致畸物

世界約有3%新生兒出生時有嚴重先天畸形，先天缺陷的發生率比腫瘤高8倍，比心血管病高5倍，已經是圍生期新生兒死亡的主要原因。致畸物(teratogen)可定義為在妊娠期間因母體接觸而引起胚胎髮生不可逆的、有害的結構異常的各種因子。大致可分：化學性、物理性（如放射線）和生物性物質（如某些病毒）三類。其中最主要的是化學性因素，即某些外源化學物。

基本介紹

• 中文名：致畸物
• 外文名：teratogen

一、定義

致畸物(teratogen)可定義為在妊娠期間因母體接觸而引起胚胎髮生不可逆的、有害的、結構異常的各種因子。

二、已知主要致畸物

致畸物大致可分為化學性、物理性（如放射線）和生物性物質（如某些病毒）三類。已知的人類主要致畸物有：

電離輻射：放射治療、放射性碘、原子武器等

感染：風疹、巨細胞病毒感染、單純性皰疹、梅毒

化學品：氨基蝶呤、麻醉劑、白消安異維、有機汞化合物、有機溶劑類

藥物：反應停、阿巴克丁〔抗寄生蟲藥〕、抗甲狀腺藥物、苯妥因、腐霉利、四環素、A酸甲巰咪唑

三、致畸物的危害

（一）致畸的表現

（1）發育生物體死亡：指受精卵未發育即死亡，或胚泡未著床即死亡，或著床後生長發育到一定階段死亡。早期死亡被吸收或自子宮排出(即自然流產)，晚期死亡成為死胎。

（2）生長改變：即生長遲緩。能引起胚胎死亡和畸形的毒物多數能引起生長遲緩。一般認為胎兒的生長發育指標比正常對照的均值低2個標準差時，即可定為生長遲緩。胎鼠胸骨及枕骨骨化遲緩及低出生體重等是生長遲緩的較敏感指標。生長遲緩造成的局部發育不全可視為畸形，如腦小畸形和眼小畸形等。

（3）功能缺陷：包括器官系統、生化、免疫等功能的變化。功能缺陷往往要在出生後經過相當時間才能診斷。如聽力或視力異常、行為發育遲緩等。

（4）結構異常：指胎兒形態結構異常，即畸形。

（二）相關事件報導

1940年澳大利亞發生風疹大流行，次年嬰兒中流行先天性白內障、耳聾、智力不全和先天心臟病。

1945年美國在日本廣島和長崎爆炸核子彈，受到核幅射的胎兒出生後患小頭畸形和智力低下，嬰兒一年內死亡率達25%。

1953年日本水俁灣因氮肥廠排放含汞工業廢水污染了水體，居民因食用污染的魚類引起甲基汞中毒，兩年後發現先天水俁病。

1960年前後，英、德、日本等國婦女以反應停作鎮靜劑減輕早孕反應，出生了近萬名短肢畸形兒(海豹畸形)，約占早孕期服藥者新生兒的1/3。

四、致畸物的毒理學特點

（一）發育階段致畸效應的特異性

1.胚胎所處的階段不同，對於致畸物的致畸作用呈現不同的敏感性。

發育階段致畸效應的特異性有性生殖動物由受精卵發育成為成熟個體的過程，可概括為胚泡形成、著床、器官發生、胎兒發育以及新生兒發育等階段。

2.有性生殖動物的著床前胚泡對致死作用較為易感，對致畸作用較差。

在胚胎髮育後期和新生兒期的發育毒性表現為，生長遲緩和神經、內分泌以及免疫系統機能的改變。在致畸作用中，最敏感的階段是器官發生期，一般稱為危險期或關鍵期。致畸物與胚胎接觸，可能造成器官發生期的形態結構異常。

3.同一劑量同種致畸物在敏感期中與胚胎接觸，可因胚胎所處發育階段不同而出現不同的畸形。

例如在受精後第8至12日期間，以20mg/kg體重劑量每日給予小鼠環磷醯胺,畸形種類可因給予的日期不同而分別為多趾、並趾、缺趾和無趾。

4.各種不同器官對致畸作用的敏感時間存在很大差異。

大鼠器官發生期為受精後9至17天，其中，眼的敏感期在受孕後9天，心臟和主動脈弓約為9～10天，腦約在第10天，頭與脊椎骨約在第11天，泌尿生殖器官約在15天。明確致畸作用敏感期的意義，在於致畸試驗中必須正確掌握動物接觸受試物的時間（器官發生期），否則不能得到正確的試驗結果。

（二）劑量與效應關係較為複雜

1.劑量與效應關係較為複雜

（1）機體在器官形成期間與具有發育毒性的外源化學物接觸，可能導致畸形，也可能導致胚胎死亡。當劑量增加時，毒性作用增強，但二者增強程度並不一定成比例，往往胚胎致死作用增強更較明顯，而致畸作用並不如此。由於胚胎死亡增加，畸胎數將因而減少。

（2）某種致畸物可以引起一定的畸形，但在同一條件下，給予更高的劑量，並不出現同一類型畸形。可能由於較高劑量往往造成較為嚴重的畸形，較低劑量一般引起的輕度畸形，而嚴重畸形有時可將輕度畸形掩蓋。例如一種致畸物在低劑量時，可以誘發多趾，中等劑量時則誘發肢長骨縮短，高劑量時可造成缺肢或無肢。

（3）許多致畸物除具有致畸作用外，還有可能同時出現胚胎死亡和生長遲緩；而且不同表現還可以相互影響，又無一定規律。因此劑量效應關係更為複雜。

2.致畸作用的劑量反應曲線較為陡峭

最大無作用劑量與100%致畸劑量之間距離較小，一般相差1倍，曲線斜率也較大，亦即致畸帶較為狹小。往往100%致畸劑量即可出現胚胎死亡，劑量再增加，即引起母體死亡。還有人觀察到致畸作用最大無作用劑量與引起100%胚胎死亡的最低劑量僅相差2～3倍。例如劑量為5～10mg/kg體重的環磷醯胺給予受孕小鼠不表現致畸作用，但增加到40mg/kg體重，可引起100%胚胎死亡。

致畸物劑量與反應關係說明在致畸試驗中，劑量的選擇具有重要意義。因致畸試驗主要觀察指標為活產胎仔出生時存在的畸形，所以如果胚胎或胎仔大量死亡，則影響對致畸作用的觀察，即使受試物有致畸作用，亦將被掩蓋，無法被觀察到。

（三）物種差異以及種間差異在致畸作用中較為明顯

任何外來化合物的損害作用都存在物種以及種間差異，但在致畸作用中更較突出。

1.物種差異：同一致畸物在不同動物並不一定都具有致畸作用，引起畸形的類型也不一致。例如，殺蟲劑西維因對豚鼠具有致畸作用，對家兔和倉鼠並不致畸。農藥二嗪農和除草劑草完隆對豚鼠與家兔致畸，但對倉鼠未見致畸作用。反應停對人類以及其它靈長類動物具有強烈致畸作用，但對小鼠和家兔即使接觸較大劑量，其致畸作用仍極為輕微。

2.種間差異：即同一物種中不同品系之間存在的差異，在致畸作用中也極明顯。同一物種動物的不同品系對一種致畸物敏感性的差別很大。例如，脫氫皮質酮和生物染料錐蟲藍以及反應停都有這種現象。

原因：物種及種間差異，可能由於同一致畸物在不同物種和同一物種的不同品系動物的代謝過程有一定差異；再由於致畸物主要是通過母體胎盤作用於胚胎或胎仔，而不同物種動物胎盤構造也不相同。這些差異可能是由於遺傳因素，即基因型差異。

五、致畸物的作用機制

1.基因突變和染色體畸變

有些外源化學物作用於生殖細胞或體細胞，可誘發基因突變和染色體畸變，使DNA結構和功能受損，造成胚胎髮育障礙，導致畸形的發生。其中，基因突變引起的人類畸形占5%左右，染色體畸變引起的人類畸形占10%左右。

2.致畸物的細胞毒性作用

由於致畸物對細胞複製、轉錄和翻譯或細胞分裂等過程的干擾，影響細胞的增殖，即表現出細胞毒性作用，引起某些組織細胞死亡。因此,在出生時形成畸形。如果接觸致畸物的劑量較低,也可引起細胞死亡，但速度及數量可被存活細胞的增殖所補償，因此出生時未能形成畸形。若致畸物劑量較高，在短期內造成大量細胞死亡，胚胎出現無法代償的嚴重損傷，則表現出胚胎致死作用。只有接觸超過致畸閾劑量一定範圍的胚胎，細胞增殖速度才降低。不能對受損組織進行補償，但並不危及生命，所以出生時有畸形出現。在某些情況下，同一劑量外源化學物的損害作用，在各窩之間或每窩幼仔之間，同時出現胚胎致死和致畸作用。可能是由於外源化學物在不同胚胎體內生物轉運和代謝情況不同；不同窩內或同一窩內，不同胚胎髮育階段存在一定差異結果。

3.母體及胎盤的正常功能受到干擾

母體必需的某種營養素,例如維生素A和葉酸的缺乏，某些重要營養素的拮抗物的作用[例如EDTA（乙二胺四乙酸）,為某些微量元素的拮抗物]、母體營養失調(例如蛋白質和熱能供給不足)、營養素由母體至胚胎的轉運受阻、子宮和胎盤血液循環障礙包括高血壓症和接觸5—羥色胺、麥角胺、腎上腺素等作用於血管的化學物都可破壞母體及胎盤穩態，造成畸形，甚至出現胚胎死亡和生長遲緩。

4.酶的抑制

在細胞分化增殖過程中，一些重要酶類的抑制或破壞，將影響胚胎正常發育過程，並引起畸形，例如核糖核酸酶、DNA聚合酶、碳酸苷酶等。

5.對細胞膜造成損傷

在細胞膜正常結構以及滲透性等生物物理性質改變的情況下，也可出現畸形。例如，美國科學家發現，高濃度的維生素A會破壞胚胎的細胞膜結構，孕婦過量服用維生素A可能導致新生嬰兒畸形。這一結論是美國波士頓大學醫學院對2.2萬懷孕婦女研究後所得的。他們把這些孕婦分成2組，一組每天攝入5000國際單位的維生素A，第二組攝入量則超過1萬國際單位。結果第一組新生兒中畸形的比例是1.3%，而第二組的比例是3.2%。

6.細胞分化過程的某一特定階段、步驟或環節受到干擾

此種機理與上述細胞毒性作用引起壞當機理不同。例如,除草醚其立體結構與甲狀腺激素相似,可引起心臟、腎畸形和肺發育不全，其作用機理主要是干擾甲狀腺激素功能。除草醚在母體及胚胎體內代謝產物為4-羥基2，5-二氯-4’-氨基二苯基醚，此種代謝物具有甲狀腺激素T3的活性,T3不能透過胎盤,但此種代謝物能透過胎盤，以致引起胚胎早熟以及心臟等畸形。

7.細胞內必需的能量和前體物供應不足或代謝過程受到干擾

母體中維生素和無機鹽營養失調、低血糖、缺氧等都可造成畸形。由於胚胎組織增殖速度極快，在短時間內需要消耗大量代謝能量，當能量代謝環節，例如三羧酸循環受到破壞和外源化學物對生物合成前體物呈現競爭性抑制，也可造成畸形。

六、致畸物的危險度評定

（1）歐共體（EEC）和經濟合作與發展組織（OECD）建議的致畸物分級標準。主要根據動物試驗和人群調查資料，具體分級標準：

1級：已確定人類母體接觸後可引起子代先天性缺陷；

2A級：對動物肯定致畸，但對人類致畸作用尚未確定因果關係；

2B級：動物試驗結果肯定致畸，但無人類致畸資料；

3級：尚無結論性肯定致畸證據或資料不足；

4級：動物試驗陰性，人群中調查結果未發現致畸。

（2）致畸指數：

母體LD50與胎仔最小致畸作用劑量之比，即母體LD50/胎仔最小致畸作用劑量。這一比值愈大，致畸作用愈強，一般認為比值10以下者，不具致畸作用，10～100具致畸作用，100以上致畸作用強烈。

（3）相對致畸指數（RTI）：

成年動物最小致死劑量（LD01）與引起5%活產胎仔出現畸形的劑量（tD05）之比值，即LD01/tD05。

（4）母體毒性與發育毒性比值：

或稱成年毒性與發育毒性比值，即對母體最低損害作用劑量（A）與胎仔最低損害作用劑量（D）之比（A/D）。一般認為A/D比值為3或3以上者，則具有發育毒性危險性。比值越大，危險性越高，3以下者，相對危險性較低或不具危險性。在一般情況下，大多數化合物A/D比值均在3以下，以及1～2範圍內。關於母體和胎仔最低損害作用的具體表現，在母體主要為體重增長減少，出現某些臨床症狀以及死亡，對胎仔則為致畸以及其它發育毒性表現。

七、 致畸物的篩檢方法

（一）體內篩檢試驗法

1.方法：主要研究篩檢對象為受孕小鼠或大鼠。實驗最少設兩個劑量組和一個對照組。高劑量組給予未孕鼠最小有作用劑量，允許產生明顯母體毒性。在妊娠6-15日期間，每日記錄母鼠體重，待其自然分娩。

2.原理：本法是利用孕鼠對外源化學物是否具有致畸作用,進行初步篩檢的體內試驗。除可初步觀察大體畸形外,還可觀察胚胎致死、生長遲緩等其它發育毒性表現。

3.特點：簡單易行，不進行傳統常規致畸試驗中需要的檢查，時間、費用和人力都較節約，可滿足大量外源化學物進行致畸試驗的需要。此外，還可確定生長發育遲緩是否為可逆性。

（二）體外致畸作用試驗法

傳統的動物整體致畸試驗需要大量的試驗動物，耗費大量的人力、物力、財力和時間，且不適於探討致畸作用的機制。因此，套用短期的體外致畸試驗方法評價外源化學物的致畸作用受到了廣泛的重視。常見的方法包括以下幾種：

1.全胚胎培養法

全胚胎培養法是將試驗動物的全胚胎在一定的培養基中進行培養，觀察在接觸受試物的情況下，是否呈現致畸作用及發育毒性。胚胎可來自大鼠、小鼠、家兔，也可來自雞、魚和蛙類。根據胚胎所處的發育階段不同，可分為著床前培養和著床後培養。由於著床後培養是在器官發生期，因此培養效果較好，一般採用著床後培養。觀察指標為胚胎存活力和形態異常變化，如胚胎外形、卵黃囊、體節數等的發育情況。

2.器官培養法

器官培養法是將胚胎或胎仔組織、器官或器官的一部分，如胚胎肢芽、齶板、後腎、肺等在體外培養，觀察外源化學物對其發育過程的影響。器官培養法分為靜態懸浮培養法和非靜態懸浮培養法兩種。前者是將器官置於一支持物上進行培養，後者是將器官進入培養液中，並進行機械振動或旋轉培養，以保證氣體交換。特點：複雜，不適合作為預檢方法，但可用於毒物作用機制和作用部位的研究。

3.細胞培養法

細胞培養是模擬機體內生理條件，將細胞從機體中取出，在人工條件下使其生存、生長、繁殖和傳代，進行細胞生命過程、細胞癌變、細胞工程等問題的研究。近年來，廣泛地套用於分子生物學、遺傳學、免疫學、腫瘤學、細胞工程等領域，發展成一種重要生物技術，並取得顯著成就。