丙烯酰胺对雄性生殖系统毒性影响的研究进展_马宇昕

解剖学研究2009年第31卷第1期Anat Res,2009,Vol．31,No．1

基金项目：国家自然科学基金（30840073）

1．广东药学院基础学院人体解剖学教研室

通讯作者：贺新红，E-mail：hexinhongzp＠126．com ·综述·

2002年4月瑞典国家食品管理局和斯德哥尔摩大学的研究人员率先报道了在一些油炸和高温烘烤的淀粉类食品中检出有丙烯酰胺（acrylamide，AA）的存在，且其含量比世界卫生组织（WTO）规定的饮水中丙烯酰胺的含量（成人每天从饮水中摄入的AA＜1μg）高出500倍以上，挪威，英国，瑞士和美国等随后也相继报道了类似情况。食品添加剂联合专家委员会（JECFA）认为人类的平均摄入量大致为0．3～0．8μg·kg－1·d－1［1］。早在20世纪70年代丙烯酰胺作为化工原料就有引起职业性中毒的报道。已有来自动物实验的证据充分表明丙烯酰胺具有潜在的致癌性，并被国际癌症研究机构（IARC）列为2A组“可能人类致癌物”。此外，哺乳动物细胞体外培养和体内试验均表明丙烯酰胺可能具有遗传毒性、神经毒性、生殖毒性、胚胎发育毒性，但是由于缺乏流行病学方面的资料，至今能在人体内得到验证的只有神经毒性［2］，丙烯酰胺对人类的致癌性也仍存在争议。丙烯酰胺毒性的早期研究主要集中在它作为一种化工原料引起的职业性神经中毒方面，本文则重点关注丙烯酰胺对雄性生殖系统的毒性研究。

1丙烯酰胺的理化性质及体内代谢

丙烯酰胺是一种白色晶体物质，分子式为CH2＝CH-CONH2，相对分子质量71．08，熔点84℃，沸点125℃，比重1．122，无嗅，无味，易溶于水、甲醇、丙酮等，稍溶于乙酸乙酯、氯仿，微溶于苯。

一些淀粉质食品经120℃以上高温进行烘烤和煎炸可产生丙烯酰胺（140℃～180℃产生的量更多），它主要是天冬氨酸和碳水化合物发生美拉德反应而形成［3，4］。人类还可从制造业上接触到丙烯酰胺，实验室工作人员在进行聚丙烯酰胺凝胶电泳时也可接触到丙烯酰胺，另外在土壤改良剂、石灰剂、地下通道和水坝加固剂的应用中都可接触到丙烯酰胺［5］，丙烯酰胺还存在于烟草产生的烟雾中［6］。

研究表明机体可通过消化道、呼吸道、皮肤黏膜等多种途径接触丙烯酰胺，饮水是其中的一条重要接触途径［6］。丙烯酰胺进入人体内又可通过多种途径被吸收，其中经消化道吸收最快。进入体内的丙烯酰胺绝大部分被代谢，仅少量经尿液排出［7］。资料表明丙烯酰胺在哺乳动物体内的代谢情况存在相似之处［7］，也有研究表明丙烯酰胺的代谢在人类和啮齿类动物中是不同的，其代谢产物环氧丙酰胺（glycidamide，GA）主要代谢途径对于啮齿类动物是谷胱甘肽共轭，对于人类则是通过水解作用［8］。

2丙烯酰胺的毒性研究概况

丙烯酰胺是一种中等毒性亲神经毒物，易被机体吸收，引起急性、亚急性、慢性中毒［9］，主要表现为周围和中枢神经的损伤病变、共济失调、肌肉无力、后肢麻痹、运动能力下降等细胞萎缩［10］。Martins［11］研究表明丙烯酰胺进入体内后与DNA鸟嘌呤结合形成加合物，导致遗传物质损伤和基因突变。Besaratinia等［12］对Big Blue小鼠胚胎成纤维细胞染毒后发现能引起cⅡ基因突变，表现在大量的G 颠换成C、A置换成G，且丙烯酰胺诱导的基因突变百分率比自发性诱导的要高2倍多；产生更多的DNA加合物，这都显示了丙烯酰胺具有潜在的遗传毒性，丙烯酰胺的致突变性可能是由DNA加合物的诱导性质引起。

一些动物实验资料表明丙烯酰胺可通过细胞色素P450（CYP2E1）介导的环氧化作用代谢成环氧丙酰胺，环氧丙酰胺具有诱裂作用［13］，且是雄性小鼠减数分裂后生殖细胞显著致死突变发生的原因之一［5］。令人感兴趣的是，丙烯酰胺和环氧丙酰胺的致突变性相比较时，有些学者认为环氧丙酰胺明显具有更强的毒性作用［14－16］，而邓海等［17］通过大鼠行为、神经生化以及神经病理改变表明丙烯酰胺的毒害作用大于环氧丙酰胺，神经组织更易受到丙烯酰胺

丙烯酰胺对雄性生殖系统毒性影响的研究进展

马宇昕张德兴1李国营1贺新红石晶1

（广东药学院基础学院组织胚胎学教研室，广东广州510006）

【摘要】近年来在淀粉质食品经高温处理时检出有丙烯酰胺的存在，其毒性再次受到广泛关注。已有资料显示：丙烯酰胺可能具有多种毒性。众多科研人员纷纷投入到丙烯酰胺的毒性研究中，并取得了一定的进展，但其毒性机制仍不完善；关于丙烯酰胺对于人类的影响，除了已明确有神经毒性外，其它毒性均有待于进一步的研究和探讨。本综述将重点关注丙烯酰胺对雄性生殖系统的毒性影响。

【关键词】丙烯酰胺；雄性；生殖毒性

63

解剖学研究2009年第31卷第1期Anat Res,2009,Vol．31,No．1

的损伤，环氧丙酰胺的影响较小。

丙烯酰胺作为致癌物引起雄、雌性大小鼠的多个器官部位产生肿瘤，包括囊状甲状腺瘤、肾上腺嗜铬细胞瘤、阴囊间皮瘤、乳腺瘤、肺癌、神经胶质脑肿瘤、口腔乳头瘤、子宫腺瘤、睾丸鞘膜癌［10］和皮肤癌［18，19］。虽然已证实丙烯酰胺能使实验动物致癌［20］，但是由于缺乏丙烯酰胺诱导人类肿瘤形成的证据，目前还不能确定丙烯酰胺是否使人致癌，因此，获得丙烯酰胺活动机制的资料和了解丙烯酰胺的毒性机制都是非常重要的。

3丙烯酰胺对雄性生殖毒性影响的研究

3．1丙烯酰胺对雄性生殖毒性的形态学影响

Woo等［21］将0．02％（2．8mmol）丙烯酰胺加入到饮水中对雄性大鼠慢性染毒后发现：染毒组的曲细精管内有精母细胞脱落；全部染毒组中受影响的曲细精管数量显著增加；附睾管中细胞碎片明显增多。Yang等［22］用剂量分别为0、5、15、30、45和60mg·kg－1·d－1的丙烯酰胺对雄性大鼠连续5天灌胃染毒，发现最高剂量组体重和睾丸重量都减轻，全部组中都可观察到附睾重量减轻，且附睾尾精子数量以剂量依赖性显著下降，最高剂量组的曲细精管形态上可见：管内皮加厚；层数增加；生殖细胞退化；许多多核巨细胞形成。这充分说明丙烯酰胺对雄性生殖系统具有毒性作用。王皓等［23］通过雄性大鼠饮水染毒丙烯酰胺8周后发现：10mg·kg－1·d－1剂量组附睾尾精子量显著下降；出现组织病理变化：5mg·kg·d－1剂量组个别生精小管坏死，生精细胞损失；10mg·kg·d－1剂量组支持细胞凋亡坏死，细胞间隙变大，间质细胞数量明显增多，管腔出现大量空泡，且形态不规则。间质细胞的增多意味着机体的激素水平发生变化，生精功能可能受到影响［24］。

Sakamoto等［25］将丙烯酰胺加入到饮水中对受试动物亚慢性染毒发现：高剂量组（丙烯酰胺：1．2mmol）都出现精子数量减少，精子形态异常：无钩、无定形、自我折叠、香蕉头样和双尾等，主要是精子头部的异常；而头部的异常属于原发性精子异常，原发性是发生于睾丸内的精子发生、释放过程，这说明丙烯酰胺主要影响睾丸内的精子发生、释放过程［26］。段志文等［27］用20mg／kg丙烯酰胺对雄性大鼠连续染毒4周后发现，精子数下降，畸形率升高。王皓等［23］还发现10mg·kg－1·d－1剂量组附睾尾精子量显著减少；但两组精子形态未见异常，这可能与染毒剂量有关。

3．2丙烯酰胺对雄性生殖毒性的遗传学影响

Yang等［22］发现小鼠接触丙烯酰胺剂量在36．25mg／kg 以下时，不诱导外周血细胞微核形成，当剂量为72．5、100和145mg／kg时微核显著增加，确定了和剂量的相关性。杨建一等［28］发现丙烯酰胺能对早期精细胞的遗传物质造成损伤，且染毒剂量和微核率呈正相关。早期精细胞微核自发率非常低，丙烯酰胺造成微核产生的原因可能是由于微管蛋白聚合受到抑制和干扰纺锤体纤维蛋白，也有学者认为是由于丙烯酰胺或其代谢产物与DNA烷化的结果［28］，总之微核的产生机制现仍不明确。李秀云等［29］研究发现中、高剂量组（42．5、85mg·kg－1·d－1，连续染毒5d）能引起生殖细胞畸变和精子畸形，低剂量组（21．25mg·kg－1·d－1）未见明显的致突变作用，丙烯酰胺造成精母细胞畸变类型以断裂和断片为主，精母细胞的畸形率随剂量增大呈上升趋势；精子畸形率随着染毒剂量增加也呈上升趋势。Besaratinia等［12］用丙烯酰胺处理一种携带λ噬菌体c Ⅱ转基因的Big Blue小鼠成纤维细胞，发现毫摩尔浓度丙烯酰胺处理过的细胞中产生DNA加合物，微摩尔浓度丙烯酰胺处理过的细胞cⅡ基因突变频率增加了两倍以上。Ghanayem等［5］用12．5、25、50mg·kg－1·d－1丙烯酰胺对CYP2E1缺陷型和野生型小鼠连续染毒5d，发现雌鼠与丙烯酰胺处理过的野生型小鼠交配后，其胚胎染色体畸变呈剂量依赖性增加，孕鼠与活胎儿数的比率降低，而雌鼠与丙烯酰胺处理过的CYP2E1缺陷型小鼠交配后没有任何生育参数的变化，从而证实丙烯酰胺诱导的雄性小鼠生殖细胞突变依赖于CYP2E1介导的环氧化作用。

4丙烯酰胺雄性生殖毒性可能的分子机制

丙烯酰胺的代谢物环氧丙酰胺是小鼠精子细胞的DNA诱变剂［30］，它还可造成染色体畸变（断裂和缺口等）、姐妹染色单体互换［11］，因此，染色体畸变可能是环氧丙酰胺和DNA形成加合物造成。Doerge等［31］发现减少食物中丙烯酰胺的量，随后DNA加合物的形成也会减少。丙烯酰胺和环氧丙酰胺可与精子细胞鱼精蛋白结合形成烷化物造成生殖细胞显著致死和精子形态异常。丙烯酰胺还可与精子鞭毛中驱动蛋白结合从而影响精子的运动能力，最终对生殖造成影响［32］。资料显示丙烯酰胺可干扰和精子发生有关的基因表达，可能导致附睾尾精子储量减少；还可影响与细胞增殖和细胞周期相关的基因水平，可能导致生殖器官组织的异常病理特征［22］。也有研究表明丙烯酰胺对间质细胞（Leydig细胞）具有直接损伤作用［33］，雄性动物体内睾酮主要是由间质细胞分泌，由于间质细胞受损从而造成睾酮含量下降，已有试验证明了睾酮浓度在血清和睾丸匀浆中都发生显著下降［34］，因此这也可能是丙烯酰胺造成雄性生殖毒性的原因之一。另外，丙烯酰胺致使雄性大小鼠的后肢扩展、支撑力下降、甚至瘫痪，势必影响雄鼠的交配能力，从而对生殖生育造成影响。

5丙烯酰胺生殖毒性的预防现状

现有研究证明化学预防剂苯乙基异硫氰酸酯（PEITC）能有效抑制丙烯酰胺诱导的睾丸毒性，表现为能有效减少曲细精管内精子细胞脱落，可能的机制为：PEITC通过抑制CYP2E1的活性从而干预了环氧丙酰胺的产生［35］。企业生产也制订了相应的卫生标准和严格的操作规程，并进行了工艺改革及技术革新，尽可能降低在生产中接触到丙烯酰胺的可能性。食品管理行业也进行了严格的监督。除了

64