环境内分泌干扰物的作用机理及其生物检测方法

ABSTRACT: More and more attention has been paid to the challenging issue on endocrine disrup tion induced by environmental pollutants in recent years. There has been a great increase in the amount of researches, which fouced on the action mechanism s and bioassays of environmental endocrine disrup ting chem icals ( EDCs). Based on these research results, the different kinds of EDCs and their mainly action mechanism s were reviewed. In this review, the new ly p rogress in bioassays (mainly in vitro bioassays) of EDCs were discussed. And their usages for testing environmental EDCs were analyzed. It is pointed out that the study on action mecha2 nism s of EDCs may lead to the development of new bioassays which can be used for testing more kinds of EDCs. KEY WO RD S: environmental endocrine disrup ting chem ical; action mechanism; bioassay
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水平却十分有限 ,当前关于环境内分泌干扰物的研 究重点是环境激素 ,或称环境荷尔蒙 (OECD ) 。
根据环境内分泌干扰物对内分泌腺及其相关 激素的影响 ,可分为雌激素干扰物 、雄激素干扰物 、 甲状腺激素干扰物 、孕激素干扰物 、糖皮质激素干 扰物 、胰岛素干扰物 、肾上腺皮质激素干扰物 、生长 激素干扰物等 [ 1 ] 。雌激素干扰物是目前研究较多 的一类化合物 ,它是指环境化学物具有与雌激素类 似的结构 ,能够与雌激素受体 ( ER )相互作用 ,进入 人体后能够模拟或干扰天然雌激素的生理和生化 作用 [ 2 ] 。雄激素干扰物具有类似体内雄激素或抗 体内雄激素的作用 ,如烯菌酮 、DDE 等 ,可与雄激 素竞争性结合雄激素受体 (AR ) , 抑制雄激素活
环境激素按其来源可分为天然和人工合成化 合物两大类 。天然激素是指人体或生物体正常分 泌的激素类物质 ,该类物质主要通过污水和污泥排 放进入环境 。以目前研究较多的环境雌激素为例 , 动物和人体内正常分泌的雌激素一般包括雌二醇 ( Estrogen) 、雌酮 ( Estrone)和雌三醇 ( Estriol) ,其中 以雌二醇活性最强 ,会导致水生生物雌性化 ;还包 括一些植物性雌激素和真菌性雌激素 。植物性雌 激素 ( Phytoestrogens)是一组在植物中天然存在 ,本 身或其代谢产物能够与 ER 结合 ,诱导产生弱雌激 素作用的非甾体结构的植物化合物 [ 7 ] ; 真菌性雌 激素 (M ycoestrogens)是由环境中的霉菌毒素产生 , 进入人体内也能够与 ER 结合 ,诱导 ER 依赖的基 因转录 ,从而产生类雌激素效应 [ 1 ] 。人工合成的 类雌激素化合物也可分为人工合成的雌激素及环 境化学污染物两大类 。人工合成雌激素通常用作 药物 ,如口服避孕药和一些用于促进家畜生长的激 素药物 ,环境中常有检出的包括乙烯雌酚 (DES) 、 乙烷雌酚 、炔雌醇等 。具有雌激素干扰活性的环境 化学污染物与上述其他几类物质相比 ,具有结构复 杂 、种类繁多的特点 。目前已证实的具有雌激素干 扰活性的化合物有六七十种 ,其中农药及其代谢物 约占 60% ,以杀虫剂居多 ,部分杀菌剂 、除草剂也 具有雌激素干扰活性 [ 8, 9 ] 。除了农药外 ,常见的环 境雌激素干扰化合物还有 :环境中的卤代芳烃或卤 代环烃 ,如二 英 ,多氯联苯 ;去污剂或洗涤剂中的 表面活性剂 ,如烷基酚聚氧乙烯醚 (APEs)等 ;酚类 化合物 ,如壬基酚 、辛基酚 、双酚 A、双酚 F等 。此 外 ,一些重金属如铅 、汞 、有机锡等均具有不同程度 的雌激素干扰作用 [ 1 ] 。
Leabharlann Baidu
一些释放到环境中的污染物能够干扰人类和动 物激素调节的生理过程 ,改变内分泌与生殖系统的正 常功能 ,对人类生存和繁衍构成巨大威胁 ,这类化合 物称为环境内分泌干扰物。环境内分泌干扰物的作 用方式之一是模拟或拮抗激素与受体的结合 ,产生内 分泌干扰效应 ,因此围绕激素受体的检测方法成为检 测内分泌干扰效应的重要手段和诊断指标 。
第 2卷 第 3期
李 剑等. 环境内分泌干扰物的作用机理及其生物检测方法
2010年 6月
性 [ 3 ] 。甲状腺是人体非常重要的内分泌器官 ,它 分泌的多种激素对机体的生长发育 、器官分化 、基 础代谢有重要的调控作用 [ 4 ] 。研究发现 ,一些环 境污染物包括重金属 、农药 、持久性有机污染物 ( POPs)等 ,会影响甲状腺功能 ,如导致甲状腺肿 大 ,抑制甲状腺对碘的吸收 ,抑制甲状腺激素合成 , 降低血液中甲状腺激素浓度等 [ 5 ] 。这类环境污染 物通称为甲状腺激素干扰物 。此外 ,还有能够干扰 内分泌系统其他功能的环境化合物 ,如具有干扰孕 激素活性的五氯酚 ;干扰维甲酸活性的氯酚类化合 物 ;干扰儿茶酚胺活性的铅 、可卡因 、去甲可卡因 、 二硫化碳等 ;干扰促卵泡激素 ( FSH ) 、促黄体生成 激素 (LH )的二硫化碳 、铅等 [ 6 ] 。
收稿日期 : 2009 - 10 - 21 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (50778180) ;中国科学院知 识创新工程重要项目群项目 ( KZCXZ- YW - Q02 - 05) 。 作者简介 : 李剑 ( 1980—) ,女 ,讲师 ,博士 ,主要从事水生态毒 理学研究工作 。
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(o, p ′- DDT或 p , p ′- DDE ) 能 够 同 AR 结 合 , 双 酚 A、3 -羟基 - 苯基苯酚和 4 -羟基 - 苯基苯酚等 表现为雄激素的竞争性抑制剂 [ 14, 15 ] ;硫丹 、灭蚁灵 等能够通过单氧化酶作用 ,调节雄激素的代谢 [ 16 ] ; 许多 POPs以及其他环境污染物在较低浓度下就 能够影响鸟类 、鱼类甚至人类血清中正常的甲状腺 激素水平 ,诱导甲状腺组织病变 [ 17 ] ; TCB PA、一些 羟基多氯联苯 、多溴联苯类化合物能够直接与 TR 结合 [ 18 ] ;五氯酚和壬基酚能够抑制孕酮与孕激素 受体 的 结 合 , 表 现 为 孕 激 素 抑 制 剂 [ 19 ] ; TBPA 对 ERR有很强的结合能力 ,因此认为 BPA 的内分泌 干扰作用可能与 ERR 有关 [ 20 ] 。表 1 是不同污染 物与不同受体相互作用的研究结果 。
表 1 不同类型污染物的主要内分泌干扰效应
内分秘干扰类别
主要污染物
干扰雌激素
干扰睾酮 干扰甲状腺素
多氯联苯化合物 ( PCB s) 、烷基酚类 、 邻苯二甲 酸 酯 类 ( PAEs) 、二 苯 烷 烃 ( diphenylkanes) 、双酚化合物 ( biphe2 nols, BPs) 、有机氯杀虫剂 ,以及除草 剂 、植物雌激素 ( PEs) 、真菌雌激素 、 某些金属类 (如铅 、镍 )等
第 2卷 第 3期 2010年 6月
·监测技术 ·
环 境 监 控 与 预 警 Environmental Monitoring and Forewarning
Vol. 2, No. 3 June 2010
doi: 10. 3969 / j. issn. 1674 - 6732. 2010. 03. 005
环境激素通过模拟天然激素对生物体产生作 用 ,例如 PCDD / Fs、PCB s、PAH s、OCPs以及邻苯 二甲酸酯等具有与体内激素类似的结构 [ 10 - 12 ] ,可 以与这些受体之间产生相互作用 ,引起一系列生物 学效应 ,如免疫抑制 、内分泌干扰 、致癌和发育毒性 等 。目前环境研究关注的激素受体主要包括雌激 素受体 ( ER ) 、雄激素受体 (AR ) 、甲状腺素受体 ( TR ) 、维甲酸受体 (RAR , RXR ) 、过氧化物酶激活 受体 ( PPAR )和芳烃受体 (A hR ) [ 13 ]等 。环境类激 素与这些受体结合形成复合物 ,干扰正常的内分泌 系统 功 能 。有 研 究 表 明 , DDT 及 其 代 谢 产 物
环境内分泌干扰物的作用机理及其生物检测方法
李 剑 , 马 梅 , 王子健 (中国科学院生态环境研究中心环境水质学实验室 ,北京 100085)
摘 要 :环境污染物的内分泌干扰问题近年来引起了极大的关注 ,大量研究工作集中于对环境内分泌干扰物的作用机理及 其生物检测方法的研究 。在总结国内外相关研究的基础上 ,对环境内分泌干扰物的类型及其主要作用机理进行了概括总 结 ;对环境内分泌干扰物的体外生物检测方法的最新研究进展给予了评述 ;并对环境内分泌干扰物检测技术在环境中的应 用进行了探讨 ;指出有关环境内分泌干扰物作用机理研究的成果能直接导致新的生物检测方法的发展 ,丰富了环境内分泌 干扰物的检测技术类型 。 关键词 :环境内分泌干扰物 ; 作用机理 ; 生物检测方法 中图分类号 : X835 文献标识码 : A 文章编号 : 1674 - 6732 (2010)- 03 - 0018 - 06
Action M echan ism s and B ioa ssays of Env ironm en ta l Endocr ine D isrupting Chem ica ls
L I J ian, MA M ei, WANG Zi2jian ( State Key Laboratory of Environm ental Aquatic Chem istry, Research Center for Eco2Environm ental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China)
氟他胺 、利谷隆 、苯乙烯 、二硫化碳 、 邻苯二甲酸酯 、林丹和铅等
二硫代氨基甲酸酯类 (DCs)和多卤芳 烃类
干扰甲状腺功 能 、甲状腺 素 代 谢酶及血浆甲状 腺素的转运
多卤芳烃 、多溴联苯均能大大降低血 清 T3、T4水平 ,并降低大鼠促甲状腺 素对 T3、T4的调节作用
干扰其他内分泌 功能
1 环境内分泌干扰物分类及其主要作用机理 关于环境内分泌干扰物有不同的定义 : ①指干
扰体内内稳态调节 、繁殖 、发育行为以及相关激素的 合成、分泌 、转 运、结合 、作 用或 消 除 的 外 源 因 子 (USEPA ) ; ②可以改变内分泌系统结构或功能 ,在生 物的个体 、后代、种群或亚种群水平造成有害效应的 外源性化学物质或混合物 (USEPA -EDSTAC) ; ③对 生物体或其后代具有不良健康效应 ,会导致内分泌 功能变化的外源性物质 ( EEC) 。这几个定义所涉及 的化合物种类和作用机制很宽 ,而我们目前的认知