双酚A对雄性生殖系统毒性的实验进展与机制研究

刘洋 庞雯文

(四川大学华西公共卫生学院 四川成都 610041)

1 BPA的基本性质及毒性

双酚A学名2,2-二(4-羟基苯基)丙烷(BPA),添加BPA可以使塑料产品具有无色透明、轻巧和防冲击等特性,目前主要存在太空杯、塑料水杯、一次性纸杯等[1]。

BPA在高温及酸碱环境中易从食品包装材料和塑料容器等中溢出,渗入食品和饮料,进而由消化道吸收入血[1]。BPA的毒性作用有潜伏期长、剂量小的特点,其化学结构与雌激素类似,可与雌激素受体结合发挥一定的雌激素样作用及抗雄激素样作用[2]。动物实验显示,BPA对胚胎发育、生殖系统、内分泌均有毒性影响,并可能具有遗传毒性。

2 BPA的毒性实验研究

2.1 对睾丸组织细胞的影响

①对生精细胞的影响

Aikawa给大鼠皮下注射BPA10周后,观察到精子畸形率升高,活动能力下降。给CD－1大鼠注射则发现精子细胞顶体颗粒和细胞核发生了异常改变,精子穿越透明带的能力受损,畸形率升高,提示生育力降低的组织学依据;支持细胞和精子细胞间的基质特化结构也部分或全部消失。当给孕期母鼠喂食BPA后,其雄性仔鼠成熟后精曲小管上皮组织形态异常,精曲小管网腔变窄,生精细胞在精曲小管上皮中异常分布,小管中心出现非结晶体及致密细胞的沉积,同时成熟精子细胞数减少[3]。

②对间质细胞的影响

NTumba-BynT等学者[4]研究人类胎儿期和小鼠胎儿期的睾丸间质细胞暴露于不同浓度的BPA中的作用,发现10-8M浓度的BPA即可抑制人类睾丸间质细胞分泌睾酮,从而抑制生精细胞的生精作用,但10-5M浓度的BPA才可对胎儿期的小鼠起作用。BPA还可降低人类睾丸内胰岛素样蛋白(INSL3)基因的表达,而胰岛素样蛋白可以通过激活cAMP途径促进间质细胞分泌睾酮。

③对支持细胞的影响

将SPF级雄性SD大鼠的睾丸支持细胞制成细胞悬液,设不同浓度BPA染毒组,观察睾丸支持细胞的增殖、细胞周期情况。结果显示,随着BPA染毒剂量增加,睾丸支持细胞存活率降低;G0/G1期细胞构成比增加,S期和M期细胞构成比降低,PCNA(一种核蛋白,能与DNA多聚酶σ结合)的表达受到抑制,提示支持细胞的DNA合成受阻,DNA复制的活跃程度减弱;Vimentin的表达也受到抑制说明BPA可以干扰细胞骨架的功能。

④表观遗传学实验

怀孕期间母鼠接触BPA可导致胎儿发育迟缓和发育畸形比例增加,还可导致胎盘重量增加[6]。研究表明BPA主要导致与代谢和癌症相关的基因表达水平发生改变,定量RT-PCR和甲基化芯片结果显示,BPA可通过影响DNA甲基转移酶基因的表达,导致E18.5天精巢组织DNA众多区域甲基化程度发生改变。

2.2 对雄性生殖器官的影响

研究显示,BPA可直接作用于前列腺上皮组织刺激前列腺增生;Nagel等给予CF－1妊娠小鼠BPA灌胃,雄性仔鼠的前列腺组织明显增生,重量相对增加;Timms等观察到CD－1大鼠孕期给予BPA,其雄性仔鼠前列腺初级管及背外侧基部细胞数量增多,这通常是诱发前列腺癌的前兆。但也有部分实验未能发现BPA暴露与生殖毒性存在明显关联。

2.3 对生殖激素的影响

BPA可能对机体性激素水平产生影响。Akingbemi等以BPA饲喂小鼠发现,小鼠血清中睾丸酮和黄体生成素的水平均下降,间质细胞中合成类固醇激素酶类的基因表达下降。而Tohei等给予大鼠腹腔注射BPA的结果显示,血清睾丸酮的含量下降但黄体生成素的含量却升高;睾丸组织抑素的含量下降,血清抑素水平未发生变化。本人推测黄体生成素的升高可能由于BPA的量不同导致Tohei试验中睾丸对激素的负反馈功能下降,从而导致激素调节失调。

3 BPA生殖毒性的作用机制

3.1 直接毒性作用

BPA能直接透过血睾屏障,损伤生精细胞、支持细胞的结构和功能。BPA可干扰精子细胞DNA有些基因的合成与表达,导致精子的发育迟缓与成熟障碍。睾酮主要由间质细胞合成,进入精原细胞或精母细胞发挥效应。BPA可直接损伤间质细胞DNA,间质细胞功能受限使睾酮分泌减少,干扰正常精子的生成与发育。

3.2 影响基因的表达

胰岛素样蛋白可以通过激活cAMP途径促进间质细胞分泌睾酮,BPA可通过降低胰岛素样蛋白基因(INSL3)的表达,减少胰岛素样蛋白的产生,从而降低对睾酮分泌的促进作用[7]。stra8基因的表达是生殖细胞由有丝分裂过渡到减数分裂的标志,BPA可以通过DNA的甲基化影响mRNA的产生,干扰生精细胞的减数分裂。

3.3 诱导生精细胞凋亡

Fas/Fas-L系统是介导哺乳动物睾丸生精细胞凋亡的主要途径。FAS-L特异性与生精细胞膜上的FAS受体结合后,通过胞内肽段的死亡结构域激活相关的半胱天冬氨酸酶(Caspase-3)级联反应,Caspase-3是一种半胱氨酸蛋白酶,在细胞凋亡过程中,起着裂解细胞蛋白、诱导凋亡的作用。实验表明,在FasmRNA的表达量上不同剂量BPA染毒组与对照组相比没有差异,但在Fas-L以及Caspase-3的mRNA表达量上高剂量组大鼠的与对照组大鼠相比升高,因此推测BPA可能通过上调Fas-L和Caspase-3的表达,引起生精细胞过度凋亡,进而影响大鼠的生殖功能[8]。

3.4 干扰下丘脑—垂体—性腺轴功能

BPA可以通过下丘脑—垂体—性腺轴影响内分泌系统激素的合成、分泌和释放。BPA通过其雌激素样作用使得黄体生成素和促卵泡激素水平下降,进而影响黄体生成素对睾酮合成的调节作用,使睾酮合成减少,生精细胞的生精作用也会因此减弱。

3.5 与雌激素核受体或膜受体的结合启动基因表达

BPA进入细胞后,通过与雌激素核受体ERα及ERβ结合,进而与核内的雌激素反应元件结合,启动相关基因表达,在特异的靶器官中发挥类激素样效应[10]。研究表明,人群的暴露剂量即可使胎鼠前列腺间质细胞雄激素受体(AR)及ERα的mRNA表达量增加,小鼠成年后有出现前列腺疾病的倾向,生育能力也会受损。BPA与膜激素受体结合后,还可激活细胞外调节激酶(ERK)和磷酸化酶B(AKT)信号通路,发挥细胞的增殖或凋亡等生物学效应。

4 总结与展望

目前国内外关于BPA的研究证明了它的生殖和遗传毒性,但对雄性生殖系统毒性的分子机制研究还不完善[9];动物实验有些干扰因素难以控制,外推到人群有一定的局限性,且对人群的剂量—反应关系不明确。

综上,目前研究BPA对人类生殖毒性的影响还需要多方面的支持与论证:①开展人群流行病学的调查实践,从剂量-效应关系上论证则更有说服力;②开展动物实验研究时应更注重分子生物学上的机制探讨,如有关分子信号转导途径诱导细胞凋亡等的研究;③开展我国普通人群BPA暴露相关的监测工作,包括暴露水平及生殖健康影响;④监测工作中应采用更灵敏及操作性更强的检测技术,目前使用较多的为传统的ELISA检测技术检测体液中BPA浓度,更为可靠的高效液相色谱检测手段则可能成为以后成常用的手段[11]。随着分子生物学检测、研究手段的不断发展,探索BPA生殖毒性的机制必将成为今后研究的焦点。

[1]陈瑶,黄红,沈理笑.双酚A人体内外暴露现状及对健康的影响[J].环境与职业医学,2011,12:769-773..

[2]肖国宾,石峻岭,何国华等.环氧树脂生产工人血清双酚A与性激素水平的调查[J].环境与职业医学,2005,22(4):295-298.

[3]王程敏,杨克敌.双酚A雄性生殖系统毒性的研究进展[J].环境卫生学杂志,2012,2(4):190.

[4]宋顺喆,贾丽红.环境雌激素双酚A对男性生殖细胞影响的研究进展[J].实用预防医学.2013,20(10):1280.

[5]张志劬,詹平.双酚A对大鼠睾丸支持细胞的功能影响及机制[J].环境与健康杂志.2009,26(12):1097-1098.

[6]李凯.环境雌激素双酚A对雄性小鼠生殖系统的表观遗传学效应[D].哈尔滨工业大学,2012.

[7]宋顺喆,贾丽红.环境雌激素双酚A对男性生殖细胞影响的研究进展[J].实用预防医学.2013,20(10):1280.

[8]陈卓,刘炳,杨慧琴等.Fas凋亡相关基因在双酚A诱导成年雄性大鼠生殖毒性中的作用[J].公共卫生与预防医学,2014,25(03):10.

[9]杜鹃,任兴全,胡淼.双酚A对雄性小鼠睾丸酶活性的影响[J].吉林医药学院学报.2006,27(4):188.

[10]王承敏,杨克敌.双酚A雄性生殖系统的研究进展[J].环境卫生学杂志.2012,2(4):192.

[11]王承敏,杨克敌.双酚A雄性生殖系统的研究进展[J].环境卫生学杂志.2012,2(4):192.