SD大鼠新生期暴露多氯联苯致雄性生殖毒效应研究

【摘要】： 多氯联苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)是一大类普遍存在的持续性环境污染物。自上世纪70年代,PCBs生产和使用已被禁止,但由于其高度稳定性,现仍广泛残留在土壤、空气、水体和生物体内。更为重要的是,PCBs可蓄积在生物体脂肪组织内,通过食物链的生物放大作用,造成动物和人类不良健康结局,包括生殖毒性、内分泌干扰效应、神经发育毒性和致癌。 近年来,雄性生殖健康备受人们的关注。PCBs对雄性生殖功能的影响已有报道,但新生期子代直接暴露PCBs对成年睾丸功能影响的研究甚少。新生期是睾丸发育的重要时期之一,亦是睾丸受化学物干扰的敏感期。而且新生期化学物暴露易致雄性生殖功能的永久性损伤。因此,本研究旨在通过建立新生期暴露PCB153或PCB169的动物模型,观察和比较两种暴露对睾丸功能的近期和远期效应及其潜在的毒作用机理。 出生当天(Postnatal Day 0, PNDO),将所有雄性SD大鼠混合后,重新分成10只/窝(组内、组间体重变异小于10%)。在PND1,按窝别随机分成对照和处理组,每组30只。从PND1开始连续7天,对照和处理组分别经口给予等量的溶剂对照；或PCB 153 0.025、0.25和2.5mg/kg BW;或PCB 169 0.025.0.25和0.5 mg/kg BW。各组大鼠分别于染毒结束后24 h(PND8)、断奶期(PND21)和成年期(PND90),经麻醉后处死,收集并保存血液、肝肾、垂体、睾丸及附睾。 结果一：SD大鼠新生期暴露PCB153或PCB169影响成年睾丸功能 PCB153 2.5 mg/kg剂量组的体重从PND3至PND8,较对照组显著减轻,但在PND21和PND90无显著差异；在PND90,除了PCB153 0.025 mg/kg剂量组的肝重系数外,PCB153各剂量组的肝重及其系数均明显下降,与对照组相比差异有统计学意义(P0.05)。 在PND8和PND21, PCB169 0.25和0.5 mg/kg剂量组肝重系数较对照组明显升高；但0.5 mg/kg剂量组PND21睾丸重与对照组相比显著下降。PCB169 0.5mg/kg处理组从PND35至PND90,每周体重较对照组均显著下降；在PND90,PCB169各剂量组肝重及其系数均明显降低,且PCB169 0.5 mg/kg剂量组睾丸、附睾和肾重较对照组显著下降。 PND8睾丸组织学检查,HE染色在光镜下发现PCB153 2.5 mg/kg组睾丸曲精小管结构疏松,精原细胞形态明显增大且与管内结构脱离：电镜检查显示精原细胞体积增大,胞质内含大量空泡。PCB169 0.5 mg/kg组PND8睾丸组织HE染色和电镜检查分别发现,曲精小管结构疏松、精原细胞胞质呈空泡变性和精原细胞胞核变性萎缩、胞质出现明显空泡。在PND21和PND90, PCBs各处理组睾丸组织学检查未见明显异常。 在PND90,随着染毒剂量的增加,睾丸每日精子生成量和附睾尾精子计数呈下降趋势,且在PCB153 0.25和2.5 mg/kg剂量组以及PCB169各剂量组,与对照组相比,差异有统计学意义(P0.05)。与PCB153暴露剂量相比,暴露更低剂量PCB169即可诱导此效应。 结果二：新生期暴露PCB153或PCB169影响体内甲状腺激素、性腺激素和促性腺激素水平 放免法测定血清甲状腺激素水平发现,暴露PCB153后,除0.025和0.25mg/kg剂量组PND21血清T4水平无变化外,其余各剂量组PND8, PND21和PND90血清T4水平均随染毒剂量的增加而逐渐下降,与对照组相比差异有统计学意义(P0.05)；各剂量组PND21、PND90血清T3水平以及PND90血清TSH水平均显著下降。 PCB169暴露后,各剂量组PND8、PND21和PND90血清T4水平均显著下降；尽管PND8血清T3水平有升高趋势,但在PND21和PND90血清却显著降低；各剂量组PND8和PND90血清TSH水平均明显低于对照组。 放免法测定性腺激素水平发现,PCB153或PCB169暴露对PND21血清和睾丸组织中睾酮(T)水平均无显著影响；但PCB153 2.5mg/kg剂量组PND90血清和睾丸组织中T水平显著降低,伴血清E2水平明显升高；而PCB169各处理组PND90血清和睾丸组织中T水平明显低于对照组。结果提示PCB169抗雄激素效应强于PCB153。 垂体LH和FSH水平经免疫组化及其定量结果显示,PCB153或PCB169暴露后均未引起PND8、PND21和PND90垂体LH和FSH水平明显变化。 结果三：新生期暴露PCB153或PCB169干扰Leydig cells合成类固醇激素 在PND8,PCB153各剂量组均显著抑制睾丸类固醇生成因子SF-1 mRNA的表达；到PND21, SF-1 mRNA的表达在0.25和2.5 mg/kg剂量组明显低于对照组：而PND90,仅2.5 mg/kg剂量组仍可明显抑制其表达。相比而言,PCB169各剂量组能显著抑制PND8、PND21和PND90睾丸SF-1 mRNA的表达。 在PND8和PND21, PCB153或PCB169暴露对睾酮合成限速酶类固醇生成急性调控蛋白(StAR)、胞色素P450胆固醇旁链裂解酶(P450scc)、3β-羟类固醇脱氢酶(3β-HSD)和17,20-裂解酶(P450c17) mRNA的表达均无影响。但在PND90,PCB153 0.25和2.5 mg/kg剂量组显著抑制StAR、P450scc和P450c17 mRNA的表达,而3β-HSD mRNA表达仅在2.5 mg/kg剂量下被明显抑制；同样,PCB169各剂量组均可明显抑制P450scc、3β-HSD和P450c17 mRNA的表达,但仅0.5 mg/kg剂量组显著抑制StAR mRNA的表达。 结果四：新生期暴露PCB153或PCB169干扰Sertoli cells分化成熟 经细胞增殖特异性标志抗体PCNA免疫组化染色发现,PCB153或PCB169各处理组PND21睾丸Sertoli cells仍处增殖状态,而对照组Sertoli cells已完全停止增殖。在PND90,对照和处理组Sertoli cells均未出现PCNA阳性染色。 在PND8, PCB153或PCB169各剂量组均显著抑制细胞间隙链接蛋白43(CX43)和细胞周期抑制因子P27kip1 mRNA的表达,但到PND90,所有处理组间CX43和P27kip1 mRNA表达均无显著差异。尽管PCB153或PCB169处理对PND21睾丸CX43 mRNA表达无影响,但PCB153 0.25和2.5 mg/kg以及PCB1690.25和0.5mg/kg剂量组均明显抑制P27kip1 mRNA的表达。 在PND21,PCB153或PCB169处理均显著抑制ID2 mRNA的表达：且PCB153 0.25和2.5 mg/kg以及PCB169 0.5 mg/kg剂量组明显抑制ID3 mRNA的表达。但两种处理均对PND90 ID2和ID3 mRNA的表达无显著影响。 在PND90,雄激素受体(AR)和雄激素结合蛋白(ABP) mRNA的表达在PCB153 0.25、2.5mg/kg和PCB169 0.25、0.5mg/kg剂量组被显著抑制。 结论 SD大鼠新生期暴露PCB153或PCB169可诱导甲状腺激素水平持续性下降,在成年期可通过TH-SF-1通路抑制T合成限速酶系mRNA表达,进而降低体内T水平；同时甲状腺激素水平持续性下降亦可干扰Sertoli cells增殖和分化成熟,影响Sertoli cells功能,最终两者共同损伤睾丸正常的生精功能,导致成年精子数量下降。本研究结果提示男性在婴儿期接触持续性有机污染物可能影响成年的生殖功能。