青春期和成年早期鉛、鎘聯合暴露對小鼠雄性生殖功能的影響

張　莉，胡仁宜，王　華，楊露露，胡永方，王碧偉，張桂彬，徐德祥

◇藥學研究◇

青春期和成年早期鉛、鎘聯合暴露對小鼠雄性生殖功能的影響

張莉1，2，胡仁宜1，王華1，楊露露1，胡永方1，王碧偉1，張桂彬1，徐德祥1

目的 觀察青春期和成年早期小鼠經飲水暴露鉛和鎘對雄性生殖功能的影響。方法 健康4周齡雄性ICR小鼠被隨機分入對照組、鉛組、鎘組、鉛+鎘組，每組15只。各組小鼠分別經口飲用純凈水（反滲透水）、醋酸鉛水溶液、氯化鎘水溶液以及醋酸鉛和氯化鎘混合水溶液，暴露40 d后摘眼球取血，處死小鼠后取睪丸、附睪，稱臟器重量，計算臟器系數，進行附睪尾精子計數。HE染色觀察睪丸組織形態學改變，用酶聯免疫吸附法檢測小鼠血清睪酮含量。結果

與對照組比較，鉛組、鎘組和鉛+鎘組小鼠的飲水量、進食量和體重增長差異無統計學意義。染毒40 d后，單純鉛、單純鎘暴露或鎘鉛聯合暴露均未改變小鼠體重、睪丸、附睪重量及其臟器系數。進一步研究表明，與對照組比較，鉛組、鎘組和鉛+鎘組小鼠附睪精子濃度和血清睪酮均差異均無統計學意義。結論 本實驗條件下，青春期和成年早期聯合暴露鉛與鎘未引起小鼠雄性生殖損害作用。

鎘；鉛；小鼠；聯合染毒；睪丸；睪酮

網絡出版時間：2016-4-19 11：04：48 網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/34.1065.R.20160419.1104.022.html

鉛和鎘是環境有毒重金屬。近年來，隨著社會經濟和電子科技發展，環境鉛和鎘污染日益加重。環境中鉛和鎘通過飲水、吸入和飲食等途徑進入人體，進而對人體健康產生危害。目前，鉛和鎘對男性生殖健康損害備受關注，成年雄鼠暴露一定劑量的鉛不僅引起睪丸和附睪重量下降，還引起精子數量和活力明顯降低，且血清睪酮含量顯著下降［1-2］。研究［3-6］顯示成年雄性大鼠暴露一定劑量的鎘引起血清睪酮含量降低，睪丸病理學改變，附睪精子數量和活力均明顯下降。然而，過去研究更多關注單純鎘或鉛暴露對生殖內分泌的損害，染毒途徑多數選擇腹腔注射、皮下注射或灌胃等，染毒時間比較短等，這些問題嚴重影響早期研究結果外推到人群實際暴露引起健康損害的不確定性。該研究主要探討青春期和成年早期經飲水聯合暴露鉛和鎘對成年小鼠雄性生殖的影響。

1　材料與方法

1.1化學試劑與配制 醋酸鉛和氯化鎘均購于國藥集團化學試劑有限公司；小鼠血清睪酮ELISA試劑盒購于武漢優爾生科技股份有限公司；MDF固定液配方為30 ml甲醛溶液、15 ml乙醇、5 ml冰乙酸和50 ml蒸餾水；精子固定液配方為5 g NaHCO3和1 ml甲醛溶液溶于雙蒸水至100 ml。

1.2動物來源和處理 清潔級4周齡雄性ICR小鼠購于北京維通利華實驗動物技術有限公司，適應性喂養3 d。小鼠被隨機分入對照組、鎘組、鉛組、鉛+鎘組，每組15只。各組小鼠分別經口飲用純凈水（反滲透水）、氯化鎘水溶液（100 ppm）、醋酸鉛水溶液（600 ppm），以及氯化鎘和醋酸鉛混合水溶液，鉛鎘混合溶液中氯化鎘終濃度為100 ppm和醋酸鉛終濃度為600 ppm，具體配法為先分別氯化鎘和醋酸鉛儲備液（濃度為10和60 mg/ml），然后按照體積比1∶1用純凈水稀釋配制成上面所述的工作液終濃度。本實驗條件下，鎘和鉛劑量是按照人體暴露量（鉛和鎘攝入量分別約為每天50和300μg）的10倍設置，鉛和鎘劑量主要參考早期文獻［7-9］的基礎上稍作修改。整個實驗期間，小鼠自由攝食和飲水，測量飲水量、稱量飼料和稱重。累計暴露40 d后，所有小鼠摘眼球取血，處死小鼠后取睪丸、附睪，稱雙側睪丸和單側附睪重量，計算臟器系數（是指100 g動物體重其臟器濕重所占比例），進行附睪尾精子計數，用HE染色法觀察睪丸組織形態學改變，用酶聯免疫吸附法檢測小鼠血清睪酮含量。

1.3精子計數 按WHO實驗指南第4版精子質量評價方法［10］檢測小鼠附睪尾精子數量。詳細流程為小鼠單側附睪尾分離后，立即浸入37℃生理鹽水中，剪碎，使精子充分釋放。37℃恒溫孵育5 min后，按1∶1（50μl+50μl）加精子固定液，混勻10 s；加6μl入計數池一側，將計數板放入濕盒中10 min，用血細胞計數板在低倍鏡下記錄精子數量。整個過程采用雙盲，兩人同時計數，最終結果取平均值。

1.4血清睪酮濃度測定 ELISA法檢測小鼠血清睪酮濃度，具體操作步驟參照ELISA試劑盒說明書。

1.5睪丸組織HE染色 小鼠同側睪丸被分離后，用改良的Davidson's固定液（MDF）［11］固定，石蠟包埋，4μm切片，常規HE染色，光鏡下觀察睪丸組織形態并拍照。

1.6統計學處理 用SPSS 16.0軟件進行分析，定量數據以ˉx±SE表示，多組比較采用方差分析，Bonferroni或Tamhane's T2法進行兩組間統計分析。

2　結果

2.1小鼠飲水和鉛鎘暴露情況 對照組、鉛組、鎘組和鉛+鎘組小鼠平均每日飲水量分別為6.1、6.6、5.8和6.2 ml，其中鉛組小鼠日平均飲水量高于對照組（F=3.87，P＜0.05），其余兩組小鼠平均飲水量與對照組差異無統計學意義；鉛組和鉛+鎘組小鼠平均每日鉛攝入量分別為3.9和3.5 mg，則40 d每只小鼠總的鉛暴露量分別為234.0、210.0 mg；鎘組和鉛+鎘組小鼠平均每日鎘攝入量分別為0.5和0.6 mg，則40 d每只小鼠總的鎘暴露量分別為30.0、36.0 mg。

2.2小鼠進食和體重增長情況 對照組、鉛組、鎘組和鉛+鎘組小鼠平均每日進食量分別為（5.7± 0.5）、（5.4±0.5）、（5.3±0.5）和（6.0±0.6）g，方差分析結果顯示組間差異無統計學意義（F= 1.23）。隨染毒時間推進，對照組小鼠體重也在逐漸升高，鎘組和鉛+鎘組小鼠在各個日齡的體重均與對照組小鼠差異無統計學意義，鉛組小鼠從染毒第4天開始體重較對照組小鼠有所降低，但差異無統計學意義（F=0.05）。見圖1。

2.3小鼠睪丸、附睪重量變化 連續暴露40 d后，小鼠被剖殺，取小鼠雙側睪丸和單側附睪稱重，并計算睪丸和附睪臟器系數。與對照組比較，鉛組和鉛+鎘組小鼠睪丸重量（F=0.24）、附睪重量（F= 0.55）無明顯變化。進一步研究表明，單純鉛或鎘暴露、以及鉛鎘聯合暴露均未引起小鼠睪丸系數（F =0.75）和附睪系數（F=0.43）改變。見表1。

圖1　不同日齡小鼠體重變化

2.4小鼠睪丸組織形態學 連續暴露40 d后，小鼠被剖殺，睪丸組織肉眼包膜完整，外觀未見明顯充血或出血現象。對照組小鼠睪丸生精小管內生殖細胞排列整齊，層次清楚，部分管腔內充滿大量成熟精子，單純鉛、單純鎘或鉛鎘聯合暴露小鼠睪丸組織形態學與對照組近似，未見睪丸內充血、生殖細胞壞死、生精小管內生殖細胞排列紊亂等組織病理學改變。見圖2。

表1　小鼠睪丸、附睪重量及其臟器系數

表1　小鼠睪丸、附睪重量及其臟器系數

組別睪丸重（g）睪丸系數附睪重（g）0.25±0.01　0.61±0.03　0.051±0.002　0.24±0.01鉛0.26±0.01　0.64±0.02　0.049±0.001　0.25±0.01鎘0.25±0.01　0.61±0.02　0.048±0.001　0.23±0.01鉛　+鎘附睪系數對照0.25±0.01　0.60±0.02　0.050±0.001　0.24±0.01

2.5小鼠血清睪酮含量及附睪精子數量 與對照組比較，鉛組和鉛+鎘組小鼠附睪精子數無變化，鎘組小鼠附睪精子數有降低趨勢，但差異無統計學意義，且鉛+鎘組小鼠附睪精子數與鉛組或鎘組差異無統計學意義。進一步研究顯示，單純鉛或鎘暴露未引起小鼠血清睪酮濃度改變，而鉛與鎘聯合暴露稍微降低小鼠血清睪酮濃度，但后者與鉛組或鎘組小鼠血清睪酮濃度差異無統計學意義。見表2。

表2　小鼠血清睪酮濃度和附睪精子數

表2　小鼠血清睪酮濃度和附睪精子數

組別精子數（106個/附睪）血清睪酮（ng/ml）15.3±1.7　3.7±0.4鉛15.8±1.0　3.8±0.4鎘14.7±1.7　4.2±0.4鉛+鎘對照16.5±1.7　3.5±0.3

3　討論

鉛和鎘暴露對機體生長發育的影響尚存在爭議。研究［12］表明成年大鼠連續15 d給予醋酸鎘（0.025 mg/kg）、醋酸鉛（0.025 mg/kg）或鎘鉛聯合處理（醋酸鎘和醋酸鉛劑量均為0.025 mg/kg）均未引起雄性大鼠體重改變。隨后另一項研究［7］卻顯示，雄性大鼠連續90 d經飲水暴露氯化鎘（300 ppm）、醋酸鉛（1 000 ppm）或鎘鉛混合液（氯化鎘和醋酸鉛劑量分別為300和1 000 ppm）均引起大鼠體重明顯下降。研究［13］表明孕中期小鼠經腹腔單次給予氯化鎘（4.5 mg/kg）后，其胎鼠體重和身長較對照組明顯降低；雄性ICR小鼠于出生后35～70 d被每日給予氯化鎘（1 mg/kg），其體重較對照組明顯降低［14］；哺乳期（出生后第1～21天）母體經飲水暴露醋酸鉛（200和2 000 ppm）后，兩種劑量的鉛暴露均引起出生后21 d雄鼠體重明顯下降，而只有高劑量鉛暴露引起出生后70 d雄性小鼠體重顯著降低［15］。本研究主要探討青春期和成年早期雄性小鼠連續40 d經飲水給予氯化鎘（100 ppm）、醋酸鉛（600 ppm）或鎘鉛混合液（氯化鎘100 ppm和醋酸鉛600 ppm）處理對小鼠體重的影響，結果表明青春期和成年早期小鼠暴露氯化鎘、醋酸鉛或鎘鉛混合液均未引起小鼠體重增長減緩現象。本實驗結果與其他文獻報道結果不同的原因可能是暴露劑量、暴露途徑、持續暴露時間以及動物種屬和周齡等不同。上述結果提示，鉛和鎘暴露對機體生長發育的影響尚需要設置更多劑量和不同暴露時間加以確證。

鉛和鎘均是公認的雄性生殖毒物，但過去研究更多關注成年期單純鉛或鎘暴露對雄性生殖與內分泌的影響。研究［12］表明，成年大鼠連續 15 d給予醋酸鎘（0.025 mg/kg）、醋酸鉛（0.025 mg/kg）或鎘鉛聯合處理（醋酸鎘和醋酸鉛劑量均為0.025 mg/kg）均引起睪丸和附睪精子數量明顯減少、附睪精子活力和存活率顯著下降，血清和睪丸睪酮濃度明顯下降，而鎘鉛聯合處理較單純鉛或鎘處理誘發的生殖與內分泌損害有所減輕。近期研究［7］也表明，成年雄性大鼠連續90 d經飲水暴露氯化鎘（300 ppm）、醋酸鉛（1 000 ppm）或鎘鉛混合液（氯化鎘和醋酸鉛劑量分別為300和1 000 ppm）均引起大鼠睪丸重量明顯下降、附睪精子數顯著減少以及睪丸組織病理學改變（睪丸生精小管內生殖細胞減少、間質細胞數量減少等）。第三次全國健康與營養評價調查（NHANES III）結果顯示，美國青春期女孩全血鉛和尿液鎘濃度均與血清中卵泡發育相關的生殖激素抑制素B水平呈負相關［16］。然而，人體主要通過職業或非職業方式暴露多種環境因素而引起健康損害。因此，本研究主要探討青春期和成年早期雄性小鼠連續40 d經飲水聯合暴露鎘鉛混合液（氯化鎘為100 ppm和醋酸鉛600 ppm）對小鼠雄性生殖與內分泌的影響，結果顯示，青春期和成年早期小鼠暴露氯化鎘、醋酸鉛或鎘鉛混合液均未引起小鼠睪丸和附睪重量下降、睪丸組織形態學改變、附睪精子數量降低以及血清睪酮含量降低。

綜上所述，本實驗條件下，青春期和成年早期暴露一定劑量鎘和鉛未引起成年小鼠雄性生殖功能損害。另外的研究尚需要探討更高劑量或更長暴露時間下鎘和鉛對雄性生殖功能的影響。

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Mice in each group were exposed to pure water（reverse osmosiswater），lead acetate solution，cadmium chloride solution，and themixed solution including lead acetate and cadmium chloride.After exposure of 40 days，blood was collected by removing eyeballs，and thenmicewere killed.The testes，epididymideswere detached and weighted.The organ coefficient of testes and epididymides was counted.Sperm was counted from cauda epididymidis. Testicular histologicalmorphology was evaluated using H&E staining.Serum testosterone concentration was analyzed using enzyme linked immunosorbent assay（ELISA）.Results No significant difference in water consumption，diet intake，and body weight gain was observed among cadmium，lead，cadmium plus lead co-exposure group and the control group.After exposure of40 days，lead，cadmium or lead plus cadmium did not cause the change of body weight，the weight of testes and epididymides，and organ coefficient of testes and epididymides.Further research showed that no obvious difference in sperm count and serum testosterone concentration was observed among the four groups.Conclusion The present study shows that lead and cadmium co-exposure during puberty and early adulthood does not affectmale reproduction in mice.

Effects of lead and cadm ium co-exposure during puberty and early adulthood on male reproduction in m ice

Zhang Li1，2，Hu Renyi1，Wang Hua1，et al
（1Dept of Toxicology，School of Public Health，Anhui Medical University，Hefei 230032；2Dept of Anatomy，Dept of Basic，West Anhui Health Vocational College，Lu'an 237005）

Objective To observe the effects of lead and cadmium co-exposure through drinking water during puberty and early adulthood on male reproduction in mice.Methods Healthy male ICR mice at 4 weeks were randomly divided into the control，lead，cadmium，lead plus cadmium group.There were 15 mice in each group.

lead；cadmium；mouse；combined exposure；testis；testosterone

R 114

A

1000-1492（2016）05-0659-05

2016-02-18接收

國家自然科學基金項目（編號：81473016）；安徽醫科大學中青年學術骨干資助基金

1安徽醫科大學公共衛生學院衛生毒理學系，合肥230032

2皖西衛生職業學院基礎部解剖教研室，六安 237005

張 莉，女，碩士研究生；

王 華，男，副教授，碩士生導師，責任作者，E-mail：wanghuadev@126.com