环境中内分泌干扰物的作用机制
!"!..
环境与健康杂志!""#年$$月第!!卷第%期&’()*+,(-./01234,).56.+!""#37,08!!34,8%
*综述+
文章编号!$99$:#;
环境中内分泌干扰物的作用机制
伍吉云
摘要!随着对环境激素问题的关注$对环境中残留化合物的荷尔蒙效应研究已成为一个关系到人类今后生存与繁衍的热点问题%该文从内源性激素的生理学机制出发对当前环境内分泌干扰物的机制研究作了较系统综述%内容不仅阐述了已知的受体介导影响途径$还讨论了环境激素通过破坏内源性激素及其受体的生成和代谢而产生内分泌干扰作用的非受体介导途径$以及污染物对神经系统&免疫系统和内分泌系统的综合效应%同时$该文提出了以环境激素作用机制为基础$为进一步开发和发展新的生物筛选方法提供技术路线%
关键词!激素’内分泌系统’雌激素类中图分类号!>;;=8%
文献标识码!?
!"#$%&’()*#+",)’-.(/0)1’2().3)&,40)5(+2’)36’-278&(2-!"#$%&’()!*+,$-."#$/(%&$(01!"#$%&’"(&)*+,-./)0)1-23/(114(1.,4(5(/6"%./&-78/(4(28/4(19/@=@99939"’),
$:-&2,+>.A./+B2,(.CC.B1A,C.()*+,(5.(1/0.(D,B+*(.D*A+EF1*(GB2.5*B/0AH’IJAK*A/(*5F,+1/(1C*.0D*(.()*+,(5.(1/0AB*.(B.8L2.+.A./+B2F+,G+.AA,(5.B2/(*A5,C’IJA*(.()*+,(5.(1M/AF+.A.(1*(12*AF/F.+84,1,(0N12./B1*,(5.B2/(*A5,C’IJA5.D*/1.D)*/+.B.F1,+M/A.OF/1*/1.D36E1/0A,12.*(1.+C.+.(B.*(C0E.(B*(G12.AN(12.A*A/(D5.1/6,0*A5,C.(D,G.(,EA2,+5,(./(D12..CC.B1A,C’IJA,((.E+/0/(D*55E(.ANA1.5M.+.D*ABEAA.D*(12*AF/F.+8L2*AF/F.+M*00B,(DEB.1,12.CE+12.+A1ED*.A,(12.5.B2/(*A5,C’IJA/(D12.D.).0,F5.(1,CAB+..(*(G5.12,DC,+(.M’IJA8
(25-;-,+5,(.P’(D,B+*(.ANA1.5P’A1+,G.(A
随着人类文明进入工业时代$大量的化学物质给人们的生活提供了巨大的便利%但是$由于化学品的使用导致的内分泌系统异常现象越来越引起了人们的重视%研究表明$受影响的鱼类会出现生殖器官自始至终无法发育成熟$雌雄同体率增加$雄性退化及种群退化等现象Q
生$并与人类的生殖&骨骼和大脑的发育&生物效应的调控及稳态的维持等密切相关%内源性激素主要分为含氮激素和类固醇激素%含氮激素作为第一信使特异性地与靶细胞膜上相应的受体结合$随即激活膜上的腺苷酸环化酶系统$在细胞内产生
B?TU作为第二信使$从而调控细胞的生理活动%类固醇激素能
直接透过靶细胞膜$与细胞内的受体"胞浆受体&核受体)结合并使之活化$进而调节基因表达$引起相应的生物学效应"图$)QVR%关于内源性激素的作用机制$目前为学术界所普遍接受的是受体介导理论%当机体需要时$内源性激素便由内分泌细胞释放出来随血液运送到靶细胞%环境激素能参与或影响上述内源性激素信号转导过程$扰乱生物机体正常激素的作用$进而导致各种病变%
D*A+EF1,+A)Q#R%
目前$世界上生产和使用的化学物质有S万多种$体外生物监测方法作为快速灵敏的筛选方法已经被成功地应用于这些物质的筛选Q%R%由于这些方法是建立在已知污染物作用机制基础上$特别是依据受体作用机制建立的$因此一些受体介导作用以外的内分泌干扰作用物质往往被遗漏%笔者在阐述内分泌系统的生理学机制的基础上讨论内分泌干扰物对内分泌系统的干扰机制$为进一步开发和发展新的生物筛选方法提供技术路线%
?环境内分泌干扰物质的作用机制
人体和大多数哺乳动物体内的内源性激素由内分泌系统产
/,含氮激素-第二信使学说)’/6,类固醇激素-基因调节学说)’>5,
基金项目!国家自然科学基金资助项目"!"@VV""!)
作者单位!
作者简介!伍吉云"
9B,胞浆受体’\U,\蛋白’?J,腺苷酸环化酶’B?TU,环:磷腺苷’UI’,磷酸二酯酶’U]+,蛋白激酶调节亚单位’U]B,蛋白
激酶催化亚单位’?LU,三磷酸腺苷
@
环境与健康杂志!""#年$$月第!!卷第%期&’()*+,(-./01234,).56.+!""#37,08!!34,8%
!"#((
环境激素种类众多!彼此之间的结构差异也很大!但对于内分泌的干扰作用在细胞水平上主要通过9种途径"模仿内源性激素#拮抗内源性激素#破坏内源性激素受体的生成和代谢#破坏内源性激素的生成和代谢:;
染物:C?
!"#非受体介导反应
除了受体介导反应模式之外!环境内分泌干扰物还能通过
破坏内源性激素及其受体的生成和代谢等等!干扰动物和人类正常的内分泌活动$目前!大多数研究主要利用受体介导反应来检测环境中内分泌干扰物的活性!而对于非受体介导反应的机制研究较少!以下是环境激素如何影响内源性激素的合成%代谢及运输等的例子!借以说明非受体介导反应途径的影响作用$
!"!受体介导反应
环境激素能通过模拟和拮抗内源性激素!介入内源性激素
的介导反应!从而影响生物体的内分泌系统$对于不同种类的内源性激素!通过受体介导的作用机制是一致的$研究表明!当内源性激素受体同结构与内源性激素相似的环境化学物质结合时!就会产生两种迥然相异的效果!一种是使内源性激素作用受到强化并超过正常范围!从而表现为内源性激素亢进效应#另一种则是阻断内源性激素与受体的结合!表现为内源性激素拮抗效应$但由于各种激素功能不同!影响后产生的表达亦不同$现在大量报道的受环境激素影响的内源性激素受体主要包括雌性激素受体%雄性激素受体%甲状腺激素受体和细胞膜激素受体等$
雌激素是一种重要的类固醇激素!主要通过对基因表达的调控&图$!基因调节学说’而对机体产生重要的生物学效应$当环境激素与雌激素受体结合时!表现为雌激素亢进效应的物质有9>壬基酚%杀虫剂十氯酮:?
激素也能抑制内源性雌激素与雌激素受体结合从而达到内分泌干扰作用!如阿特拉津:$=
雄激素与雌激素同属性激素!环境污染物还能通过相同途径作用于雄激素受体$例如"杀虫剂十氯酮能与雄激素受体结合#杀虫剂杀螟松是雄激素受体拮抗剂#阿特拉津和滴滴涕类物质阻止睾丸激素与雄激素受体结合#杀虫剂7*(G0,H,0*(能竞争性地与雄激素受体结合!继而阻止雄激素受体与@4I结合并改变内源性雄激素的基因表达:?
甲状腺激素属于含氮激素!但其受体定位于细胞核!可通过基因表达的调控&图$!基因调节学说’%线粒体的生物氧化作用以及膜的转运功能等作用机制!维持正常的生长和发育!特别是对骨和脑的发育尤为重要:J
依照上述受体介导原理建立的生物体外测定法能直观%灵敏%快速简便地对环境中化学物质的内分泌干扰活性进行大规模筛检!已经成为国内外应用和研究的热点$如"将雌激素受体基因克隆到酵母中!待测物质在酵母培养中和受体结合!并在细胞内由发现基因传达情报!最后通过测定酶的诱导活性或细胞繁殖等与雌激素作用的信号测定化学品的雌激素效应:$%BG+..(
径监测二叶
&’!"#"!睾酮的合成睾酮对于雄性个体出现雄性发育特征起着
非常关键的作用$研究表明!暴露于某些邻苯二甲酸酯&@FD和
@’-D’的胎儿体内的睾酮浓度会减少%"PQ;#P!继而引起胎儿
发育出现一系列不正常!如肛门与生殖器距离变短%尿道下裂和隐睾等现象$睾酮的合成途径如图!所示:!R羟化并脱去侧链!形成脱氢异雄酮!并进一步转变为睾酮$研究表明!某些邻苯二甲酸酯能抑制睾酮合成中所需关键酶的表达!如图!中所示的清道夫受体FC&SO>FC’%类固醇激素合成急性调控蛋白&S1IO’%细胞色素D9#"胆固醇侧链裂解酶&D9#"BGG’%=!>羟甾醇脱氢酶&=!>-S@’和细胞色素D9#"GCJ羟化酶&D9#"GCJ’!从而降低了胎儿体内睾酮的浓度!影响胎儿正常的性特征发育:!C
图#小鼠睾丸细胞中睾酮的合成:!R
生物体内雌二醇的浓度主要由生物平衡
!"#"#雌二醇的代谢
反馈控制!对雌二醇具有代谢作用的酶有D9#"芳香化酶%葡萄糖醛酸化酶%甲基化酶和磺基转移酶&STUAB’等等$其中!磺基转移酶对雌二醇的生物活性的调节起了关键作用$雌二醇通过磺基转移酶作用和C个璜酸基结合形成硫酸盐!失去了原有的生物活性!然后随尿%粪排出体外$在这个平衡体系中!失活后的雌二醇浓度一般是雌二醇浓度的C"Q="倍:!!X-也能抑制磺基转移酶的活性$上述干扰作用均延长了雌二醇在生物体内的半衰期!而过长时间的雌二醇暴露很容易导致乳腺癌的发生:!=!!9
环境激素除了影响内源性激素的合成和代谢!也可能对内源性激素的运输起作用$由于内源性激素必须与血浆蛋白结合!
!"#//
环境与健康杂志!""#年$$月第!!卷第%期&’()*+,(-./01234,).56.+!""#37,08!!34,8%
接发生作用而阻碍正常激素的运输!如"9:;?6*(>*(@@0,6A0*(%结合$影响甲状腺激素的运输B$#C&
现阶段$利用非受体机制进行化学物质内分泌活性的检测非常少$但是非受体机制影响内分泌系统的作用是不能忽视的&例如"雌激素受体生物检测结果表明$无雌激素活性的物质很有可能通过抑制磺基转移酶的活性从而具有雌激素效应
D!$C
测污染物内分泌作用的基础&值得重视的是$通过机制研究毒性的同时也不能忽视暴露阶段对生物体的影响$如某些邻苯二甲酸酯对睾酮合成中所需关键酶的抑制作用随着邻苯二甲酸酯浓度的降低会逐渐减轻$但是如果生物体暴露在发育关键时期$则该作用将不可逆地直接导致生物体成年后发生尿道下裂和隐睾症等不正常现象D!JC&
目前$环境内分泌干扰物质的野外调查面临的最大难题就是不能直接将野外发现的生物不正常现象归因于某个或某些污染物影响&所以$如何从污染物作用机制出发$研究高灵敏度’专一性强的生物检测方法$开发分子水平上的生物标记物以及利用动物的行为指标监测环境激素的效应将成为以后研究的重点&参考文献"
!-J.-/++*.
*(N(*1.>O*(@>,5*(0/(>P/1.+:2.5*
-!.&,60*(@K3K2./2/(F3W
*(+/*(6,P1+,A1Y!"#$%&’"(&)*+’,-**Z.QI,1,.:2.5*
-E.:/+0*(@4R.1/08’)*>.(H.M,+>.H+./
^A/0*1=,MA+*(@I/*H/0&,A+(/0R$SS!REV#‘%VSU%JE8-\.X’-8’()*+,5.(1/0.
P*0>0*M.)a*8b.*H.
-#.NK’9L8’(>,H+*(.>*1.)*
Y’FKGL:ZM*(/0+.I,+1)a*8c/
-%.周启星$孔繁翔$朱琳8生态毒理学)_*8北京"科学出版社$!VV\8
!%SU!eV8
-e.姚泰8生理学)_*8北京"人民卫生出版社$!VVJ8EeVUEe\8
-d.K2/+I.a_RX+)*(.FK8-,P.(H.,M/0*([6.1P..(
.()*+,(5.(1/0H2.5*H/0/>).+AH1*).2./012)&*8;+*1**H/0&,A+(/0R!VV\RE!d‘\\eU\#J8
-S.K/+/2_fRFAAH.>6=H2.5*H/0
I,00A1*,(‘/+.)*.P,M12..)*>.(H./(>(.PH2/00.(@.
-JV.O.0H.caRK1,(.:aRb/P
FF’*+,@.(+.H.I1,+/(1/@,(*
-JJ.:2..[LWRO,POR:2.(&R.1/089,1.(1*/05.H2/(*
>*
+.H.I1,+R1+/(12=+,*>?6*(>*(@@0,6A0*(,&*8’()*+,(-./0129.+
-J!.O0*(@.:_R;,P.++,H/+6,(
+.H.I1,+YL-aZgL-a(AH0./+1+/(*5.+*(1.+/H1
:.00A0/+’(>,H+*(,0,@=RJSSSRJ#e‘JV#UJJS8
-JE.F/(h,;&8’()*+,(5.(1/0Q.(,6*,1*H*,H+*(.
MA(H1*,(6=*(1.+M.+*(@P*1212.6*(>*(@,MI2=+.H.I1,+6*(>*(@I+,1.*(
-J\._,,+.acRaA>=GLRb*(G_R.1/08L6(,+5/0*1*.
>.).0,I5.(1*(5/0.+/1
0/H1/1*,(/0.QI,+,@.(*HI0/*Y!?.12=02.Q=0ZI212/0/1.,&*8’()*+,(-./0129.+
-J#.9,+1.+M*.0>K9R-.(>+=b;8X5I/H1,M9:;2,+5,(.>*+.H1.>
6+/*(>.).0,I5.(1,&*8G,Q*H,0,@=/(>X(>A
学报Y自然科学版Z$!VVE$ESY\Z‘\\SU\#E8
-Je.b..-&Rb..iKROP,(-;R.1/084,).0=./
>.1.H1*,(,M/(>+,@.(*H/(>/(1*/(>+,@.(*HH,5I,A(>
&因
此$利用分子生物学和基因工程技术对影响内源性激素合成’代谢和运输的一些关键酶的表达定量描述可以建立起灵敏的监测方法!目前$已有一些研究利用参与激素合成’代谢以及运输的酶来检测化学物质的内分泌干扰活性$如正在开发的检测甲状腺激素干扰效应的方法正是利用了污染物能与运输甲状腺激素的血浆蛋白结合的原理D$#C!
!"#影响内分泌系统与神经系统’免疫系统的综合效应内分泌系统’神经系统’免疫系统是E个相互独立而又相互
作用的体系$E个系统通过共用的细胞因子’激素及其受体构成复杂的网络关系和相互调节作用$使机体在不同条件下维持稳态D!#C!一方面$环境激素进入人体或动物体内之后$如果通过模拟和拮抗内源性激素$介入内源性激素的介导反应$对内分泌系统具有扰乱作用$就会影响到免疫系统与神经系统(另一方面$当免疫系统与神经系统受到环境化学物质的直接影响时$又会促使内分泌系统发育异常&这一系列连锁影响使人或动物行为上产生不正常现象$包括繁殖行为’化学感知行为’种群行为’活动和反应能力以及认知行为等&近来$生态毒理学家已经开始将这种异常的行为作为研究终点$代替传统的毒性实验来研究环境激素对野生生物的影响&
已有的调查表明D!%C$某些环境激素会导致两栖类动物对一些寄生类疾病的免疫能力下降(暴露过甲氧FFG或邻苯二甲酸酯的雄性小鼠在发情期对雌性小鼠没有任何繁殖行为和欲望(雄性大西洋大麻哈鱼在低浓度氯氰菊酯#H=I.+5.12+*(%环境中$对雌性鱼排卵期排出信息素的嗅觉反应能力大大下降(接受过低剂量FFG和甲氧FFG暴露的胎鼠$会影响该小鼠成年后用体味给自己领地做记号的能力(由于外源性雌激素的影响$原本非常具有攻击性的雄性棘鱼变得非常温顺(由于杀毒剂西维因的影响$蝌蚪的反应和游泳能力大大降低(接受过9:;
以上的调查结果显示$环境激素能影响多种脊椎动物的各种行为&一些科学家由此建议将行为作为一个评价指标有可能比传统的生物标记物或者受体水平上的生物检测方法更有效$因为行为测定方法成本低’不具有伤害性$并且是生物生理发育的整体终端反应$比一个或几个化学生理指标更全面&一些研究表明$行为测定的灵敏度也远高于一般监测方法$例如$在低浓度环境激素的环境中$鱼的游泳能力就能明显减弱$而此时其他生化指标没有任何明显变化(蝾螈的群居信息传递能力对环境激素浓度非常敏感$在极低浓度下就能产生异常D!%C&因此$行为研究学家和毒理学家合作从行为上研究内分泌干扰物质的毒理效应将是今后生态毒理学的新的方向&
$结论与展望
从以上讨论中可以看出$环境内分泌干扰物能通过各种途
径影响正常的内分泌系统信号转导$从而导致生物体机体本身$
环境与健康杂志!""#年$$月第!!卷第%期&’()*+,(-./01234,).56.+!""#37,08!!34,8%
!"#22
0综述1
文章编号)?::?K#T?;(!::#*:%K:;TZK:U
抑制消减杂交技术研究进展及其在环境医学上的应用
肖忠海!洪欣!尹昭云
摘要)抑制消减杂交技术(FCQQ+.FF*,(FC61+/M1*).2P6+*N*a/1*,(!LL-*是基因克隆的新方法!具有简便易行-特异性高-背景低-重复性好-能分离出丰度较低的特异性片段等特点.该文主要介绍LL-的技术要点和该技术研究进展等及其在研究辐射-热-低氧-寒冷等环境因素对细胞基因表达水平影响中的应用.
关键词)基因/抑制消减杂交技术/克隆中图分类号)VTT;8%
文献标识码)9
!"#$%&’"()*%+,-##$(../%),-0*$12*/&(345$/6/71*/%)1)68##9/21*/%).%):)&/$%)"()*19;(6/2/)(!"#$%&’()*&+,-.$/0!,(-1"/%&+’*23(8!"#$%&’(’)’#*+,-.(/%/0%12%3(4*%5/%’067/18(%/9:;(%U:::#:3
80.*$>?*@LCQQ+.FF*,(FC61+/M1*).2P6+*N*a/1*,(
A(4B%$6.@B.(.FcLCQQ+.FF*,(FC61+/M1*).2P6+*N*a/1*,(cD0,(*(I
基因表达是调节细胞生物学行为的核心!其表达水平的变化驱动着生物体内主要生物过程.因此!研究不同细胞-同一细胞的不同分化阶段或同一细胞受到不同外界刺激时(如)辐射-热-低氧-寒冷*基因表达上的差异!有助于了解基因和蛋白质的功能!为分析生命活动过程提供重要信息.目前!筛选差异表达基因的方法主要有)5V49差异显示(YYVJKSDV*!代表性差异分析(VY9*!MY49微阵列(5*M+,/++/P*!抑制消减杂交(LL-*!V49任意引物SDV(V9SKSDV*!差异消减展示(YLY*!交互式差减差异V49显示(VLYY*!基因表达系列分析(L9B’*!综合基因鉴定分析(GSBG*等.相比较而言!LL-具有简便易行-特异性高-背景低-重复性好-能分离出丰度较低的特异性片段等特点!是目前筛选差异表达基因较好的方法!近年来!得到广泛的应用.现就此技术研究进展及其在研究辐射-热-低氧-寒冷等环境因素对细胞基因表达水平影响中的应用作一综述.
基金项目)国家自然科学基金资助项目(U:$Z:U#;*
作者单位)军事医学科学院卫生学环境医学研究所(天津U:::#:*作者简介)肖忠海($TZZ@*!男!助理实验员!从事高原医学研究.通讯作者)洪欣!’K5/*0>F*((2,(Ig$%U8M,5
CEFE
DD3技术要点及其研究进展LL-技术要点
LL-技术是?TT%年由Y*/1M2.(\,等d?e首先建立!是抑制性
SDV与消减杂交技术相结合分离差异基因更简单-更快速的方
法.它运用了杂交二级动力学原理!使得原来在丰度上有差别的单链Y49相对含量达到基本一致!使具有差别表达的MY49检出率得以提高!保证了某些低丰度表达的MY49可望被检出.美国的X/(2等d!e对LL-的动力学特征的数理计算及实验研究表明!要使LL-有效地扩增差异表达基因!必须符合!个条件)($*在1.F1.+中差异表达基因所占的百分比必须超过:8:$f/(!*差异表达的Y49量超过正常表达的#倍以上!即差异表达基因在1.F1.+中的量最少是N+*).+中的#倍以上.LL-技术具有敏感性高-特异性高(真阳性率有时高达T;fdUe*-效率高-背景低-重复性好-操作简便等特点.另外!差减MY49群体既能用作杂交筛选的探针!又能用来建库!用途非常灵活.
EFGLL-技术研究进展
_*/,
EFGFE5V49提取-接头连接-杂交时间和SDV参数改进
等d;e在反复实验的基础上!对常规LL-方法也进行了相应的改进)($*5V49提取)采用直接从培养的细胞中提取5V49
O*F2/(N5/55/0F)*/+.M.Q1,+K*(N.Q.(N.(15.M2/(*F5F%D,5QH*,M2.5S2PF*,03!::U3?U#>?@A8
+!;,W.F1.+E-93HC0NC\L3)/(J,,+-3.1/08S,1.(1*(2*6*1*,(,O.F1+,I.(
FC0O,1+/(FO.+/F.6P2PN+,RP0/1.N5.1/6,0*1.F,OQ,0P2/0,I.(/1.N/+,5/1*M2PN+,M/+6,(F+.)./0F/01.+(/1*).5.M2/(*F5O,+.F1+,I.(*M/M1*)*1P,O.(N,M+*(.N*F+CQ1,+F%&D0*(’(N,M+*(,0E.1/63!::!3AZ>??;!@??#:8
+!#,&*/(ID]3]CD]3]*C_‘8EC01*Q0./M1*,(F,OMP1,\*(.F,(12.D4L%
J+.(NF*(4.C+,FM*.(M.F3?TT#3?A>!T%@!T%8
+!%,’12/(YD390*F,(EH3W/1.V]8J2.+,0.,O/(*5/06.2/)*,C+*(12.
F1CNP,O.(N,M+*(.KN*F+CQ1*(IM2.5*M/0F%Y(*5/0H.2/)*,C+3!::;3%A>%%#@%Z%8
(收稿日期)!::#K:UK!A*
(本文编辑)杜宇欣*
+?A,王伟!胡建英!顾炜旻!等8化学物质的92受体效应重组基因酵母
检测法的优化"环境科学!!::;!!#?##@$#A8
+?T,BC10.69D3E..+1FG9E3H.+IF5/&-3.1/08JKLM+..(/F/1,,01,
*N.(1*OP12P+,*N2,+5,(.+.M.Q1,+/M1*).M,5Q,C(NF"&$8’()*+,(5.(1/0
J,R*M,0,IP/(NS2/+5/M,0,IP3!""#3?T>!U?@!UA8
+!:,J2,5QF,(D&3V,FFLE3B/*N,WX8Y*
M2,0.F1.+,01+/(FQ,+1/(NF1.+,*N,I.(.F*F*(12.O.1/0+/11.F1*F12+,CI2/+/Q*N/(N+.).+F*60.5.M2/(*F5%&$8’(N,M+*(,0,IP3!::;3?;#>?!!Z@?!UZ8+!?,[*F2.+&L89+./00’YD.OO.M1F5.N*/1.N)*/F1.+,*N2,+5,(.+.M.Q1,+F
"&$8J,R*M,0,IP3!::;3!:#>UU@;?8
+!!,-/++*FVE3X/+*(IV-3W*+\D&3.1/08LC0O/1*,(,O&.F1+,I.(*M’/0\P0Q2.(,0F
/(N?Z!K.F1+/N*,06P2C5/(Q0/1.0.1Q2.(,0FC0O,1+/(FO.+/F.F%&H*,0D2.53!:::3!Z#>?#T@?%%8
+!U,W*+\D&3H,11,50.P]3E*(*M/(43.1/08’()*+,(5.(1/0.(N,M+*(.
D/!^