夏 璇 ，陳雅文 ，汪 暉

（1.武漢大學基礎(chǔ)醫(yī)學院藥理學系，湖北 武漢 430071；2.發(fā)育源性疾病湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430071）

腎上腺作為下丘腦-垂體-腎上腺（hypothalamicpituitary-adrenal，HPA）軸的終末效應器官，負責機體多種甾體激素的合成，對維持妊娠、促進胎兒生長發(fā)育和出生后機體功能有重要意義［1］。在胎兒時期，腎上腺還存在細胞色素P450氧化酶3A（cyto?chrome P450 3A，CYP3A）亞族表達，提示其不僅是重要的內(nèi)分泌器官，還承擔著藥物等化學物代謝的功能，是外源化學物作用的重要靶點［2］。發(fā)育毒性是指發(fā)育期（個體從受精卵形成直至出生后性成熟的各個階段）暴露環(huán)境因素對子代造成的有害作用，是當今社會愈發(fā)關(guān)注的一個焦點。研究表明，妊娠期外源化學物暴露可導致子代腎上腺發(fā)育不良，表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)及功能方面的損害，還可引起發(fā)育編程改變及成年后多種慢性疾病易感［3-4］。然而，目前關(guān)于腎上腺發(fā)育毒性的研究甚少，其毒性發(fā)生機制缺乏系統(tǒng)地闡述。本文就具有腎上腺發(fā)育毒性的外源化學物及其發(fā)生機制研究進展進行綜述，以期為腎上腺發(fā)育毒性早期評價系統(tǒng)的建立提供參考。

1 具有腎上腺發(fā)育毒性的外源化學物分類

目前關(guān)于腎上腺發(fā)育毒性的研究甚少，本文將已有文獻報道的具有腎上腺發(fā)育毒性的外源化學物大致分為環(huán)境毒物類、藥物類和食品類進行相關(guān)介紹。

1.1 環(huán)境毒物類

能引起腎上腺發(fā)育毒性的環(huán)境毒物包括內(nèi)分泌干擾物和空氣污染物等，其中內(nèi)分泌干擾物占據(jù)重要地位。這類化合物既包括持久難降解的有機污染物（如雙酚A、多氯聯(lián)苯和有機氯農(nóng)藥等），又包括易分解的極性除草劑、殺蟲劑、洗滌劑降解產(chǎn)物、動物或植物激素以及某些重金屬等。這些物質(zhì)因其與內(nèi)源性激素相似的分子結(jié)構(gòu)，易被細胞受體識別，從而干擾機體的內(nèi)分泌功能。研究表明，腎上腺是內(nèi)分泌干擾物的主要毒性靶器官之一。一項出生隊列研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期母體暴露于雙酚A，可干擾子代腎上腺功能并存在性別差異，表現(xiàn)為女性基礎(chǔ)皮質(zhì)醇水平增加而男性下降［5］。動物實驗證實，妊娠期暴露于多氯聯(lián)苯和鄰苯二甲酸二（2-乙基己基）酯等均會影響雄性大鼠腎上腺皮質(zhì)酮的分泌水平［6］。尼古丁作為香煙中的主要成分，也可影響大鼠胎仔腎上腺結(jié)構(gòu)及功能，導致腎上腺發(fā)育不良［7］。

1.2 藥物類

孕期用藥的安全性問題一直備受關(guān)注。多種臨床藥物具有腎上腺發(fā)育毒性，如美替拉酮、地塞米松、倍他米松、氟西汀、白藜蘆醇和紅霉素等［8-11］。臨床研究顯示，妊娠期使用糖皮質(zhì)激素（glucocorti?coid，GC）類藥物會影響胎兒腎上腺發(fā)育，如妊娠期應用倍他米松后，二維超聲顯示胎兒腎上腺體積顯著減?。?2］；產(chǎn)前應用地塞米松治療時，不適當?shù)寞煶毯蛣┝繒鹛簩m內(nèi)發(fā)育遲緩（intrauterine growth retardation，IUGR）和早產(chǎn)，同時子代表現(xiàn)出腎上腺功能低下［13］。在綿羊模型中，妊娠期暴露氟西汀后，其子代血漿皮質(zhì)醇濃度異常［9］。此外，本課題組在大鼠模型上發(fā)現(xiàn)，妊娠期地塞米松暴露，雌、雄胎鼠血皮質(zhì)酮水平顯著降低，腎上腺甾體合成功能受到抑制，但出生后存在明顯性別差異（待發(fā)表）。另外，在原代人胎兒腎上腺皮質(zhì)細胞上，給予3-甲基膽蒽、苯巴比妥、地塞米松和白藜蘆醇均可干擾細胞皮質(zhì)醇、醛固酮和孕酮的合成［11-14］。以上結(jié)果表明，妊娠期用藥所致的腎上腺發(fā)育毒性不可忽視。

1.3 食品類

妊娠期食用過量乙醇、茶、咖啡和低蛋白食物等也被證實會引起腎上腺發(fā)育毒性。國內(nèi)外一系列研究證明，乙醇及其代謝產(chǎn)物乙醛均可對機體內(nèi)分泌和代謝功能產(chǎn)生長期影響。本實驗室發(fā)現(xiàn)，大鼠妊娠期乙醇和咖啡因暴露均可致IUGR胎鼠腎上腺形態(tài)發(fā)育異常，其類固醇生存因子1（steroido?genic factor-1，SF-1）及甾體合成酶系統(tǒng)表達降低，內(nèi)生皮質(zhì)酮生成減少；且這些IUGR子代正常飲食至成年后，其腎上腺SF-1及甾體合成酶系統(tǒng)表達仍以降低為主［15-16］。de Oliveira等［17］發(fā)現(xiàn)，妊娠期低蛋白飲食會增加成年雄性子代大鼠腎上腺重量及血清皮質(zhì)酮水平?？梢娙焉锲诓涣硷嬍沉晳T對子代腎上腺發(fā)育具有深遠影響，可延續(xù)至成年。

2 腎上腺發(fā)育毒性的作用機制

多種外源化學物妊娠期暴露可引起子代腎上腺發(fā)育毒性，其毒性效應的產(chǎn)生可通過不同機制干擾個體腎上腺的正常發(fā)育，包括外源化學物介導的表觀遺傳修飾異常、細胞自噬和（或）凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激及代謝損傷等直接作用及糖皮質(zhì)激素介導的間接效應。

2.1 表觀遺傳修飾異常

表觀遺傳修飾是指DNA序列不發(fā)生變化，但基因表達卻發(fā)生可遺傳性的改變。它是生命現(xiàn)象中普遍存在的一類基因調(diào)控方式，主要包括DNA甲基化、組蛋白共價修飾和非編碼RNA等，通常協(xié)同調(diào)控基因表達，且易受到營養(yǎng)和外源化學物等多種環(huán)境因素的影響，在胚胎正常發(fā)育和疾病發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。

Bogdarina等［18］研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期地塞米松暴露可直接作用于子代大鼠基因啟動子反應元件，引起基因啟動子區(qū)去甲基化，如子代腎上腺血管緊張素Ⅱ受體1b（angiotensinⅡreceptor type 1b，AT1b）啟動子CpG殘基甲基化減少，進而上調(diào)AT1b受體基因表達，同時伴隨著雄性子代血壓升高。本實驗室近期在妊娠期地塞米松暴露所致大鼠IUGR模型上也發(fā)現(xiàn)，地塞米松可激活GC受體（GC receptor，GR）并招募組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDAC），降低類固醇生成急性調(diào)節(jié)蛋白（steroido?genesis acute regulatory protein，StAR）啟動子區(qū)的組蛋白乙?；?，導致胎腎上腺甾體合成功能抑制并延續(xù)至出生后（待發(fā)表），甚至具有跨代遺傳效應（待發(fā)表）。此外，在妊娠期尼古丁暴露所致大鼠IUGR模型中，觀察到胎鼠腎上腺甾體合成功能受抑制，尼古丁處理胎腎上腺皮質(zhì)細胞NCI-H295A，發(fā)現(xiàn)SF-1啟動子區(qū)組蛋白H3K9和H3K14位點乙?；斤@著降低，抑制SF-1表達，從而降低腎上腺細胞皮質(zhì)醇合成水平［19］。在2種腎上腺細胞pHFAC和NCI-H295R上，尼古丁可誘導StAR啟動子中Pax6結(jié)合序列nt-377位點的CpG甲基化以介導腎上腺發(fā)育毒性，且這些現(xiàn)象在細胞水平可持續(xù)5～10代［20］。另外，StAR啟動子中陰陽1（Yin Yang1，YY1）介導的組蛋白去乙?；揎椏赡茉谀峁哦δI上腺細胞StAR表達的抑制作用中也起重要作用［7］。除DNA甲基化和組蛋白共價修飾外，非編碼RNA也可介導發(fā)育毒性的發(fā)生。微RNA Let-7家族可作為腎上腺皮質(zhì)醇合成的分子開關(guān)，且已被證實與StAR mRNA之間存在功能性結(jié)合位點，并在翻譯階段調(diào)控其表達［21］，可能介導外源化學物所致子代腎上腺發(fā)育不良。綜上，外源化學物可通過表觀遺傳修飾異常，引起子代腎上腺發(fā)育不良。

2.2 細胞自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激

細胞自噬既是一個生理過程，也是一個病理過程，主要包括自噬體發(fā)生、形成、運輸與融合和溶酶體的裂解4個階段。自噬與胎兒發(fā)育密切相關(guān)，同時還可參與妊娠期外源化學物暴露所致的子代臟器發(fā)育毒性的發(fā)生。目前，大部分的研究支持自噬是一種機體保護機制。本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期乙醇暴露可誘導大鼠胎仔腎上腺甾體激素合成功能抑制，而自噬增強是妊娠期乙醇暴露所致子代腎上腺功能抑制的代償保護作用［22］。在細胞水平，Jung等［23］用熊果酸處理腎上腺嗜鉻細胞瘤細胞PC-12后發(fā)現(xiàn)明顯細胞毒性，且細胞內(nèi)泛素化的蛋白質(zhì)P62積累、微管相關(guān)蛋白輕鏈3（microtubuleassociated protein light chain 3，LC3）-Ⅱ/LC3-Ⅰ比值增加，表明熊果苷可誘導細胞自噬，進一步檢測其下游信號通路相關(guān)基因表達，發(fā)現(xiàn)信號通路被抑制，說明熊果酸對PC-12細胞的毒性作用是通過損害自噬進程產(chǎn)生的?？梢?，細胞自噬功能受損與腎上腺發(fā)育毒性密切相關(guān)。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞內(nèi)一種重要的單層膜性細胞器，主要作用是參與細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的修飾、折疊和Ca2+的貯存及釋放。多種生理、病理因素可誘導細胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激。當機體接觸毒物時，誘發(fā)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可導致細胞內(nèi)未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)蓄積，損傷細胞功能，破壞機體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)，從而導致暫時或持久性的病理反應。Bose等［24］發(fā)現(xiàn)，用不同濃度尼古丁處理綿羊腎上腺細胞會影響細胞StAR的蛋白質(zhì)折疊和活性及膽固醇攝入，從而減少類固醇激素的產(chǎn)生，抑制腎上腺甾體合成功能。提示內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可能參與腎上腺發(fā)育毒性的發(fā)生。

2.3 外源化學物的代謝活化

外源化學物進入機體后，經(jīng)生物轉(zhuǎn)化作用，大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊o毒的、親水性強的代謝物，被機體排出體外；而有些外源化學物本身無毒，進入機體后，經(jīng)過機體的生物轉(zhuǎn)化作用卻生成了有毒的代謝物或中間體，而對機體造成損傷，稱為代謝損傷。前期研究表明，人胎兒腎上腺皮質(zhì)細胞中存在CYP1A，CYP2B/2C和CYP3A等代謝酶，在細胞水平給予3-甲基膽蒽、苯巴比妥或地塞米松后，發(fā)現(xiàn)可干擾原代人胎兒腎上腺皮質(zhì)細胞中皮質(zhì)醇、醛固酮和孕酮的合成，這可能通過外源化學物代謝相關(guān)的CYP450異構(gòu)體激活起作用［14］。提示外源化學物的代謝活化是導致腎上腺發(fā)育毒性的重要機制之一。

2.4 糖皮質(zhì)激素介導的間接效應

除外源化學物對腎上腺發(fā)育的直接損傷外，妊娠期外源化學物暴露所致的母體應激狀態(tài)，可引起母體及胎兒體內(nèi)GC水平改變。已知GC對胎兒生命發(fā)育過程具有持久性、決定性的影響。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，在出生前后GC水平還可影響子代腎上腺發(fā)育，甚至具有編程效應［16，25-26］。GC與GR結(jié)合后，調(diào)控基因表達的同時可招募轉(zhuǎn)錄因子以及相關(guān)表遺傳酶共同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄表達［27］。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠期咖啡因暴露的大鼠IUGR模型上觀察到子代存在母源性GC過暴露，可激活腎上腺GR，增強腎上腺DNA甲基轉(zhuǎn)移酶（DNA methyl?transferases，Dnmt）1、Dnmt3a、HDAC1 和 HDAC2的表達，致使胎鼠腎上腺SF-1啟動子總甲基化率升高及H3K9和H3K14乙?；浇档?，從而抑制甾體激素合成酶的表達和腎上腺皮質(zhì)酮的生成［16］。此外，胰島素樣生長因子1（insulin-like growth factor 1，IGF1）信號通路作為內(nèi)分泌調(diào)節(jié)系統(tǒng)的核心，參與調(diào)節(jié)宮內(nèi)時期各組織的發(fā)育、分化及代謝過程［28］。研究提示，IGF1信號通路也參與了腎上腺皮質(zhì)細胞的增殖過程［29］。前期本實驗室通過體內(nèi)外實驗證實，妊娠期咖啡因暴露下，大鼠胎仔血清高水平皮質(zhì)酮（而非咖啡因）可增強胎仔腎上腺GC激活系統(tǒng)（11β-羥類固醇脫氫酶1/2比值、GR和CCAAT增強子結(jié)合蛋白表達），抑制腎上腺IGF1表達、腎上腺細胞增殖和甾體激素合成功能，由此導致胎仔腎上腺結(jié)構(gòu)與功能發(fā)育遲緩［3，30］。以上結(jié)果提示，妊娠期接觸外源化學物所致的高水平糖皮質(zhì)激素可調(diào)控腎上腺發(fā)育，介導其發(fā)育毒性的發(fā)生。

3 腎上腺發(fā)育毒性的遠期危害

腎上腺發(fā)育毒性的遠期危害表現(xiàn)為成年子代腎上腺局部低基礎(chǔ)活性、高應激敏感性變化及“GCIGF1軸”編程介導的腎上腺形態(tài)及功能代償性增強，進一步導致子代成年后多種慢性疾病易感。

3.1 腎上腺發(fā)育編程及穩(wěn)態(tài)改變

不良宮內(nèi)環(huán)境會引起子代腎上腺發(fā)育毒性，進一步導致腎上腺發(fā)育編程改變。在妊娠晚期地塞米松暴露的豬模型研究中發(fā)現(xiàn)，血中促腎上腺皮質(zhì)激素（adreno-corticotropic-hormone，ACTH）和皮質(zhì)醇水平低于正常對照組，提示HPA軸功能抑制伴隨腎上腺發(fā)育不良［37］。本室前期研究發(fā)現(xiàn)，大鼠妊娠期外源化學物（如咖啡因、尼古丁和乙醇）暴露所引起宮內(nèi)母源性高GC可影響胎兒自身的甾體激素合成功能，導致出生后血ACTH和皮質(zhì)酮在基礎(chǔ)狀態(tài)下降低，但給予慢性應激后血ACTH和皮質(zhì)酮的變化率增加［38-40］。可見，宮內(nèi)不良環(huán)境下子代腎上腺存在局部低基礎(chǔ)活性和高應激敏感性變化，這種改變可加重外周臟器GC依賴性的糖脂代謝絮亂，影響機體正常運轉(zhuǎn)。

宮內(nèi)時期，IGF1是誘導干細胞富集和功能分化的重要因子，參與調(diào)控多種器官發(fā)育過程。本室研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期咖啡因和乙醇暴露，子代大鼠出生前后血皮質(zhì)酮水平與腎上腺IGF1信號通路呈現(xiàn)明顯負相關(guān)［3，15］，即宮內(nèi)時期血皮質(zhì)酮水平升高時，IGF1信號通路表達抑制，同時甾體合成酶系統(tǒng)表達及內(nèi)生皮質(zhì)酮含量減少。出生后早期，在血皮質(zhì)酮水平降低的同時，腎上腺GC活化系統(tǒng)抑制，但IGF1信號通路增強，同時甾體合成酶系統(tǒng)下游表達增加，致使內(nèi)生皮質(zhì)酮生成逐漸增強［15］。在給予高脂飲食或慢性應激后，腎上腺局部出現(xiàn)GC-IGF1軸依賴性的甾體合成功能改變［25］。以上提示，妊娠期外源化學物暴露所致的IUGR子代腎上腺局部存在“GC-IGF1軸編程”，可負反饋地調(diào)節(jié)出生前、后腎上腺的結(jié)構(gòu)與功能發(fā)育，維持腎上腺發(fā)育穩(wěn)態(tài)。

3.2 腎上腺發(fā)育編程改變對某些疾病易感性的影響

腎上腺作為胎源性疾病發(fā)生發(fā)展的核心臟器，其發(fā)育編程對于成年個體健康至關(guān)重要。妊娠期外源化學物暴露，一方面可直接損傷胎兒腎上腺等多種組織器官，另一方面這種外源因素所致的高GC暴露環(huán)境對子代腎上腺發(fā)育具有編程效應，可進一步增加子代成年后慢性疾病易感。HPA軸宮內(nèi)神經(jīng)內(nèi)分泌代謝編程改變是IUGR子代慢性疾病易感的可能機制之一。妊娠期外源化學物暴露下子代大鼠腎上腺甾體合成功能低下從宮內(nèi)延續(xù)至出生后甚至成年，而在高脂飲食或慢性應激下出現(xiàn)高應激敏感性變化［25］，同時，肝和胰腺等外周組織出現(xiàn)GC依賴性的糖脂代謝絮亂［41-42］；其次，各臟器的GC活化系統(tǒng)增強，抑制IGF1相關(guān)的臟器功能變化，可致宮內(nèi)低IGF1而出生后高IGF1水平。這種“GC-IGF1軸編程”可促使胎兒“節(jié)儉表型”發(fā)生，以助胎兒度過危險期而求得生存，在出生后早期誘導臟器功能代償性發(fā)育，表現(xiàn)出追趕性生長，如肝脂代謝功能和成骨細胞增殖功能等明顯增強，由此增加IUGR子代全身性代謝紊亂及多臟器相關(guān)疾病如非酒精性脂肪肝、高膽固醇血癥、糖尿病、骨關(guān)節(jié)炎和骨質(zhì)疏松癥等的易感性［39，43-46］。綜上，子代腎上腺宮內(nèi)發(fā)育不良與出生后的追趕性生長可進一步誘導和加劇各臟器局部功能發(fā)育與全身發(fā)育的不協(xié)調(diào)性，最終導致子代成年后慢性疾病易感。

4 結(jié)語

綜上所述，腎上腺在機體發(fā)育中占據(jù)重要地位，而妊娠期環(huán)境毒物、藥品、食品等暴露均可誘發(fā)子代腎上腺發(fā)育毒性，并可進一步導致其腎上腺發(fā)育編程改變及成年疾病易感，其發(fā)生機制主要與外源化學物介導的表觀遺傳異常修飾、細胞自噬和（或）凋亡及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和代謝損傷等直接作用及糖皮質(zhì)激素介導的間接效應有關(guān)。然而，由于對分子機制的了解有限及研究技術(shù)的瓶頸，腎上腺發(fā)育毒性的表型存在明顯性別差異和跨代遺傳等現(xiàn)象未能很好地解釋，有待深入研究。另外，建立腎上腺發(fā)育毒性早期評價系統(tǒng)，開展妊娠期有害因子評估，尋找早期干預靶點，也是未來的研究重點，有利于降低成年代謝性疾病易感的風險。