邻苯二甲酸酯对男性(雄性)生殖毒性的研究进展

宫雅雯 李圆龙 崔 彤 王树松，，3*

1．河北师范大学化学与材料科学学院(石家庄，050024)；2河北医科大学研究生学院；3河北省计划生育科学技术研究院 国家卫健委计划生育与优生重点实验室 河北省生殖医学重点实验室

邻苯二甲酸酯是一类邻苯二甲酸和各种醇之间形成的酯，主要添加到聚合物如聚氯乙烯塑料中用做塑化剂。邻苯二甲酸酯是通过氢键和范德华力与聚合物链结合，因此在生产、使用和焚化过程中很容易释放到环境中。全世界每年生产数千吨的邻苯二甲酸酯类物质，这些化合物在水和土壤等环境基质中无处不在[1]。邻苯二甲酸酯类物质在普通人群中广泛暴露，人体暴露的主要途径是通过摄入被污染的食物和水，吸入和皮肤接触也会增加邻苯二甲酸酯类化合物对人体的负担[2]。研究显示，某些邻苯二甲酸酯及其代谢物和降解产物具有潜在内分泌特性，对人体各个器官产生多种毒性作用，其对生殖系统所产生的的毒性尤其突出[3]。尽管大多数邻苯二甲酸酯类化合物显示出非常低的急性毒性，但由于生殖系统对这些化合物特别敏感，邻苯二甲酸酯暴露会对男性生殖系统产生影响，导致男性生殖能力受损。目前邻苯二甲酸酯类化合物已经成为备受关注的环境污染物，对于男性生殖系统的毒性也越来越受到关注。本文对邻苯二甲酸酯类物质的分析方法、对男性生殖系统影响及其可能的影响机制给予综述。

1 邻苯二甲酸酯类物质在男性体液的分析

由于邻苯二甲酸酯的广泛暴露，对其暴露的生物监测具有非常重要的意义。据报道邻苯二甲酸酯在人和啮齿动物的血浆或尿液中半衰期少于24小时。邻苯二甲酸酯药代动力学的研究发现，二酯在胃肠道中迅速水解为单酯，随后邻苯二甲酸酯的单酯与葡萄糖醛酸或硫酸盐结合并排泄到尿液中，因此这些代谢物也是人体暴露于邻苯二甲酸酯类化合物的生物标志物。

尿液排泄是邻苯二甲酸酯的主要消除途径。尿中邻苯二甲酸酯代谢物的浓度通常比其他体液高。尿液中邻苯二甲酸单乙基己酯(MEHP)、邻苯二甲酸单异丁酯(MIBP)、邻苯二甲酸单乙酯(MEP)和邻苯二甲酸单丁酯(MBP)的浓度是血液或乳汁中浓度的20～100倍[4]。人体接触邻苯二甲酸盐的评估主要是基于尿中单酯代谢物的测定，在人体标本中会产生几种次生和氧化代谢物。邻苯二甲酸二甲酯(DMP)，邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二丁酯(DBP)经历降解/水解并形成它们相应的单酯，即分别为邻苯二甲酸单甲酯(MMP)，MEP和MBP。邻苯二甲酸二酯(DEHP)的水解产物MEHP，氧化代谢产物邻苯二甲酸单酯(MEOHP)、邻苯二甲酸单酯(MEHHP)、邻苯二甲酸单酯(MECPP)和邻苯二甲酸单酯(MCMHP)是DEHP的主要代谢产物。通常在人类尿液中测得的多种邻苯二甲酸酯代谢物总和的浓度约为1fg/L～100μg/L[5]。在大多数生物监测研究中，DEHP、DEP和DBP的代谢产物是尿液中鉴定出的主要化合物，其特征因地区而异。

人类对邻苯二甲酸酯暴露的生物监测研究已基于尿中邻苯二甲酸酯代谢物的浓度。但当血清用于分析时，代表低分子量邻苯二甲酸酯的MEP和MiBP，以及代表高分子量邻苯二甲酸酯的MECPP和邻苯二甲酸单羧基异辛酯(MCiOP)被用作邻苯二甲酸酯暴露的指标。一项研究报告了丹麦年轻人尿液、血清和精浆中邻苯二甲酸酯代谢物浓度，血清和精浆中MEP、MBP和DEHP代谢产物的平均浓度比尿液低1～2个数量级[6]。另一项研究表明，血清中单酯代谢物的分布方式与尿液相似，尤其是对于MEHP(DEHP的代谢物)[7]，但尿液中的MEHHP，MEOHP，MECPP和MCMHP的浓度要比血清中的浓度高得多。

目前，邻苯二甲酸酯及其代谢产物已经成为人类生物监测研究中检测最常用的环境化学物质之一。对人体血液和尿液中邻苯二甲酸酯及其代谢物的分析能够非常直观的反映出人群的邻苯二甲酸酯暴露程度，精液质量能够直观的反映男性生殖能力，因此，将邻苯二甲酸酯及其代谢物水平与精液质量相结合，比较直观的分析邻苯二甲酸酯对男性生殖的影响。

2 邻苯二甲酸酯类物质对男性生殖系统毒性

邻苯二甲酸酯的生殖毒性主要作用于男性生殖系统，在雄性生殖系统的发育阶段，邻苯二甲酸酯暴露对生殖系统的毒性表现的尤为明显。男性生殖系统在母体内胚胎期时就已经开始发育，胚胎期的邻苯二甲酸酯暴露会使胎儿不能发育出具有正常功能的睾丸间质细胞和支持细胞，导致生殖系统异常。流行病学研究显示，孕妇的邻苯二甲酸酯暴露与男婴睾丸源性生殖障碍综合征(TDS)有关[8]，男婴隐睾、睾丸不发育、生殖道畸形、成年期睾丸癌和精子发生异常可统称TDS。有研究显示，母亲尿液中邻苯二甲酸酯代谢物浓度与婴儿尿液中的浓度相似，表明胎儿受到母体邻苯二甲酸酯暴露的影响[9]。孕妇尿液中邻苯二甲酸酯代谢产物水平的升高与男性婴儿会阴和肛门与生殖器的距离缩短有关，表明邻苯二甲酸酯暴露会影响男婴生殖系统发育[10]。有研究显示，胰岛素样因子3(INSL3)水平和雄激素水平与DEHP及其主要代谢物MEHP呈负相关[11]，INSL3和雄激素对于胎儿生殖器官的发育发挥重要作用。在人类妊娠的关键时间段内，羊水INSL3水平受到邻苯二甲酸酯的影响，可能致使胎儿出现隐睾症和尿道下裂[12]。一项长期追踪产妇血清中邻苯二甲酸酯含量与男婴成年后生殖系统关系的研究发现，产妇血清中DEHP和邻苯二甲酸二异壬酯(DINP)的代谢产物水平与婴儿成年后睾丸体积呈负相关，推测产妇的邻苯二甲酸酯暴露会影响男婴成年后的生殖能力[13]。

青春期是生殖系统发育成熟的关键时期，对男性(雄性)生殖能力起着至关重要的作用，邻苯二甲酸酯类物质的暴露可能会对生殖系统的功能造成直接或间接的伤害。青春期前大鼠灌胃DEHP使睾丸组织学恶化，睾酮水平降低，氧化应激增强，睾丸细胞的凋亡增加，表明青春期前接触DEHP导致睾丸损伤[14]。针对生殖细胞体外培养的研究显示，从青春期前SD大鼠分离的原代支持细胞或生殖细胞共培养物中，暴露于MBP或DBP可明显降低支持细胞存活率、细胞膜完整性和细胞活力，支持细胞紧密连接的通透性增加，抑制素BmRNA和蛋白水平的改变[15]。青春期邻苯二甲酸酯暴露会影响男孩发育，尿液中邻苯二甲酸正丁酯(MnBP)与男孩阴毛发育较低相关[16]。一项针对青少年的研究显示，7～14岁男童尿液MEP水平与睾丸体积负相关，MEOHP水平与阴毛发育负相关[17]。对生长和青春期体质性延迟(CDGP)男童的研究发现，CDGP儿童中邻苯二甲酸酯水平明显高于对照组，尿MBP、MEP和总邻苯二甲酸酯浓度与血清睾酮(T)水平呈负相关，血清T水平在邻苯二甲酸酯暴露与CDGP之间的关联中起介导作用[18]。瑞典的一项研究分析了尿液DEHP代谢物水平与精液以及血清生殖参数之间的关联，发现青春期男性DEHP代谢物水平与精子前向运动呈负相关，最高时降低11%，表明青春期邻苯二甲酸酯暴露会严重影响精子成熟和活力[19]。

成年后的邻苯二甲酸酯暴露同样会对男性(雄性)生殖系统产生损伤。成年小鼠灌胃DEHP后，观察到睾丸组织病变，血清T、卵泡刺激素(FSH)和黄体生成激素(LH)水平下降，精子数量和活力显著降低，说明DEHP暴露破坏成年小鼠的睾丸功能[20]。大鼠灌胃邻苯二甲酸二正丁酯(DnBP)后，其生精小管直径、上皮高度、上皮生殖细胞计数和小管长度均显著降低，说明DnBP暴露可致使睾丸组织损伤[21]。对性成熟小鼠进行慢性低剂量的DEP暴露，发现睾丸组织结构改变，在精子中发现结构异常，说明低剂量邻苯二甲酸酯暴露可损伤生殖系统影响精子质量[22]。邻苯二甲酸酯类暴露会对精子参数和性激素产生负面影响，即使在人群中较低的暴露水平，也可能对精液质量产生负面影响，导致男性生育力下降。美国一项研究发现尿液中DEHP、BBP和邻苯二甲酸二壬酯(DNP)代谢物水平与较低的总精子数和浓度以及高畸形率具有显著相关性，DMP代谢物与精子活力降低显著相关，表明邻苯二甲酸酯暴露与精液质量之间存在负关联[23]。我国一项研究发现DBP和邻苯二甲酸二异丁酯(DiBP)代谢物与总T、游离T、LH和精子形态呈负相关，与DNA断裂指数呈正相关，表明邻苯二甲酸酯的暴露严重影响了男性精液参数[24]。邻苯二甲酸酯的雄性生殖毒性主要表现为生殖系统发育异常和精液质量下降。

3 邻苯二甲酸酯的男性(雄性)生殖毒性机制

目前，大量流行病学证据和动物实验可以证明邻苯二甲酸酯及其代谢物具有雄性生殖毒性，邻苯二甲酸酯的人群暴露已经对男性生殖健康造成影响。学者从不同角度解释邻苯二甲酸酯的雄性生殖毒性作用机制，目前公认的作用机制是邻苯二甲酸酯类化合物对下丘脑-垂体-性腺轴这一重要途径的内分泌干扰作用。下丘脑-垂体-性腺轴是调控性激素分泌的途径，下丘脑启动促性腺激素释放激素(GnRH)的产生，进而刺激垂体前叶产生LH和FSH[25]。LH激活睾丸间质细胞产生T[26]，FSH和T激活支持细胞，支持细胞与生殖细胞相互作用从而促进精子发生。睾丸间质细胞产生的睾酮和支持细胞产生的抑制素也启动了负反馈机制，该机制调节下丘脑和垂体前叶GnRH、LH和FSH的产生[26]。在性成熟阶段，垂体-性腺轴中产生的激素调节正常的支持细胞和间质细胞以及精子生成[27]。

下丘脑-垂体-性腺轴这一途径各环节联系紧密，具有正、负反馈机制，因此上述任何一环出现异常都会干扰下丘脑-垂体-性腺轴的正常功能，对男性生殖能力产生不利影响。研究表明，邻苯二甲酸酯可以干扰抑制素的生成[28]，干扰正常的负反馈机制，影响垂体的GnRH、LH和FSH的分泌，进而影响睾丸间质细胞分泌T，T的缺乏将影响生殖系统的发育，同时使支持细胞不被激活，对生殖功能产生损害。邻苯二甲酸酯还可以直接影响支持细胞和睾丸间质细胞的发育和功能[29]，能够使睾丸间质细胞损伤使其功能受到阻碍，导致睾丸、尿道和附属生殖器官的重量和体积减少，T的水平降低[30]。支持细胞被破坏使生殖细胞的物理和代谢支持减少，导致生殖细胞损伤和类固醇生成减少[29-30]，从而影响精子发生。由于T在正常的支持细胞功能中发挥重要作用[31]，邻苯二甲酸酯也可以对睾丸间质细胞产生毒性，通过睾酮的负反馈间接作用靶向支持细胞，影响支持细胞的功能。

4 邻苯二甲酸酯对男性(雄性)生殖毒性的构效关系

邻苯二甲酸酯是邻苯二甲酸与醇反应所形成的酯，邻苯二甲酸酯的结构中具有酸部分和醇部分，在酯的醇部分中有不同的碳链，碳链结构可以是直链或支链。研究发现，邻苯二甲酸酯的生殖毒性强弱可能与碳链的结构有关，碳链是否存在支链和碳原子数都会影响其生殖毒性。对于直链的邻苯二甲酸酯如邻苯二甲酸二丁酯(C6H4[COO(CH2)3CH3]2，DBP)，其碳原子数是DBP中的丁基碳原子数C4或支链。对于支链的邻苯二甲酸酯如邻苯二甲酸二异丁酯(C6H4[COOCH2CH(CH3)2]2，DIBP)，其碳原子数是DIBP中的异丁基碳原子数C4。

对直链邻苯二甲酸酯对大鼠雄性生殖毒性的分析显示，在直链邻苯二甲酸酯中，碳原子数为C1-2和C8-13的邻苯二甲酸酯几乎不会引起雄性生殖异常[32-33]。子宫内暴露于高剂量引起雄性生殖系统损伤的可能性大小依次为邻苯二甲酸二己酯(DNHP，C6)、邻苯二甲酸二戊酯(DPP，C5)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP，C4)、邻苯二甲酸二庚酯(DHP，C7)、邻苯二甲酸二丙酯(DPrP，C3)[30-37]。在支链邻苯二甲酸酯中，干扰胎儿睾酮产生的效力对比中，DIBP(C4)、邻苯二甲酸二异庚酯(DIHP，C7)和DEHP(C8)的效力类似，都高于DINP(C9)[38]，DEHP(C8)诱导雄性生殖系统异常的最小可见损害作用水平(LOAEL)为500mg/kg[37]，与其具有更多支链的异构体邻苯二甲酸二辛酯(DOP，C8)相比，DEHP的生殖毒性更强，DOP在最高剂量(1000mg/kg)下没有任何发育和生殖毒性，这表明碳链的分支增加了毒性。邻苯二甲酸二环已酯(DCHP，C6)是一种邻苯二甲酸环烷基酯，对睾酮抑制效力的LOAEL为10mg/kg[39]，与碳链为直链的DNHP(C6)相似，表明碳链成环不会增加毒性。邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)是具有不同碳侧链(一个丁基和一个苄基)的邻苯二甲酸酯，其LOAEL为100mg/kg[40]，与DBP的效力(两个丁基)相似。邻苯二甲酸二烯丙酯(DAP，C3)发育毒性的LOAEL为250mg/kg[37]，和具有相同碳原子数、但在酯侧链中具有饱和碳原子的DPrP(C3)相比，DAP的发育毒性更强，表明侧链的不饱和度增加毒性。

综上，在直链邻苯二甲酸酯中，C5-C6生殖毒性最大，C4或C7中等，C3弱，C1-2和C8-C13无效。在支链邻苯二甲酸酯中，碳链的分支和不饱和增加了毒性效果，而碳链成环并不增加毒性。

5 总结

综上所述，邻苯二甲酸酯类物质是普遍存在的环境污染物，对男性(雄性)生殖系统产生多种不利影响，目前对邻苯二甲酸酯雄性生殖毒性作用及其机制的研究，已经成为一个关注的热点。邻苯二甲酸酯生殖毒性主要表现在生殖器官的发育异常以及精子质量下降。邻苯二甲酸酯能够破坏睾丸间质细胞和支持细胞，损伤正常生殖功能，引起生殖激素分泌异常，对雄性生殖和发育产生毒性。其毒性作用机制是通过对下丘脑-垂体-性腺轴和相关激素的影响导致生殖系统异常。邻苯二甲酸酯生殖毒性存在构效关系，具有直碳链的邻苯二甲酸酯，C5-C6的邻苯二甲酸酯具有更高的毒性，碳链具有支链的邻苯二甲酸酯中，碳链的分支增加了效力。

目前邻苯二甲酸酯生殖毒性的研究仍然需要进一步深入。生物监测研究选择了邻苯二甲酸酯的主要生物代谢物，但人类体液标本中似乎还存在邻苯二甲酸酯的其他几种中间产物和转化产物，这些中间体对男性生殖的影响有待研究；邻苯二甲酸酯代谢物与其他污染物的联合作用对男性生殖的影响也需要进行研究；此外，生物体在邻苯二甲酸酯暴露后的清除及其防治也具有重要的研究意义。