致畸(发育毒性)作用机制、试验和评价
卫生毒理学发育毒性与致畸作用
外源化学物对生殖的过程的损害作用可以表
毒 现为性淡漠，性无能或各种形式的性功能减退。
性 雌性可出现排卵规律改变，月经失调或失经，
及 卵巢萎缩，受孕减少，胚胎死亡，生殖能力的
其 降低不孕或不育等。雄性可表现为睾丸萎缩或 评 定 坏死，精子数目减少。
生殖毒性的评价
生 殖
➢
外源化学物对生殖过程作用的评定主要通过生
述 ➢ 外源化学物对生殖发育过程影响的范围较为广
泛和深远
术语基本概念
概 述
➢ 生殖毒理学(reproductive toxicology)主要 研究外源化学物对生殖细胞发生、卵细胞受精、 胚胎形成、妊娠、分娩和哺乳过程的损害作用 及其评定，评定方法即为生殖毒性试验。
➢ 发育毒理学(developmental toxicology)主要 研究外源化学物对胚胎发育、胎仔发育以及出 生幼仔发育的影响及其评定，评定方法称为发 育毒性试验，其中主要为致畸试验。
问题
1、生殖毒性和发育毒性的概念是什么？ 2、生殖毒性的评定指标是什么？
外源化学物对生殖发育的影响
➢ 干扰生殖发育的任何环节，并造成损害作用。
概 ➢ 可以通过对内分泌系统，特别是对性腺的作用，
发生间接的影响。
述 ➢ 神经系统对内分泌功能也有调节作用，通过下 丘脑-垂体-睾丸轴(下丘脑-垂体-卵巢轴)两条 途径作用于生殖发育过程 。
外源化学物对生殖发育损害作用的特点
概 ➢ 生殖发育过程较机体其他系统更为敏感
毒 殖毒性试验来进行。
性 ➢ 生殖毒性试验可以全面反映外源化学物对性腺
及 其
功能、发情周期、交配行为、受孕、妊娠过程、
评 分娩、授乳以及幼仔断乳后生长发育可能发生
药物致畸性和胚胎毒性研究
药物致畸性和胚胎毒性研究药物的致畸性和胚胎毒性研究是药物安全性评价中的重要内容。
这种研究主要用于评估药物在妊娠期间对胎儿的影响，确保药物使用不会对胚胎发育和妊娠产生不良影响。
本文将详细介绍药物致畸性和胚胎毒性研究的内容、方法和应用。
一、药物致畸性和胚胎毒性的定义与分类畸胎（Teratogenesis）是指外界因素所致的胚胎和胎儿在生长发育过程中出现异常或异常发育，这些异常可以是结构异常、功能异常或颜色异常等。
而胚胎毒性（Embryotoxicity）是指药物或其他化学物质对受精卵、胚胎或胚胎发育中的细胞和组织造成直接或间接的有害影响。
药物致畸性和胚胎毒性的研究主要是为了评估药物对正常胚胎发育的影响，并预测药物在妊娠期间的安全性。
根据胚胎发育的阶段，药物致畸性和胚胎毒性可分为早期胚胎发育阶段和后期胚胎发育阶段的研究。
早期胚胎发育阶段研究主要是观察药物对受精卵、囊胚和胚胎植入过程的影响，例如胚胎的存活率、发育速度、着床率等。
后期胚胎发育阶段研究主要是观察药物对胚胎器官和系统发育的影响，例如心脏、肺、肾等器官的形态和功能。
二、药物致畸性和胚胎毒性研究的方法1. 体内试验方法：体内试验方法是最常用的药物致畸性和胚胎毒性研究方法之一。
常用的动物模型包括小鼠、大鼠、兔子等，通过给动物灌胃或注射药物，观察药物对胚胎发育的影响。
体内试验可以直接观察到药物对胚胎的影响，但由于动物模型与人类的差异，其结果在转化到临床应用上还需要谨慎解释。
2. 体外试验方法：体外试验方法是通过利用体外培养技术，观察药物对胚胎细胞的影响。
常用的体外试验方法包括细胞毒性实验、细胞增殖实验、细胞凋亡实验、细胞迁移实验等。
这些实验可以从细胞水平上研究药物的毒性和致畸性效应，但其结果在体内效应的预测方面仍需进一步确认。
3. 组织工程技术：组织工程技术是近年来发展起来的一种新的研究方法，可以模拟人体器官和组织的结构和功能。
通过将胚胎干细胞或胚胎组织培养在体外，可以模拟胚胎发育的过程，研究药物诱导的异常发育和毒性效应。
发育毒性和致畸作用临床
CP（环磷酰胺）
PM
＋
AC
DNA单链断裂 DNA-DNA交联 DNA-蛋白质交联
与蛋白质结合
脑积水、露眼、腭裂、小颌畸形、脐疝、尾部和肢部缺陷
2 干扰基因表达
z 发育过程受各种基因在 时间和空间上高度有序表 达的调控 z 不同的发育阶段，在不 同的水平以不同的机制进 行 z 可能的机制：遗传物质 和非遗传物质的改变（表 观遗传）
发育毒性和致畸性－基本概念
2
z
变异
指同一种属的子代与亲代之间或子 代的个体之间的种种差异。 分为两种：可遗传和不可遗传。
z
z可遗传的变异－－突变。 z不影响生理功能，更不危及生命 z肋骨或椎骨数目多余正常
发育毒性和致畸性－基本概念
3 胚体-胎体毒性
z 孕体：从受精卵直到出生的整个发育生物 体，包括胚胎（胚体）、胎儿（胎体）和胎 膜。 z 胚体毒性：对着床前后直到器官形成期结束 的孕体所产生的毒性。 z 胎体毒性：对器官形成期结束后的孕体所产 生的毒性表现。 z 胚体-胎体毒性：统称胚胎毒性
4 围生期和出生后的发育期：
儿童期肿瘤
z
围生期是一生中对致癌物最敏感的时期， 细胞增殖快 药物代谢酶的个体发生不全 免疫监视功能低
发育毒性和致畸性－剂量反应模式和阈值
剂量－反应模式：受化学物的类型、暴露时间、剂量影响，
主要有三种类型
1 常见反应模式：较大剂量致全窝胚胎死亡，一般剂量下正
常、畸形和生长迟缓共存，毒性反应随剂量增加而增加。
可能的 机理
细胞周期不同 影响敏感性 DNA损伤
4 干扰细胞间交互作用：
直接细胞通讯（缝隙链接，膜表面分子） 受体介导的细胞信号转导 细胞通讯受到破坏可引起畸形或其他发育毒性 多种致畸物（灭蚊灵，杀鼠灵，苯巴比妥，氯 丙嗪，乙醇）可以抑制细胞缝隙连接通讯 反应停可引起胚胎细胞的粘连受体表达减少， 干扰细胞之间通讯，导致肢芽结构异常，从而 引起短肢畸形。
发育毒性与致畸作用
自受精之日计算：人是3-8周；大、小鼠是6~15天； 家兔为6~18天。
器官形成期发育毒性
同一剂量的一种致畸物在敏感期与胚胎接触，
可因胚胎所处发育阶段不同而出现不同的畸形。
Case1：大量维生素A在受精后第8天给予大鼠，主要出 现骨骼畸形；在第12天给予，则诱发腭裂。 case2：同样剂量砷酸钠在小鼠受精第7天和第9天分别 给予，前者主要出现脐疝，后者主要为露脑。
区分胚体和胎体两个阶段；
每个阶段损害的主要特点。
4.发育毒性（developmental toxicity）
指出生前后接触有害因素，子代个体发育为成体之 前诱发的有害影响，主要表现为：
发育生物体死亡 生长改变 结构异常 功能缺陷
发育毒性的主要表现
发育生物体死亡：包括
受精卵未发育即死亡；
除了在较高剂量几乎全窝
胚胎死亡外，正常胎、生
长迟缓和结构畸形同时存 在：这一类型较常见。
在远远低于胚胎致死的剂
量下即可出现致畸，甚至 全窝致畸：这种模式表示 受试物有高度致畸作用， 较少见。
只有生长迟缓和胚胎致死，
但没有畸形发生。
发育毒性的阈值概念
需要极大的样本数，难以用实验找出一个发生率
1928
1935 1937 1942 1944 1940 1952 1952 1959 1961
人孕期接受X线照射
VitA缺乏饮食 孕期给予某些激素 孕妇感染风疹病毒 孕妇营养缺乏 广岛、长崎原子弹辐射 溴化钠 孕妇服用氨基喋呤 孕妇食用甲基汞污染鱼 孕妇服用反应停
小头围和智力迟钝
出生猪眼缺陷和其它畸形 啮齿动物性分化异常 先天性白内障,耳聋, 心脏病 多种发育异常 唐氏综合征(小头伴智力不全) 出生后行为功能异常(大鼠) 胎儿严重畸形流产 先天性水俣病(小头,神经缺陷) 导致“ 灾难”性事件
发育毒性和致畸作用
4、围生期和出生后的发育期
此期接触外源性化学物质，主要表现在发育免疫毒性、 神经行为发育异常和儿童期肿瘤。
围生期接触外源化学物，会严重影响胎儿T细胞、B细 胞和吞噬细胞的发育、迁移、归巢及功能，可能暂时甚 至永久性地损伤机体的免疫系统。
动物实验表明，具有致畸作用的化学物至 少有1000种以上
经证实的人类致畸因素只有40种左右
致畸作用因素
电离辐射（放射治疗、放射性碘等） 化学物和药物（镇静安眠药、抗抑郁药、抗惊厥
药、毒品、抗癌药、维生素A类似物等） 病毒细菌感染 吸烟酗酒 母体代谢失调（克汀病、糖尿病、高烧、苯丙酮
尿症、酒精中毒等）
物理化学因素
鸡蛋
畸形小鸡：
神经管缺陷、无脑 畸形、脊柱裂、独 眼畸形、心脏缺陷 等
作用时间在决定畸形类型方面比损伤性质更重要。
发育毒理学(developmental toxicology)
研究出生前暴露环境有害因素导致的异常发育 结局及有关的作用机制、影响因素和毒物动力 学。
对人类具有致畸作用的因素
第九章 发育毒性与致畸作用
目的要求
掌握发育毒性与致畸作用基本概念 掌握发育毒性与致畸作用的特点 熟悉发育毒性与致畸作用实验与评价方法
内容
发育毒性与致畸作用基本概念 发育各阶段发育毒性作用的特点 母体毒性与发育毒性关系与剂量-反应模式 致畸作用机制 发育毒性与致畸作用常用评价方法：动物
➢ 调查显示，孕妇在末次月经后第 34～ 50天是反应
停作用的敏感期。 ➢ 在此时间段以外服用反应停，一般不会导致胎儿的
大鼠致畸试验实验报告
大鼠致畸试验实验报告一、实验目的本实验旨在研究某种受试物质对大鼠胚胎发育的致畸作用，评估其潜在的生殖毒性风险，为相关产品的安全性评价提供科学依据。
二、实验材料1、实验动物选用健康的 Wistar 大鼠，雌性体重约 200 220g，雄性体重约 250 280g。
动物饲养于温度（22 ± 2）℃、相对湿度（55 ± 5）％、12 小时光照/12 小时黑暗的环境中，自由饮食和饮水。
2、受试物质＿____（受试物质名称），纯度为_____%。
3、仪器设备电子天平、灌胃针、手术器械、显微镜等。
三、实验方法1、动物分组与交配将雌性大鼠和雄性大鼠按 1:1 的比例于傍晚合笼交配，次日清晨检查阴栓，以发现阴栓的当天确定为妊娠第 0 天。
将受孕大鼠随机分为 4 组，分别为对照组、低剂量组、中剂量组和高剂量组，每组15 20 只。
2、受试物质给予对照组给予等体积的生理盐水，各剂量组分别给予不同剂量的受试物质，于妊娠第 6 15 天经口灌胃给予。
3、标本采集在妊娠第20 天，对大鼠实施安乐死，剖腹取出子宫，检查黄体数、着床数、活胎数、死胎数和吸收胎数。
4、胎仔检查对每只活胎仔进行外观检查，包括有无畸形、腭裂、短肢等；然后将胎仔放入 Bouin 氏液中固定，进行骨骼检查，观察有无骨骼畸形，如肋骨缺失、胸骨畸形等。
四、实验结果1、孕鼠体重及增重在妊娠期间，各剂量组孕鼠的体重增长趋势与对照组相比，无明显差异。
2、妊娠结局对照组的着床数、活胎数、死胎数和吸收胎数均在正常范围内。
低剂量组的妊娠结局与对照组相似。
中剂量组出现了少量的死胎和吸收胎。
高剂量组的死胎和吸收胎数量显著增加，活胎率明显降低。
3、胎仔外观畸形对照组胎仔外观未见明显畸形。
低剂量组胎仔偶见轻微的外观畸形，如短尾。
中剂量组胎仔的外观畸形发生率有所增加，出现了腭裂、腹裂等畸形。
高剂量组胎仔的外观畸形严重，如无脑畸形、脊柱裂等。
4、胎仔骨骼畸形对照组胎仔骨骼发育正常。
毒理学评价的四个阶段和内容
毒理学评价的四个阶段和内容毒理学评价是对化学物质作用于生物体产生的毒性效应进行系统评价的科学方法。
它主要分为四个阶段：毒性筛选、毒性评价、毒性机制研究和风险评估。
第一阶段：毒性筛选毒性筛选是对化学物质进行初步评估的阶段，目的是迅速识别出具有潜在毒性的物质，以便后续进行更详细的毒性评价。
常用的毒性筛选方法包括体外试验和动物模型试验。
体外试验一般包括细胞毒性试验、体外组织/器官模型试验等，这些试验可以初步评估化学物质的细胞毒性、基因毒性、能够引发突变的潜能等。
动物模型试验则是在活体动物中进行的，例如急性毒性试验和长期毒性试验等，这些试验可以评估物质对动物的毒性效应、致癌潜能等。
毒性筛选的目的在于为后续的毒性评价提供参考，以便高效地筛选出有毒物质，减少后续评价过程中的时间和资源浪费。
第二阶段：毒性评价毒性评价是对具有潜在毒性的物质进行详细评估的阶段。
通过体内和体外实验，对物质的毒性效应进行全面、系统的评估，包括急性毒性、慢性毒性、生殖毒性、致畸作用、致突变性等。
在毒性评价过程中，常常会综合使用动物试验和体外试验，以获取更全面、准确的毒性效应信息。
急性毒性试验通常用来评估物质对动物的急性毒性效应，了解物质对生物体的一次暴露能否引起明显的毒性反应。
而慢性毒性试验则是对动物进行长期暴露，以评估物质的长期危害效应。
生殖毒性试验主要关注物质对生殖系统的影响，包括对生殖功能、生殖细胞和胚胎的影响等。
致畸作用试验主要用来评估物质对胚胎发育的影响，包括对胚胎发育畸形和胚胎潜在致畸的潜能。
位于第三阶段的毒性机制研究可以帮助解释毒性评价中的观察结果。
第三阶段：毒性机制研究在毒性评价阶段，往往会发现某些物质具有潜在的毒性效应，但具体的毒性机制尚不清楚。
毒性机制研究的目标是深入研究物质的毒性机制，理解物质如何对生物体产生毒性效应。
该阶段常常使用体外实验和细胞实验方法，通过分析物质对细胞信号通路、基因表达、细胞内代谢等的影响，以及对动物组织和器官的影响，来探索物质的毒性机制。
发育毒性及其评定
发育毒性及其评定一、基本概念（一）发育毒性某些外来化合物可干扰胚胎以及胎儿的发育过程，影响正常发育。
具体表现可分为：1．生长迟缓。
即胚胎与胎仔的发育过程在外来化合物影响下，较正常的发育过程缓慢。
2．致畸作用。
由于外来化合物干扰，活产胎仔胎儿出生时，某种器官表现形态结构异常。
致畸作用所表现的形态结构异常，在出生后立即可被发现。
3．功能不全或异常。
即胎仔的生化、生理、代谢、免疫、神经活动及行为的缺陷或异常。
功能不全或异常往往在出生后一定时间才被发现，因为正常情况下，有些功能在出生后一定时间才发育完全。
4．胚胎或胎仔致死作用。
某些外来化合物在一定剂量范围内，可在胚胎或胎仔发育期间对胚胎或胎仔具有损害作用，并使其死亡。
具体表现为天然流产或死产、死胎率增加。
在一般情况下，引起胚胎或胎仔死亡的剂量较致畸作用的剂量为高，而造成发育迟缓的剂量往往低于胚胎毒性作用剂量，但高于致畸作用的剂量。
致畸作用是外来化合物发育毒性的一种具体表现，对存活后代机体影响较为严重，往往是一种不可逆过程。
有些文献中将致畸作用称为发育毒性，可以理解为发育毒性的侠义概念。
（二）畸形、畸胎和致畸物器官形态的异常称为畸形。
具有畸形的胚胎或胎仔，称为畸胎。
凡在一定剂量下，能通过母体对胚胎或胎儿正常发育过程造成干扰，使子代出生后具有畸形的化合物称为致畸物或致畸原。
（三）胚胎毒性作用外来化合物引起的胎仔生长发育迟缓和功能缺陷不全的损害作用。
其中不包括致畸和胚胎致死作用。
（四）母体毒性作用母体毒性作用是指外来化合物在一定剂量下，对受孕母体产生的损害作用。
具体表现包括体重减轻、出现某些临床症伏、直至死亡。
母体毒性作用可分为轻度和严重母体中毒。
轻度母体中毒的表现应限于母体体重下降，正常增长受到抑制。
抑制程度，不超过不接触受试物对照组动物的10%。
肝重可略有增加，但生殖机能正常；严重母体中毒可出现体重增长大幅度抑制、持久性呕吐、过度安静或活动过度、呼吸困难、生育机能明显受损及其它中毒症状，甚至死亡。
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3.胚体－胎体毒性
胚体毒性（embryotoxicity）：孕体着床前后直到 器官形成期。
胎儿毒性（fetoxicity）：器官形成期结束后。
在实验动物发育毒性试验中，通常不去区分 胎儿与胚体，统称为胚胎毒性。通常研究的胚胎 毒性是指孕体的死亡和生长发育迟缓，不包括结 构畸形。
了解：致畸（发育毒性）作用机制
案例
背景： 20世纪60年代至70年代，美国陷入越
战的泥潭。 美国空军实施“牧场行动计划”。 1961-1971年向越南丛林喷洒数百万升
落叶型除草剂（橙剂），喷洒面积达 越南南方总面积10％。
后果：
10年间，在橙剂战区活动的士兵和越南军民 长期暴露高浓度橙剂之中深受其害。
现代实验畸胎学 19世纪初期，对哺乳动物进行了实验畸胎学研究。
物理因素 （震动、倒置、针刺）
化学毒物
产生了畸形小鸡
神经管缺陷 无脑畸形 脊柱裂 独眼畸形 …………
1950年，日本水俣湾，汞废水污染引发先天水俣病。
1960年前后，英、德、 日本等国妇女 “反应停” （thalidomide）事件
思考题： 比较生殖毒性和发育毒性。
5.出生缺陷（birth defect）
婴儿出生前即已形成的发育障碍，包括形态结构异常 （畸形）和功能缺陷（如智力低下，代谢和行为的异 常）。
与营养缺乏和环境有害因子有关的出生缺陷（新内容）
如何评价外源化学物是否具有该种毒 性？
第一节 概述
5周人胚
6周人胚
266天（38周）
受精 ─────→ 胎儿成熟娩出
胚胎学
7周人胚
8周人胚
出生后继续发育
人体发生学 有序的生理过程：精子和卵细胞发生，历经受精、着床、 器官形成、胎体发育、围生期，直到性成熟。
一、发育毒理学 发育毒理学（developmental toxicology）
指胎儿形态 结构异常， 即畸形。
听力或视力异 外观畸形 常行。为发育迟缓。内脏畸形
骨骼畸形
子代易感性 增加
孕期接触己 烯雌酚。 肥胖。
女孩易患青 春期阴道癌； 糖尿病
生殖毒性（reproductive toxicity ）（补充）
外来物质对雄性和雌性生殖功 能或能力的损害和对后代的有 害影响，表现为外源化学物对 生殖过程的影响，包括生殖器 官及内分泌系统的变化，对性 周期和性行为的影响，以及对 生育力和妊娠结局的影响等。
致畸性（teratogenicity）/ 致畸作用（teratogenic effect）
致畸物引起畸形的过程和特性。
致畸物/致畸原（teratogen） 能够引起畸形的环境因子。
2.变异（variation）
指同一种属的子代与亲代之间或子代的个体 之间有时出现不完全相同的现象，是小的或次 要的结构改变。
胎儿的生长发
胚泡未着床即死 育指标比正常
亡，
对照的均值低
着床后生长发育 2个标准差。
到一定阶段死亡。
结果
早期死亡被吸收 或自子宫排出 (即自然流产)， 晚期死亡成为死 胎。
生长迟缓。 局部发育不全 如脑小畸形和 眼小畸形等。
功能缺陷
结构异常
包括生理、生 化、免疫、行 为、智力等方 面的异常。 功能缺陷往往 要在出生后经 过相当时间才 能诊断。
先心病 神经管缺陷 血红蛋白病 唐氏综合征 蚕豆病人类出生缺陷的原因 Nhomakorabea遗传
母体
环境因素与 遗传因素
明确的化学物 /环境因素
第二节 发育毒性与致畸性
一、基本概念 1.畸形（malformation）
发育生物体解剖学上形态结构的缺陷。 严重畸形，轻微畸形。 后果：对发育、生长、形态、 生理功能、生育力和（或） 寿命可产生有害影响; 可以 存活也可能不能存活。
致畸（发育毒性）作用 机制、试验和评价
教学内容
概述 发育毒性与致畸性 致畸（发育毒性）作用机制 发育毒性和致畸作用试验与评价
教学目的
掌握：发育毒性与致畸作用的相关概念；致
畸作用的特点；发育毒性和致畸作用实验与评 价
熟悉：发育各阶段发育毒性作用的特点；母
体因素对发育毒性的影响；传统致畸实验方法；
越南：小头、肢体残疾等先天畸形或浑身溃 烂的患者，还有智力低下的人。越战中曾在南 方服役的士兵，其孩子出生缺陷率高达30％。
美军调查：与未解除橙剂的老兵比较，其精 液质量较差，妻子所生男孩较多，流产发生率 明显增加，新生儿缺陷发生率较高。
问题
橙剂造成污染区危害的主要原因是什 么？
橙剂引起越南污染区妇女畸胎率增加 属于何种毒性？
4.发育毒性
(developmental toxicity)***
➢ 指出生前后接触有害因素，子代个体 发育为成体（性成熟）前诱发的任何 有害影响。
➢ 表现：发育生物体死亡，生长改变， 结构异常，功能缺陷，子代易感性增 加。
发育毒性主要表现
发育生物体死亡 生长改变
发生
受精卵未发育即 生长迟缓，
死亡；
独眼巨人
海妖
❖ Hybrid theory（杂交理 论）认为畸形是人和动物 杂交的结果，并且这种杂 交动物广泛存在于神话传 说中，如人头马身怪物， 人身牛头等。
Teratology（畸形学）来自希腊语“ monster” （怪胎）；
科学认识：1651年，William Harvey 提出发育障 碍学说：畸形起因于器官或结构的不完全发育。
研究发育生物体在出生前暴露于环境有害因子 导致的异常发育结局及有关的作用机制、发病机 理、影响因素和毒物代谢动力学等。
是毒理学的重要分支学科，评定方法称为发育 毒性试验。其中主要为致畸试验。
二、从畸胎学到发育毒理学 畸胎学（古代）
现代实验畸胎学（19世纪） 发育毒理学（现代）
畸胎学
❖ 古代的神话人物 如独眼巨人、海妖等 原型可能来自严重畸 形的婴儿。
反应停事件的贡献 • 1966年美国FDA提出
三段生殖毒性试验指 南 • 1986年美国EPA提出 可疑发育毒物危险度 评价指南
现代研究对人类妊娠结局的认识
完全正常的健康婴儿＜50％ 不良妊娠结局：
－着床后丢失30％。 －畸形：出生时，严重畸形2～3％， 轻微畸形14。 －功能异常：神经功能异常16～17％。