雙酚A 對(duì)雄（男） 性生殖系統(tǒng)的影響及其表觀遺傳學(xué)機(jī)制

李昀謙， 梁書(shū)秋， 馬明月*

（1. 沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院預(yù)防醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)2015 級(jí)學(xué)生， 遼寧 沈陽(yáng)110034； 2. 沈陽(yáng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)教研室）

雙酚A （bisphenol A， BPA） 是一種由丙酮和苯酚合成的白色晶體。 在常溫下， BPA 在水中的溶解度較低為0.12 g／L， 易溶于有機(jī)溶劑如醇、醚等［1］。 大量研究表明酚類(lèi)化合物是環(huán)境中廣泛存在的環(huán)境內(nèi)分泌干擾物， 其代表物為BPA， 進(jìn)入機(jī)體后能對(duì)機(jī)體內(nèi)源性激素的合成、 分泌、 轉(zhuǎn)運(yùn)、 代謝和消除產(chǎn)生干擾， 直接或間接損害機(jī)體健康［2］。 由于BPA 的分布來(lái)源廣、 種類(lèi)多、 數(shù)量大、 接觸途徑多樣、 蓄積性強(qiáng)， 因此， 其對(duì)機(jī)體健康影響越來(lái)越受到重視， 尤其是在生殖健康方面［3］。 越來(lái)越多人群流行病學(xué)調(diào)查研究BPA 對(duì)男性生殖系統(tǒng)功能的影響， 對(duì)包括生育力、 精子質(zhì)量、 性功能、 激素水平、 出生體重、 男性生殖道畸形等方面均有相關(guān)報(bào)道［4］。 因此， 本文就BPA 對(duì)雄性生殖系統(tǒng)的影響及其表觀遺傳學(xué)機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 BPA 對(duì)雄（男） 性生殖系統(tǒng)影響

BPA 及其代謝產(chǎn)物可以對(duì)人體產(chǎn)生各種影響，包括對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、 免疫系統(tǒng)、 內(nèi)分泌系統(tǒng)、 生殖系統(tǒng)等的影響。 其中， 對(duì)生殖系統(tǒng)的影響較大，主要影響表現(xiàn)為生殖毒性。

1.1 BPA 對(duì)雄性生殖器官影響 在靳翠紅等［5］的研究中， 給予小鼠腹腔注射BPA， 高、 低劑量組（500 μmol／kg、 100 μmol／kg） 與對(duì)照組相比， 精子數(shù)量顯著下降， 活動(dòng)精子百分率顯著下降， 精子畸形率顯著升高。 也有研究通過(guò)灌胃的方式以50 μg／ （kg·d） 的劑量對(duì)小鼠進(jìn)行染毒， 其中實(shí)驗(yàn)組的精子數(shù)量顯著低于對(duì)照組， 但生殖器官臟器指數(shù)沒(méi)有明顯差異； 將染毒小鼠與沒(méi)有染毒的雌鼠交配后發(fā)現(xiàn)， 實(shí)驗(yàn)組每胎產(chǎn)仔率顯著低于對(duì)照組［6］。 在周芩［7］的研究中， 以100 mg／ （kg·d）、200 mg／ （kg·d） 劑量的BPA 對(duì)小鼠進(jìn)行灌胃染毒后發(fā)現(xiàn)， 各組睪丸、 附睪、 精囊、 前列腺臟器系數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義， 考慮是染毒方式與染毒劑量的原因?qū)е略摻Y(jié)果與其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同。

1.2 BPA 對(duì)雄性生殖相關(guān)細(xì)胞損傷 在成熟的雄性動(dòng)物中， 睪丸支持細(xì)胞數(shù)量決定了睪丸大小和精子數(shù)量［8］。 鄧茂先等［9］分離培養(yǎng)雄鼠睪丸支持細(xì)胞， 并進(jìn)行BPA 染毒， 發(fā)現(xiàn)BPA 使睪丸支持細(xì)胞的波形蛋白表達(dá)量下降， 并阻礙了細(xì)胞骨架和胞間連接的形成， 使得支持細(xì)胞的形態(tài)在體外培養(yǎng)中發(fā)生改變， 結(jié)果表明BPA 破壞了支持細(xì)胞骨架并改變支持細(xì)胞形態(tài)， 導(dǎo)致雄性生殖系統(tǒng)損傷。孟祥東等［10］研究發(fā)現(xiàn)， 10－7mol／L BPA 即可引起睪丸支持細(xì)胞和精子細(xì)胞凋亡。 李玉華［11］研究發(fā)現(xiàn)， 低劑量組（50 μg／kg） 與對(duì)照組相比， 小鼠曲細(xì)精管管腔中可見(jiàn)脫落的生精細(xì)胞； 高劑量組（500 μg／kg） 小鼠睪丸中基底膜與生精細(xì)胞間隙變大， 生精細(xì)胞層次不清， 排序混亂， 并有大量生精細(xì)胞脫落， 部分甚至堵塞整個(gè)管腔。 Toyama等［12］按20 μg／kg 給成年雄性CD－1 大鼠皮下注射BPA 6 d 后， 發(fā)現(xiàn)精子細(xì)胞的頂體囊泡、 頂體帽、頂體、 細(xì)胞核都發(fā)生了嚴(yán)重的畸形； 支持細(xì)胞和精子細(xì)胞間的基質(zhì)特化結(jié)構(gòu)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)多余或缺失，并有發(fā)育不完整； 在停止染毒2 個(gè)月后， 發(fā)現(xiàn)睪丸組織形態(tài)和生育能力均恢復(fù)正常； 該現(xiàn)象說(shuō)明BPA 的毒作用是暫時(shí)的， 造成的生殖系統(tǒng)損傷可能是可逆的。

1.3 BPA 對(duì)雄性生殖內(nèi)分泌功能影響 BPA 已被證實(shí)是通過(guò)作用于雌激素受體而產(chǎn)生生物效應(yīng)，其產(chǎn)生的擬雌激素效應(yīng)與抗雄激素效應(yīng)可對(duì)幼鼠的生殖發(fā)育產(chǎn)生影響。 從下丘腦－垂體－睪丸軸角度觀察BPA 對(duì)生殖內(nèi)分泌功能的影響， 國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)展了一些研究， 但結(jié)論有一定的差異。 在黃潔等［13］的研究中， 隨著B(niǎo)PA 染毒時(shí)間的增長(zhǎng)， 小鼠睪酮分泌逐漸減少， 與睪酮合成相關(guān)的酶3β－羥基類(lèi)固醇脫氫酶、 膽固醇側(cè)鏈裂解酶、 細(xì)胞色素P45017a 羥化酶及波形蛋白的基因及蛋白水平均明顯下降。 已知精子的發(fā)生與體內(nèi)激素的調(diào)控密切相關(guān)， 睪酮是雄性生物體內(nèi)最重要的雄性激素之一， 主要生理功能是促進(jìn)精子發(fā)生和參與“下丘腦－垂體－性腺軸” 中生殖激素的調(diào)節(jié)與控制。 睪酮可通過(guò)合成雌二醇而反饋性抑制下丘腦－垂體對(duì)卵泡刺激素和泌乳素的分泌， 而泌乳素在雄性體內(nèi)又與睪丸間質(zhì)細(xì)胞合成有關(guān)［14］。 有研究顯示， BPA 可以通過(guò)睪酮的負(fù)反饋?zhàn)饔弥苯佑绊懖G丸的功能［15］。 周芩［7］研究發(fā)現(xiàn)， 與對(duì)照組相比， BPA 高劑量組血清睪酮含量明顯降低， 而卵泡刺激素水平明顯升高， 說(shuō)明BPA 可能通過(guò)“下丘腦－垂體－性腺軸” 對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生影響； 此外，還發(fā)現(xiàn)在男性人群中尿液BPA 含量與血清雄烯二酮（AD） 和卵泡刺激素水平之間存在負(fù)相關(guān)性。Ramos 等［16］研究發(fā)現(xiàn)， 妊娠期BPA 暴露的大鼠，在15 d、 30 d 時(shí)觀察到總睪酮短暫增長(zhǎng)， 泌乳素水平上升， 同時(shí)雄激素受體下降， 但120 d 消失，表明產(chǎn)前暴露BPA 可能引起“下丘腦－垂體－性腺軸” 的改變， 從而對(duì)生殖系統(tǒng)造成損傷。

1.4 BPA 對(duì)男性生殖系統(tǒng)影響的流行病學(xué)調(diào)查 制造工廠的直接排放， 加工和處理過(guò)程中的逸散性排放是自然環(huán)境中BPA 存在的主要原因［17］。 Li等［18］進(jìn)行的一項(xiàng)職業(yè)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)， 427 例中國(guó)男性工人尿液BPA 水平與性功能障礙有關(guān)。 Zhang等［19］在亞洲人群中共296 份尿液樣本中發(fā)現(xiàn)，94.3%的樣本中BPA 濃度在0.1 ～30.1 ng／ml 之間， 中國(guó)人BPA 平均濃度為1.10 ng／ml， 韓國(guó)為2.17 ng／ml， 日本為0.95 ng／ml。 BPA 可通過(guò)尿液排出體外， 因此對(duì)尿中代謝物質(zhì)含量的檢測(cè)可以側(cè)面反映出機(jī)體BPA 攝入量［20］。 美國(guó)生殖醫(yī)學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)不育男性尿中BPA 濃度與精子濃度、 精子活力等精液參數(shù)呈負(fù)相關(guān)［21］。 但同時(shí)也有研究指出，職業(yè)暴露BPA 后血清BPA 水平上升， 但血清中BPA 水平與性激素水平間并無(wú)關(guān)聯(lián)［22］。

2 BPA 致雄性生殖毒性的表觀遺傳學(xué)機(jī)制

BPA 能夠引起不同程度的雄（男） 性生殖系統(tǒng)損傷， 但其毒性作用機(jī)制尚不十分清楚。 BPA可作用于神經(jīng)系統(tǒng)， 通過(guò)“下丘腦－垂體－性腺軸”影響激素的合成、 分泌以及靶器官的多種生理效應(yīng)。 也有學(xué)者認(rèn)為BPA 可通過(guò)氧化應(yīng)激對(duì)生殖系統(tǒng)產(chǎn)生損傷［23］。 目前， 有越來(lái)越多的研究表明BPA 引起的生殖系統(tǒng)損傷與表觀遺傳學(xué)有關(guān)。 表觀遺傳學(xué)是指在細(xì)胞和DNA 序列不改變的情況下， 基因發(fā)生可逆的改變［24］。 在BPA 對(duì)表觀遺傳學(xué)影響的研究中， 對(duì)DNA 甲基化、 組蛋白修飾、非編碼RNA 等方面的研究較多。

2.1 DNA 甲基化 DNA 甲基化是由DNA 甲基化酶介導(dǎo)的一種化學(xué)修飾作用。 在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，DNA 甲基化主要過(guò)程是： S－腺苷甲硫氨酸分子中的甲基通過(guò)DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶的作用轉(zhuǎn)移到序列中CpG 二核苷酸內(nèi)胞嘧啶的第5′碳原子上［25］。 在哺乳動(dòng)物進(jìn)化的過(guò)程中， DNA 雙鏈中CpG 的含量趨于減少并主要以兩種形式存在， 一種是散在的CpG， 一般情況下處于高甲基化狀態(tài)， 另一種是CpG 島， 主要存在于基因的啟動(dòng)子和外顯子區(qū)域中， 一般情況下處于低甲基化狀態(tài)［26］。 在胎兒發(fā)育過(guò)程中， DNA 甲基化是調(diào)控基因表達(dá)的主要遺傳機(jī)制［27］。 Ma 等［28］對(duì)圍產(chǎn)期大鼠進(jìn)行50 μg／ （kg·d）的染毒并對(duì)雄性后代檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)， 與對(duì)照組相比，BPA 染毒組肝整體DNA 甲基化程度降低， 血清胰島素和胰島素抵抗指數(shù)增加， 且肝臟葡萄糖激酶基因的表達(dá)量減少而其啟動(dòng)子甲基化程度增高，由此提示圍產(chǎn)期BPA 暴露導(dǎo)致了胰島素抵抗， 進(jìn)而導(dǎo)致肝組織DNA 甲基化異常。 這些發(fā)現(xiàn)支持了表觀遺傳學(xué)在圍產(chǎn)期BPA 誘導(dǎo)的代謝紊亂在胎兒重排中的潛在影響。 Doshi 等［29］的研究發(fā)現(xiàn)， BPA暴露可導(dǎo)致睪丸內(nèi)雌激素受體ERα 和ERβ DNA啟動(dòng)子區(qū)甲基化異常， 其可能是BPA 暴露對(duì)精子發(fā)生和生育力產(chǎn)生不利影響的機(jī)制之一。

2.2 組蛋白修飾 組蛋白修飾主要是指組成核小體的組蛋白N 端尾部氨基酸的修飾， 包括甲基化、乙?；?泛素化、 磷酸化等。 這些修飾使染色質(zhì)結(jié)構(gòu)濃縮或松散， 進(jìn)而調(diào)控基因的沉默或表達(dá)［30］。有研究發(fā)現(xiàn)胚胎期BPA 暴露影響了出生后雄性仔鼠海馬中的總組蛋白乙?；傅暮?， 其蛋白表達(dá)量顯著升高； 還影響了組蛋白去乙?；傅谋磉_(dá)， 使HDAC1 及HDAC3 mRNA 和蛋白表達(dá)水平顯著降低， HDAC2 mRNA 和蛋白表達(dá)水平顯著升高； BPA 暴露還導(dǎo)致H3 蛋白表達(dá)水平降低， 及乙?；M蛋白H3 （Ac－H3） 蛋白表達(dá)水平顯著升高［31］。 李玉華［11］研究發(fā)現(xiàn)， 50 μg／kg BPA 暴露能引起子代小鼠精子中組蛋白H3K9Me3 水平下降， H3K27Me3、 H3K36Me3 水平顯著升高， 表明BPA 通過(guò)引起小鼠精子組蛋白甲基化水平改變，從而對(duì)小鼠生精功能產(chǎn)生不良影響。 李玉華等［32］的另一項(xiàng)研究中探討了BPA 暴露對(duì)小鼠精原干細(xì)胞C18－4 的表觀遺傳機(jī)制的影響， 發(fā)現(xiàn)10－5mol／L BPA 暴露能引起C18－4 細(xì)胞中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶Ezh2 和Setd2 mRNA 的表達(dá)水平下降， 相應(yīng)地，H3K27Me3 和H3K36Me3 的表達(dá)水平也顯著下降。組蛋白修飾與DNA 甲基化通過(guò)聯(lián)合作用來(lái)調(diào)控基因表達(dá)， 如組蛋白甲基化與DNA 甲基化結(jié)合， 加強(qiáng)對(duì)基因活性的抑制［33－34］。

2.3 非編碼RNA 大量研究表明， miRNAs 在生物體生長(zhǎng)、 分化、 發(fā)育、 免疫， 以及凋亡等各項(xiàng)生命活動(dòng)中具有重要的調(diào)控意義［35］。 Zhang 等［36］研究了在新生兒、 成年人（25 歲） 和老年人（75歲） 3 個(gè)不同時(shí)期附睪中miRNAs 的表達(dá)情況， 發(fā)現(xiàn)新生兒、 成年人和老年人附睪中各有251、 109和125 種miRNAs 表達(dá)， 說(shuō)明miRNAs 在雄性生殖發(fā)育的不同時(shí)期均起到調(diào)控作用。 有研究發(fā)現(xiàn)BPA 暴露可顯著誘導(dǎo)小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞中miR－146a－5p的表達(dá)， 升高的miR－146a－5p 加劇了BPA 對(duì)睪丸類(lèi)固醇生成的有害影響， miR－146a－5p是唯一經(jīng)研究證實(shí)的在BPA 染毒后細(xì)胞和組織中被表達(dá)量顯著上調(diào)的miRNA［37］。 馬林［38］通過(guò)微陣列芯片分析技術(shù)， 篩選孕期BPA 暴露后雄性子代睪丸中差異表達(dá)的miRNAs， 與對(duì)照組比較， 0.05 mg／kg 劑量組有171 個(gè)miRNAs 上調(diào)和124 個(gè)miRNAs下調(diào)； 5 mg／kg 劑量組有133 個(gè)miRNAs 上調(diào)及136 個(gè)miRNAs 下調(diào)。 馬林等［39］進(jìn)一步對(duì)差異表達(dá)的miR－203－3p 進(jìn)行了功能驗(yàn)證， 發(fā)現(xiàn)BPA （1 000 μmol／L） 暴露可導(dǎo)致小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞（TM3） 的細(xì)胞活力降低， 細(xì)胞凋亡率增加，并導(dǎo)致miR－203－3p 表達(dá)降低， 表明BPA 暴露可能通過(guò)影響miR－203－3p 的表達(dá)進(jìn)而對(duì)TM3 細(xì)胞活力及凋亡情況產(chǎn)生影響。

綜上所述， BPA 暴露對(duì)于雄性生殖系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在生殖器官的發(fā)育異常， 導(dǎo)致睪丸等臟器系數(shù)及精子數(shù)下降， 活動(dòng)精子百分率下降，精子畸形率增高等。 BPA 還能引起雄性體內(nèi)性激素分泌異常， 進(jìn)而導(dǎo)致生殖系統(tǒng)損傷。 BPA 可通過(guò)DNA 甲基化、 組蛋白修飾、 miRNAs 等表觀遺傳機(jī)制對(duì)雄性生殖系統(tǒng)發(fā)育產(chǎn)生影響， 但具體機(jī)制仍不十分清楚， 還需進(jìn)一步深入研究。 隨著高通量測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)的技術(shù)發(fā)展及運(yùn)用，從非編碼RNA 的角度研究BPA 對(duì)生殖系統(tǒng)的影響機(jī)制仍然具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。