砷是一種廣泛存在于自然界的元素，砷及其化合物都具有一定的毒性，如果人體攝入量過多會(huì)造成砷中毒。生殖毒性試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，砷不僅對(duì)生殖細(xì)胞有直接的損害作用，還可以造成染色體的破壞，而且砷對(duì)不同階段胚胎的影響也有很多種,會(huì)造成多種器官的發(fā)育障礙以至產(chǎn)生畸型胎兒。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，砷可使動(dòng)物的繁殖能力降低并對(duì)后代產(chǎn)生諸多不良影響。本文從分子生物學(xué)角度來探究砷對(duì)雄性的生殖毒性的影響。

砷是一種致癌物，并且其生殖、發(fā)育毒性較強(qiáng)

砷（As）是一種天然存在的有毒類金屬，具有無臭、無色和無味的特性。最常見的砷形式包括無機(jī)As、有機(jī)As和砷氣。砷在陸地上排名第20位，在海洋中排名第14位，在人類生態(tài)系統(tǒng)中排名第12位。由于其無處不在，火山和工業(yè)活動(dòng)排放到環(huán)境中，因此具有嚴(yán)重的健康問題。

人類在飲用水、食品和工業(yè)來源中的砷暴露量不斷增加。國際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）將其指定為I族致癌物，會(huì)增加膀胱癌、肺癌、腎癌和肝癌的風(fēng)險(xiǎn)。

據(jù)報(bào)道，大多數(shù)國家的飲用水中砷含量較高，高于WHO和EPA的規(guī)定限值。飲用水污染與癌癥（皮膚、肺癌、膀胱和肝臟）以及其他疾?。ㄈ缣悄虿『托难堋⑽改c道、神經(jīng)和發(fā)育損傷）的發(fā)展有關(guān)。根據(jù)流行病學(xué)研究，As會(huì)導(dǎo)致男性不育，性功能障礙，精子質(zhì)量差以及發(fā)育后果，例如低出生體重，自然流產(chǎn)和小于胎齡兒（SGA）等。

在受砷污染的土壤中種植水稻和使用受砷污染的水煮米飯是造成米飯接觸砷的主要原因。 魚類、貝類和海藻是人類通過海產(chǎn)品接觸砷的最常見來源，分布在阿根廷、烏拉圭、印度、巴基斯坦和西班牙砷污染地區(qū)的兒童和成人身上采集的尿液、頭發(fā)和飲用水樣本顯示砷含量較高。

而且砷是一種元素雜質(zhì)，藥品中的元素雜質(zhì)可能來自于制藥工藝中所使用的設(shè)備、原料、輔料、溶劑及包材等。藥物制劑在原料藥、生產(chǎn)等過程中可能會(huì)引入過量或有毒形態(tài)的元素雜質(zhì)，會(huì)對(duì)生命體產(chǎn)生重大影響。因此在藥物制劑研發(fā)中，需要控制藥物制劑中砷元素雜質(zhì)，保證藥品質(zhì)量安全。

砷對(duì)睪酮生物合成的抑制作用

砷的作用機(jī)制表明，它會(huì)改變下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸，導(dǎo)致睪酮生物合成、支持細(xì)胞活性和精子發(fā)生減少，如下圖所示：

砷對(duì)睪酮生物合成的抑制作用

StAR：類固醇生成急性調(diào)節(jié)蛋白；3HSD：3-β(β)-羥基類固醇脫氫酶；CYP17A1：細(xì)胞色素 P450 17A1；17HSD：17-β(β)-羥基類固醇脫氫酶；DHT：二氫睪酮

砷對(duì)動(dòng)物雄性生殖系統(tǒng)的影響

流行病學(xué)研究表明，砷是環(huán)境中最危險(xiǎn)的生殖毒物之一，在睪丸、附睪、精囊和前列腺等生殖組織中大量積累。科學(xué)家們進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：小鼠在交配前五周開始接觸 As2O3（0、0.2、2 和 20 ppm），一直持續(xù)到雄性幼鼠進(jìn)入青春期。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，暴露期后（HPG）軸經(jīng)歷了氧化應(yīng)激和自噬增加，特別是在較高的 As2O3 劑量（2 和 20 ppm）下。暴露于較高As2O3劑量的青春期F1雄性小鼠HPG軸中MDC標(biāo)記的自噬泡數(shù)量和MDA/GSH比值增加，而平均體重、總抗氧化能力和體視學(xué)指標(biāo)下降。同時(shí)，在青春期F1期雄性HPG組織中，除了ATG3、ATG5、Beclin 基因表達(dá)和 P62、ATG12和Beclin蛋白表達(dá)呈劑量依賴性增加外，還觀察到PI3K和mTOR 基因表達(dá)呈劑量依賴性降低。較高劑量的As2O3似乎會(huì)通過增加 MDA/GSH 比率、自噬細(xì)胞死亡相關(guān)基因和蛋白質(zhì)以及降低總抗氧化能力來損害青春期雄性小鼠后代的HPG軸功能。

藥物的生殖毒性研究是非臨床安全性評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容，它與急性毒性、長期毒性、遺傳毒性等毒理學(xué)研究有著密切的聯(lián)系，是藥物進(jìn)入臨床研究及上市的重要環(huán)節(jié)。擬用于人體的藥物，應(yīng)根據(jù)受試物擬用適應(yīng)證和作用特點(diǎn)等因素考慮進(jìn)行生殖毒性試驗(yàn)。

美迪西生殖毒性研究服務(wù)平臺(tái)由經(jīng)驗(yàn)豐富的生殖毒性專家和專業(yè)生殖毒性研究技術(shù)團(tuán)隊(duì)組成，擁有Hamilton Thorne- TOX IVOS全自動(dòng)精子分析儀、成像體視鏡、徠卡顯微鏡等實(shí)驗(yàn)儀器，均達(dá)到高精密度實(shí)驗(yàn)要求；豐富資源的齊全配備使美迪西生殖毒性研究服務(wù)平臺(tái)在業(yè)內(nèi)有很大的優(yōu)勢(shì)，更能保證服務(wù)的質(zhì)量和效率。

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砷誘導(dǎo)動(dòng)物雄性生殖毒性的機(jī)制

1.    氧化應(yīng)激

在小鼠睪丸的Leydig和Sertoli細(xì)胞中，暴露于濃度為50和1000ppb的亞砷酸鈉24、48和72小時(shí)會(huì)引起細(xì)胞毒性和抗氧化系統(tǒng)受損。用亞砷酸鈉處理濃度為1、10、50和100μM的嚙齒動(dòng)物睪丸和附睪的體外細(xì)胞培養(yǎng)物2和24小時(shí)，增加ROS、TBARS和精子DNA損傷，降低過氧化氫酶、過氧化物酶和超氧化物歧化酶，降低血清睪酮。通過飲用水以10mg/L的劑量使用亞砷酸鈉可誘導(dǎo)大鼠睪丸和附睪中SOD1、CAT、GSTK1和MT1的過表達(dá)。

2.    細(xì)胞凋亡

在暴露于亞砷酸鈉和二氧化硫的小鼠中觀察到精子數(shù)量減少，半胱天冬酶-3活性增加，TUNEL陽性細(xì)胞增加，Bax和Bcl-2的mRNA水平的變化降低血清睪酮水平，以及類固醇基因（LHR，StAR和ABP）表達(dá)下調(diào)，劑量為5mg / L和5mg / m³，分別通過雙蒸水口服60日。

在小鼠中，通過胃內(nèi)給藥4個(gè)月，劑量為15和1mg/kg的三氧化二砷和銻導(dǎo)致血清睪酮水平降低，精原和精子數(shù)量減少，T-AOC、SOD和MsrB 1水平降低，Beclin-5、Atg-3、LC3B/LC8A、半胱天冬酶-3、Cytc、裂解半胱天冬酶-53和p159升高。

砷誘導(dǎo)內(nèi)在和外在凋亡途徑的方法

3.    自噬

自噬是一種主要的細(xì)胞機(jī)制，它允許細(xì)胞分解和重復(fù)使用舊的細(xì)胞部分，使它們更有效地運(yùn)作。一些研究表明，砷誘導(dǎo)的自噬機(jī)制破壞會(huì)導(dǎo)致多種疾病，如癌癥、代謝紊亂和生殖毒性。

將濃度為3、6和9μM的亞砷酸鈉暴露24小時(shí)導(dǎo)致自噬體積累，小鼠睪丸間質(zhì)腫瘤細(xì)胞系（MLTC-3）中LC7β、Atg1、Beclin-34和Vps1自噬標(biāo)志物表達(dá)上調(diào)。在GC-1精原（spg）細(xì)胞系中，濃度為10和20μM的三氧化二砷導(dǎo)致GSH下降，丙二醛（MDA）水平升高，以及ATG3、p62、LC3I和LC3II mRNA表達(dá)升高，提示線粒體功能障礙。從親本小鼠交配前0周和出生后幾天到成年期，在蒸餾水中濃度為2.2、20和3ppm的三氧化氫暴露導(dǎo)致F5雄性下丘腦-垂體-性腺軸（HPG軸）中PI12K、Atg1、Atg3基因表達(dá)和Beclin-62、LC-1I、II和P41蛋白表達(dá)增加。

人類產(chǎn)前接觸砷的影響

a)         706 名孕婦在子宮內(nèi)暴露于砷，結(jié)果顯示出生時(shí)長增加、頭圍減小、嬰兒肥胖減少。

b)        墨西哥城的一項(xiàng)隊(duì)列研究表明，經(jīng)胎盤接觸砷會(huì)增加 SGA 和大于胎齡兒(LGA)的風(fēng)險(xiǎn)，并會(huì)增加母體血液中的砷水平。

c)         一項(xiàng)關(guān)于母體砷暴露的系統(tǒng)評(píng)價(jià)和計(jì)量分析顯示，妊娠期暴露增加了活性反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子長穿插核元件（LINE）和長末端重復(fù)（LTR）中的低甲基化胞嘧啶，從而降低了出生體重、頭圍和出生長度。

總結(jié)

砷污染的主要來源包括飲用水、食品和工業(yè)廢物。砷損害精子質(zhì)量，降低精子數(shù)量，精子活力，誘導(dǎo)精子凋亡，以及睪丸和附睪組織和精子DNA受損。砷的生殖毒性知之甚少，砷誘導(dǎo)的男性生殖毒性的分子機(jī)制尚不清楚。炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、自噬和細(xì)胞凋亡是一些可能的砷介導(dǎo)的毒性途徑。未來的研究需要確定更多的植物成分并了解它們的分子機(jī)制，以完全減輕或逆轉(zhuǎn)砷中毒的有害影響。

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