，给予时间不同，会产生不同的畸形。即同一剂量同种致畸物在敏感期中与胚胎接触，可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。,另外，器官形成期暴露也可以引起胚胎死亡。一胎多仔动物,(,如啮齿类,),胚胎死亡后被吸收，称吸收胎,(resorption),在人和灵长类表现为流产,(abortion),。,（,2,）器官形成期,53,器官形成结束（以硬腭闭合为标志）后即进入胎儿期。,事件：,主要是组织分化、生长和生理学成熟。,时间：,人类是从第,56-58,天起，直到分娩。,特点：,胚胎的器官、系统的基本结构形成后，致畸物难以使之发生结构缺陷，通常是变形或异常而非畸形。,胎儿期接触外源性理化物质，很可能对生长和功能成熟产生效应，如免疫系统、中枢神经系统和生殖器官功能异常，,主要表现为：,全身生长迟缓、特异的功能障碍、经胎盘致癌和偶见死胎。,（,3,）胎儿期,54,（,3,）胎儿期,55,此期接触外源性化学物质，主要表现在,发育免疫毒性、神经行为发育异常和儿童期肿瘤。,围生期接触外源化学物，会严重影响胎儿,T,细胞、,B,细胞和吞噬细胞的发育、迁移、归巢及功能，可能暂时甚至永久性地损伤机体的,免疫系统,。,许多化学物质具有,发育神经毒性,，表现为对感觉、运动、认知、学习、记忆等方面的影响。,围生期是一生中对致癌物最敏感的时期,。因为细胞增殖快、药物代谢酶发育不全、免疫监视功能低下，许多儿童高发肿瘤可能与出生前后暴露某些环境因素有关。,（,4,）围生期和出生后的发育期,56,2.,发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题,较常见,高度致畸作,用，较少见,在开始生长迟,缓到致死剂量,之间，多设实,验组，以确证,无致畸作用,57,2.,发育,毒性的剂量反应关系,模式和阈值问题,正常胎、生长迟缓、结构畸形和胚胎死亡同时存在。低剂量主要导致生长迟缓、胚胎吸收和畸形，剂量增加，胚胎死亡占优势，直至整窝胚胎死亡。,多为细胞毒性致畸物，包括烷化剂、抗癌药及很多致突变物。,58,在远低于胚胎致死剂量下即可出现致畸，甚至全窝致畸，致畸胎儿常常有生长迟缓。,剂量增加到远远超过全窝畸形时才出现胚胎死亡，常伴有明显的母体毒性。这种模式表示受试物有高度致畸作用，较少见，如沙立度胺、糖皮质类固醇等。,2.,发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题,59,只有生长迟缓和胚胎致死但没有畸形发生。,往往生长迟缓先出现，曲线较平缓。较大剂量时才出现胚胎死亡，其曲线较陡，接近于“全或无”。被认为是有胚胎毒性（包括胚胎致死性）的，但不具有致畸作用。,2.,发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题,60,2.,发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题,典型致畸作用的剂量,-,反应曲线的斜率比较大，从致畸,NOAEL,到胚胎,100%,死亡的剂量往往只差,2-4,倍。,从,NOAEL,到胚胎死亡剂量之间的剂量范围叫致畸带。致畸带越宽的致畸物，致畸危险度越大。,61,通常认为哺乳动物的发育毒性是一种有阈值的效应；假定的阈值是低于它就不出现发育毒性的母体剂量。,但是，发育,毒性是否有阈值尚存在争论,很难,用实验找出一个发生率很低的剂量,-,反应关系，因为那需要极大的样本数量，如每剂量组几百到几千窝的,动物；,多数,发育毒性机制还不了解，有的已知机制支持阈值的存在，而有些机制则不,支持。,2.,发育毒性的剂量反应关系模式和阈值问题,62,3.,发育,毒性的物种,差异,发育毒性尤其是致畸作用与遗传类型有关，存在明显的物种差异。这种差异是因为不同物种之间因代谢变化、胎盘类型、胚胎发育的速度和方式的差异引起的。,化学致畸物往往有各自的物种和品系，易感性主要取决于机体的基因型。,化学物生物转化为活性中间代谢产物或终产物的速度和途径与遗传有关，而畸形仅发生在能形成活性代谢产物的物种。,例如：反应停,4000 mg/kg,大鼠、小鼠无致畸作用；,0.51 mg/kg,人类 极强致畸作用。,63,致畸的物种差异：,任何环境有害因素的损害效应都存在物种品系及个体差异，在致畸作用中较突出。,例如，杀虫剂西维因对豚鼠具有致畸作用，对家免和仓鼠并不致畸。农药敌枯双对大鼠致畸作用明显，但未得到人群调查的证实资料。,3.,发育,毒性的物种,差异,目前致畸试验要求用两种以上动物，一般用一种啮齿类和一种非啮齿类，首选大鼠和家兔。,64,母体毒性：,化学毒物对受孕母体产生的损伤效应。表现为增重减慢、功能异常、临床症状、甚至死亡。,母体毒性可直接或间接影响发育过程，导致发育毒性。影响发育的母体因素包括遗传、疾病、营养、应激等，也可通过胎盘毒性影响发育。,三、母体毒性与发育毒性,1.,母体因素对发育毒性的影响,65,遗传学：,孕母的遗传结构是胚胎发育的一个决定因素。如唇腭裂的发病率白种人明显高于黑种人，主要原因在于母体，而非胚胎本身的基因结构。,疾病：,母体受病毒感染、未控制的糖尿病等疾病，将会对胚胎产生影响。如怀孕前三个月，母体高热、病毒感染等均可能导致胎儿中枢神经系统畸形。,1.,母体因素对发育毒性的影响,66,营养：,母体蛋白质、热量、维生素、微量元素及酶的辅助因子缺乏将对胚胎产生影响。,应激：,不同形式的母体毒性可能通过诱导生理学应激反应而产生发育毒性。,对胎盘的毒性：,胎盘是母体和胚胎进行物质交换的结构，为胚胎提供营养、气体交换、废物排出。胎盘可产生维持妊娠的关键激素，而且能代谢和储存外源化学物。外源化学物既可透过胎盘进入胎儿体内，同时胎盘也可能是其作用靶点，或作为其储存库。,1.,母体因素对发育毒性的影响,67,非共效应,致畸物,具有致畸作用，但无母体毒性出现，如反应停,共效应,致畸物,母体毒性,均无毒性,出现致畸作用的同时也表现母体毒性,仅具有母体毒性，但不具有致畸,作用,在一定剂量下，既无母体毒性，,也不表现胚胎毒性,母体,毒性,与发育毒,性的,关系,2.,母体毒性与发育毒性的关系,68,父源性出生缺陷（,paternal birth defect,）,影响因素：遗传缺陷、年龄因素和外界暴露,因素（职业和环境因素，化疗和放疗，其它药物，饮酒和吸烟等不良嗜好），这些因素通过父亲对发育个体产生不良影响，叫父源性发育毒性（,paternal-mediated developmental toxicity,）,;,父源性暴露引起子代发育异常包括：流产、死胎、低出生体重、畸形、功能障碍,等，甚至与儿童期肿瘤相关。,父源性发育毒性的主要表现：,自然流产或出生缺陷、儿童肿瘤、男女出生比例失调,四、父源性发育毒性,69,（,1,）自然流产和出生缺陷、心血管畸形,70,（,2,）儿童肿瘤,烃类物质的父源性暴露，可能与儿童肿瘤发生有关。目前出现最多的是白血病和脑肿瘤。,（,3,）男女出生比例失调,父亲暴露于,TCDD,（四氯二苯并,-p-,二恶英），导致后代“出生性别比（,SSR,）”明显下降。,71,经流行病学调查证实的能引起人类发育异常的发育毒物或致畸物有四十多种。,药物,/,化学物被认为是引起先天畸形的主要非遗传因素。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,72,五、已知的人类发育毒物或致畸物,73,几种较典型的人类发育毒物,/,致畸物：,1.,乙醇和吸烟：,胎儿酒精综合征：,由父母嗜酒引起的后代缺陷，典型表现为面部畸形、宫内和产后生长迟缓、精神运动和智力发展障碍等，生长迟缓母亲孕期饮酒最敏感和最常见的表现。,胎儿烟草综合征：,吸烟孕妇出生的异常婴儿。孕期吸烟可导致胎儿低出生体重。父亲吸烟影响精子发生，并具发育毒性。尿道下裂、婴儿生存能力下降，儿童肿瘤发病率增加。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,74,2.,己烯雌酚：既是致畸物又是致癌物,己烯雌酚综合征：,己烯雌酚可跨越母亲胎盘进入胎儿体内，导致后代生殖器官畸形和癌症。如男性后代尿道下裂、睾丸和附睾异常、精子畸形，前列腺癌等；女性出现输卵管畸形、子宫纤维以及阴道癌等。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,75,3.,甲基汞,甲基汞极易通过胎盘进入胎儿体内，在胎、幼儿体内大量蓄积。,水俣病，,常见表现为末梢感觉障碍、中心性视野缩小、高频域听力障碍和运动失调，统称,Hunter-Russel,综合征。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,76,4.,铅,铅能引起多系统毒性；,神经系统对铅的毒性非常敏感，尤其是对儿童中枢神经系统，由于胎儿及婴幼儿时期的血脑屏障发育不完全，较容易进入中枢神经系统。,铅可降低儿童智商、导致注意力缺陷多动障碍、降低阅读学习能力。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,77,5.,视黄醛（维甲酸）,是具有维生素,A,结构或其功能相似的化合物；,维生素,A,衍生物、,13-,反式,-,视黄酸和视黄酸可引起人类胚胎畸形，主要包括中枢神经系统、面部和泌尿生殖系统畸形等。,视黄酸受体的配体多为强致畸物。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,78,6.,反应停,1960-1962,年，,20,多国家孕妇服用反应停，全世界,12000,名胎儿出现短肢畸形，即海豹肢畸形。,反应,停主要的毒性可能来源于代谢产物,4-,羟化反应停和,5-,羟化反应停；致畸机制包括：影响,DNA,复制和转录；影响生长因子合成和表达；血管生成抑制；影响软骨生成；引起胚胎细胞上黏附因子如整合素的下调，阻碍细胞间、细胞与基质间的相互作用；等。,五、已知的人类发育毒物或致畸物,79,相加作用：,致畸剂量的,6-MPr,与无明显效应剂量的羟基脲,(HU),，同时给药未增加畸形；先给,6-MPr,畸形从,0,增加到,29%,，但,6-MPr,引起的畸形比单独给药减少；先给,HU,，使,6-MPr,引起的畸形增加近,1/5,。,超相加作用：,咖啡因和,HU,联合给予引起的畸形率大大超过单独给药引起的畸形率之和。,产生新的作用：,HU,和,BUdR,联合给予怀孕小鼠产生两种化合物所没有的四肢畸形。,六、外源化合物的联合发育毒性,80,第三节,致畸（发育毒性）作用机制,81,基因突变与染色体畸变,干扰基因表达,细胞损伤与死亡,干扰细胞间的相互作用,通过胎盘,毒性引起发育毒性,干扰母体,稳态,发育免疫毒性机制,发育神经毒性机制,?,总的来说,还不清楚！,82,各种发育基因都可能成为某些发育毒物的靶。已知的诱变剂往往有潜在的致畸性，如电离辐射、烷化剂、亚硝酸盐、多数致癌物。,一、基因突变与染色体畸变,83,二、干扰基因表达,某些基因的表达受到抑制或异常表达可能引起畸形。,如在培养的小鼠胚胎中用反义寡核苷酸探针抑制或剔除原癌基因,Wnt-l,或,Wnt-3a,，都可产生中脑和后脑，或中脑、后脑和脊髓的畸形。,近年，非基因序列改变所致基因表达水平和基因功能的改变，即表观遗传学改变，也影响胚胎发育。,包括,DNA,甲基化、组蛋白乙酰化等。如孕鼠饲料中添加染料木黄酮诱发,DNA,甲基化，可改变子代的毛发。己烯雌酚引起人和啮齿类动物生殖道发育异常和子代肿瘤易感性增加。,84,三、细胞损伤与死亡,细胞死亡在正常的胚胎发育尤其形态发生中扮演重要角色，包括系统匹配、躯体塑造、残留结构去除等。,程序性细胞死亡方式有多种，,细胞凋亡,研究最为广泛。高温、电离辐射、化学致畸物、病毒感染等可通过不同机制影响细胞凋亡。,例如：反应停诱导胚胎细胞凋亡，并通过抑制,IGF-1,和,FGF,的基因复制而阻止其表达，从而抑制血管形成；,全反,式视黄酸可通过,box,等凋亡基因编码的信号通路而诱导凋亡；,环磷,酰胺、,N-,乙酸基,-2-,乙酰氨基芴、甲基汞等。,85,三、细胞损伤与死亡,86,三、细胞损伤与死亡,一些致畸物可通过氧化损伤和,DNA,断裂，引起,细胞周期阻滞,；,环磷酰胺诱导,DNA,损伤可导致细胞周期紊乱和特定细胞群死亡,87,四、干扰细胞,-,细胞交互作用,细胞间相互作用主要通过,细胞通讯实现,，包括,缝隙连接通讯、膜表面分子接触通讯,等直接的细胞间通讯和由受体介导的细胞信号转导系统。,灭鼠,灵、苯巴比妥、氯丙嗪等抑制缝隙连接；反应停活化代谢产物引起胚胎细胞的粘连受体下调。,88,五、通过胎盘途径引起发育毒性,对卵黄囊或绒毛膜尿囊胎盘有毒性的毒物有,46,种，包括镉、砷、汞、香烟、乙醇、可卡因、内毒素、水杨酸纳等；,如镉，在妊娠中晚期通过胎盘毒性（坏死和血流减少）和抑制对营养物质的传送导致发育毒性。,89,六、干扰母体稳态,二氟苯水杨酸 母体贫血、红细胞,ATP,损耗 兔中轴骨骼缺陷；,二苯乙酰脲 母体叶酸代谢 致畸；,羟基脲 子宫血流减少 胚胎颅面和心包出血；,孕妇缺乏代谢前体或基质（如维生素和无机盐等）；,环境内分泌干扰物，影响内源性激素水平，改变母体内环境稳态，引起发育毒性。,90,七、发育免疫毒性机制,胚胎期或围生期暴露于外源化学物可暂时或永久地损伤机体的免疫反应，且较低剂量即可导致胎儿,明显的免疫损伤,；,如，大鼠孕期,GD7-16,接触低剂量氯氰菊酯，可损害子代免疫系统，明显减少,T,淋巴细胞数量；,农药氯丹孕期，可经胎盘作用于胎鼠，使后代免疫力下降；,TCDD,可能存在远期发育免疫毒性。,91,八、发育神经毒性机制,子宫内接触神经毒性化学物对发育神经系统能产生损伤，如神经元、突触、轴突、髓鞘等，还有信号通路,有些化学物破坏神经细胞的结构和形态，有些导致功能异常。,92,第四节,发育毒性和致畸作用试验与评价,93,外源化学物发育毒性评价需四方面的资料,环境流行病学资料,控制下的临床研究资料,动物发育毒性试验资料,体外试验资料,作为一个新产品的登记与审批，主要根据前三类资料。在前三类资料中，首先是动物实验资料，因为大多数情况下新产品在上市前，还没有流行病学资料和控制下的临床资料。,94,一、动物发育毒性试验,优点：,容易控制接触条件，控制接触动物的数量、年龄、状态以及选择检测效应指标（终点）。,缺点：,动物实验结果外推到人具有不确定性。,95,对大多数化学物质来说，,三段生殖毒性试验设计通常是最适当的，关键因素是各个生殖阶段之间不得有间隔，,即在三个有关联的阶段接触受试物的时期至少有一天的重叠，并能直接或间接地评价生殖过程的所有阶段。,一、动物发育毒性试验,96,生殖发育过程可分为,6,个阶段,A.,从交配前到受孕：,检查成年雄性和雌性生殖功能、配子的发育与成熟、交配行为、受精。,B.,从受孕到着床：,检查成年雌性生殖功能、胚胎着床前发育、着床。,C.,从着床到硬腭闭合：,检查成年雌性生殖功能、胚体发育、主要器官形成。,一、动物发育毒性试验,97,D.,从硬腭闭合到妊娠结束：,检查成年雌性生殖功能、胚体的发育与生长、器官的发育与生长。,E.,从出生到断乳：,检查成年雌性生殖功能、新生仔对宫外生活的适应性、断乳前的发育与生长。,F.,从断乳到性成熟：,检查断乳后的发育与生长，对独立生活的适应、达到完全的性功能。,生殖发育过程可分为,6,个阶段,一、动物发育毒性试验,98,三段生殖毒性试验,I,段：,生育力和早期胚胎发育毒性试验（一般生殖毒性试验）,II,段：,胚体,-,胎体毒性试验,(,致畸试验,),III,段：,出生前后发育毒性试验,(,围生期毒性试验,),99,100,101,103,104,105,1.,发育毒性的流行病学,生殖流行病学研究是父,体和母体,、孕体特定的暴露与生育结局之间统计学关联的科学；,出生缺陷少见、人群暴露少见、人群样本量小、研究周期短以及与生物学上关联越大，越易建立特定暴露与不良生育结局之间的关系；如反应停；,其它，利用病例对照研究或队列研究寻找关联。,面临很大困难，样本需求量很大，妊娠失败率高，研究同质性，记录的专业性及混杂因素等。,二、人群流行病学研究,106,2.,人类发育毒物的确定,经动物致畸试验的化学物有,4100,种，约,66%,无致畸作用，,7%,对一种以上动物有致畸性，,18%,对大多数动物有致畸性，,9%,可疑,经证实可引起人类发育异常的致畸原只有,40,种左右；,病例报告和出生缺陷监测登记对获得人类发育毒性 证据是有用的。,Schardein,曾对,28,种人类化学致畸物的证据进行分析，有,23,种是人类病例报告提出第一证据；只有,4,种化学物,(,酒精、多氯联苯、卡马西平和可卡因,),是通过分析流行病学研究提供第一手证据，而丙戊酸证据主要来自于出生缺陷登记分析。,二、人群流行病学研究,107,已知的人类致畸物,电离辐射：,放射治疗、放射性碘、原子武器,感染：,风疹、巨细胞病毒、单纯性疱疹、梅毒、弓形体病毒,代谢失调：,克汀病、糖尿病、苯丙酮酸尿、男性化肿瘤、高温,药物和化学品：,反应停、,Abameetin,、酒精、氨基蝶呤、雄性激素、麻 醉剂、抗甲状腺药物、白消安、咖啡因、氯代联苯类、香豆素抗凝剂、环磷酰胺、二已基乙烯雌酚、敌螨普、三氟氯溴乙烷、异维,A,酸、锂、甲巯咪唑、有机汞化合物、有机溶剂类、苯妥因、腐霉利、四环素、三甲恶唑烷二酮、丙,(,基,),戊酸,108,109,确认人类致畸物的标准,一种特殊的缺陷或几种缺陷并发（综合征）的频率突然增加；,缺陷的增加与某种已知的环境改变（如一种新药广泛应用）相关联；,在妊娠的特殊阶段已知暴露于某种环境的改变，产生有特征性缺陷的综合征；,缺少妊娠时引起的特征性缺陷婴儿的其他共同的因子。,110,（,1,）国际生物科学研究所,:,1989,年根据动物试验中发育毒性效应的类型、严重性和发病率，将化学物分成四类，并规定了不同类型安全系数范围。,二、人群流行病学研究,3.,致畸物及发育毒物的危险性分类,111,3.,致畸物及发育毒物的危险性分类,二、人群流行病学研究,（,2,）,ICH,（人用药品注册技术要求国际协调会）人用药物危险性分类,ICH,规定：,分为,5,类，要求医生在开处方时遵守，使怀孕妇女按规定使用这些药品。,112,A,、,B,、,C2,：仅在明显需要时，妊娠期间可使用；,C1,：仅在如果证明可能的效益与对胎儿的可能的危险比较是可,取时，妊娠期间可使用；,D,：如果在怀孕期间使用，应通知病人对胎儿可能的危害；,X,：在怀孕或可能怀孕的妇女中禁止使用。,（,2,）,ICH,人类用药危险度分类,113,（,3,）美国,FDA,关于妊娠期和哺乳期用药的危险性分类,妊娠类用药分类与,ICH,相同；,哺乳期用药也分为,5,类：,L1,很安全，,L2,安全，,L3,中等安全，,L4,有害，,L5,禁忌,（,4,）,WHO,和全球化学品统一分类和标签制度（,GHS,）,对于生殖毒物的危害分类和哺乳期影响的危害分类；,114,1.,体外初筛试验,体外初筛试验中，,大鼠全胚胎培养实验、大鼠胚胎肢芽微团实验和小鼠胚胎干细胞试验,得到欧洲替代方法验证中心（,ECVAM,）验证，并被推荐可作为出生前发育毒性试验（,OECD TG414,）和生殖,/,发育毒性预筛试验（,OECD GL421,）,三、发育毒性的初筛和替代试验,115,1.,体外初筛试验,（,1,）大鼠全胚胎培养（,whole embryo culture,WEC,）：,是从孕期第,910,天大鼠子宫取出胚胎，旋转培养，观察胚胎存活（心跳、血液循环）和生长发育情况（卵黄囊直径、颅臀长和头长、体节数和胚胎重）；根据,Brown,评分对器官形态分化做出评价。,可以筛选化学物的发育毒性、探讨其剂量反应关系和作用机制。,优点：快速检验致畸原；经济；能精确的控制胚胎的暴露。,不足：技术操作要求精确，比较费力；胚胎仅在器官发生期相对短暂的时间内接触药物,三、发育毒性的初筛和替代试验,116,1.,体外初筛试验,（,2,）胚胎细胞微团培养（,micromass culture,）：,从孕期,11,天的大鼠胚胎获取中脑区、肢芽区等部位细胞微团，在培养瓶中，与化学物接触共培养,5,天。,可以用中性红染色判断细胞存活；用,Alcian,蓝染色判断肢芽软骨细胞分化数量；苏木素染色判断,CNS,细胞分化数量。,求,出,IC,50,，评价化学毒物的细胞毒性和发育毒性。,三、发育毒性的初筛和替代试验,117,1.,体外初筛试验,（,3,）小鼠胚胎干细胞试验（,embryo stem cell test,EST,）：,小鼠胚泡内细胞团衍生的胚胎干细胞（,ES,细胞），在特定条件下，可定向分化为机体多种细胞，可用于哺乳动物细胞分化、组织形成过程的发育毒性研究。,目前较成熟的,ES,细胞是小鼠,ES,细胞株,D3,，可分化为心肌细胞、内皮细胞、胰岛细胞、神经细胞等,。,优点：,1,）以细胞株为研究对象，可不剖杀怀孕动物；,2,）有定向分化为多种细胞的潜能，对模拟早提胚胎发育具有较强的代表性。,三、发育毒性的初筛和替代试验,118,2.,体内初筛试验,发育毒性体内,预筛试验（,C.K.assay,）：,1995,年列入,OECD,化学品测试,准则；,依据,：,大多数出生前受到的损伤将在出生后表现为