大鼠孕期PFOS染毒對(duì)親代及子一代懷孕情況及生殖器官病理影響的研究

周洪媛 鄧冰 范霞林 王加好 李虹

(貴州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)心理學(xué)教研室,貴州 貴陽(yáng) 550004)

?

·論 著·

大鼠孕期PFOS染毒對(duì)親代及子一代懷孕情況及生殖器官病理影響的研究

周洪媛 鄧冰△范霞林 王加好 李虹

(貴州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)心理學(xué)教研室,貴州 貴陽(yáng) 550004)

目的 評(píng)價(jià)孕期(gestational day，GD)大鼠全氟辛烷磺酸(PFOS)染毒后對(duì)親代及子代大鼠懷孕率、懷孕周期的影響。方法 將120只雌鼠、40只雄鼠分別按體質(zhì)量隨機(jī)各分為四組，灌胃染毒孕期大鼠。對(duì)照組:2%Tween-80即PFOS 0 mg/(kg·d);低濃度組:PFOS 0.4 mg/(kg·d);中濃度組:0.8 mg/(kg·d);高濃度組:1.6 mg/(kg·d)。哺乳期停止染毒。合籠后的喂養(yǎng)過(guò)程中記錄各組親代大鼠懷孕只數(shù)，懷孕周期。哺乳結(jié)束時(shí)，髂靜脈放血處死親代大鼠及部分子代大鼠(每窩子代留下2只雌鼠，1只雄鼠)，取生殖器官觀察病理改變，子代大鼠不再染毒，喂養(yǎng)至2個(gè)月時(shí)，雌雄合籠1周，記錄各組子代雌鼠的懷孕率、懷孕周期。實(shí)驗(yàn)結(jié)果采用χ2檢驗(yàn)、Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果 親代大鼠懷孕率各組間無(wú)差異，親代大鼠懷孕周期中、高濃度組有所延長(zhǎng);子代大鼠懷孕率中、高濃度組低于對(duì)照組，子代大鼠懷孕周期三個(gè)實(shí)驗(yàn)組均延長(zhǎng);親代大鼠卵巢四個(gè)組均有病理改變;子代大鼠卵巢三個(gè)實(shí)驗(yàn)組發(fā)生病理改變，中劑量組睪丸有1例發(fā)育異常。結(jié)論 孕期全氟辛烷磺酸會(huì)對(duì)親代大鼠的懷孕周期和子代大鼠懷孕率及懷孕周期造成影響，并能引起親代及子代生殖器官的病理改變。

孕期大鼠; 全氟辛烷磺酸; 懷孕情況; 生殖器官; 病理改變

全氟辛烷磺酸(perfluorooctanesulfonate，PFOS)是一類重要的全氟化合物，是其他全氟類化合物的主要代謝產(chǎn)物，其化學(xué)結(jié)構(gòu)中含有高鍵能的“碳—氟”鍵，不容易受到外界作用而產(chǎn)生斷裂[1]。因此，PFOS的性質(zhì)相當(dāng)穩(wěn)定，在自然環(huán)境中不易分解，同時(shí)，PFOS還具有高疏水、疏油的特性，被廣泛應(yīng)用于日常生活中[2]。PFOS具有高生物蓄積性，也能通過(guò)胎盤(pán)屏障[3]，存在于乳汁中[4-5]，PFOS 對(duì)生物體具有生殖發(fā)育毒性、遺傳毒性、肝臟毒性、神經(jīng)毒性，發(fā)育毒性等[6-7]。本課題旨在研究孕期PFOS染毒后對(duì)親代及子代懷孕情況的影響。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑 試劑PFOS(純度≥98%)購(gòu)于Sigma公司(美國(guó))。配制2%Tween-80溶液，按照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)劑量加入全氟辛烷磺酸鉀(PFOS-K)配制PFOS溶液。再根據(jù)大鼠體質(zhì)量重量計(jì)算PFOS溶液用量。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及染毒情況 清潔級(jí)成年SD大鼠。雌鼠120只，體質(zhì)量175～290 g，雄鼠40只，體質(zhì)量290～365 g。按體質(zhì)量隨機(jī)分為四組，每組40只，其中雌鼠30只，雄鼠10只。適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后，合籠1周，處死雄鼠。從合籠1 d至孕期(gestational day，GD)結(jié)束按大鼠體質(zhì)量及組別，對(duì)照組2%tween-80即PFOS 0 mg/(kg·d)、低濃度組PFOS 0.4 mg/(kg·d)、中濃度組PFOS 0.8 mg/(kg·d)、高濃度組PFOS 1.6 mg/(kg·d)每天灌胃染毒孕期大鼠。大鼠自由進(jìn)水、進(jìn)食，室內(nèi)溫度控制在20～25 ℃，相對(duì)濕度40%～60%。照明為普通燈光，12 h明亮，12 h黑暗。染毒時(shí)每天根據(jù)孕鼠的體質(zhì)量隨時(shí)調(diào)整灌胃的劑量。于合籠15 d時(shí)篩選出未懷孕的大鼠，哺乳期(postnatalday，PD)停止染毒。

1.3 動(dòng)物處理方法 親代大鼠合籠后，處死雄鼠，雌鼠在喂養(yǎng)的過(guò)程中，記錄親代大鼠的懷孕數(shù)、孕周時(shí)間，哺乳結(jié)束即哺乳滿1個(gè)月時(shí)髂靜脈取血后處死所有親代大鼠及部份子代大鼠(每窩子代留下2只雌鼠、1只雄鼠)，每組隨機(jī)取6只親代卵巢、子宮及子代卵巢、子宮、睪丸，中性福爾馬林固定，石蠟包埋，切片為4 μm，HE染色，顯微鏡(×100)觀察其病理改變。子代大鼠喂養(yǎng)過(guò)程中不染毒，喂養(yǎng)至2個(gè)月時(shí)，雌雄合籠1周，記錄子代雌性大鼠懷孕數(shù)、孕周時(shí)間。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 全部數(shù)據(jù)分析均采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件。組間大鼠懷孕率的比較用χ2檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。P≤0.05時(shí)，進(jìn)行χ2分割，各組間兩兩比較。懷孕周期長(zhǎng)短用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié) 果

2.1 親代大鼠的懷孕率 懷孕率的計(jì)算方法:懷孕率=各組懷孕只數(shù)÷各組總數(shù)%。對(duì)照組27只，懷孕20只( 74. 0% );低劑量組29只，懷孕18只(62.1%);中劑量組27只，懷孕22只(81.5%);高劑量組27只，懷孕15只(55.6%);經(jīng)檢驗(yàn)，親代各組懷孕率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=5.117，P=0.163)。見(jiàn)表1。

表1 親代大鼠孕期PFOS染毒對(duì)親代及子一代懷孕情況的影響

注:與對(duì)照組比較，*P<0.05。

2.2 親代大鼠的孕周期 懷孕周期為大鼠合籠后檢查陰栓確定懷孕為第1天，至分娩產(chǎn)仔的天數(shù)。記錄各組大鼠孕周期天數(shù)，經(jīng)Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=10.828，P=0.013)，結(jié)合表2，中濃度組和高濃度組孕期有所延長(zhǎng)，而低濃度組的孕期沒(méi)有受到影響。

2.3 親代生殖器官病理改變情況 卵巢組織切片發(fā)現(xiàn)各組都有不同程度的卵泡細(xì)胞數(shù)量減少、閉鎖卵泡增多、黃體形成增加。子宮腔都有不同程度的擴(kuò)張。見(jiàn)圖1。

圖1 孕期大鼠全氟辛烷磺酸(PFOS)染毒后親代大鼠卵巢病理學(xué)改變(×100)

2.4 子代大鼠的懷孕率 對(duì)照組11只，懷孕9只(81.8%);低劑量組12只，懷孕4只(33.3%);中劑量組13只，懷孕2只(30.8%);高劑量組11只，懷孕3只(27.3%)。經(jīng)檢驗(yàn)，子代各組懷孕率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=8.751，P=0.027)。進(jìn)一步進(jìn)行χ2分割，對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組比較時(shí)，對(duì)照組的懷孕率高于中濃度組與高濃度組(P<0.05)，對(duì)照組與低濃度組懷孕率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.678);實(shí)驗(yàn)組間比較時(shí)，各組間懷孕率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。見(jiàn)表1。

2.5 子代大鼠的孕周期經(jīng)Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，P=0.009，各組差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的孕周期較對(duì)照組都有所延長(zhǎng)，其余組間比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，見(jiàn)表2。

表2 親代孕期PFOS染毒對(duì)親代及子一代懷孕周期的影響(M±Q)

注:與對(duì)照組比較，*P<0.05。

2.6 子代生殖器官病理改變 子代卵巢組織切片中，對(duì)照組卵巢組織結(jié)構(gòu)正常，不同發(fā)育階段卵泡大小、形態(tài)、數(shù)量、分布正常，黃體形成正常，未見(jiàn)變性、壞死等病理改變；而三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的卵巢不同發(fā)育階段卵泡都有不同程度的數(shù)量增多，黃體數(shù)量減少，未見(jiàn)其他病變。中濃度組1例睪丸發(fā)育輕度異常，曲精小管大小、形態(tài)、數(shù)量、排列及發(fā)育輕度不良，各級(jí)生精上皮發(fā)育、分化輕度不良；其余各組未見(jiàn)睪丸異常情況。見(jiàn)圖2、圖3。

3 討 論

本實(shí)驗(yàn)中，親代大鼠各組間懷孕率差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，是由于染毒從合籠第1天開(kāi)始的，而此時(shí)大鼠已經(jīng)基本懷孕，同時(shí)由于早期體內(nèi)蓄積的PFOS的量有限，即使在染毒后的前幾天懷孕，其對(duì)大鼠的影響也不是很明顯，所以親代大鼠懷孕率沒(méi)有受到明顯的影響。子代的懷孕率，對(duì)照組高于中濃度組和高濃度組，對(duì)照組和低濃度組的懷孕率沒(méi)有差異。與親代懷孕率相比，子代的懷孕率，對(duì)照組增高了7.7%，其余3個(gè)組分別降低了29%、50.7%、28.3%。親代大鼠時(shí)，由于在孕早期PFOS量非常有限，對(duì)親代大鼠的影響還不是很明顯，而在子代大鼠，懷孕前子代大鼠就已經(jīng)蓄積了從母體獲得的一定劑量的PFOS，對(duì)其生殖功能產(chǎn)生了影響，從而使三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的子代大鼠懷孕率有所下降，且中、高濃度組體內(nèi)的量相對(duì)較高，影響也較明顯。雖然在親代我們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)PFOS對(duì)親代生殖有明顯的影響，但是，在子代，這種生殖毒性的影響卻比較突出，說(shuō)明PFOS的生殖毒性，不僅僅局限于受PFOS染毒的親代大鼠，還因?yàn)镻FOS能夠通過(guò)親代傳給子代，并在子代的體內(nèi)蓄積對(duì)子代生殖產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致其子代的生育能力降低。這與文永霞[8]等研究指出新生發(fā)育期PFOS慢性染毒能引起雌性大鼠的生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，并致成年時(shí)生育力下降，不孕不育，該生殖毒性可遺傳子代的結(jié)果類似。

親代大鼠孕期在中濃度組和高濃度組有所延長(zhǎng)，而低濃度組的孕期沒(méi)有受到影響，說(shuō)明PFOS達(dá)到一定劑量濃度時(shí)，可對(duì)大鼠的孕期長(zhǎng)短造成一定的影響。子代大鼠的孕期，三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的孕期比對(duì)照組都有所延長(zhǎng)。這與D.J.Luebker[9]報(bào)道的通過(guò)每天0.8 mg/kg的PFOS和更高劑量PFOS的污染暴露，小鼠分娩時(shí)間明顯縮短有些矛盾，但是同樣能說(shuō)明PFOS可使鼠的孕期受到影響。但是，PFOS對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物孕期長(zhǎng)短的影響是否受種屬差異的影響有待進(jìn)一步證實(shí)。

親代各組大鼠子宮都出現(xiàn)了一定程度的擴(kuò)張，可能是由于產(chǎn)仔后子宮復(fù)舊不全引起。對(duì)照組與各實(shí)驗(yàn)組都有不同程度的卵細(xì)胞數(shù)量減少、閉鎖卵泡增多、黃體形成減少，是由于產(chǎn)后體內(nèi)激素水平的降低，或是由于PFOS的生殖毒性引起，還有待進(jìn)一步的研究。在子一代大鼠，中濃度組發(fā)現(xiàn)了1例睪丸發(fā)育輕度異常，主要表現(xiàn)為曲細(xì)精管大小、形態(tài)、數(shù)量、排列及發(fā)育輕度不良，各級(jí)生精上皮發(fā)育、分化輕度不良。張小梅等[10]通過(guò)對(duì)雄鵪鶉的PFOS染毒實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于受到生精細(xì)胞脫落、生精上皮變薄、支持細(xì)胞數(shù)量減少的影響，導(dǎo)致PFOS 染毒組雄鵪鶉睪丸組織中生精細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供給不足，使生精細(xì)胞發(fā)育停滯。這些機(jī)制可能是出現(xiàn)上述結(jié)果的原因，說(shuō)明PFOS感染后對(duì)睪丸的發(fā)育有一定的影響。同時(shí)三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的卵巢都有不同程度的卵泡數(shù)量增多，黃體數(shù)量減少，而對(duì)照組沒(méi)有發(fā)現(xiàn)此改變。王曉彤[11]等研究指出:出生后8 h的斑馬魚(yú)胚胎開(kāi)始暴露于250 μg/L的PFOS中直至受精后150 d，表現(xiàn)出了明顯的生殖毒性，體內(nèi)性激素的水平也發(fā)生了顯著性的改變，不論在雌魚(yú)還是雄魚(yú)，雌二醇的水平都是升高的，睪酮的水平都是降低的，并且在雄魚(yú)體內(nèi)睪酮的降低和雌二醇的升高都出現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異，這說(shuō)明PFOS對(duì)生殖毒性的影響主要是通過(guò)影響體內(nèi)激素水平來(lái)發(fā)揮作用的。雖然本研究三個(gè)實(shí)驗(yàn)組的子一代的卵泡數(shù)量有不同程度的增加，而由于其黃體數(shù)量的減少，其生殖能力反而下降了，這可能也是引起本次實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)組懷孕率降低的原因。

本次實(shí)驗(yàn)中，孕期大鼠PFOS暴露后對(duì)大鼠的懷孕率、懷孕周期長(zhǎng)短都有一定的影響，并能引起生殖器官的病理改變，而且這種影響不僅僅局限在親代大鼠中，對(duì)未進(jìn)行直接染毒的子代大鼠懷孕情況及生殖器官也有明顯的影響，子代大鼠實(shí)驗(yàn)組的懷孕率、懷孕周期均有所下降和延長(zhǎng)，卵巢及睪丸發(fā)生病理改變。因此，在日程生活中，我們應(yīng)注重婦幼保健，盡量減少孕期的PFOS暴露，從而避免PFOS對(duì)自身及子代生殖能力造成的不良影響。

(本文圖2～3見(jiàn)封三)

[1] Lau C， Thibodeauk J R，Hanson R G， et al. Effects of perfluorooctaneacid exposure during pregnancy in the mouse[J].ToxicoSci，2006，90(2):510-518.

[2] Olsen GW， Burris JM， Ehresman DJ， et al.Half-life of serumelimination of perfluoroo-ctanesulfonate， perfluorohexanesulfonate， and perfluorooctanoate in retired fluorochemical production workers[J]. Environ Health Perspect，2007，115(9):1298-1305.

[3] Kannan K， Choi JW， Iseki N， et al. Concentrations of perfluofinated acid in livers of birds from Japan and Korea， Chemosphere[J]. Environmental Science and Technology，2002， 49(3):225-231.

[4] Berthiaume J，Wallace KB.Perfluorooctanoate，perflouroocta-nesulfonate，and Nethyperfluorooctanesulfonamido ethanol peroxisome proliferation and mitochondrial biogenesis[J]，Toxic，2002，24，129(1-2):23-32.

[5] Starkov AA，Wallace KB.Structural determinants of fliiorochemical.Induced mitochondrial dysfunction[J]. Toxic， 2002， 66(2): 249-252.

[6] Kim H S， Jun Kwack S， Sik Han E， et al. Induction of apoptosis and CYP4A1 expression in Sprague-Dawley rats exposed to low doses of perfluorooctanesulfonate[J]. The Journal of Toxicological Sciences，2011，36(2):201-210.

[7] Fei C， McLaughlin JK， Tarone RE， et al. Fetal growth indicators and perfluorinatedchemicals:a study in the Danish National Birth Cohort[J]. American Journal of Epidemiology，2008，168(1):66-72.

[8] 文永霞，馬文智，劉香，等.全氟辛烷磺酸新生發(fā)育期脅迫致雌性大鼠成年期生育能力下降和子代不育[J].職業(yè)與健康，2015，12(31):3399-3402.

[9] Luebker DJ.Two-generation reproduction and cross-foster studies of perfluorooctanesulfonate (PFOS) in rat[J].Toxicology，2005,(1-2):126-148.

[10] 張小梅，宋錦蘭，金一和，等.全氟辛烷磺酸對(duì)雄性鵪鶉生殖毒性影響[J].生態(tài)毒理學(xué)報(bào)，2011，6(2):143-148.

[11] 王曉彤.PFOS的雌激素效應(yīng)及其對(duì)斑馬魚(yú)生殖毒性的研究[D].溫州醫(yī)學(xué)院，2012.

Study on the ParentalAnd Offspring's Pregnancies And The Pathological Changes Of Reproductive organs After Mother Female Rate Exposure To Perfluorooctane Sulfonate (PFOS)

ZhouHongyuan,DengBing,FanXialin,WangJiahao,LiHong.

DepartmentofMedicalPsychology,GuizhouMedicalUniversity,Guiyang550004,China.

Objective To evaluate the parental female and the female offspring’s pregnancy rate and the pregnancy period after parental female rats exposed to perfluorooctane sulfonate (PFOS) in Gestational days. Methods 120 female rats, 40 male rats were randomly divided into 4 groups. After being fed for 1 week, male and female rats mated for 1 week, then killed the male rats. From the first mated day to pregnancy day ended , with different doses of PFOS (the control group:2%-Tween80 that is PFOS 0.0 mg/ (kg·d), the low concentration group:0.4 mg/(kg·d), the medium concentration group:0.8 mg/(kg·d), the high concentration group:PFOS 1.6 mg/(kg·d)) to fed the pregnant rats everyday by gavage. And stoped feeding PFOS until lactation (Postnatal day, PND ), recorded the number of parental pregnancy and the period of parental pregnancy. At the end of lactation (breast-feeding for 1 month ), killed all the parental rats and 2 offspring rats ( reserving 1 male and 2 females each generation) by iliac vein bleeding. It was observed the pathological changes of reproductive organs. The offsprings were not fed PFOS, when two-monthes old, males and females mated 1 week. That recorded the female offspring’s pregnancy rate and the pregnancy period. The results above usedχ2test and Kruskal-Wallis test for statistical analysis. Results The parental female’spregnancy rates there were no statistical significantly differences between each group. The parental female’s pregnancy periods of the medium concentration group and the high concentration group were longer than other groups. The offspring female’s pregnancy rate of the medium concentration group and the high concentration group were lower than the control group. The offspring female’s pregnancy period of all the experimental group were longer than the control group. The ovary of four groups’parental rats had pathological changes. The ovary of four groups’offspring rats had pathological changes. And the middle dose group had one testes dysplasia. Conclusion The parental females exposed PFOS during the pregnancy will affect the pregnancy rates and the pregnancy periods of both the parental females and the offsprings females.

Pregnancy rats； PFOS； Pregnancies； Reproductive organs； Pathological changes

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81260429)

R-332

A

1000-744X(2016)11-1123-03

2016-06-16)

△通信作者，E-mail:db-527@163.com