第九章 发育毒性与致畸作用

大鼠胚胎各器官的特殊敏感期
胎儿发育过程中对发育缺陷的敏感期
同一剂量的一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 如将大量维生素A在受精后第8天给予大鼠， 主要出现骨骼畸形；如在第12天给予，则诱 发腭裂
不同器官致畸高峰时间不同，在器 官形成期中不同时间给予致畸物会 诱发不同器官畸形。
出生缺陷（birth defect）：指婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括：
形态结构异常：畸形 功能缺陷：智力低下、代谢和行为异常等
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：流产、死胎、死产、宫内发育 迟缓、发育异常、新生儿和婴幼儿期死亡等
目的要求
基本概念 掌握发育毒性与致畸作用的毒理学特点 了解致畸作用机理 熟悉外源化学物发育毒性与致畸作用的评价方法
第一节
概 述
生殖与发育
生殖是对亲代动物而言，从配子生成、受精到胎体分 娩是一生殖过程。 发育主要是对子代而言，从受精卵到性成熟的青春期 甚至一直到衰老都属于发育过程。
发育生物体死亡:某些外源化学物在一定剂量范围内，可 发育至某一阶段死亡 后 在胚胎或胎仔发育期间对胚胎或胎仔具有损害作用，并使 晚期 早期 死胎 其死亡。 包括早早孕丢失、自然流产、死胎 被吸收或自然流产
着床
胚泡未着床即死亡
基本概念
畸形(malformation):解剖学上形态结构的异常。 畸胎(terate):具有畸形的胚胎或胎仔。
③精卵适时相遇 ④精子有质有量 ⑤激素水平正常
畸胎学（古代）
现代实验畸胎学（19世纪）
发育毒理学
“teratology(畸形学)”来自希腊语“monster
（怪胎）”，即“teras（畸胎）”
1651年，Willian 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
胚体－胎体毒性
胚体毒性（embryotoxicity）： 通常指外源性理化因素造成的孕 体着床前后直到器官形成期结束 的所有毒性 表现：畸胎、生长迟缓、着床数 减少和吸收胎、偶有晚死胎
胎儿毒性（胎体毒性） （fetotoxicity）:指对器 官形成结束后的有害影响
实验动物研究中不 分胚胎与胎儿---胚胎毒性
2.出现致畸作用的同时也表现母体毒性，称为 共效应致畸物（coeffective teratogen）
√此种受试物可能既对胚胎有特定的致畸机理， 同时也对母体具有损害作用，但二者无直接联 系，可能是继发效应。 3.仅具有母体毒性，但不具有致畸作用 4.在一定剂量下，既无母体毒性，也不表现胚 胎毒性
性腺毒性 胚胎毒性
胎盘毒性
发育毒性是否由母体毒性导致的？
明确有发育毒性的有害因素同时也有母体毒性； 发育毒性的严重程度和发生率与母体毒性相关。
围生期和出生后的发育期
一些功能方面的缺陷出生时不易发现，需要出 生后继续观察，研究较多的是
发育免疫毒性 神经行为发育异常 儿童期肿瘤
胎龄满28周至 出生后7天。是 生命周期中最 为脆弱的时期
有研究表明，围生期是一生中对致癌物 最敏感的时期：细胞增殖快、药物代谢 酶发育不全、免疫监视能力低…
畸形与变异
在胚胎或胎儿出现器官形态结构异常称为畸形。
机体的形态结构或生理功能，在同一物种的子代与亲代 之间或子代的个体之间，有时出现不完全相同的现象，
即为变异。
◆变异是小的或次要的结构改变
内脏易位
肋骨数目多于或少于正常
◆一般认为变异不影响正常生理功能， 更不危及生命
◆但在动物致畸试验中，如果某种变异 出现较多，并呈现一定剂量-效关系，应 引起注意
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马丁· 施奈德斯是荷兰第一个“反应停儿童”。 在年纪很小 的时候，他就已学着以残疾之身生活下去，并逐渐掌握了一 系列技能，包括弹奏电风琴。
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美国的一个反应停受害女孩，已经学会用她仅有的一只手绘画。
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反应停（沙利度胺）事件
反应停－孕妇的 理想选择（当时 的广告语）
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。 1957.10.1该公司将反应停正式推向市场
胚
期：第3周→第8周末
胎
期：第9周→第38周末
受精的条件
精子、卵子正常发育，精子获能 （体内自然获能，体外可通过人 工授精方法获能)。 许多计划生育措施针对此条件。
精、卵排出后，只有一天左右的 存活时间。 精子低于500万/ml，或畸形精子 超过20%，几乎不能受精。
①配子发育成熟
②生殖管道通畅
第九章
发育毒性与致畸作用
Developmental Toxicity and Teratogenesis
反应停 thalidomide
历史的教训
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，受辐射儿童小头畸形、智力低下，一年 内死亡率25% 1960年反应停事件（thalidomide incident）， 欧洲出生8000多海豹 畸形或海豹症（phocomelus）儿童 1968年日本多氯联苯污染米糠油事件，孕妇出现死产、早产、“油症 儿” 1961~1970年美国在越战中使用落叶剂2,4,5-T（含TCDD），孕妇流产 、产下小头和Down’s综合征畸形儿 1966~1972年美国孕妇服用己烯雌酚（diethylstilbestrol，DES）， 300多少女发生阴道癌
作用时间在决定畸形类型方面比损伤的性质更为重要
致畸试验的染毒时间应包括整个敏感期
胎儿期
器官形成结束后（以硬颚闭合为标志）即进入胎儿 期（人类从56-58天起），直到分娩 特点： ◇ 以组织分化、生长和生理学的成熟为主。 ◇ 最易表现的发育毒性是生长迟缓、特异的功能 障碍（神经、内分泌及免疫系统机能的改变）、经 胎盘致癌和偶见死胎 ◇ 胎仔或胎儿对胚胎致死作用的易感性虽然较胚 体低，但仍有一定数目的死产胎发生
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5周人胚
6周人胚
7周人胚
8周人胎
至第八周末——
头颈明显，颜面形成； 躯干变直，四肢发生； 外阴可见，性别不分； 头大尾小，
初具人形
在器官发生期中，致畸物与胚胎接触可能造成 形态结构异常；也有可能发生胚胎死亡、生长 迟缓； 发育中的胚胎对致畸作用的敏感期虽然主要在 器官发生期，但在此期间，各种不同器官还各 有特别敏感的时间，即“靶窗（target window）” 大鼠器官发生期为受精后9-17天，但眼的最敏 感期为受孕后9天，心脏和主动脉弓约为9-10天
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三、母体毒性与发育毒性
（一）母体因素对发育毒性的影响
母体毒性作用(maternal toxicity) 指外源化学物在一定剂量下，对受孕母体产 生的损害作用。具体表现包括体重减轻、出现 某些临床症伏、直至死亡。
在发育毒性试验中常用母体增重减缓和死亡率来表示 母体毒性可直接或间接影响发育过程，导致发育毒性
包括死亡、体重降低、骨化迟 缓、功能缺陷以及结构异常， 甚至肿瘤
在实验动物发育毒性试验中， 通常不区分胎儿与胚体，所以 使用胚体-胎体毒性更恰当
二、发育各阶段生殖毒性作用特点
着床前期 器官形成期 胎儿期 围生期和出生后的发育期
胎儿发育过程中对发育缺陷的敏感期
大鼠胚胎各器官的特殊敏感期
着床前期发育毒性
母体因素对发育毒性的影响
遗传学：如腭裂的发生率依赖于母体的而非 婴儿的基因型，白人中的发病率比黑人更高 疾病：母体未控制的糖尿病、某些感染，经 过间接的疾病相关的母体变化或直接经胎盘 的感染对孕体有不利的影响 营养 应激 对胎盘的影响
母体毒性与胚胎毒性的关系
1.具有致畸作用，但无母体毒性出现，称为 非共效应致畸物（non-coeffective teratogen） √此类外源化学物的致畸作用具有特定的作用 机理，与母体毒性无关，如反应停 √此类外源化学物的致畸作用往往较强，最容 易被忽视也最危险，应特别注意
4.在一定剂量下，既无母体毒性，也不表现胚 胎毒性
√应在动物可能耐受条件下，最大限度地增加剂量， 使其远远高于人类实际可能接触水平，如仍未出现致 畸作用，才可做出结论
√母体毒性与致畸作用的剂量关系之间，并无固定比 值；一般情况下，致畸作用剂量较母体毒性作用剂量 低。
母体易感因子、代
谢、母体生理或功 能变化的诱导、胎 盘转运和毒性与发 育毒性的相互关系
受精
─────→ 胚胎学
胎儿成熟娩出
出生后继续发育
人体发生学
只有不到半数的受孕能生产完全正常的健康 婴儿 着床前丢失 着床后流产或死胎（31%） 出生缺陷（2-7%）
人胚发育的三个阶段:
胚前期: 受精 →第2周末
受精卵形成到二胚层 胚盘出现。 细胞迅速增殖分化， 形成各种器官、系统 原基，演变为雏形胎 儿。 器官、系统发育增殖， 出现功能活动。胎儿 逐渐长大至成熟娩出。
不同阶段发育毒性的主要表现
发育阶段 着床前期 胚胎期 胎儿期 重要表现 胚胎死亡（没有着床，但有黄体） 畸形，胚胎死亡
生长迟缓，功能不全，胚胎死亡，经胎盘致癌
新生儿期 生长迟缓，神经系统、免疫系统、内分泌系 统功能不全，儿童期肿瘤
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特点
机体不同系统和器官的形成与发育不完全同 步；分娩时多数器官胎儿期发育成熟，但神 经系统、生殖系统直到儿童期、少年期、成 熟期才告完成。 不同化学毒物作用于不同发育阶段，产生不 同效应。 最容易引起畸形的阶段是器官形成期
令人恐怖的副作用
到1960年，欧洲医生开始发现，本 地区畸形婴儿的出生率明显上升： 四肢畸形（主要是双上肢短肢畸 形）、腭裂、盲儿、聋哑儿、内脏 畸形等 截至1963年在世界各地，如西德、 美国、荷兰和日本等国，由于服用 该药物而诞生了12000多名这种形状 如海豹一样的可怜的婴儿。 经过调查证实，母亲从停止月经算 起，34－54天之内，服用此药后， 迟早会出现各种不同的症状。
第二节
发育毒性与致畸性
一、基本概念
发育毒性(developmental toxicity)
指出生前接触某些环境因子（或母亲健康状态）对从胚 胎或胎仔发育到出生后青春期前的子代造成的有害作 用，包括发育生物体死亡、结构异常、生长迟缓、功 能缺陷。 ◆发育毒理学（developmental toxicology）：研究
在致畸作用中，对致畸物最敏感的阶段是器 官发生期，一般称为危险期或关键期 （critical period）
反应停的敏感期：末次月经后第34到50天 第35--37天：耳朵畸形和听力缺失 第39--41天：胎儿上肢缺失 第43--44天：双手呈海豹样3指畸形 第46--48天：胎儿拇指畸形
对人类具有致畸作用的因素
动物实验表明，具有致畸作用的化学物有 2500多种（1995年Shepard）
肯定的人类致畸因素仅数十种，其中化学物 或药物30多种
服用过量维生素引起畸形
无脑
死胎
脑膨出
VitA 过量的外观畸形
பைடு நூலகம்
叶酸缺乏
神经管畸形
6个月时终止妊娠 取出来的胎儿。下背 部可见一大的神经管 缺陷
从受精算起，到完成着床前（人类为11-12 天、啮齿类动物为前6天） 通常是未分化细胞受化学毒物损伤而致胚泡 死亡，即着床前丢失 也有着床前接触毒物导致畸形的例子：环氧 己烷、甲基亚硝脲等
器官形成期（胚体发育期）
着床-硬腭闭合 自受精日计算：人3-8周；大鼠约9-17天； 小鼠约7.5-16天；家兔6-18天
出生前暴露于环境有害因子导致的异常发育 结局及其作用机制、发生原理、影响因素、 毒物动力学及其评价的科学。
具体表现
生长迟缓:即胚胎与胎仔的发育过程在外源化学物影响下， 较正常发育过程缓慢。低于对照组均值的2个标准差
结构异常:由于外源化学物干扰，活产胎仔/胎儿出生时， 某种器官表现形态结构异常。 功能不全或异常:即胎仔/胎儿的生化、生理、代谢、免疫、 受精卵未发育即死亡 前 神经活动及行为的缺陷或异常。 早早孕丢失