孕期雙酚A暴露對子代生殖和內分泌發育的影響及表觀遺傳學機制

楊俏俏，馬明月

（沈陽醫學院公共衛生學院毒理學教研室，遼寧 沈陽 110034）

雙酚A（bisphenol A，BPA）作為一種新型的工業化合物，廣泛應用于高分子材料環氧樹脂和聚碳酸酯等的合成中，在日常生活接觸的牙科醫用材料、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 可經口、呼吸道、皮膚等多種途徑進入人體［2-3］。BPA作為重要的環境內分泌干擾物（EEDs）之一，具有弱雌激素和抗雄激素作用，干擾機體正常的內分泌系統。生命早期階段是發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，對子代的發育也影響深遠。表觀遺傳學是在細胞核DNA序列不改變的情況下，基因功能發生可逆的、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重塑等。越來越多的證據表明表觀遺傳修飾在人類發育和多種疾病的發生、發展中起著重要作用。研究表明，BPA 等可能通過干擾胚胎發育的表觀基因組對胎兒和胎盤健康產生負面影響，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、生殖系統和內分泌系統的發育及其表觀遺傳學機制進行綜述。

1 孕期BPA暴露對胎盤的影響

1.1 對胎盤結構和功能的影響 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物質、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，許多外源化學物可以經過胎盤轉運到胎兒體內。動物實驗和人群調查已經證實孕期BPA 暴露可以通過直接或間接的方式影響胎盤的結構和功能，進而影響胎兒的發育。其可能機制為BPA 導致了胎盤的組織結構變化，破壞其分泌和代謝能力；同時根據BPA 暴露水平不同，誘導滋養層細胞凋亡或抗凋亡信號，并可抑制滋養層細胞遷移和侵襲能力，從而影響妊娠結局［5］。

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

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

胎盤可以產生人絨毛膜促性腺激素（hCG）。研究發現BPA暴露顯著誘導β-hCG的分泌，增強胎盤的內分泌功能，抑制滋養細胞的侵襲，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 暴露對人類后代發育產生影響。但一篇包含35 項研究的系統綜述結果顯示，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、發育缺陷和習慣性流產等不良結局［9］。

1.2 與胎盤相關的表觀遺傳學機制研究 DNA甲基化主要發生在胞嘧啶-鳥嘌呤二核苷酸（CpG）位點胞嘧啶第五碳位上，主要通過DNA甲基轉移酶（DMNT）及相關蛋白的參與來完成。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，發現BPA 可以改變滋養層細胞的浸潤并導致胎盤血管異常重塑，其原因是DNMT1介導的WNT2的表觀遺傳重編程和下調所致［10］。Cao等［11］發現BPA顯著提高雌激素合成關鍵酶和雌激素受體（ER）在妊娠滋養細胞（Bewo細胞）中的表達；BPA抑制了ER基因的CpG甲基化，同時下調DNMT1 的表達，上調DNMT3a 和DNMT3b的表達。

非編碼RNA（ncRNA）通過干擾mRNA 的功能來調節基因表達。通過微陣列技術對暴露于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現，因胎兒畸形而接受治療性流產的孕婦胎盤中miR-146a 過表達，且與BPA水平呈相關性［12］。

2 孕期BPA暴露對生殖系統發育的影響

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學變化、精子的發生功能及神經內分泌激素的分泌進行評價。

睪丸具有產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育［13］。Lv 等［14］報道孕期BPA 暴露可抑制睪丸間質細胞和支持細胞的分化，可能破壞雄性生殖道的發育。

對于雄性來說，黃體生成素促成睪丸間質細胞合成和釋放睪酮，調節精子的發生。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］研究發現孕期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、精子數量和活力的下降［18-20］。在下丘腦性別分化的關鍵時間窗口（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時出現精子的數量和功能改變、精管的形態和精子發生相關基因的表達，永久性地損害了男性的生殖功能［18］。張昭玉等［19］發現孕期BPA暴露降低雄性子代精子計數；Rahman 等［20］報道精子活力下降。

2.2 對雌性子代的影響 雌性生殖發育的評價較雄性更為復雜，包括卵子發生、排卵、性發育、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。

卵巢負責生殖生命期間的雌性配子發生和內分泌功能。卵泡作為發揮卵巢功能的主要單位，它的形成、激活及發育直接決定了雌性個體的生育力以及生育壽命，而其發育的異常可導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量；Mahalingam等［22］在相同劑量下發現仔鼠的腔前卵泡的數量也顯著減少。此外，有研究以恒河猴為例，發現孕期暴露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和功能，并對生育產生負面影響［23］。

在激素水平上，相關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］則發現飲水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 暴露可導致雌性子代陰道開口、第一次發情時間提前［26］。

2.3 人群研究 肛門生殖器距離（AGD）是反映人類性發育的重要指標，與男性和女性的多種不良的生殖結果相關，如隱睪、尿道下裂、低生育力、多囊卵巢等［27］。Barrett等［28］發現較高水平的BPA 孕早期暴露與女嬰AGD 明顯較短相關，Sun等［29］也報道母親暴露于BPA 與男孩12 個月時AGD 縮短有關，但與女孩無關。但有研究發現母親尿中BPA 水平與子代AGD 沒有顯著相關性［30］。此外，在睪丸發育上，Fisher 等［31］發現孕10～17周時母親血清BPA 水平與子代先天性或產后隱睪呈正相關。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 生殖發育相關表觀遺傳學機制 嚙齒類研究顯示環境內分泌干擾物的跨代效應可能與表觀遺傳介導機制有關［33］。孕期暴露BPA（50 μg/kg）可以導致雄性幼鼠睪丸中Dnmt3A和ERα基因啟動子區域明顯的高甲基化［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，從而抑制體內雌激素的轉錄。此外，Han等［36］采用相同的體內模型研究發現BPA也會通過相似的機制損害雌性后代的卵巢發育。

孕期暴露BPA 能夠導致子代雄鼠睪丸miRNA表達情況發生改變［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改變介導的。

3 孕期BPA暴露對內分泌系統發育的影響

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分泌系統［37］。從妊娠日（GD 1～GD 20）開始，經口給予BPA（20～40 μg/kg），結果發現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 暴露組胎鼠出現甲狀腺的組織病理學變化，包括成纖維細胞增生、管腔閉塞、水腫和變性［37］。人群調查也得到類似結果，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。Romano［39］在一項出生隊列研究中，發現孕后期（26 周）接觸BPA，其暴露量與女孩體內TSH水平呈負相關。

關于內分泌發育相關表觀遺傳機制研究極少，目前集中在DNA 甲基化上，研究發現孕期BPA（40 μg/kg）暴露誘導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［40］。

3.2 對胰腺的影響 糖尿病是一種以葡萄糖穩態受損為特征的慢性疾病，在世界范圍內日益流行。2010年，Alonso-Magdalena 等［41］發現小鼠孕期暴露于BPA，其6 個月后代在BPA 10 g/kg 劑量組出現葡萄糖耐受不良、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果。2016年，García-Arévalo 等［42］以相同的實驗模型進一步研究，結果表明BPA 10 g/kg劑量組仔鼠的胰島素分泌和含量減少，并推測可能會導致成年期糖耐量受損。在此之前，也確有研究發現孕鼠暴露BPA（5～50 000 μg/kg）其18 周齡的子代糖耐量出現損傷［43］。

除此之外，相關研究顯示孕期BPA 暴露可能還與子代脂質代謝［44］、向心性肥胖［45］有關，而兒童肥胖的長期風險就包括2 型糖尿病［46］。因此，BPA 對兩者之間關系存在的潛在影響值得深入探討。

4 小結與展望

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