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《第三军医大学》 2006年
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嘉陵江重庆主城区水源水中有机污染物雄性生殖毒性的研究

曹波  
【摘要】: 水体有机物污染严重威胁人们饮用水安全和环境保护,地面水被各种各样的有机物污染,如多环芳烃、多氯联苯和农药等。我国经济快速增长工业化发展以及城市化的进程加剧了我国江河湖泊的水污染,目前水环境污染状况是主要河流有机物污染严重,流经城市河段普遍受到污染。我国规定的优先控制污染物68种中有59种是有机污染物,从对人体健康的危害和生态平衡的破坏性来看,有毒有机污染物在环境中往往具有长效性,不易降解,可通过生物链蓄集,且对环境的破坏和人体健康的危害多具不可逆性,对人类健康构成严重威胁。我国松花江、珠江、黄浦江和太湖等主要河流与湖泊均检测到了多种有机污染物,其中包括了多种优先控制污染物;嘉陵江位于三峡水库的上游,是重庆居民主要饮用水水源,同时也是重庆大量工业和生活污水的最后排放口,三峡成库后由于流速减慢,水体自净能力降低,水体有机物污染可能会加重。 已有大量研究指出环境污染是引起人类男性生殖能力下降的重要原因,有机污染物是可能的因素,例如增塑剂污染、农药的使用等。其中邻苯二甲酸酯类物质是典型的睾丸毒剂,可引起睾丸萎缩,精子数目与活力下降,造成动物的不育。外来化学物的睾丸毒性往往表现为对生精过程的破坏,生精过程受许多因素影响,细胞凋亡是外来化学物质睾丸损伤的主要分子机理,有研究认为生精细胞凋亡的发生可能是由于生精细胞促分化因子受到抑制,或者促生精细胞凋亡因子受到激发引起的,两种因子在正常生理过程中保持均衡,维持着正常生精过程的平衡。其中fas与其受体结合启动生精细胞凋亡,而干细胞生长因子(stem cell factor, scf)促进生精细胞分化发育成为成熟精子,同时具有抑制生精细胞凋亡的作用。有人认为生精细胞与精子细胞凋亡是外来化学物睾丸损伤的最终反应,外来化合物有可能通过影响scf/c-kit系统与fas/fasL系统平衡而造成生精过程损伤。 大量实验室证据表明在较高剂量条件下有机污染物可对雄性睾丸造成损害,但实际暴露过程中机体是与多种化学物接触。目前对于环境中化学物混合作用的具体机制缺乏深入的研究,混合物作用机制,一般认为有相乘作用,拮抗作用与相加作用。研究混合物作用的模式主要有两类,一类是人为采用不同的化合物组合,观察混合物对机体的效应,根据效应的强度判断是否有联合作用;另一种是直接观察自然界有机提取物,多以水中有机提取物作为受试物,观察其对机体的效应。 我室前期研究发现嘉陵江水中可检出邻苯二甲酸酯类和多环芳烃等有机污染物,并通过体内外实验证实水中有机提取物具有类雌激素类活性。本研究中我们采用XAD-2树脂提取嘉陵江重庆市段某自来水厂取水点水样,提取水中有机污染物,对有机污染物进行GC/MS分析,采用经济合作与发展组织动物发育/生殖筛选实验程序421,评价水中有机污染物对实验大鼠的雄性生殖毒性,确定生殖毒作用的靶器官,并对毒作用的分子机制进行研究。本研究分为以下三个部分: 一、采用固相萃取技术提取水中有机污染物,并进行气相色谱-质谱分析,初步确定水源水中有机污染物种类。 二、采用经济合作与发展组织生殖/发育毒性筛选试验,用水源水中有机提取物染毒实验大鼠,进行生殖毒性评价,确定生殖毒性的靶器官。 三、根据前面实验结果确定生殖靶器官或靶作用位点,重点对其诱导生精细胞凋亡的分子机制进行研究。 主要研究结果与结论 一、于2004年7月(丰水期)采集嘉陵江重庆市主城区段水样,应用GC\MS分析技术,共定性出有机污染物8种。有2种邻苯二甲酸酯类物质,6种多环芳烃类物质。在已检出的有机污染物中,有2种属于我国水环境优先控制污染物,分别是邻苯二甲酸二正辛酯、荧葸,说明嘉陵江重庆市主城区段水源水中存在有机物污染,本次实验结果与本室之前的结果相近。 二、本研究中动物染毒剂量分别为2L/kg.bw/day,16L/kg.bw/day,80L/kg.bw/day,玉米油作为溶剂对照。实验期间染毒动物体重无明显改变,孕鼠在怀孕第三周食物消耗量明显下降,高剂量组明显低于对照组。睾丸、卵巢脏器系数比值各剂量组与对照组相比无明显改变,高剂量组附睾脏器系数比值明显高于对照组。低剂量组可观察到睾丸间质细胞增生,中高剂量组可观察到间质细胞减少。各个剂量组均可观察到生精上皮空泡变性,初级精母细胞减少。附睾尾精子计数与附睾重量比值,随染毒剂量增加而下降,其中高剂量组明显低于对照组,高剂量组精子头部畸形率明显高于对照组。低剂量组雄性大鼠血清睾酮含量明显高于高剂量组,提示水中有机提取物对染毒动物睾酮分泌有影响。中高剂量组雄性大鼠血清卵泡刺激素含量明显低于对照组。染毒动物交配率,受孕率各染毒组间无明显差异,仔鼠个数体重各染毒组间均无明显差异,高剂量组活产指数明显低于对照组,染毒组观察到孕鼠分娩时有死胎出现以及部分仔鼠出生后被母鼠咬死,提示水中有机提取物对仔鼠的发育以及孕鼠的神经行为有一定影响。上述资料提示本项目条件下水中有机提取物对人群的生殖健康有潜在的危害,水中有机污染物引起的生殖损伤应引起高度重视。 三、已有研究证实环境污染物可以诱导睾丸生精细胞凋亡增加。我们的研究发现实验大鼠精原细胞有凋亡发生,但染毒组与对照组相比无明显差异(P0.05),同时观察到精子细胞凋亡发生,高剂量组明显高于对照组(P0.05)。Fas及Fas配体介导细胞凋亡是环境污染物睾丸毒性的重要发生机制,我们发现水中有机污染物可引起高剂量组精原细胞与减数分裂前生精细胞Fas与FasL蛋白明显增加,但是精原细胞与生精细胞凋亡并未增加,说明在本研究条件下,Fas与FasL表达增加并不引起细胞凋亡增加。我们未观察到精子细胞有Fas与FasL蛋白表达,精子细胞凋亡的机制可能有其它的原因,有待进一步研究。c-kit蛋白是生精过程中生精细胞发育分化的重要指标,主要在精原细胞上表达。我们的结果显示,高剂量组c-kit表达阳性细胞增加,提示精原细胞明显增加,生精过程受到阻滞。 综上所述,嘉陵江重庆主城区段水中有机提取物具有睾丸毒性,对仔鼠发育可能有不利影响,睾丸生精细胞是可能的靶作用位点。水中有机物的睾丸毒性分子机制需要进一步采用体外实验深入研究,也需要获得人群流行病学资料阐明人群生殖损伤与水中有机污染物之间的关系。为了早期发现和诊断人群生殖损伤,还应寻找敏感的生物标志物。
【学位授予单位】:第三军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:R114

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