吳航利，王 佳，管融資，安 鵬，雷 忻*

(1.延安大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院；2.延安市生態(tài)恢復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西延安716000)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人們的物質(zhì)需求日益增加，一系列的環(huán)境問題繼而爆發(fā)。內(nèi)分泌干擾物(Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs)是一類毒性較高，可與內(nèi)源激素受體結(jié)合或改變內(nèi)源激素合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、代謝，進(jìn)而干擾生物內(nèi)分泌系統(tǒng)的一類外源有機(jī)污染物[1，2]。EDCs可通過地表徑流等方式進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)，在水生生物體內(nèi)富集，通過食物鏈的逐級放大效應(yīng)，使得魚類等高等水生動物體內(nèi)富集較高濃度的EDCs，進(jìn)而影響人類健康[3，4]。EDCs可作為類雌激素或類雄激素在生物體內(nèi)發(fā)揮作用[5]，通過誘導(dǎo)基因異常表達(dá)，危害細(xì)胞、組織和器官，進(jìn)而對生物個體甚至種群產(chǎn)生威脅。本文就EDCs對水生動物生殖與生理毒性研究概況進(jìn)行綜述，為進(jìn)一步認(rèn)識EDCs的毒害作用，有效控制EDCs污染，改善水域生態(tài)環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 常見的EDCs種類

目前，內(nèi)分泌干擾物可分為三大類：一類是為滿足人類生產(chǎn)生活所需要而制造出來，包括有機(jī)氯殺蟲劑(如，六六六，氯丹，滅蟻靈，滴滴涕等)，工業(yè)清洗劑(壬基酚聚氧乙烯醚(Nonylphenoxy poly(ethyleneoxy)ethano，NPEs)和辛基酚聚氧乙烯醚(Octaphenyl Polyoxyethyiene，OPEs)降解產(chǎn)生的壬基酚(Nonyl Phenol，NP)和辛基酚(Octyl phenol，OP))，以及醫(yī)藥用品(如，己烯雌酚(Diethylstilbestrol，DES)和乙炔雌二醇(Ethinylestradiol，EE2))；一類是工業(yè)活動而產(chǎn)生的環(huán)境污染物，常見的有多環(huán)芳烴類(Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)，多氯聯(lián)苯類(Polychlorinated biphenyls，PCBs)，雙酚A(BisphenolA，BPA)以及二噁英和相關(guān)化合物(如多氯代二苯并二噁英(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins，PCDDs)和多氯代二苯并呋喃(Polychlorinateddibenzofurans，PCDFs))；還有一類是天然的化學(xué)物質(zhì)，包括雌激素(如，雌酮(Estrone，E1)，雌二醇(17-β-estradiol，E2)和雌三醇(Estriol，E3))和雄激素(睪酮(Testosterone，T))。

2 EDCs對生殖系統(tǒng)的影響

有研究證明，內(nèi)分泌干擾物(如BPA，PCBs，E2，NP，OP等)是水環(huán)境常見的雌/類雌激素物質(zhì)[6-9]。卵黃蛋白原(Vitellogenin，VTG)是環(huán)境雌激素類化合物暴露的生物標(biāo)志物，在孔雀魚(Poeciliareticulata)實(shí)驗(yàn)中，PCBs和E2均能誘導(dǎo)雄性孔雀魚VTG的產(chǎn)生[8]。研究證實(shí)，VTG是卵黃蛋白的前體，為卵細(xì)胞運(yùn)輸多種營養(yǎng)物質(zhì)，與卵生動物的生殖發(fā)育密切相關(guān)；肝臟VTG的合成主要依賴于雌激素的作用，EDCs與機(jī)體內(nèi)的天然雌激素結(jié)構(gòu)相似，進(jìn)入動物體內(nèi)，可干擾VTG正常合成，進(jìn)而影響生殖系統(tǒng)的正常功能。研究表明雄性或幼體VTG的異常表達(dá)與機(jī)體的有害病理學(xué)改變有關(guān)，主要表現(xiàn)為精子生長和精巢發(fā)育被抑制以及性成熟改變等[10]。雄性斑馬魚的實(shí)驗(yàn)表明，EE2暴露時(shí)，斑馬魚精巢壁會變厚，生殖細(xì)胞大量丟失；氟他胺(Flutamide，F(xiàn)IU)處理時(shí)，精子細(xì)胞數(shù)量下降；EE2和FIU聯(lián)合處理時(shí)出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，精巢生殖細(xì)胞數(shù)量急劇下降[11]。己烯雌酚(Diethylstilbestrol，DES)可影響斑馬魚精子發(fā)生，使生殖細(xì)胞凋亡[12]，這種現(xiàn)象在青鳉(Oryziaslatipes)和銀鯽(Carassiusauratus)的研究中也已被證實(shí)[13，14]。因此，EDCs會導(dǎo)致水生動物生殖腺和生殖細(xì)胞發(fā)生異常，從而對動物發(fā)育和繁殖產(chǎn)生影響。

3 EDCs對酶系統(tǒng)的影響

3.1 對Ⅰ相混合功能氧化酶系的影響

3.1.1 混合功能氧化酶的作用和分類

內(nèi)分泌干擾物(如，共平面的芳香性外源有機(jī)污染物PAHs、PCBs等)進(jìn)入脊椎動物體內(nèi)后與肝細(xì)胞內(nèi)的芳香烴受體(AhR)結(jié)合，激活A(yù)hR信號通路，Ⅰ相混合功能氧化酶(mixed-functional oxidase，MFO)系統(tǒng)相關(guān)酶系產(chǎn)生效應(yīng)[15]，對機(jī)體發(fā)揮解毒作用，降低外源性有機(jī)化合物的脂溶性，使其形成易排泄的代謝產(chǎn)物[16]。

根據(jù)MFO的催化活性，可以將其分為：7-乙氧基異吩惡唑酮脫乙基酶(7-Ethoxyresorufin-O-deethylase，EROD)、7-乙氧基香豆素脫乙基酶(7-Ethoxycoumerin-O-deethylase，ECOD)和芳烴羥化酶(Aryl hydrocarbon hydroxylase，AHH)等，它們是生理生態(tài)毒理學(xué)中廣泛研究的對象[17]。由于對多環(huán)芳烴結(jié)構(gòu)和氯代聯(lián)苯結(jié)構(gòu)的特異性應(yīng)激反應(yīng)，EROD被研究者廣泛用于檢測水生生態(tài)系統(tǒng)中此類環(huán)境污染物存在的酶學(xué)生物標(biāo)志物。

3.1.2 EDCs對EROD的影響

EROD是細(xì)胞色素P-450依賴的MFO系統(tǒng)中的一員[18]，生物體一旦受到脅迫，EROD活性與特定內(nèi)分泌干擾物存在時(shí)間-效應(yīng)和劑量-效應(yīng)關(guān)系。多齒圍沙蠶(Perinereisnuntia)的實(shí)驗(yàn)指出，在全氟辛烷磺?；衔?perfluorooctane sulfon-Ate，PFOS)的脅迫下，EROD酶活性隨時(shí)間呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，這與食蚊魚(Gambusiaaffinis)污水暴露實(shí)驗(yàn)中，EROD酶活隨污染物濃度變化的趨勢類似[19，20]。在斑馬魚(Daniorerio)的暴露實(shí)驗(yàn)中，阿特拉津毒性脅迫強(qiáng)度與EROD酶活存在先誘導(dǎo)后抑制的關(guān)系。這說明外源有機(jī)污染物對EROD酶活性的誘導(dǎo)是有限度的，在一定濃度與暴露時(shí)間內(nèi)，EROD酶活被誘導(dǎo)，隨著外源有機(jī)污染物及其代謝產(chǎn)物在生物體內(nèi)蓄積，超出機(jī)體承受的限度，肝細(xì)胞中的酶系統(tǒng)遭受毒性影響而失活；也可能是代謝過程中脂質(zhì)過氧化物的增強(qiáng)導(dǎo)致細(xì)胞色素P-450的構(gòu)型不穩(wěn)定而發(fā)生變化[20，21]，從而降低EROD酶活力水平。但黑鯛(Sparusmacrocephalus)實(shí)驗(yàn)指出暴露在不同濃度苯并(a)芘(Benzo(a)pyrene，BaP)溶液中，肝臟EROD活性均出現(xiàn)了先升高后降低再升高的變化趨勢，這有可能是脅迫初期肝細(xì)胞EROD受外源有機(jī)污染物的刺激迅速被誘導(dǎo)，隨著脅迫濃度升高及其BaP代謝產(chǎn)物的積累，出現(xiàn)了不同程度的脂質(zhì)過氧化抑制EROD水平，脅迫后期可能是黑鯛自身的免疫防御系統(tǒng)發(fā)揮作用使EROD活力水平再升高，這種情況說明脅迫濃度只要不超出黑鯛自身恢復(fù)能力的范圍，機(jī)體可通過自身修復(fù)系統(tǒng)恢復(fù)至正常水平[22]。

3.2 對Ⅱ相解毒系統(tǒng)抗氧化酶系的影響

3.2.1 抗氧化防御系統(tǒng)發(fā)生機(jī)制

生物抗氧化防御系統(tǒng)可由兩大類組成：1)抗氧化酶:超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)以及谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)等；2)非酶抗氧化劑：脂維生素E、維生素C、谷胱甘肽等[23]?？寡趸烙到y(tǒng)產(chǎn)生效應(yīng)，主要體現(xiàn)在兩方面，其一，機(jī)體在代謝過程中抗氧化與氧化系統(tǒng)始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，但在環(huán)境污染物脅迫下，機(jī)體內(nèi)活性氧自由基暴發(fā)，造成氧化損傷，因此，抗氧化防御系統(tǒng)激活，抵御機(jī)體產(chǎn)生的氧化應(yīng)激。SOD是防御系統(tǒng)的第一道防線，能將超氧基陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2，但H2O2又會反作用抑制SOD活性；因此，由CAT等組成的第二道防線催化H2O2還原生成H2O等[24]；其二，GST可作為Ⅱ相解毒酶，既能催化還原性谷胱甘肽(GSH)的巰基(-SH)與外源性有毒物質(zhì)形成親電子試劑對機(jī)體解毒，又能清除內(nèi)源具遺傳毒性的不飽和醛從而降低污染物毒性[25]。

3.2.2 EDCs對抗氧化防御系統(tǒng)的影響

EDCs對抗氧化系統(tǒng)的影響處于一個動態(tài)變化中，在EDCs的脅迫下，抗氧化酶的含量被誘導(dǎo)或被抑制，這與EDCs的濃度和種類及暴露時(shí)間的長短等密不可分。由于SOD作為檢驗(yàn)水生生物氧化損傷較為靈敏的酶，GST具有解毒酶和抗氧化酶雙重功能，因此這兩者在機(jī)體解毒過程的重要作用引起廣泛關(guān)注。錦鯽暴露多氟代二苯并對二噁英(PFDDs)實(shí)驗(yàn)中，SOD活性在暴露3天時(shí)顯著抑制，在14天時(shí)逐漸恢復(fù)并較對照組略有增加[26]，這與梭魚(Mugilsoiuy)暴露于BaP和芘的實(shí)驗(yàn)中肝臟SOD活性先抑制后誘導(dǎo)的效應(yīng)基本一致[27]，這種效應(yīng)發(fā)生可能是脅迫初期機(jī)體受到污染物刺激時(shí)迅速反應(yīng)產(chǎn)生氧化應(yīng)激，脅迫后期SOD活性較處理組略有誘導(dǎo)，這種現(xiàn)象符合抗氧化酶防御機(jī)制中的“自適應(yīng)階段”，即抗氧化酶此時(shí)發(fā)揮維持機(jī)體生理生化平衡的作用導(dǎo)致SOD酶活恢復(fù)[26]。但PFOS脅迫多齒圍沙蠶實(shí)驗(yàn)中，SOD活性在脅迫初期快速誘導(dǎo)，脅迫后期被抑制[28]；翡翠貽貝(Pernaviridis)暴露四溴雙酚A(Tetrabromobisphenol A，TBBPA)的毒性實(shí)驗(yàn)中，GST在暴露初期活性持續(xù)增加，暴露后期明顯抑制[29]。斑馬魚(Daniorerio)實(shí)驗(yàn)中，E2、鄰苯二甲酸二甲酯(Dimethyl phthalate，DMP)、鄰苯二甲酸二丁酯(Dibutyl phthalate，DBP)、鄰苯二甲酸二辛酯(Dioctyl Phthalate，DOP)四種環(huán)境雌激素導(dǎo)致SOD、GST活性呈現(xiàn)低濃度誘導(dǎo)，高濃度抑制的現(xiàn)象[30]。其他研究也得出了SOD和GST活性在環(huán)境因子輕度脅迫下誘導(dǎo)、重度脅迫下抑制的結(jié)論[31-33]。說明在污染物暴露初期，SOD和GST在生物體內(nèi)分別發(fā)揮抗氧化和解毒功能，而在暴露后期活性氧自由基(reactive oxygen species，ROS)以及外源有機(jī)污染物毒性蓄積過高，導(dǎo)致機(jī)體抗氧化防御系統(tǒng)異常，相關(guān)的一系列酶活受到抑制。

4 EDCs對DNA的損傷效應(yīng)

4.1 EDCs對DNA損傷機(jī)制

EDCs污染可造成核酸受損，常見的DNA損傷包括生成加合物、鏈斷裂、堿基突變錯配及脫堿基位點(diǎn)等[34]。目前認(rèn)為DNA損傷機(jī)制可能有3類：(1)外源有機(jī)污染物經(jīng)體內(nèi)I相酶系代謝活化所生成的中間活性產(chǎn)物可與機(jī)體內(nèi)的生物大分子(主要為DNA)共價(jià)結(jié)合形成穩(wěn)定加合物；(2)機(jī)體自發(fā)或外源性有機(jī)污染物(如PCBs、農(nóng)藥等)經(jīng)I相和II相酶系代謝誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的ROS，一旦ROS產(chǎn)生超過機(jī)體消除能力或機(jī)體抗氧化防御能力減弱，觸發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，引起氧化性DNA損傷[35]；(3)通過調(diào)控DNA分子自我修復(fù)系統(tǒng)相關(guān)因子的蛋白表達(dá)量達(dá)到抑制DNA分子修復(fù)的目的。

4.2 EDCs對DNA的損傷效應(yīng)

早期有研究表明，PAHs代謝過程中產(chǎn)生的活性氧自由基能攻擊DNA，導(dǎo)致DNA單鏈斷裂或形成不穩(wěn)定的無嘌呤的加合物[36]。PAHs的雙環(huán)氧類代謝產(chǎn)物易結(jié)合于DNA形成穩(wěn)定加合物[37]。大量研究證實(shí)，BaP是間接致癌物，經(jīng)I相酶代謝激活后產(chǎn)生7，8-二氫二羥基-9，10-環(huán)氧化苯并(a)芘(benzo[a]pyrene-trans-7，8-diol-9，10-epo-xide，BPDE)，與鳥嘌呤共價(jià)結(jié)合形成DNA加合物，從而導(dǎo)致核苷酸的替代、缺失和染色體的重排，引起DNA分子損傷[38]，若DNA自我修復(fù)系統(tǒng)不能及時(shí)使受損DNA分子迅速恢復(fù)正常，細(xì)胞很有可能發(fā)生癌變。褐昌鮋(sebastiscusmarmoratus)實(shí)驗(yàn)表明，不同濃度的BaP與肝臟DNA單鏈斷裂損傷基本呈線性的劑量—效應(yīng)關(guān)系[39]。在TBBPA暴露翡翠貽貝亞慢性毒性實(shí)驗(yàn)中，TBBPA與DNA的損傷呈現(xiàn)良好的時(shí)間-效應(yīng)和劑量-效應(yīng)關(guān)系[29]。在鯉魚(Cyprinuscarpio)實(shí)驗(yàn)中，濃度為25 μg/L和47 μg/L的二苯并(a，h)蒽(Dibenzo(a，h)anthracene，DbA)可使鯉魚的DNA損傷分別增加2.7倍和3.8倍[40]；有研究表明暴露BaP會導(dǎo)致貽貝、比目魚和幼鱸魚的DNA損傷和基因毒性增加[41，42]；暴露在BaP和苯并(K)熒蒽中時(shí)，隨著暴露濃度的增加，鯉魚DNA損傷隨之增強(qiáng)[43，44]。目前大量研究證明，內(nèi)分泌干擾物會對基因水平產(chǎn)生脅迫，同時(shí)這也意味DNA損傷可以作為生物分子標(biāo)記物來評價(jià)污染物脅迫的狀況。

5 展望

近年來，一些學(xué)者已就EDCs對水生動物生殖生理毒性進(jìn)行了探討，并取得了階段性成果，但是在水生生態(tài)系統(tǒng)中，生物多樣性復(fù)雜，EDCs種類眾多，不同的EDCs對生物體的毒性作用可能相互影響，表現(xiàn)出協(xié)同、拮抗、相加和獨(dú)立等不同毒性效應(yīng)。如何全面了解污染物對生物體的聯(lián)合毒性作用、探討不同EDCs毒性之間的干擾機(jī)制將是未來研究的重要內(nèi)容；雖然已有研究表明EDCs可對EROD酶活性產(chǎn)生顯著影響，但其具體的調(diào)節(jié)機(jī)制還有待于深入研究；如何從分子水平揭示EDCs對水生動物毒性作用及其調(diào)控機(jī)制也是需要我們進(jìn)一步研究的熱點(diǎn)問題。