毒死蜱致雄性生殖毒性及其机制的研究进展(1)
[摘要] 毒死蜱(chlorpyrifos，CPF)系有机磷农药(organophosphates，OPs)，广泛应用于农业生产和居住环境。毒死蜱不仅具有急性毒性，其慢性毒性和潜在危害日益引起业界关注。有研究提示CPF为可疑的环境内分泌干扰物(EEDs)，具有生殖发育毒性。CPF的雄性生殖毒性主要表现为组织病理学、精子质量、激素水平和睾丸标志酶活性等发生变化，提示可能机制以脂质过氧化损伤机制研究居多。本文就CPF的雄性生殖毒性及其可能机制进行综述。
[关键词] 毒死蜱；雄性；生殖毒性；机制；有机磷农药
[中图分类号] R994.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2013)02(a)-0020-04
毒死蜱(CPF)即 O，O-二乙基-O-(3，5，6-三氯-2-吡啶基)硫代磷酸酯，属广谱、低毒、高效OPs杀虫剂，不仅可以抑制生物体内胆碱酯酶的活性，还可以阻断植物的光合作用，是目前全世界生产和销售量最大的杀虫剂之一。2008年CPF在全球的销量大约为14万吨[1]，估计至2015年CPF全球市场需求量将达25.8万吨左右[2]；2012年初CPF约占我国农药销售总量的36%(2 312.47吨/6 328.72吨)。此外，CPF及其代谢物能够在空气、水、土壤和多种食物中长期残留[3-6]，已对环境和人类健康构成潜在危害。据内蒙古自治区统计，2003～2010年，自治区所产蔬菜的OPs持续高水平超标，其中CPF历年均有超标，并呈现上升的趋势[7]。
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以往国内外广泛关注CPF的神经发育毒性，近年来越来越多的研究提示CPF可能具有环境内分泌干扰物(environmental endocrine disruptors，EEDs)样作用，而其生殖毒性和潜在危害正逐渐引起人们的重视。本文就近年来国内外有关CPF致雄性生殖毒性的研究资料，着重CPF诱导生殖器官的病理变化，对精子质量、激素水平和睾丸标志酶活性的影响，尤为对精子DNA的直接损伤及可能机制的进展综述，力图为CPF致雄性生殖毒性及其机制的研究提供一定的借鉴。
1 CPF对雄性生殖器官的影响及机制
1.1 CPF致睾丸和附睾的退行性变化
雄性生殖器官是物种延续和进化的必要保障。雄性生殖器官的退变将带来物种的衰败，甚至绝迹。(1)CPF可致雄性有脊动物睾丸及附睾重量和体积的退行性改变。Faraga AT等[8]的研究提示，大鼠经灌胃染毒25 mg/(kg·d)的CPF，引起睾丸重量明显下降。Joshi SC等[9]和Afaf A等[10]的研究也得出相似的结果。然而，刘相鑫[11]以2.7、5.4、12.8 mg/kg剂量CPF对雄性大鼠连续染毒90 d，结果睾丸、附睾重量和脏器系数的变化差异均无统计学意义；而文一等[12]以7.35 mg/kg剂量CPF灌胃染毒8周后，雄性大鼠的睾丸和附睾重量及脏器系数较对照组却均有显著增加。(2)CPF致睾丸和附睾发生退行性变化的主要病理学改变表现为：CPF可引起生精小管和曲细精管萎缩，生精上皮排列紊乱、管腔内有脱落的精子和细胞、间质变宽、各级生精细胞减少及成熟精子数量明显下降等[13-15]。(3)CPF可能引起雄性生殖器畸形[16]。美国个案曾报道，4名儿童因其母在妊娠前3个月接触CPF，出现广泛的出生缺陷，包括脑、眼、耳、腭、牙、心、足、乳头和生殖器等缺陷[17]。这方面的研究由于缺少人群资料，目前仍存在争议，有待于进一步调查研究。
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1.2 CPF致睾丸和附睾发生退行性变化的影响因素和可能机制
实验研究中有脊动物睾丸、附睾重量和体积的改变，与CPF染毒途径、剂量、采样时间等因素有关。但在体重未变的情况下睾丸重量减轻，提示可能是睾丸内生殖细胞减少所致，而非营养因素造成的[18]。有大量研究表明CPF可引起生精小管发生退行性变，导致精子发生停止、精子数量下降。而生精小管水肿、间质细胞间质空隙增宽、附睾管发生充血和水肿的原因，可能是由于CPF穿过血睾屏障，诱发氧化应激和脂质过氧化从而损害睾丸生物膜，进而损害间质细胞，使间质空隙扩大；生发细胞脱落进入管腔使间质空隙增宽，且随着精子的流失附睾管间质空隙也会有所增加[13]。此外，睾丸重量的下降还可能与睾丸间质细胞类固醇的生物合成有关。而睾丸和附睾重量及脏器系数的增加可能是由于充血、水肿或增生肥大所致，其次，随着CPF染毒剂量的增加，实验对象体重增长速度缓慢也为可能因素之一。
CPF致睾丸组织病理学改变的主要机制与氧化应激和脂质过氧化作用有关。脂质过氧化作用是大多数组织细胞损伤的共同通路之一，一些研究提示CPF可引起参与脂质过氧化过程的相关酶及脂质过氧化反应的主要代谢产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)发生改变[19-20]。此外，还有研究认为低剂量暴露时，CPF能通过脂质过氧化作用破坏组织细胞结构和功能的完整性，从而对机体造成损伤；而高剂量时会激活大鼠睾丸的天然防御机制，通过改变抗氧化防御酶系(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶)和类固醇合成酶(3β-羟基类固醇脱氢酶和17β-羟类固醇脱氢酶)的活性及垂体促性腺激素的反馈机制而致睾丸组织细胞发生病理学改变[19-21]。
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2 CPF对睾丸标志酶和生殖内分泌的影响及其机制
2.1 CPF对睾丸标志酶的影响及其机制
雄性生殖器官的发育、成熟以及精子的发生、分化均需要充足的能量供给。在能量供给过程中，许多酶系发挥着重要作用。各种睾丸标志酶的量和活性的改变，必将影响雄性生殖器官的发育与成熟。
2.1.1 CPF对睾丸标志酶的影响 乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)为生精上皮的成熟和各级生精细胞的发育提供能量，若LDH活力受到抑制，将会阻碍生精细胞能量的供给，并导致精原细胞等变性凋亡[22]；LDH-x是LDH的同工酶，为精子发生提供能量并维持精子的活力[23]。山梨醇脱氢酶(sorbitol dehydrogenase，SDH)为精子的发育提供能量，睾丸成熟期睾丸重量与SDH的活力出现同步增加趋势，是睾丸成熟的标志性物质[24]。酸性磷酸酶(acid phosphatase，ACP)主要位于支持细胞和精子的溶酶体内，清除受损或衰老细胞，保持正常代谢和生理功能，可作为衡量是否有生精障碍的指标[15]。碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，AKP)参与睾丸细胞增殖、分裂与分化时的营养物质运输。β-谷氨酰转移酶(β-GT)是睾丸支持细胞的特异标志酶，它的活性与支持细胞的功能息息相关。
, 百拇医药(徐肖倩 戴红)
[关键词] 毒死蜱；雄性；生殖毒性；机制；有机磷农药
[中图分类号] R994.1 [文献标识码] A [文章编号] 1674-4721(2013)02(a)-0020-04
毒死蜱(CPF)即 O，O-二乙基-O-(3，5，6-三氯-2-吡啶基)硫代磷酸酯，属广谱、低毒、高效OPs杀虫剂，不仅可以抑制生物体内胆碱酯酶的活性，还可以阻断植物的光合作用，是目前全世界生产和销售量最大的杀虫剂之一。2008年CPF在全球的销量大约为14万吨[1]，估计至2015年CPF全球市场需求量将达25.8万吨左右[2]；2012年初CPF约占我国农药销售总量的36%(2 312.47吨/6 328.72吨)。此外，CPF及其代谢物能够在空气、水、土壤和多种食物中长期残留[3-6]，已对环境和人类健康构成潜在危害。据内蒙古自治区统计，2003～2010年，自治区所产蔬菜的OPs持续高水平超标，其中CPF历年均有超标，并呈现上升的趋势[7]。
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以往国内外广泛关注CPF的神经发育毒性，近年来越来越多的研究提示CPF可能具有环境内分泌干扰物(environmental endocrine disruptors，EEDs)样作用，而其生殖毒性和潜在危害正逐渐引起人们的重视。本文就近年来国内外有关CPF致雄性生殖毒性的研究资料，着重CPF诱导生殖器官的病理变化，对精子质量、激素水平和睾丸标志酶活性的影响，尤为对精子DNA的直接损伤及可能机制的进展综述，力图为CPF致雄性生殖毒性及其机制的研究提供一定的借鉴。
1 CPF对雄性生殖器官的影响及机制
1.1 CPF致睾丸和附睾的退行性变化
雄性生殖器官是物种延续和进化的必要保障。雄性生殖器官的退变将带来物种的衰败，甚至绝迹。(1)CPF可致雄性有脊动物睾丸及附睾重量和体积的退行性改变。Faraga AT等[8]的研究提示，大鼠经灌胃染毒25 mg/(kg·d)的CPF，引起睾丸重量明显下降。Joshi SC等[9]和Afaf A等[10]的研究也得出相似的结果。然而，刘相鑫[11]以2.7、5.4、12.8 mg/kg剂量CPF对雄性大鼠连续染毒90 d，结果睾丸、附睾重量和脏器系数的变化差异均无统计学意义；而文一等[12]以7.35 mg/kg剂量CPF灌胃染毒8周后，雄性大鼠的睾丸和附睾重量及脏器系数较对照组却均有显著增加。(2)CPF致睾丸和附睾发生退行性变化的主要病理学改变表现为：CPF可引起生精小管和曲细精管萎缩，生精上皮排列紊乱、管腔内有脱落的精子和细胞、间质变宽、各级生精细胞减少及成熟精子数量明显下降等[13-15]。(3)CPF可能引起雄性生殖器畸形[16]。美国个案曾报道，4名儿童因其母在妊娠前3个月接触CPF，出现广泛的出生缺陷，包括脑、眼、耳、腭、牙、心、足、乳头和生殖器等缺陷[17]。这方面的研究由于缺少人群资料，目前仍存在争议，有待于进一步调查研究。
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1.2 CPF致睾丸和附睾发生退行性变化的影响因素和可能机制
实验研究中有脊动物睾丸、附睾重量和体积的改变，与CPF染毒途径、剂量、采样时间等因素有关。但在体重未变的情况下睾丸重量减轻，提示可能是睾丸内生殖细胞减少所致，而非营养因素造成的[18]。有大量研究表明CPF可引起生精小管发生退行性变，导致精子发生停止、精子数量下降。而生精小管水肿、间质细胞间质空隙增宽、附睾管发生充血和水肿的原因，可能是由于CPF穿过血睾屏障，诱发氧化应激和脂质过氧化从而损害睾丸生物膜，进而损害间质细胞，使间质空隙扩大；生发细胞脱落进入管腔使间质空隙增宽，且随着精子的流失附睾管间质空隙也会有所增加[13]。此外，睾丸重量的下降还可能与睾丸间质细胞类固醇的生物合成有关。而睾丸和附睾重量及脏器系数的增加可能是由于充血、水肿或增生肥大所致，其次，随着CPF染毒剂量的增加，实验对象体重增长速度缓慢也为可能因素之一。
CPF致睾丸组织病理学改变的主要机制与氧化应激和脂质过氧化作用有关。脂质过氧化作用是大多数组织细胞损伤的共同通路之一，一些研究提示CPF可引起参与脂质过氧化过程的相关酶及脂质过氧化反应的主要代谢产物丙二醛(malondialdehyde，MDA)发生改变[19-20]。此外，还有研究认为低剂量暴露时，CPF能通过脂质过氧化作用破坏组织细胞结构和功能的完整性，从而对机体造成损伤；而高剂量时会激活大鼠睾丸的天然防御机制，通过改变抗氧化防御酶系(超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和谷胱甘肽过氧化物酶)和类固醇合成酶(3β-羟基类固醇脱氢酶和17β-羟类固醇脱氢酶)的活性及垂体促性腺激素的反馈机制而致睾丸组织细胞发生病理学改变[19-21]。
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2 CPF对睾丸标志酶和生殖内分泌的影响及其机制
2.1 CPF对睾丸标志酶的影响及其机制
雄性生殖器官的发育、成熟以及精子的发生、分化均需要充足的能量供给。在能量供给过程中，许多酶系发挥着重要作用。各种睾丸标志酶的量和活性的改变，必将影响雄性生殖器官的发育与成熟。
2.1.1 CPF对睾丸标志酶的影响 乳酸脱氢酶(lactate dehydrogenase，LDH)为生精上皮的成熟和各级生精细胞的发育提供能量，若LDH活力受到抑制，将会阻碍生精细胞能量的供给，并导致精原细胞等变性凋亡[22]；LDH-x是LDH的同工酶，为精子发生提供能量并维持精子的活力[23]。山梨醇脱氢酶(sorbitol dehydrogenase，SDH)为精子的发育提供能量，睾丸成熟期睾丸重量与SDH的活力出现同步增加趋势，是睾丸成熟的标志性物质[24]。酸性磷酸酶(acid phosphatase，ACP)主要位于支持细胞和精子的溶酶体内，清除受损或衰老细胞，保持正常代谢和生理功能，可作为衡量是否有生精障碍的指标[15]。碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，AKP)参与睾丸细胞增殖、分裂与分化时的营养物质运输。β-谷氨酰转移酶(β-GT)是睾丸支持细胞的特异标志酶，它的活性与支持细胞的功能息息相关。
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