拟除虫菊酯杀虫剂暴露对青春期性成熟的影响及机制

发布时间：2020-03-25 01:21

【摘要】：拟除虫菊酯杀虫剂,是一类天然除虫菊素发展而来的人工合成的杀虫剂,四十余年来一直广泛应用于农业、家居及公共卫生设施的除虫。目前拟除虫菊酯使用量占全球杀虫剂使用总量的30%以上,是全球用量排名前10位的农药之一。拟除虫菊酯杀虫剂具有类激素效应,被美国环保局(USEPA)列入了内分泌干扰物清单。已有少量动物实验显示,拟除虫菊酯暴露会影响青春期性成熟的启动。青春期是一个重要的生理进程,这一时期不仅涉及性成熟和生殖健康,也包含社交、认知和行为的发展。青春期发动时相的改变会对人类的身心健康产生不利影响。然而,目前尚无拟除虫菊酯杀虫剂暴露与人类青春期性成熟的相关性研究。拟除虫菊酯调控性成熟的分子机制尚不明确。因此,探究拟除虫菊酯杀虫剂暴露对青春期性成熟的影响和机制,对全面评价拟除虫菊酯杀虫剂暴露对儿童的健康风险有重要现实意义。本论文的主要研究内容如下:(1)在浙江省杭州市采集了 463名9-16岁男孩的尿液样品,测定了尿样中18种拟除虫菊酯共同代谢产物3-苯氧基苯甲酸(3-phenoxybenzoic acid,3-PBA)和氟氯氰菊酯特异性代谢产物4-氟-3-苯氧基苯甲酸(4-fluro-3-phenoxybenzoic acid,4-F-3-PBA)的含量,以反映拟除虫菊酯杀虫剂的内暴露水平。同时测定了尿样中促性腺激素黄体生成素(lutenizing hormone,LH)和卵泡刺激素(follicle-stimulating hormone,FSH)的浓度(FSH和LH是调控性成熟的关键激素),反映青春期发育状况。并采用国际儿科通用的Tanner分级,包括生殖器发育阶段(Genital Stage 1-5,G1-G5)和睾丸体积(testisvolume,TV),来评估男孩青春期发育程度。结果显示,男孩尿液样本中3-PBA的检出率达98.7%,尿液中3-PBA的几何平均浓度为1.12 μg/L(0.97 μg/g肌氨酸酐)。而男孩尿液样本中4-F-3-PBA检出率仅为4.8%。采用多元线性回归模型分析发现男孩尿液中3-PBA水平和促性腺激素水平之间存在正相关性(p0.001),3-PBA对数浓度每增加10%。,LH和FSH对数浓度分别升高2.4%和2.9%。采用多元logistic回归模型分析发现男孩尿液样品中3-PBA浓度与青春期发育等级呈显著正相关。男孩尿液中3-PBA对数浓度每增加1个单位,男孩处于G3和G4发育阶段的比值比(oddsratio,OR)与G1相比分别增加275%和280%(p0.05)。而男孩尿液中3-PBA对数浓度每增加1个单位,男孩睾丸体积在12-19 mL的OR值相对于TV4 mL增加了 132%。(p0.05)。本研究首次报道了拟除虫菊酯杀虫剂暴露与男孩促性腺激素水平以及男孩青春期发动时相提前有显著正相关性。(2)选择了在中国最为广泛使用的氯氰菊酯作为典型拟除虫菊酯杀虫剂,探究其暴露对下丘脑-垂体-性腺生殖轴(hypothalamic-pituitary-gonadalaxis,HPG轴)调控的雄性小鼠青春期启动的影响机制。动物实验结果表明,环境剂量的氯氰菊酯暴露(0.5、5和50 μg/kg/day)显著诱导雄性小鼠青春期启动日龄减小,以及雄鼠血清中促性腺激素LH、FSH和性激素睾酮分泌的增加,且呈剂量效应关系。体内与体外原代细胞培养实验结果发现,氯氰菊酯暴露不影响下丘脑促性腺激素释放激素(gonadotropin releasing hormone,GnRH)基因的表达,但高浓度氯氰菊酯暴露(5000 μg/L)显著缩短GnRH脉冲释放间隔时间。氯氰菊酯暴露显著诱导体内和体外培养的垂体促性腺细胞中LH和FSH水平升高,以及促性腺激素亚基基因(CGα、LHβ和FSHβ)表达的上调。氯氰菊酯暴露诱导睾丸间质细胞中睾酮水平升高,以及甾体激素合成相关基因StAR和CYP11A1表达的上调。氯氰菊酯通过在高浓度下干扰下丘脑神经元钠离子通道,低浓度下作用于垂体促性腺细胞和睾丸间质细胞的钙离子通道调控HPG轴的激素分泌,从而促进雄性性成熟。本章进一步通过动物模型和细胞实验证明了环境剂量的拟除虫菊酯杀虫剂暴露诱导雄性青春期性成熟提前及雄性生殖轴激素分泌的上调,与上一章人群调查的研究结果一致。(3)在浙江省杭州市采集了 305名9-15岁女孩的尿液样品,测定了尿样中拟除虫菊酯代谢产物3-PBA的含量以反映女孩拟除虫菊酯杀虫剂的内暴露水平,用国际儿科通用的Tanner分级和初潮情况来表征女孩青春期发育程度。分别采用多元和二元logistic回归模型分析拟除虫菊酯杀虫剂暴露与女孩青春期发育程度及初潮状况的相关性。结果显示,女孩尿液样本中3-PBA的检出率为88.52%,女孩尿液中3-PBA含量的几何平均值为1.11μg/L(1.42μg/g肌氨酸酐)。采用多元logistic回归模型分析发现,女孩尿液样品中3-PBA浓度与青春期发育等级呈显著负相关。女孩尿液中3-PBA对数浓度每增加1个单位,女孩处于乳房Tanner分级第三阶段(Breast Stage 3,B3)的OR值与B1相比减小45%[OR= 0.55(95%CI:0.31-0.98,p = 0.042]。而女孩尿液中3-PBA对数浓度每增加1个单位,女孩处于生殖器毛发Tanner分级第二阶段(Pubic hair Stage2,P2)的OR值相较于P1减小44%[OR= 0.56(95%CI:0.36-0.90),p= 0.015]。采用二元logistic回归模型发现,女孩尿液中3-PBA浓度与初潮情况呈显著负相关。女孩尿液中3-PBA对数浓度每增加1个单位,以初潮为标志的青春期启动的OR值减小 49%[OR= 0.51(95%CI:0.28-0.93),p = 0.029].本研究首次报道了拟除虫菊酯杀虫剂暴露是女孩青春期性成熟延迟的环境风险因子。
【图文】：

拟除虫菊酯杀虫剂,形式

１．２．３拟除虫菊酯杀虫剂的生物代谢逡逑拟除虫菊酯杀虫剂在人体中可通过水解作用及氧化作用快速代谢，半衰期仅逡逑有６小时［２１］。拟除虫菊酯杀虫剂的结构及其代谢形式如图１．３所示［５］。在人逡逑体内，拟除虫菊酯在羧酸酯酶介导下水解产生两大部分的代谢产物，即酸部分和逡逑醇部分，醇部分在细胞色素Ｐ４５０酶（Ｃｙｔｏｃｈｒｏｍｅ邋Ｐ４５０）系统介导下会进一步氧逡逑化产生酸，该代谢产物的极性基团会与生物体内源性的小分子结合，生成葡萄糖逡逑醛酸苷、硫酸盐或氨基酸的亲水性结合物，最终经由尿液排出体外。逡逑Ｒ，，邋＝邋Ｃｌ，邋Ｂｒ，邋ＣＨ３逦Ｒ３逡逑—：＾ＶＸＸｊ0逡逑ｒ邋°Ｒ２邋＼逡逑ｒ＾＾ｉｏｈ邋Ｈ0ｘｒＲＸ５逡逑Ｃｈｒｙｓａｎｔｈｅｍｉｃ邋ａｃｉｄ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｔｅ逡逑／邋ｘ逦Ｋ逡逑／逦＼逦３－ｐｈｅｎｏｘｙｂｅｎｚｙｉ邋ａｌｃｏｈｏｌ逡逑／逦＼逦＼八八逡逑Ｆｕｒｔｈｅｒ邋ｏｘｉｄａｔｉｖｅ逦＼逦．逡逑ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋ｆｏｒ邋ＣＨ３逦＼逦［逡逑ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅｄ逦＼逦Ｈ0逡逑逦—逦Ｚ邋５逡逑Ｇｌｕｃｕｒｏｎｉｄｅ邋ｃｏｎｊｕｇａｔｅｓ逡逑逦逦逦逦逦逦邋３－ｐｈｅｎｏｘｙｂｅｎｚｏｉｃ邋ａｃｉｄ逡逑Ｉ型菊酯Ｒ２的取代基为Ｈ，邋ｎ型菊酯Ｒ２的取代基为ＣＮ。逡逑图１．３拟除虫菊酯杀虫剂的普遍代谢形式［５］逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｇｅｎｅｒａｌ邋ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ邋ｏｆ邋ｐｙｒｅｔｈｒｏｉｄ邋ｉｎｓｅｃｔｉｃｉｄｅｓ．逡逑１．２．４拟除虫菊酯杀虫剂的环境残留与人体暴露逡逑随着拟除虫菊酯杀虫剂日益普遍而高频的使用，越来越多的拟除虫菊酯杀虫逡逑剂进入环境

短环反馈,超短环反馈,长环反馈,反馈调节

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｈｏｒｍｏｎｅ邋ｓｅｃｒｅｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ＨＰＧ邋ａｘｉｓ逡逑ＨＰＧ轴反馈调节的形式有３种，分别为长环反馈、短环反馈和超短环反馈，逡逑如图１．５所示。ＨＰＧ轴对哺乳动物的生长发育、性成熟及生殖都起着至关重要的逡逑调节作用。逡逑１０逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592

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