環境內分泌干擾物影響垂體促性腺激素的研究進展

劉曉晨, 劉璟,*

1. 污染環境修復與生態健康教育部重點實驗室,浙江大學環境與資源學院,杭州 310058

2. 環境健康研究所,浙江大學環境與資源學院,杭州 310058

隨著農業和工業發展被不斷排入環境的化學污染物,已對人類健康構成威脅,這是目前全球環境健康領域最令人關切的問題之一。 已有流行病學和實驗研究表明,很多污染物與人類健康密切相關,存在內分泌干擾效應。 其中部分干擾生物體內分泌系統正常功能與作用的外源性化合物被稱為內分泌干擾物(endocrine-disrupting chemicals, EDCs),它們可干擾內源激素的產生、分泌、運輸、代謝及作用,從而影響生物體的生長、發育和生殖等生理過程[1-2]。 環境中EDCs 主要包括各種農藥、阻燃劑和重金屬等[3]。EDCs 通過各種途徑干擾內分泌系統,其中控制生殖功能的下丘腦-垂體-性腺(hypothalamic-pituitarygonad, HPG)神經內分泌軸是EDCs 作用的重要靶標[4](圖1),EDCs 對HPG 軸的干擾可能會造成兒童的青春期啟動異常和成人生殖障礙[5-6]。 垂體是聯系HPG 軸中下丘腦與性腺的重要內分泌器官,在調控性成熟與生殖發育過程中起到不可或缺的作用。HPG 軸上的下丘腦脈沖分泌促性腺激素釋放激素(gonadotropin-releasing hormone, GnRH),刺激垂體促性腺細胞合成和分泌2 種促性腺激素(gonadotropins),即黃體生成素(luteinizing hormone, LH)和卵泡刺激素 (follicle-stimulating hormone, FSH)。 LH 和FSH 與HPG 軸下游性腺細胞膜上的特異性受體結合,調控性腺類固醇的合成與分泌以及配子生成。此外,性腺合成的類固醇激素還可以通過負反饋機制抑制下丘腦的GnRH 分泌,以維持HPG 軸激素的穩態。

圖1 哺乳動物下丘腦-垂體-性腺軸示意圖注:GnRH 表示促性腺激素釋放激素,LH 表示黃體生成素,FSH 表示卵泡刺激素。Fig.1 Hypothalamic-pituitary-gonad axis in mammalsNote: GnRH stands for gonadotropin-releasing hormone; LH stands for luteinizing hormone; FSH stands for follicle-stimulating hormone.

促性腺激素LH 和FSH 是垂體分泌的異二聚體糖蛋白激素,由非共價結合的共同的α亞基(Cgα)和特異性β亞基(Fshβ和Lhβ)組成[7]。 GnRH 以脈沖的方式從下丘腦神經元細胞釋放,通過垂體門靜脈循環與垂體前葉的促性腺激素細胞表面的GnRH受體結合,調控 LH 和 FSH 的合成。 GnRH 脈沖頻率和振幅的變化對LH 和FSH 的合成和釋放有不同的影響,LH 優先受高GnRH 脈沖頻率的刺激,而FSH 主要受低GnRH 脈沖頻率的調控[8]。 促性腺激素從垂體釋放后進入血液循環,到達女性或雌性哺乳動物的卵巢,與細胞膜上的LH 或FSH 的特異性受體結合。 LH 刺激卵泡周圍的膜細胞(theca cells)合成雄激素,同時促進包裹在卵母細胞周圍的顆粒細胞(granular cells)中孕酮的合成。 FSH 與顆粒細胞上的FSH 受體結合后調控芳香酶的表達,將膜細胞合成的雄激素轉化為雌二醇,并刺激卵泡的生長。男性或雄性哺乳動物的睪丸包括間質細胞(leydig cells)和支持細胞(sertoli cells),LH 到達間質細胞后刺激睪酮的產生;與此同時,FSH 與支持細胞表面的FSH 受體結合可以促進精原細胞的增殖。 性腺合成的類固醇激素、抑制素和激活素等又可以通過腦血屏障進入下丘腦和垂體調節GnRH 和促性腺激素的分泌,維持促性腺激素穩態。 由此可見,HPG內分泌軸十分復雜并且依賴于多個通路和反饋回路,任何擾動都會直接或間接影響女性或男性的性成熟過程和生殖能力[9]。 LH 和FSH 作為生殖內分泌系統的關鍵激素[3],其水平異常也是許多生殖障礙疾病的診斷指標。 例如,男性性腺功能減退特征表現在GnRH 誘導的LH 分泌的脈沖幅度減小[10];在女性多囊卵巢綜合征病人體內GnRH 脈沖釋放增強導致LH 水平升高,LH/FSH 比值升高2 倍~3倍[11-12]。 因此,如果垂體促性腺細胞作為 EDCs 作用的靶標,LH 和FSH 的合成、分泌、轉運或者代謝受到干擾,可能會引起生殖系統的內分泌紊亂,影響性成熟和生殖功能,甚至增加生殖障礙等相關疾病風險。

已報道的EDCs 主要包括普遍使用的農藥、阻燃劑、多氯聯苯、塑料包裝成分、防腐劑、工業副產物和重金屬,一些環境流行病學調查和動物實驗報道EDCs 暴露與人體和哺乳動物體內LH、FSH 水平和生殖功能改變相關,影響促性腺激素穩態的作用機制研究卻相對有限且有待深入,目前尚無關于EDCs 影響促性腺激素的研究進展的綜述,因此本文的目的是對近年來相關的環境流行病學調查、動物實驗以及毒理學機制研究的進展進行綜述,為領域內科學研究和風險評估提供參考。

1 EDCs 暴露與人體促性腺激素水平變化的相關性(Association of EDCs exposure with the gonadotropin levels in human)

GnRH 通過垂體門靜脈系統作用于腺垂體的靶細胞,且其半衰期只有幾分鐘,因此很難在外周血中檢測到GnRH。 而促性腺激素從垂體釋放進入外周血循環,因此可以通過檢測外周血中FSH 和LH 水平變化來評估污染物暴露對HPG 軸調控的相關生殖功能的影響。 目前已有一些研究報道了EDCs 暴露與人體中促性腺激素水平相關,并且與一些不良生殖結局(例如卵巢早衰、更年期提前、精子質量下降和性成熟提前等)也存在相關性(表1)。

1.1 農藥(Pesticides)

大量研究發現人類廣泛暴露于各類農藥,其中不乏持久性化合物,例如大多數國家已禁用有機氯殺蟲劑(dichlorodiphenyltrichloroethane, DDT),但至今其污染仍然存在。 英國一項研究根據農藥的暴露源和健康影響評估確定了127 種具有內分泌干擾特性的殺蟲劑[13]。 有機氯農藥是目前普遍存在的高持久性污染物,其中圍繞殺蟲劑DDT 及其代謝物(dichlorodiphenyldichloroethylene, DDE)和(dichlorodiphenyldichloroethane, DDD)的研究尤為集中。 南非一項研究顯示,與居住在非噴灑殘留室內的男子相比,居住在噴灑殘留室內的男子血液中 DDT 和DDE 濃度更高,在檢出DDT 的男性中血清LH 和FSH 濃度低于未檢出組(P=0.02,P=0.001),在檢出DDE 的男性中 FSH 濃度顯著下降(P=0.02)[14]。 巴西農村有機氯農藥嚴重污染地區的圍絕經期和絕經后女性的血清LH 水平降低與六氯苯(hexachlorobenzene, HCB)、p,p’-DDT、p,p’-DDD、硫丹(endosulfan)、艾得靈(aldrin)和滅蟻靈(mirex)的血清濃度顯著相關,FSH 下降則與p,p’-DDD、硫丹和艾得靈的暴露水平相關[15]。 在人的生長發育早期(例如產前的孕期和產后母乳喂養階段)暴露于污染物是最易導致健康問題的時期,這段時間內激素活動異常可能會影響發育和生殖健康等[9]。 美國一項針對男孩在宮內和兒童期暴露的研究表明,隨著母親血清中p,p’-DDT 濃度每增加 10 倍,12 歲男孩 LH 水平降低18.5%(95% CI: -29.8 ~-5.4),而母親血清中p,p’-DDE 濃度每增高10 倍,男孩LH 水平則降低18.3%(95% CI: -32.9 ~-0.6)[16]。

有機磷農藥(organophosphate pesticides, OPs)和擬除蟲菊酯也是在世界范圍內大量用于家庭和農業的2 種非持久性殺蟲劑。 一項墨西哥的研究中發現,從事花卉業的男性工人尿液中OPs 的6 種二烷基磷酸酯(dialkyl phosphate, DAP)代謝物的水平和血清FSH 水平均呈正相關,其中總二甲基磷酸酯(dimethyl phosphate, DMP)與 FSH 呈單調正相關(Ptrend＜0.002),而LH 水平隨二乙基硫代磷酸酯(diethyl thiophosphate, DETP)水平升高而顯著降低;睪酮水平與尿中二甲基磷酸酯(dimethylphosphate,DMP)、二乙基磷酸酯(diethylphosphate, DEP)和總DAP 濃度顯著負相關,其中與DEP 存在劑量效應關系(Ptrend＜0.003)[17]。 在西班牙接受不孕癥治療的男性尿液中OPs 代謝物二乙基二硫代磷酸酯(diethyl dithiophosphate, DEDTP)與血清 LH(β=11.4, 95%CI:0.81 ~22.1)和 FSH(β=3.2, 95% CI: 0.08 ~6.20)呈顯著正相關;部分DAP 代謝物與精子質量下降有關,精子計數與尿中DMP、二甲基硫代磷酸酯(dimethylthiophosphate, DMTP)、二甲基二硫代磷酸酯(dimethyldithiophosphate, DMDTP)和總 DAP 的濃度顯著負相關,活動精子計數與尿中DMP 和二甲基二硫代磷酸酯(dimethyldithiophosphate, DMDTP)濃度顯著負相關[5]。 中國山東省發現母親尿液中DMP 與臍帶血中 FSH 水平呈負相關(β= -0.03,95% CI: -0.05 ~-0.01),此外產前OPs 暴露與臍帶血生殖激素之間的相關性存在性別差異,僅在女嬰中發現OPs 暴露與臍帶血中的雌二醇和睪丸水平呈顯著負相關,這可能與不同性別胎兒的胎盤對環境波動的反應不同有關[18]。 3-苯氧基苯甲酸(3-phenoxybenoic acid,3-PBA)是多種擬除蟲菊酯殺蟲劑的共同代謝產物,其在尿液中的濃度通常作為評估擬除蟲菊酯暴露水平的生物標志物。 本課題組的環境流行病學調查發現,中國浙江省女性尿液中擬除蟲菊酯代謝產物3-PBA 的最高四分位數濃度與卵巢早衰風險增加顯著相關(校正比值比(odds ratio,OR)=2.334, 95% CI: 1.193 ~4.607,P=0.013),卵巢早衰患者血清中LH 和FSH 水平隨著尿液3-PBA濃度的增加而升高(Ptrend=0.001)[19]。 波蘭接受不孕治療的女性尿液中3-PBA 濃度與血清FSH 水平顯著正相關(P=0.04),而FSH 水平升高是卵巢儲備功能降低的指標之一,說明擬除蟲菊酯可能會影響不孕女性卵巢儲備[20]。 本課題組的研究還發現9 ~16歲青春期男孩尿液中3-PBA 水平與性成熟發育階段3 和4 時體內的 LH 和 FSH 水平顯著正相關(ORG3=3.751, ORG4=3.801),這些男孩尿液中3-PBA濃度與LH 和FSH 水平正相關,3-PBA 濃度每增加10%,LH 和FSH 濃度分別升高2.4%和2.9%[6]。

1.2 阻燃劑(Flame retardants)

溴代阻燃劑(brominated flame retardants, BFRs)用于制造各種商業和家庭材料以及消費品,通過內分泌干擾和發育神經毒性對人類健康產生不利影響。 其中多溴二苯醚(polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)在環境中被普遍檢出[21-24],已有一些研究證明PDBEs 與人體血清LH 水平正相關。 例如,有研究發現母親產前血清2,2’,4,4’,5,5’-六溴聯苯醚(BDE-153)和 2,2’,4,4’,6-五溴聯苯醚(BDE-100)濃度增加與12 歲男孩血清LH 升高有關[16]。 美國室內八溴二苯醚(octaBDE)灰塵濃度也與進行不孕治療的夫婦中的男性血清中LH 呈正相關(95% CI:0.6 ~32.6,P=0.05),說明暴露于室內灰塵中的阻燃劑可能是導致男性不孕的原因之一[25]。 然而PBDEs 暴露與FSH 水平變化的相關性在不同人群中的結果存在差異。 例如母親產前血清BDE-153 濃度每升高10 倍,12 歲男孩 FSH 水平升高22.2%(95% CI:1.0 ~47.9)[16]。 40 歲以上成年男性血清中2,2’,4,4’-四溴二苯醚(BDE-47)和 BDE-100 濃度與FSH 水平呈顯著正相關(P=0.03,P=0.008)[26]。 室內五溴二苯醚(pentaBDEs)灰塵濃度與不孕男性血清FSH 呈負相關(95% CI: -34.7 ~ -2.5,P=0.03)[25]。中國山東省孕婦血清中BDE-47 和BDE-100 濃度與FSH 水平呈顯著負相關(95% CI: -0.14 ~-0.01,P=0.03;95% CI: -0.13 ~-0.01,P=0.04),此外多種阻燃劑還與先兆流產、早產風險增加和孕期延長有關,表明孕婦接觸多溴二苯醚可能與不良生殖結局相關[27]。 有證據表明PBDEs 的替代品有機磷阻燃劑(organic phosphorus flame retardants, OPFRs)代謝物也與人體促性腺激素水平變化存在相關性。 加拿大成年男性血清中FSH 水平隨著尿液中三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(TDCiPP)的代謝物雙(1-氯-2-丙基)1-羥基-2-丙基磷酸鹽(BCiPHiPP)濃度升高而顯著降低(-10%,95% CI: -18 ~-1.1)[28]。

1.3 多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls)

多氯聯苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)是一類工業持久性有機污染物,主要在變壓器中用作傳熱流體。 筆者課題組的流行病學研究發現,PCBs 暴露與我國浙江省女性罹患卵巢早衰的風險相關,女性血清中PCBs 濃度與體內LH 水平顯著正相關(P＜0.05)[29]。 中國浙江省嵊泗列島新生兒臍帶血清中PCB-52 與 LH 呈顯著負相關(β=0.45,95% CI: -0.89~-0.01,P＜0.05),PCB101 與 FSH 水平顯著正相關(P＜0.05)[30]。日本和美國的研究表明母親孕期血清PCBs 與男嬰臍帶血以及12 歲男孩血清中FSH 水平顯著正相關(95% CI: 0.01 ~0.57; 95% CI: 8.6 ~149.0)[16,31]。

1.4 塑料包裝成分(Chemicals in plastic article)

參Reference獻-16]文考[14血親;母’-DD ere negatively associated T and關關相相an 著負pin levels in hum 顯平低水降LH平H 水孩H levels in 12-year-old boys Health outcomes 男concentrations of p,p局FS結12 歲康和LH 與度展 健進清濃aternal serum ith the decreased L究血DE與研度學onadotro濃p,p’-D病清和;prenatal m行血SH流的DT levels of organochlorine pesticides w were associated w的ith the g藥性氯p,p’-D農H and F p,p’-D機中關The serum相有清with L激素 腺DE污重;宮性性Cs) exposure w促;嚴女性后群男經親人的絕母villages; peri-/s)和群莊和及-IRS其others DC 人 村期研Population究 留經孩男/non en in a rural area con-(E 殘絕om的物非圍和的露暴擾留區期干殘地童泌在村兒分住農和內居染內Men living in IRS postmenopausal w taminated; adolescent boys exposed in utero and childhood and their m境1 環表Association of endocrine-disrupting chemicals (ED國,美SA區西frica;地Regions,巴非South A Brazil; U南Table 1藥農物s 氯擾泌ental E DC機干有Organochlorine pesticides分環Environm內境-18],17[5ere correla-關相平metabolites w、FS H 水A P L H與pounds and D清血 平水尿The urinary levels of parent com levels物謝SH P 代and F DA LH和體母中ith serum液ted w男療治癥en孕om不受en attending in-;接人工orkers; m性男業婦卉孕花康事;健從性Male floriculture w fertility clinic; healthy pregnant w東山國,中hina,西哥Mexico; S pain;牙班Shandong, C西墨 藥農磷機有Organophosphorus pesticides藥農Pesticides-20],19[6 HFS和LH中ith the induc-清血SH,與關相ith the increased risk of相關著增G4 顯H and F加ere correlated w風G3 和險 衰早段were associated w巢階卵育-P BA G 4 and levels of L3&發3-PB A 與性etabolite 3熟成concentrations in boys w物孩-P Urinary levels of m BA產男謝,與代關中相液平I; urinary 3尿水PO tions in odds of being in G療治孕en at-不om受;接孩om en; w女期性男照春對青衰;9 ~16 歲和者患 早性巢女I patients and control w卵的PO tending infertility clinic; boys aged 9 ~16蘭oland,波江hina; P浙國中Zhejiang, C擬Pyrethroids酯菊蟲除-27][16,25有劑高燃-100 w內BD H 升ith the E-100 levels of levels;levels ere阻、FS SH-47 and B;室E-47 和H and F ith serum LH 關相孩BD en DE男H 負FS 中12 歲ith L和血ere associated w DE加LH清性-100 w與 男aternal serum ere associated w增年DE levels in adult m度E-100 濃E-100 與;成SH關BD、FS concentrations of B-153 and B BD DE E-47 和H 相s in house dust w levels of B H and F FR關levels in 12-year-old boys; m ith L ere inversely associated w E-153 和BD LH 相中正SH H and F -100 w清平; the serum BD 中血清H 水SH Maternal serum血與DE清FS血婦度親;孕濃與塵度increased L E-47 and B H and F母關灰濃BD the concentrations of B of L positively associated w不隊孕生;不出ale of-親瞻性母其;前及性en recruited from孩男男年infertility clinic; ≥40成列Adolescent boys exposed in utero and childothers; m-year-old adult m露暴以上期兒;40 歲童和性內男宮育hood and their m ficers; prospective birth cohort東hina山國,中美A; S國handong, C US s)FR劑inated(B s)阻Brom燃e retardants FR(B代溴flam阻e retardants劑燃Flam[28]ith serum關相負H 水平ere negatively associated w FS P wiP清血尿Urinary concentrations of B C iP H與度濃HiPPiPBC中液H levelsFS電Workers in e-recycling facilities and one com-人工收回物廢業商和收回子mercial-recycling facility加Canada大拿 劑燃阻磷機e retardant有Organic phosphorus flam

參Reference獻文考局結康健H ealth outcom es群人究研Population區地Regions物s擾泌ental E DC干1表分內續境環Environm-31][16,29、LH 孩in男con-內體12 歲levels;SH OI;serum SH與和Bs 濃度清血H and F PC 帶臍ith L ith the levels of F中嬰清男;血關相PC Bs 與險清著as associated w ith the increased risk of P風血的期衰孕關of 12-year-old boys早親相ere positively correlated w巢;母 正ere significantly associated w卵關s w Bs w患相顯s w PC罹著平CB CB與顯H 水and the serum Bs 暴露平FS中PC H 水FS 清血Exposure to P centrations of P maternal serum cord serum嬰;母borns;兒親生母others;新其en; new性孩及om女男照露對暴和期者童患兒衰和早內巢;宮I patients and control w卵對PO mother-to-child pairs;adolescent boys exposed in utero and childhood and their m,江國hina;浙,美, C SA國本中日Zhejiang Japan; U s)Bs)(P C B苯聯氯多Polychlorinated biphenyls (PC-38]][33-43[39之were significantly 液風s關相尿衰著親早顯;母巢間關卵與平相度著ale infants; urinary類and analogues in urine and serum OI Es 濃顯aternal urinary PAE、FS H 水 平PA in m SH LH、FS H 水中levels;m etabolites in urine and serum清SH液血LH;尿ith the risk of P與與相H and F關度濃量負物levels in serum含平險Concentrations of parent com pounds and m ith L ith the levels of F似SH 物謝H 水BPA 及 代FS尿Concentrations of B PA H and F及嬰體男中母 與;關ere positively correlated w清ith L清中量相血血 正和和液PA correlated w Es 含著液顯Es levels w尿中were significantly correlated w were negatively associated w PA;男性ale 嬰性發;母男特康;患 生en; m orkers in學ale college-child pairs; P性dense industrial area; healthy m;健school-aged girls diagnosed w 大en seeking subfertile treatment;性男ith idiopathic孩;男人的工療區治女集育central precocious puberty齡性照男對女ale partners of couples and diagnosed as infertile; m育和OI patients學的密不;不者en;工業行熟 童患om;進早okers; m other-to兒衰生者 前早學煙性性期巢大 吸 樞 春;卵男性中Male undergraduate students; w sm 青對Prepubescent children; m students; m and control w,SA州,,,慶麥貴牙hanghai,/S 重,丹enmark,中國,西班國enmark; U,中,美 國國圳海麥uizhou津江/G pain; D ,韓orea; D深上丹國國 天浙中中Shenzhen China; S 國國中中Tianjin/Chongqing/Zhejiang China; K)s)A(BPA)類PA(B (PAE Es)Bisphenol A analogues 酯酸酚甲雙苯Phthalates (PA二裝icals in分鄰成包塑Chem料plastic article-47][44關ith L H and F S H相負數計泡FC卵竇ith A,與關平相ere positively associated w H 水尿Urinary concentrations of P B s w F S和LH and negatively correlated w s 與PB中液levels in serum孕不求;尋性-child pairs;男康;健other-to對嬰en seeking fertility treat-;母om孩女en; w 6 ~17 歲治Girlsaged 6 ~ 17; m性女療healthy m ment,國,德ermany;蘭麥oland,丹,波大美國enmark; G A; P拿US加C anada; Ds)苯基(P Bs)羥酯對酸甲Parabens (PB劑腐防Preservatives

參Reference獻-52]-55]文考[51[53平巢卵,FS H 水患罹傷相關; dioxin-like;與ere associated損負as permanently levels關性平LH 相s w久水en exposed in utero and lactation w ere significantly increased ith serum 著are significantly corre-永到LH 顯平力量受與H 水levels of PAH局 活當FS結 子性康 精毒 和健Health outcomes后的年質LH成物 與性類 物謝levels; the serum男英 代etabolites in urine and serum OI露噁levels in them w及SH暴二ere inversely associated w期中 體乳清SH 母哺;血中關清相pounds and m H and F和高otility of adult m血險內升 和風ith L宮著 液衰子顯Sperm m damaged, and F toxic equivalents w尿早Parent com lated w with increased risk of P后學-經大;絕;男other-to代對后嬰en; m研Population 性om群男en ;母人年others and their adult om 性究故女Accidentally exposed m成女其照及對親和者ale college students母enopausal w患露衰暴早巢I patients and control w事婦sons; postm卵生PO child pairs; m慶國重國區,美大Italy; U Regions SA hongqing,地利,中江/C China意中Zhejiang浙國s)(PAH Hs)物s 烴英噁擾DC二Dioxins芳干環1泌ental E多Polycyclic aromatic hydrocarbons (PA表分內物續環Environm境業Industrial產副-products工by-60][56和熟成性孩ith onset of男與鎘ere inversely associ-;尿關ples w相was correlated w負en著om、FS H 顯/urine/air sam LH OI in w與度關濃相in the blood levels; urinary cadmium鎘險中風SH氣衰/空 早H and F液卵巢/尿 患ith L液性血女The levels of cadmium ated w puberty in boys and the risk of P女前經en;絕om人工性orkers in urban性女男康ale w鄉健;城和者孩患男衰12 ~14 歲OI patients and control w早巢;卵性Boys aged 12 ~ 14; m and rural areas; healthy premenopausal women; P浙江hina國,中國hejiang, C,美; Z利SA大意Italy; U鎘ium Cadm屬etals金重Heavy m-62][61/bloodin serumSHH and Fith L關相、FS H 正 血Blood lead levels w ere positively related w L H與平水鉛 組照對和人 接 露en; w工elders exposed to焊-containing fum暴om es and control group霧煙;鉛絕P ostm enopausal w性女經lead,美韓Korea; U國SA國鉛Lead-2-基-羥)1基-2-丙stands for dialkyl-氯(1 AP雙示表HiPP;BC iP stands for follicle-stim ulating hormone; D退減能功巢卵表;PO I 代SH酯酸磷基烷二示;DA P 表 素激-2-propyl phosphate.刺H stands for luteinizing hormone; F泡卵示-hydroxy;FS H 表 素成生體-chloro-2-propyl)1黃示stands for antral follicle count; L表;LH FC; A數計P stands for bis(1泡iP卵竇CiPH表;AF C 代R stands for odds ratio比值比表;OR 代 留殘灑噴內室。表鹽stands for indoor residual spraying; O OI stands for primary ovarian insufficiency; B:IR S 代酸磷基注丙Note: IRS phosphate; P

雙酚A(bisphenol A, BPA)類物質常用于食品、飲料罐的漆面包裝,也可用于一些牙科密封劑和復合材料,是一類廣泛存在于環境的內分泌干擾物。由于BPA 聚合后未結合的單體仍然存在,BPA 分子可能會從飲料和食品容器中釋放出來,因此人類廣泛暴露BPA[32]。 西班牙男性大學生尿液中BPA 濃度與血清LH 水平之間存在顯著正相關(β=0.07,95% CI:0.02 ~0.12,P＜0.01)[33]。 我國深圳市工業密集區工人血清中BPA 類似物4,4’-二羥基二苯甲酮(DHBP)與 LH 水平正相關(P＜0.05),雙酚 AF(bisphenol AF, BPAF)和雙酚 B(bisphenol B, BPB)與 FSH 水平顯著正相關(P＜0.001)[34]。 一項丹麥的研究顯示,尿液中BPA 濃度處于最高四分位數的男性血清LH水平比BPA 濃度處于最低四分位數的男性高出22%(95% CI:6% ~39%)[35]。 成年男性吸煙者中,尿液中BPA 水平與高FSH 風險增加相關(校正相對風險度(RR)=1.64,95% CI: 1.01 ~2.67)[36]。 對于正在進行不育治療的男性,尿液BPA 濃度增加一個四分位距(IQR),其FSH 水平增加1.23 IU·L-1(95% CI:1.10 ~1.40 IU·L-1,P=0.0005),BPA 四分位數濃度與血清FSH 水平呈正劑量效應趨勢(P=0.002)[37]。以上多項流行病學研究表明,BPA 暴露水平與成人體內促性腺激素水平正相關,提示BPA 可能通過作用垂體或者HPG 軸刺激促性腺激素合成與分泌。然而中國上海市一項兒童的研究發現,患有特發性中樞性性早熟(idiopathic central precocious puberty,ICPP)的學齡女孩尿液中BPA 濃度與FSH 基礎水平(r=-0.236,P=0.006)和峰值水平(r=-0.172,P=0.045)之間均存在顯著負相關;與最低四分位數濃度相比,最高四分位數濃度BPA 的女孩罹患ICPP 的OR 值增加 9.08 倍(OR=9.08,95% CI:2.83 ~29.15)。該研究結果提示BPA 暴露與ICPP 風險升高有關,其潛在機制可能與FSH 水平降低有關[38]。

鄰苯二甲酸酯(phthalic acid ester, PAEs)具有軟化塑料的作用,常被用作食品包裝、玩具、建筑用品、醫療設備和個人護理產品的塑化劑。 PAEs 與聚合物基質非共價結合且非常容易釋放出來,因此PAEs極易污染食物,尤其是肉和奶制品,并且幾乎在室內環境中隨處可見[32]。 韓國青春期前兒童血清鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate, DBP)、鄰苯二甲酸單乙基己基酯(monoethylhexyl phthalate, MEHP)含量與LH 顯著正相關(P＜0.05)[39]。 中國天津市不育男性血清中鄰苯二甲酸單酯的濃度總和(∑mPAE)與LH 呈 負 相 關 (β= -0.017, 95% CI: -0.031 ~-0.004)[40]。 中國重慶市男性大學生尿液中鄰苯二甲酸甲酯(monomethylphthalate, MMP)、鄰苯二甲酸異丁酯(monoisobutylphthalate, MiBP)和單(2-乙基-5-氧己基)鄰苯二甲酸酯(mono(2-ethyl-5-oxohexyl)phthalate, MEOHP)的肌酐校正濃度與血清FSH 水平顯著負相關[41]。 當丹麥母親尿液中總鄰苯二甲酸二異壬酯(diisononyl phthalate, DiNP)處于最高三分位數濃度時,男嬰的FSH 水平比處于最低的三分位數濃度時降低了14%(95% CI: -1 ~-25)且呈劑量效應關系(Ptrend=0.037)[42]。 筆者課題組發現中國浙江省女性尿液中MiBP 濃度與卵巢早衰風險顯著正相關,MiBP 濃度處于最高四分位數的卵巢早衰患者的OR 比濃度處于最低四分位數增加38%(OR=1.38,95 % CI:0.73 ~2.61,P=0.01)。 卵巢早衰患者血清FSH 水平與PAEs 代謝物呈正相關,較高水平的 MiBP、 鄰苯二甲酸單正丁酯(mono-n-butylphthalate, MnBP)、MMP、MEOHP 和 MEHHP 與FSH 的OR 之間存在明顯的劑量效應關系[43]。

1.5 防腐劑(Preservatives)

對羥基苯甲酸酯(parabens, PBs)作為抗菌防腐劑常被用在化妝品、個人護理品、藥品和食品中,在多種環境介質中均有檢出。 加拿大的研究發現6 ~17 歲女孩尿液中 PBs 總量增加1 倍,LH 和 FSH 水平分別降低10.8%(95% CI: -17.4 ~ -3.7)和4.2%(95% CI: -7.9 ~ -0.3)[44]。 丹麥妊娠早期母親尿液中對羥基苯甲酸甲酯和對羥基苯甲酸正丙酯濃度與3個月女嬰血清中LH 和FSH 負相關,尿液最高三分位數對應的女嬰血清中FSH 分別降低0.15 IU·L-1(Ptrend=0.06)和0.14 IU·L-1(Ptrend=0.08),母親中尿液中對羥基苯甲酸甲酯第二和第三三分位數濃度對應的女嬰血清中LH 較第一三分位數降低(OR2th=0.31, OR3rd=0.33,Ptrend=0.06)[45]。 德國一項研究發現男性志愿者全身涂抹含對羥基苯甲酸丁酯的乳霜120 h 后的FSH 水平較涂抹對照乳霜組顯著升高(P＜0.05)[46]。 然而美國和波蘭的2 項研究均表明成年女性FSH 水平隨尿液中對羥基苯甲酸丙酯濃度增加而升高[47-48]。 其中美國的研究發現隨著尿液中對羥基苯甲酸丙酯三分位數的增加,竇卵泡計數有降低趨勢,第二和第三較第一三分位數的平均變化分別為-5.0%和-16.3%(Ptrend=0.07)[47]。

1.6 工業副產物(Industrial by-products)

二噁英通常是金屬冶煉和燃燒含氯有機化學品工業產生的副產品,主要包括多氯二苯并對二噁英(polychlorinated dibenzo-p-dioxin,PCDD)和多氯二苯并呋喃(polychlorinated dibenzofurans, PCDF)[49-50]。意大利的研究發現在子宮內和哺乳期暴露于相對低劑量的二噁英的男性成年后精子活力受到永久性損傷,二噁英暴露的男性體內FSH 水平顯著高于母乳對照組[51]。 美國絕經后婦女LH 與二噁英類污染物的暴露呈負相關,當血清中二噁英類物質的毒性當量每增加1 倍,LH 水平降低11.9%(95% CI: -21.3%~-1.4%,P=0.03)[52]。

多環芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)主要由不完全的有機燃燒過程產生,然后排放到大氣中。 筆者課題組研究發現中國浙江省女性血清中總PAHs 與LH 和FSH 水平呈顯著正相關,罹患卵巢早衰的OR 升高[53]。 我國浙江省嵊泗列島母嬰臍帶血清中FSH 的濃度與16 種PAHs 和低分子量PAH 的自然對數濃度顯著正相關(P＜0.05)[54]。我國重慶市暴露于室外細顆粒物 PM2.5結合的PAHs 的男大學生尿液中菲及其代謝產物1-羥基菲的濃度與LH 水平正相關(β=3.710, 95% CI: 0.518~7.004;P=0.023),但3-羥基菲與 LH 呈負相關(β=-5.937,95% CI: -10.122 ~-1.558,P=0.009)[55]。

1.7 重金屬(Heavy metals)

鎘和鉛是廣泛存在于環境中的有毒重金屬,作為內分泌干擾物可引起類雌激素效應或抗雄激素作用,干擾生殖系統和正常發育。 意大利12 ~14 歲男孩尿鎘與血清LH 水平正相關(r=0.048,P≤0.05),性成熟延遲且處于G3、G4 階段的男孩睪丸體積顯著減小[56]。 同時意大利城鄉男性工人血液/尿液/空氣中鎘的對數濃度與LH、FSH 均呈顯著負相關[57]。美國絕經前女性血鎘濃度每增加1 mg·L-1,FSH 水平增加20%(95% CI: -2.9 ~46.9)[58],但另一項研究則發現此人群中血清FSH 水平隨著鎘含量的增加而下降,與最低鎘暴露水平的三分位數相比,最高和中間三分位數的平均FSH 水平分別降低10%(95%CI:-17.3% ~ -2.5%)和8.3%(95% CI: -16.0% ~-0.1%)[59]。 筆者課題組則發現卵巢早衰患者尿鎘水平與血清LH 水平呈顯著正相關(Ptrend=0.001),亦與血清FSH 水平呈顯著正相關(Ptrend＜0.001),這是首次報道鎘暴露與女性患卵巢早衰風險呈正相關(OR=2.50,95% CI:1.34 ~4.65,Ptrend=0.001)[60]。

韓國絕經后女性血鉛水平與FSH 正相關(β=2.929,P=0.019)[61]。 美國暴露于鉛煙霧的工人LH和FSH 水平均顯著高于對照組(P＜0.05),且與血鉛水平正相關(r=0.72,P=0.004;r=0.78,P=0.001)[62]。

2 EDCs 暴露對哺乳動物促性腺激素的干擾作用(Disrupting effects of EDCs exposure on gonadotropins in mammals)

大量流行病學調查證明EDCs 暴露與人體內促性腺激素水平改變存在相關性,已有的動物實驗也證實EDCs 暴露引起促性腺激素水平變化,對生殖系統功能和性成熟產生影響(表2)。

2.1 農藥(Pesticides)

有機氯農藥暴露不僅引起促性腺激素水平變化,對配子發生和性成熟皆產生影響。 成年雄性Wistar 大鼠連續 10 d 腹腔注射 50 mg·kg-1·d-1和100 mg·kg-1·d-1的 DDT,結果表明農藥暴露后體內睪酮減少,LH 和FSH 水平升高,促性腺激素水平的增加可能與類固醇對下丘腦-垂體軸的負反饋調節有關[63]。 雌性 Wistar 大鼠在產后(postnatal day,PND)6 ~10 d 皮下注射 10 mg·kg-1·d-1和 100 mg·kg-1·d-1的o,p’-DDT 后,在 PND 22 d 時 LH 水平趨于降低,隨后觀察到陰道口張開和第一次動情期出現的日齡都減小(即性成熟提前),與年齡相關的LH對 GnRH 的反應提前下降[64]。 成年雄性 Wistar 大鼠連續灌胃6.75 mg·kg-1·d-1有機磷農藥毒死蜱12周后血清LH 和FSH 水平較對照組均顯著降低(P＜0.05),抑制精子發生,曲細精管發育不良[65]。

不同劑量的擬除蟲菊酯殺蟲劑暴露不同年齡或者窗口期的嚙齒類動物,對促性腺激素的影響不盡相同。 筆者課題組研究發現未成熟 ICR 小鼠在PND 7 ~12 暴露于 0.5、5、和 50 μg·kg-1·d-1的氯氰菊酯,暴露組LH 水平均顯著升高且呈劑量效應關系,且中高劑量組FSH 水平也顯著提高(P＜0.05),并引起性成熟提前[66]。 另一項研究將雄性成年ICR小鼠連續暴露于 0、35 或 70 mg·kg-1·d-1的氯菊酯 6周,附睪精子量和睪酮均顯著降低,進而導致HPG軸負反饋調節的血清LH 含量隨著暴露劑量增大顯著增加[67]。 然而,21日齡雌性昆明小鼠持續暴露6個月劑量為 1.38、2.76 和 5.52 mg·kg-1·d-1的β-氯氰菊酯,與對照組相比暴露組血清FSH 水平呈劑量依賴性升高,2.76 mg·kg-1和 5.52 mg·kg-1劑量組 LH濃度顯著降低(P＜0.05),并且隨著劑量的增加小鼠的胚胎著床率和妊娠成功率顯著降低[68]。 成年雄性Sprague-Dawley (SD)大鼠以每天 0、7.5、15、30、60 mg·kg-1的劑量口服氯氰菊酯15 d 后,與對照組相比最高劑量組的體內FSH 水平顯著升高,30 mg·kg-1組和60 mg·kg-1組大鼠的血清睪酮濃度和每日精子產量均顯著降低(P＜0.05)[69]。

新煙堿類是一類目前在世界范圍內使用最為廣泛的殺蟲劑,主要用于農業以保護作物免受昆蟲侵害[70-71]。 近些年有研究表明暴露于新煙堿農藥會造成大鼠體內促性腺激素水平異常,對性腺和配子造成不良影響。 成年雌性Wistar 大鼠經口暴露于5、10 和 20 mg·kg-1·d-1的吡蟲啉 90 d 后,最高劑量組的血清LH 和FSH 水平顯著下降,卵巢質量顯著降低并出現明顯的病理學變化[72]。 在雄性大鼠體內同樣發現了新煙堿農藥暴露對生殖功能的負面效應,通常FSH 水平上升指示生殖力下降。 50日齡雄性大鼠每周5 d 暴露于9 mg·kg-1·d-1的吡蟲啉,一個月后發現體內FSH 水平上升32.6%,睪酮下降63.9%,睪丸質量上升14.2%,精子數量減少32.1%并且精子頭部出現變形、尾部異常彎曲[73]。 8 ~10 周齡雄性SD大鼠連續暴露于 12.5、25 和 35 mg·kg-1·d-1的啶蟲脒90 d,暴露組的雄鼠體內FSH 水平均顯著升高,中低劑量組的LH 顯著升高,中高劑量組精子數量顯著減少,高劑量組頭部異常精子增多(P＜0.05)[74]。

2.2 阻燃劑(Flame retardants)

長期暴露于BFRs 會嚴重影響兩性生殖健康。21日齡雄性SD 大鼠持續暴露14 d 劑量為0、0.1、0.2 和 0.4 mg·kg-1·d-1的 2,2’,4,4’-四溴二苯醚(BDE-47)后,最高劑量組血清LH 水平顯著降低,睪酮顯著升高并且伴隨著間質細胞的增殖(P＜0.05)[75]。 另外成年雌性 SD 大鼠在交配前2 ~3 周至妊娠(gestation day, GD)第 20 天,經口暴露 0、0.06、20 和 60 mg·kg-1的 PBDE 工業混合物(DE-71、DE-79 和BDE-209),暴露組血清LH 濃度隨劑量增加趨于降低,卵巢中的類固醇生成和卵泡生成顯著受損[76]。

2.3 多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls)

SD 母鼠在胚胎第 16、18 天腹腔注射 0、0.1、1或10 mg·kg-1的多氯聯苯混合物Aroclor1221,1 mg·kg-1組F1 代血清中LH 水平顯著高于0.1 mg·kg-1和10 mg·kg-1組,且有高于對照組的趨勢(P=0.0516)。 在動情前期,與對照組相比暴露組的F2雌鼠血清LH 水平顯著降低,Aroclor1221 抑制了發情周期中子宮和卵巢質量的波動,其中卵巢質量顯著下降[77]。 SD 孕鼠在 GD 7 ~GD 21 灌胃暴露劑量為 30 μg·kg-1·d-1的 PCB169,雄性子代出生后第 6周(postnatal week, PDW)血漿LH 水平顯著降低,然而PDW 15 雄性子代血漿FSH 水平顯著升高(P＜0.05),同時PDW 3 和PDW 6 睪酮濃度下降,睪丸間質細胞減少,表明PCB169 通過垂體-睪丸軸抑制精子發生[78]。 另一項CD-1 小鼠的暴露實驗表明母鼠圍產期飲食暴露 1 μg·kg-1·d-1的 PCB(101+118),雄性后代成年后垂體中Lhβ和Fshβ基因的表達水平均顯著上調[79]。

2.4 塑料包裝成分(Chemicals in plastic article)

已有研究報道,雌性Wistar 孕鼠在GD 18 ~PND 5 皮下注射 0.5 mg·kg-1或 5 mg·kg-1的 BPA,暴露組雄性后代青春期啟動延遲,在PND 90(成年后)暴露組下丘腦Gnrh1和Esr2mRNA 相對表達水平增加,5 mg·kg-1組血清LH 濃度顯著升高,0.5 mg·kg-1組垂體Fshβ亞基 mRNA 表達增加(P＜0.05),證明在下丘腦性分化期間暴露于低于未見毒性反應水平劑量的BPA 類物質,會改變雄性后代促性腺激素水平進而擾動HPG 軸[80]。 相似地,SD 母鼠從GD 6至哺乳期飲水暴露于 1 μg·mL-1和 10 μg·mL-1的BPA,雌性后代血清LH 和FSH 水平均顯著升高,青春期啟動顯著提前[81]。 然而,22日齡斷奶雄性大鼠連續 48 周飲水暴露于 5、25 和 50 μg·L-1的 BPA 或其類似物(BPB、BPF 和 BPS),血漿 LH 和 FSH 水平均顯著下降,50 μg·L-1組相對附睪質量顯著降低,每日精子產量顯著降低(P＜0.01),附睪頭精子數和尾部精子數均有不同程度減少(P＜0.05)[82]。 選擇處于動情周期的雌性NMRI 小鼠皮下注射0、1、5、10、50 和 100 μg·kg-1的 BPS 連續 21 d,所有暴露組的雌鼠體內LH 和FSH 水平均顯著降低[83]。

不同生命時期暴露鄰苯二甲酸酯對嚙齒動物體內促性腺激素水平均有顯著影響。 Wistar 孕鼠在GD 1、GD 7 和 GD 14 分別注射 DBP 100 mg·kg-1和500 mg·kg-1,與對照組相比產前暴露的雄性大鼠血清LH 和FSH 水平升高,睪酮水平、精子數量和活力顯著下降(P＜0.05)[84]。 4 周齡雄性 Wistar 大鼠連續 4 周每日灌胃 80、200 和500 mg·kg-1的 DBP,中、高劑量組的雄鼠體內LH 和FSH 水平顯著增加(P＜0.01),最大分別增加59.5%和51%,同時睪酮水平和類固醇合成急性調節蛋白StAR基因表達下降[85]。 成年雄性 Wistar 大鼠分別于 90、97、104 和111日齡腹腔注射 100 mg·kg-1和 500 mg·kg-1的DBP,暴露組雄鼠血清LH 水平顯著升高了82.78%和77.24%,FSH 水平升高了74.06%和88.27%,精子數量和活力顯著下降(P＜0.05)[86]。 然而不同的鄰苯二甲酸酯對促性腺激素水平調控存在差異。 例如18日齡雄性 SD 大鼠連續 30 d 灌胃 250、500 或 750 mg·kg-1鄰苯二甲酸二(2-乙基己)酯(bis(2-ethylhexyl) phthalate, DEHP)后體內促性腺激素水平受到抑制,高劑量組 LH 水平降低21.1%,中、高劑量組FSH 水平分別降低26.4%、28.3%,相對睪丸和附睪質量均表現出劑量依賴性降低,且均具有統計學顯著性[87]。 C57 雌性小鼠每日灌胃 0、0.5、1 和 2 g·kg-1的鄰苯二甲酸二甲酯(dimethyl phthalate, DMP),持續暴露 40 d 后 2 g·kg-1組體內 LH 和雌二醇(E2)顯著升高,FSH 卻顯著下降(P＜0.05),這可能是由于DMP 對垂體-卵巢軸的雙重作用,即刺激垂體LH 的產生并抑制顆粒細胞中類固醇的產生,推測長期暴露DMP 會促進血清E2水平,導致FSH 水平繼發性降低[88]。

參References獻文考響影的能功關相mals殖生及素響 激影am 腺的 性素 促對激腺pins in m性Effects on gonadotropins and reproduction functions促物動onadotro乳哺對s on g物擾DC干f E泌分內境型環e effects o模2Th 究Models研表Table 2物s擾泌ental E D C干 分內境環Environm-65][63雄and testosterone levels and advanced育發管精細曲和生發子精iniferous tubule growth性 制,抑SH前提LH, F熟atogenesis and sem成性性,雌ale sperm化aturity, and inhibited m變生發平水酮睪、FS引E xposure to organochlorine pesticides altered serum H 和LH起fem ale sexual m鼠Wistar 大W istar rats)蜱藥死農,毒磷涕機滴’-DD Organochlorine/organophosphorus pesticides T, chlorpyrifos)/有氯機,2,4-滴有涕, p滴, o(滴DT(D-69][66精日每和count and量子精睪、附率功成娠、妊率床著and testosterone levels and premature sexual胎胚SH低,降H, F前提熟成,性平水酮睪、FS H 和production LH 量變產改子Exposure to pyrethroids caused changes in L maturity, reduced embryo implantation sites, pregnancy success rate, epididymal sperm daily sperm,鼠大鼠unming-1(IC R)小,SD ice, K D rats鼠R) m CD 小昆-1 (IC明mice, S CD,,酯酯)菊菊ethrin-cyperm Pyrethroids (Cyperm ethrin)(氯氰氰酯,β-氯菊酯, β蟲菊ethrin擬除氯perm藥農Pesticides-74][72異部eight尾和head and部,頭降下量ber of sperm數子,精化變生發均and testosterone levels and changed the w量質SH count and increased the num丸, F睪LH和巢,卵變改平水酮睪、FS H 和高升LH 數子起精引常Exposure to neonicotinoids altered serum of the ovaries and testicles, and reduced sperm tail abnormalities鼠,S D 大D rats鼠Wistar 大Wistar rats, S)脒蟲,啶農N eonicotinoids啉蟲(吡藥堿煙新(Imidacloprid, acetamiprid)-76][75殖增胞細質間丸睪和成生泡巢,影和Es resulted in changes in L卵H, estradiol and testosterone levels, affected ovarian卵響 變改平水酮睪 醇BD二、雌LH內體Exposure to P folliculogenesis and induced leydig cell hyperplasia大rats鼠S D SD物合劑燃E 混阻BD mixture)代-47 inated flame retardants, P溴DEPB Brom DE(B阻e retardants劑燃Flam-79][77、卵宮子響,影β subunit genes in m ale offspring,平水eight of uterus and酮睪低,降平H 水ell as altered the w sh FS as w atogenesis L H 和變,改達生表發因子基精基和hβ and F β、Fshβ 亞量數胞細levels,reduced testosterone levels,Lh 質SH間代丸后睪H and F性和雄量調質B exposure up-regulated the expression of L上巢PC changed L ovaries and affected testicular leydig cells count and sperm鼠ice-1(IC R)小D-1 (IC R) m,C D大rats, C鼠SD S D 169,CBAroclor1221, P 118)B (101+PC苯聯氯多Polychlorinated biphenyls

2表續參References獻文考響影的能功關相殖生及素激腺性促對Effects on gonadotropins and reproduction functions究Models型模 研物s擾泌ental E D C干 分內境環Environm;-83]-88]-91]-93]-98]酚成雙合[80[84[89[92[94示素激醇,S 表,固is bisphenol B達,increased the expression of hypoproduction, epididymal 量 表低, estradiol and testosterone levels, decreased the expression數ber of produc-因levels, and affected gonadal steroidogenesis and the expressions of steroidogenic genes, and disrupted、卵and testosterone, affected the exand caused a reduction in ovarian reserve,folli-F;BP類PB表降備酚表;B NA 子 量 基SH儲 雙Esr2 stands for estrogen mR ,精產和巢示量子成卵;Star 代因質精生β subunit genes and altered L otility and testosterone, increased the num count and daily sperm醇H and F成B;BP F 表因Fshβ 基睪日附固、每,造is bisphenol A 2 基平count and m和D is tetrachlorodibenzo-p-dioxin;B水類酚體達丸體前tion, and delayed the ages of preputial separation and testicular descent睪量數腺雙受子PA性表示素和動垂提低精 響 體 激因 啟,降 部,影A;BP 雌表Esr2 基 達期代H and F SH化尾’s pubertal onset SH春ell as sperm變表sperm head abnormalities, decreased the caudal epididymal sperm青因,附Kiss1 受平B 表睪H, F酚雙;E后Gnrh1 和BPA and analogues exposure changed the levels of L A, reduced daily sperm concentrations of L sr2 代加SH、FS Star 基count, and accelerated offspring hβ, F增eight of testis and epididymis as w起示因H, F β m sh RN H 水調,引 量Kiss1 和1 基腦,下 常數LH丘素丘數腦量sh平異起下otility;B PA 表英放sr2 and pituitary F Exposure to parabens affected the levels of L Dioxins exposure reduced the expression ofL iss1 receptor,激下子 水SH 部頭酮,引,影調精H, F 響降 噁釋CD iss1 stands for a gene encoding neuropeptide-kisspeptin達下精etals altered the serum iss1 and K count and m-二素E is polybrominated diphenyl ether;T nrh1 stands for gonadotropin releasing hormone 1 gene;ethyl phthalate;G .,上和 子 表化量 、睪 遲 因 變均-p 激變質 醇,精 改力基并腺生睪 二 苯性Exposure to phthalates altered L平間延基平、活發、附nrh1 and E 雌 水時 水量 二促氯表平量酮降 亂 酮數睪下 睪子 四產紊示、FS tar gene, the w H 水、FS LH子、FS H 和睪丸H 和β、Fshβ 亞為、FS 丸精Lh 行orphic behavior ic G睪H 和;Gnrh1 代降和is dim LH日 內下 離 型 和;TC 體力LH每分兒二胎LH sexual dim量酯Exposure to m thalam-ethylhexyl) phthalate;D pression of hypothalamic K內 低 調,性weight and sperm cle count, testicular sperm DD 表甲MP變活of S 響皮起數體降改和影包下達引泡醚二苯酸二甲,,鼠,溴二BD鼠鼠鼠鼠istar rats,多苯示鄰示,S D 大,S鼠D rats,Wistar rats, S ice D rats鼠RI 小,S RI m D 大鼠D rats,Wistar rats, S ice鼠oltzman rats C57 小表C57 m D 大Wistar rats, H 鼠oltzman 大,Wistar 大rats;D NM NM 鼠,H鼠Wistar rats, S Wistar 大Wistar 大ing m Wistar 大大ice, W SD鼠SD ;PB DE 表MP Wistar 大 小 醚,2’,4,4’-tetrabrom苯)酯odiphenyl ether;P明昆Kunm 二基溴己P is bis(2 2,2’,4,4’-四基EH-乙(2二analogues PS)))))示甲鉛chloride,lead acetate)PF, B酸。)因酯酯酸P, D MP 酯丁二基A 類DD E-47 is 2,醋酸苯的, B酸正-47 表甲酸 英 鎘 鄰肽經ley rats;is dibutyl phthalate;D苯甲酚二PB Bisphenol A 甲苯Phthalates EH 噁Dioxins (TC化ium, lead;B 示BP, B BD二BP, D雙基苯表-吻;D Cadm鄰PA 羥基DE(氯(D鼠HP 肽(B 對羥(對Paraebns (n-butylparaben,鉛鎘admium;DE碼神aw(C 丁酯編Sprague-Dawley 大甲;Kiss1 是二is bisphenol S酸prague-D PS;B裝icals in分二因tar stands for steroidogenic acute regulatory protein gene; K成物plastic article示苯基劑產屬etals表鄰白包塑Chem 腐 副 金 鼠示蛋料防Preservatives業Industrial-products重節D rats stand for S工by Heavy m:S D 大注S;DB P 表急Note: S調性F is bisphenol F BP receptor 2 gene; S

2.5 防腐劑(Preservatives)

Wistar 大鼠于妊娠期和哺乳期(GD 12 ~ PND 21)皮下注射 10、100 和 200 mg·kg-1對羥基苯甲酸正丁酯(n-butylparaben, BP),200 mg·kg-1暴露組的雄性后代在PND 110 的血清中 LH 和FSH 濃度顯著降低,并且所有暴露組的精子頭部異常(主要表現為頭部無特征彎曲)數量增加,睪酮濃度顯著升高(P＜0.05)[89]。 母鼠在 GD 7 ~ PND 21 經口暴露 64、160、400 和 1 000 mg·kg-1的 BP 后,暴露組的 PND 21 和PND 49 的雄性仔鼠血清中LH 水平以及PND 35 的雄性仔鼠FSH 水平顯著下降,但PND 90 的雄性仔鼠的促性腺激素均顯著升高,并伴隨著最高劑量組的附睪尾部精子數量顯著減少約36%,每日精子產量顯著下降約 55%(P＜0.01)[90]。 然而,Holtzman 大鼠在這一時期皮下注射0、100 和1 000 mg·kg-1的 BP,最高劑量組 F1 代雄鼠在 PND 45 和PND 75 的 LH 水平卻顯著上升(P＜0.05),10 mg·kg-1和1 000 mg·kg-1組出現包皮分離延遲,100 mg·kg-1和1 000 mg·kg-1組的睪丸下降延遲并且在成年后評估處于亞生育狀態[91]。

2.6 工業副產物(Industrial by-products)

針對二噁英的研究主要集中在探究圍產期暴露對子代的影響,子宮內或母乳暴露可以傳遞給子代,可能影響F1 代成年后的生殖行為。 妊娠Wistar 大鼠在 GD 15 單次口服 1 μg·kg-1四氯二苯并-p-二噁英(tetrachlorodibenzo-p-dioxin, TCDD),GD 20 時雌雄胎兒垂體中Lhβ和Fshβ亞基基因表達降低,血清LH 和FSH 激素水平下降進而導致下游性腺類固醇生成蛋白表達下降,成年后性二型行為紊亂[92]。 然而,成年雌性SD 孕鼠于GD 8~GD 14 分別灌胃100 ng·kg-1·d-1和 500 ng·kg-1·d-1的 TCDD,高暴露組的F3 代血清中LH 濃度卻顯著增加(P＜0.05)[93]。

2.7 重金屬(Heavy metals)

25日齡雄性昆明小鼠灌胃暴露于5 mg·kg-1·d-1的 CdCl2,在 20 d 和 30 d 后血清 FSH 水平顯著升高(P＜0.01),睪酮濃度升高,而與之合成的相關蛋白表達降低,這可能是青春期HPG 軸負反饋調節的結果[94]。 12 周成年雌性Wistar 大鼠飲水暴露于100 mg·kg-1的 CdCl2持續 30 d 后血清基礎 LH 水平增加,下丘腦中Kiss1 表達水平升高,Kiss1 受體表達下降,同時暴露組大鼠的卵巢儲備功能降低,卵泡數顯著下降(P＜0.05),出現了HPG 軸受損、卵巢早衰特征[95]。 成年 SD 大鼠連續腹腔注射3.5 mg·kg-1或 2 mg·kg-1的CdCl2一個月后,雌鼠和雄鼠的 LH 水平均顯著降低,對卵巢和睪丸均產生了毒性作用[96-97]。另外,成年雄性Wistar 大鼠灌胃50 mg·kg-1醋酸鉛4 周后,血清LH 和FSH 顯著降低,精子數量和活力下降(P＜0.001)[98]。 以上研究結果顯示,未成熟的小鼠暴露于較低劑量的鎘,促性腺激素水平上升,然而成年嚙齒類動物暴露高劑量鎘或鉛,促性腺激素水平卻下降。 不同窗口期暴露不同劑量的重金屬,可能通過不同機制調控促性腺激素的合成和分泌。

3 EDCs 干擾促性腺激素合成的機制研究(The mechanisms of interference of EDCs with gonadotropin synthesis)

目前關于EDCs 調控促性腺激素合成與分泌的作用機制的研究還十分有限。 由于垂體促性腺細胞合成和分泌促性腺激素受下丘腦分泌的GnRH 調控,因此EDCs 對GnRH 的干擾作用可間接調控LH和FSH 的合成。 在哺乳動物中,下丘腦GnRH 神經元脈沖式分泌的GnRH 和垂體促性腺激素細胞膜上的GnRH 受體結合,從而激活相關通路誘導LH和FSH 的合成和分泌。 筆者課題組研究發現,21日齡小鼠下丘腦外植體暴露于500 μg·L-1和5 000 μg·L-1氯氰菊酯后,GnRH 脈沖的間隔時間顯著縮短,電壓門控鈉離子通道(voltage-gated sodium channels,VGSCs)的抑制劑TTX 可以阻斷氯氰菊酯對GnRH脈沖頻率的調控,表明氯氰菊酯通過干擾VGSCs 縮短GnRH 脈沖間隔[66]。 另一項研究發現,從體內暴露500 mg·kg-1DEHP 的大鼠中分離的垂體細胞無論有無GnRH 的刺激,其釋放的LH 在暴露后都顯著增加;但體外分離的20日齡大鼠垂體細胞在暴露于DEHP 或其代謝物后,只有代謝物2-乙基己酸(2-ethylhexanoic acid,2-EHXA)能夠顯著增強GnRH 刺激下LH 的分泌,但是對基礎水平沒有影響[99]。 這說明DEHP 代謝物可以通過增強垂體對GnRH 的反應來調節LH 的分泌。

除了通過干擾GnRH 間接調控促性腺激素,EDCs 也可能直接作用于垂體促性腺細胞,干擾LH和FSH 的合成。 筆者課題組利用LβT2 細胞以及垂體原代細胞等體外模型開展了一系列研究。 LβT2細胞暴露于 10-9~10-7mol·L-1p,p’-DDT 和甲氧滴滴涕(methoxychlor, MXC),Cgα、Lhβ和Fshβ基因mRNA 水平以及LH 和FSH 分泌水平顯著升高,并呈現劑量效應關系。 調控促性腺激素合成的絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)包括細胞外調節蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases, ERK)、Jun N 末端激酶(Jun N-terminal kinase, JNK)和 p38 MAPK。 分別用這 3 種激酶抑制劑預處理 LβT2 后暴露p,p’-DDT 和MXC,其中 ERK 抑制劑 PD184352 阻斷p,p’-DDT和 MXC 對Cgα、Lhβ和Fshβ亞基基因表達的誘導作用,而JNK 和p38 MAPK 抑制劑無顯著影響[100],表明p,p’-DDT 和 MXC 通過 ERK 信號通路誘導LH 和FSH 的合成。 Ca2+信號在垂體前葉合成和分泌促性腺激素所必需的信號轉導級聯中起著重要作用。 筆者課題組研究發現,原代培養的雄性小鼠垂體細胞暴露于50 μg·L-1氯氰菊酯后以時間依賴性的方式提高了促性腺激素亞基基因Cgα、Lhβ和Fshβ的mRNA 水平以及細胞培養液中LH 和FSH這2 種激素的分泌水平。 當氯氰菊酯與L 型電壓門控鈣離子通道(voltage-gated calcium channels,VGCCs)阻斷劑尼莫地平、胞內Ca2+螯合劑BAPTAAM、胞外Ca2+螯合劑EGTA 共暴露時,氯氰菊酯誘導的Ca2+離子內流、促性腺激素亞基基因的表達和激素分泌的增加均被抑制。 以上結果證明了氯氰菊酯通過干擾鈣離子通道,刺激小鼠垂體細胞Ca2+離子內流,激活下游ERK 激酶通路進而誘導垂體促性腺激素亞基基因的表達以及LH 和FSH 的分泌,導致血清促性腺激素水平升高,從而加速小鼠性成熟[66]。 同時,筆者課題組利用 LβT2 細胞暴露氯氰菊酯發現,該農藥還可通過抑制Ca2+-ATP 酶活性,導致Ca2+從細胞內質網鈣庫中釋放來調節鈣穩態[101]。 Ca2+-ATP 酶可將鈣離子泵入內質網鈣庫中貯存,毒胡蘿卜素(thapsigargin)是一種Ca2+-ATP 酶的抑制劑,可增加胞質鈣離子水平最終導致內質網鈣庫中鈣離子的耗竭。 我們的研究發現毒胡蘿卜素預處理可引起LβT2 細胞內質網鈣庫中鈣離子的耗竭,阻斷了氯氰菊酯對ERK 的激活作用。 另外,氯氰菊酯還可劑量依賴性地降低 LβT2 細胞內的Ca2+-ATP 酶活性。 進一步證明了氯氰菊酯通過Ca2+激活下游的蛋白激酶C/C-RAF/ERK1/2/即刻早期基因Egr-1、c-fos和c-jun信號通路,促進促性腺激素亞基基因的轉錄[101]。

近些年有研究發現EDCs 引起的不良影響可以在多代和跨代中傳遞,導致異常發育表型的機制就可能包括與生殖相關的細胞中的表觀遺傳失調。 嚙齒動物和人類暴露EDCs 的表觀遺傳標記有DNA甲基化、組蛋白翻譯后修飾和非編碼RNA[102-103]。有研究發現TCDD 通過誘導組蛋白去乙酰化酶活性,進而抑制促性腺激素基因Cgα、Lhβ和Fshβ表達[104]。 GD 15 妊娠大鼠口服 1 μg·kg-1TCDD 后胎兒垂體促性腺激素亞基基因和血清激素水平下降;DNA 微陣列分析和PCR 驗證結果證實暴露TCDD的母鼠的胎兒垂體中組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDCAs)1/3/4/5/6/7/9/11 基因的 mRNA水平升高,在妊娠晚期和新生兒早期觀察到HDAC1/5/7 表達升高并伴隨著垂體促性腺激素減少。 染色質免疫共沉淀分析顯示乙酰化組蛋白H3和H4 與促性腺激素亞基基因的啟動子區域相關,TCDD 暴露導致Lhβ啟動子上結合的組蛋白的乙酰化程度顯著降低,其他基因的乙酰化組蛋白有同樣的降低趨勢[104]。

4 總結與展望(Conclusions and perspectives)

雖然目前很多環境流行病學的研究結果表明,EDCs 暴露與促性腺激素水平改變相關,但是不同化合物對不同年齡、不同性別、不同地域的人群的影響存在較大差異。 目前很多流行病學調查是橫斷面研究,檢測的促性腺激素只能代表瞬時的水平變化,EDCs 的長期暴露對促性腺激素合成以及受促性腺激素調控的相關健康結局的影響仍然缺乏研究。 EDCs暴露、促性腺激素水平的改變以及相關的生殖系統疾病和健康效應之間的相關性和因果關系仍然不明確,需要進一步的大規模人群的前瞻性隊列研究。

目前關于EDCs 暴露對HPG 軸影響的毒理學研究仍不完善,多為高劑量的短期暴露。 由于高劑量的EDCs 暴露可能導致HPG 軸的內分泌器官的細胞凋亡和損傷,從而引起其合成的激素水平下降。然而實際環境中EDCs 大多是低劑量的長期暴露,對HPG 軸的干擾作用機制可能與高劑量暴露導致的毒性機制不同。 例如有研究報道高劑量的氯菊酯暴露導致雄鼠的睪酮水平下降,是由于睪丸間質細胞的線粒體損傷引起細胞凋亡[67];而筆者課題組前期的研究發現在無細胞毒性的環境相關劑量下的氯氰菊酯暴露干擾睪丸間質細胞的鈣離子通道,刺激睪酮的合成[66]。 某些EDCs 的暴露還會引起代際傳遞效應,子代的促性腺激素水平受到干擾,然而相關的機制仍然不明確,有可能涉及到EDCs 對子代表觀遺傳的影響。 雖然垂體是HPG 軸上極為重要的內分泌器官,然而由于垂體在顱內,體積極小,獲取原代細胞培養較難,因此關于EDCs 干擾垂體分泌促性腺激素的毒理機制研究十分有限。 筆者課題組的一系列研究表明,小鼠垂體瘤細胞系LβT2 可以響應EDCs對LH 和FSH 的亞基基因表達以及促性腺激素分泌的調控,是研究EDCs 調控促性腺激素作用機制的較好的體外模型。 因此未來的研究可以結合體內和體外模型,更多聚焦于低劑量EDCs 長期暴露對促性腺激素以及HPG 軸的干擾作用和毒性機制。