甲狀腺作爲人和動物最大的內分泌器官,在促進機體的基礎代謝、生長和發育等方面至關重要。因此,關於環境內分泌干擾物對甲狀腺影響的研究將成爲繼探索其與人類生殖障礙、發育異常有關生態效應之後的又一研究熱點。
一、作用於甲狀腺的環境內分泌干擾物的分類
已被證實和或疑似影響甲狀腺的環境內分泌干擾物有數百種,包括多滷芳烴類、有機氯殺蟲劑和除草劑、抗真菌藥物、高氯酸鹽和重金屬等。
1、植物激素類
人們在20世紀20年代發現大豆、蕪青、捲心菜中含有抗甲狀腺激素成分。最近,Chandra 等研究報道,甘藍、花椰菜等含氰植物能抑制甲狀腺過氧化物酶活性,從而抑制甲狀腺激素活性而導致甲狀腺腫和甲狀腺功能低下,並且,這些物質的活性不被烹飪所破壞。
2、人工合成的化學物質
(1)多滷芳烴:多氯聯苯化合物(Polychlorinated Biphenyls ,PCBs)是一類具有發育毒性的化合物,具有良好的化學穩定性、熱穩定性、阻燃性等,長期被廣泛應用於各種生產領域。由於PCBs理化性質穩定,難以降解,其半衰期長達40年左右,如果長期累積加上某些異構體高度的生物富集性和毒性,即可通過干擾代謝步驟影響與甲狀腺激素合成有關的酶而發揮其毒性作用。
(2)樹脂原料:烷基酚類是一類非離子表面活性劑,目前已是全球商用第二大非離子表面活性劑,廣泛用於塑料及彈性塑料生產、紡織加工、農業化學品、乳化及造紙和紙漿工藝等工業生產;在家用市場中,烷基酚類主要用做洗衣劑及硬表面清潔劑。
雙酚A(Bisphenol A,BPA)是生產聚碳酸酯和環氧樹脂的重要原料,在嬰兒奶瓶、微波爐餐具及許多食品飲料的包裝材料中都用到這些物質。以BPA爲原料製成的樹脂用作牙齒填充劑和包封劑時,BPA可從治療後的牙齒滲漏到唾液中。
(3)殺蟲劑和除草劑:近幾十年來,世界範圍廣泛使用的有機氯殺蟲劑有林丹,狄氏劑、DDT、氯酮等。它們在人和動物體內,特別是脂肪組織內蓄積,會長期危害人和動物的健康。擬除蟲菊酯農藥對蔬菜、茶葉和果樹害蟲的防治起着重要作用,但是,由於施藥週期和施藥技術等多方面的問題導致農藥殘留超標。殺蟲劑和除草劑大量的噴灑污染了土壤、水源及動植物。
(4)抗真菌化合物:二硫代氨基甲酸酯類(DCs)是一種廣泛應用的抗真菌化合物,研究發現,口服DCs 可使大鼠血清T3、T4降低, 並反射性地升高促甲狀腺素水平, 導致甲狀腺增生和結節性甲狀腺腫。此外, 亞乙基硫脲、福美鋅以及亞乙基雙硫代氨基甲酸鋅能抑制甲狀腺過氧化物酶的活性,從而干擾甲狀腺素的合成。
(5)金屬類: 金屬類內分泌干擾物對天然激素大多呈現拮抗作用。研究表明, 鉛能降低垂體生長激素釋放激素的生理作用 , 而銅、鋅、鉛對甲狀腺有致癌作用。
二、環境內分泌干擾物對甲狀腺的影響及其機制
甲狀腺激素在維持機體的生長髮育和代謝平衡方面扮演重要角色。生理狀態下,下丘腦-垂體-甲狀腺軸是保持甲狀腺激素動態平衡的關鍵因素,因此,任何導致下丘腦-垂體-甲狀腺軸功能異常的干擾物都會影響甲狀腺激素的合成、分泌和代謝過程。
1、對甲狀腺形態學的影響
環境中積累的內分泌干擾物可導致甲狀腺組織和超微結構的改變,主要使機體甲狀腺呈現甲亢或甲減的表現。有報道PCBs等能促使大鼠甲狀腺淋巴濾泡細胞的肥大和增生,濾泡上皮細胞變性,淋巴細胞浸潤。而五氯酚等能使羊的甲狀腺濾泡變小。
2、對甲狀腺功能的影響
環境內分泌干擾物可以影響甲狀腺激素的合成、分泌、貯存、釋放、轉運、清除等各個環節,還與甲狀腺激素競爭性結合甲狀腺球蛋白,模擬甲狀腺激素作用等,使甲狀腺功能發生紊亂,表現爲甲狀腺功能亢進或減退。
(1)影響甲狀腺激素的合成、貯備、釋放、轉運和清除
人體甲狀腺激素合成後貯備在分泌泡內,這種方式對維持機體甲狀腺激素水平的動態平衡至關重要。水楊酸化合物及大侖丁會影響甲狀腺素結合蛋白的功能,從而改變循環中甲狀腺素的水平。影響其他激素轉運載體的化合物同樣會影響相應激素的水平。如二噁英(dioxin) 會促進醛糖還原酶的活性使甲狀腺素的清除加快。一些致甲狀腺腫的物質通過增加肝微粒體酶的活性促進外周甲狀腺激素的代謝,從而破壞甲狀腺激素系統的動態平衡。
(2)與甲狀腺激素受體或甲狀腺激素結合蛋白結合
天然的和人工合成的化學物質能作爲促進劑或拮抗劑與甲狀腺激素受體結合,體外研究也發現,PCBs能改變甲狀腺激素受體(TR)構象,促進其水解代謝,進而損害TH基因的敏感性。還有資料證明,除草醚等能作用於甲狀腺激素受體,調節該受體基因表達,從而影響甲狀腺激素的作用。多氯聯苯及二噁英類物質還可結合於甲狀腺素結合蛋白,影響體內T4的水平。
(3)模擬甲狀腺激素的作用
某些環境內分泌干擾物具有類甲狀腺激素的作用。Shiraishi等報道,人工合成的一種PCBs能模擬甲狀腺激素的活性發揮作用,使甲狀腺激素很快被分解從血液中清除,而這些化學物質卻能持久的停留在體內,擾亂正常的代謝過程。
(4)影響甲狀腺激素合成過程中的關鍵酶
甲狀腺過氧化物酶是甲狀腺激素合成的關鍵酶。有許多內分泌干擾物會抑制這種酶的活性,如抗甲狀腺藥物(丙基硫氧嘧啶)、多滷芳烴類化合物、芳族胺(磺胺塞唑)、多元酚(間苯二酚),其他還有許多天然抑制物,如蕪箐和十字花科蔬菜中的甲狀腺腫素,一些植物中的雌激素類物質也抑制甲狀腺過氧化物酶的活性。
(5)干擾下丘腦-垂體-甲狀腺軸的功能
環境內分泌干擾物能促使T4葡萄糖醛酸化加速,使T4血漿清除率加快,外周T4水平下降,繼而反饋性地使TSH釋放增加,刺激甲狀腺細胞增殖,甚至導致甲狀腺新生物的形成。但是,有研究顯示,暴露於PCBs混合物或單個同類物均可使血漿T4水平顯著下降,而對T3水平影響不大,故一般不引起TSH升高。
(6)影響神經、免疫等其他系統的功能
業已證實,神經、免疫、內分泌系統之間有着複雜的相互關聯。某些具有較強神經或免疫毒性的EDCs可通過影響胚胎或生長髮育期的神經或免疫系統而間接影響甲狀腺的功能。同樣,甲狀腺功能的異常也必然影響神經系統的發育及免疫系統的正常功能。
3、對甲狀腺的致癌作用
PCBs對甲狀腺的潛在致癌作用已經得到確認。另外,丙基硫氧嘧啶能促進亞硝胺誘發甲狀腺癌。經胎盤受亞硝基脲(MNU)影響的胎兒出生後神經系統、腎臟的腫瘤發病率無明顯升高,但甲狀腺癌的發生率卻顯著增高。
三、環境甲狀腺干擾物的篩查方法
篩查是指應用科學的方法來鑑定某種化學物是否具有環境內分泌干擾物的各類效應特徵,以確定該化學物是否屬於EDCs的範疇,這是識別、研究和控制EDCs污染和保障人類健康的前提,也是目前EDCs研究中最急需解決的問題。美國環境保護局提出了環境內分泌干擾物甄別方法體系,其包括第一層次的篩選( T1S) 和第二層次的實驗( T2T) 。以下簡單敘述環境甲狀腺干擾物的篩查方法。
1、整體動物實驗
整體動物實驗使最常用的檢測甲狀腺激素活性的方法,該方法能真實的評價環境內分泌干擾物對動物的干擾效應。
(1)甲狀腺激素濃度和組織學檢查
血清激素濃度是反映甲狀腺功能的最好指標,美國甲狀腺協會建議監測血清TSH和FT4作爲判斷甲狀腺功能的指標。因此,可以通過檢測實驗動物血清甲狀腺激素濃度來篩查可能影響甲狀腺功能的環境內分泌干擾物。但是,由於血清激素濃度容易受到精神等因素影響,有必要同時進行組織學的方法檢測甲狀腺的病理變化。
(2)生長髮育的檢查方法
在人和哺乳動物,甲狀腺激素(看你原來是怎麼寫的,科學需要很嚴謹,來不得馬虎!)是維持正常生長和發育不可缺少的物質,對骨和腦的發育尤爲重要。觀察研究生長髮育的動物爲篩查環境干擾物對甲狀腺激素功能的最佳模型,篩查的內容包括:①神經系統發育檢查②行爲學檢查③男性生殖發育系統檢查。
整體動物實驗靈敏度較高,經濟、方便、省時,對某些需要體內代謝活化纔有內分泌干擾活性的物質和中間代謝產物可以很好的檢出。但也存在一定的侷限性,動物對同一外來的甲狀腺激素的反應性個體差異大,受動物年齡、品系、營養狀態等的影響。
2、體外實驗研究
(1)青蛙變態實驗
研究證明,在兩棲動物的正常發育過程中,甲狀腺激素是導致肢體的生長和分化的必需物質。環境內分泌干擾物篩查和檢查諮詢委員會(EDSTAC)應用青蛙變形檢測方法來檢測環境干擾物對兩棲動物生長髮育的影響。
(2)細胞水平研究
體外細胞水平的研究可以有效控制機體全身其他因素的影響,達到實驗條件的理想化,是篩查的有效和安全的工具。正常Fischer大鼠甲狀腺細胞系(FRTL-5)是著名的在體內對促甲狀腺激素(TSH)有功能反應的細胞系,也是體外研究甲狀腺病理生理機制的有用模型。應用該細胞系,很多TSH誘導的功能反應已有論述,如碘內流、捕獲、外流和甲狀腺球蛋白的合成、分泌和碘化,甲狀腺過氧化物酶合成和活性、TSH的細胞生長效應、甲狀腺濾泡細胞吞噬活性等。其他人體和動物的甲狀腺細胞的原代培養也是篩查的有效工具。
3、流行病學調查
大範圍或局部地區的流行病學調查常用於篩查環境內分泌干擾物對人羣甲狀腺的干擾作用。Langer等對斯洛伐克地區的調查研究顯示,環境內分泌干擾物污染嚴重的地區,人羣甲狀腺疾病包括甲狀腺功能減退、甲狀腺腫大、甲狀腺癌的發病率均明顯升高。越來越多的資料提示,環境內分泌干擾物不僅影響甲狀腺功能,誘發自身免疫性甲狀腺疾病,而且,還有潛在的致甲狀腺腫瘤的作用。因此,局部地區或大範圍的流行病學調查是環境內分泌干擾物篩查的一項有效措施。
五、展望
儘管對一些有肯定毒性作用的環境內分泌干擾物已經禁止生產,但由於多年使用的蓄積,環境中仍有這些物質的存在。其他還有許多目前疑似的內分泌干擾物,它們對人和動植物及整個生態系統的危害或潛在影響也不可忽視。所以,目前的研究必須關注:(1) 制定快速、有效和經濟的甲狀腺內分泌干擾物篩查和檢查方法;(2)制定甲狀腺內分泌干擾物毒性作用的定量標準;(3)建立動物模型,系統地研究內分泌干擾物在分子、細胞和整體水平對甲狀腺的影響;(4)開展流行病學調查,確定污染區域,進行健康教育,避免再次污染。
總而言之,環境內分泌干擾物對甲狀腺的形態和功能等多方面都具有顯著影響,需要給予足夠的關注,並進行深入細緻的實驗與臨牀研究。
(錢春花 唐偉劉超)