孕期接觸被污染的空氣，會導致男性后代不育？
汽車尾氣。圖片來源：flickr/Simone Ramella
原文作者：Priya Mistry
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炭黑納米顆粒（carbon black nanoparticles）被廣泛應用于橡膠制品中，它是塑料、油漆和油墨中的一種常見顏料，同時也被用于模擬空氣污染顆粒的研究。以往的研究已經(jīng)證實這些顆粒具有毒性作用，如小鼠研究表明，母體暴露于炭黑納米顆粒會影響雄性小鼠后代的精子數(shù)量。
在接下來的分享中，Karin S?rig Hougaard博士和他的博士生Astrid Skovmand討論了他們近期發(fā)表在Particle and Fibre Toxicology上的一篇文章。這篇論文中報告的研究結果與先前的研究不同，指出母體暴露于炭黑納米顆粒并不會影響雄性小鼠后代（第四代）的精子數(shù)量。
是什么促使您想要研究這一問題？ 我們研究小組已經(jīng)針對孕婦職業(yè)暴露對胎兒編程（fetal programming）的影響開展了20多年的相關研究，以探究這些職業(yè)暴露是否會對懷孕期間工作的婦女構成風險。胎兒編程假說認為環(huán)境因素可能影響胎兒的發(fā)育，從而使孩子為出生后的生存條件做好準備。自2006年以來，我們開展的大部分研究都集中在通過吸入納米級顆粒對胎兒編程的潛在影響上。 在過去十年中，顯而易見的是，許多后代胎兒的器官（例如中樞神經(jīng)、心血管和免疫系統(tǒng)）可能受到母體在顆粒物環(huán)境中暴露的影響。由于生殖功能是個體生命中非常重要的一部分，因此我們想了解母體呼吸道暴露于顆粒物是否也會影響男性后代的生殖功能。在丹麥，育齡期女性的就業(yè)率很高，因此，產(chǎn)前職業(yè)暴露的不利影響是我們特別感興趣的一個研究領域。 您能否談談該領域之前的相關研究，以及您的這項研究是如何在此基礎上開展的? 此前只有少數(shù)研究調查了顆粒物暴露的結果。該領域的第一項研究是在妊娠期間將妊娠小鼠暴露于納米炭黑顆粒中兩次。結果在雄性后代中觀察到睪丸結構變化和每日精子生成量減少。 隨后，我們研究小組發(fā)現(xiàn)，在母體暴露于炭黑顆粒后，后代的精子生成量減少，但這是發(fā)生在雄性生殖系的第二代后代中，而不是在第一代雄性后代中。這讓我們不得不思考，母體接觸是否不僅會影響第一代，也會影響之后的后代。因此，我們設計了這項四代研究。 這種模型在多大程度上可反映人類中的情況？ 一些監(jiān)管指南建議使用嚙齒類動物研究來調查母體接觸化學物質對后代生殖能力的潛在影響。在這項研究中，我們使用了職業(yè)相關暴露水平下與人類最相關的暴露途徑，即吸入。 工程納米顆粒的職業(yè)性暴露可能發(fā)生在生產(chǎn)、精煉、裝袋和運輸過程中。某些職業(yè)，如消防員和焊接工，也可能接觸到高濃度的納米顆粒。然而，炭黑顆粒通常用于模擬空氣污染顆粒的暴露，例如來自柴油燃燒的污染顆粒。接觸后者可能發(fā)生在工作和私人生活中。 在我們的研究中，暴露開始于妊娠第4天，但在職業(yè)暴露的婦女中，暴露可能早在懷孕前就開始了，因此顆?？赡茉诜谓M織中蓄積，并可能在受精時移位到生殖器官中。人類和嚙齒類動物胎盤之間的差異，即構成母體與胎兒之間的界面并負責營養(yǎng)物質交換的器官，也可能暗示人體內(nèi)有更多的顆?？梢赞D移到胎兒體內(nèi)。最后，人類可能比小鼠更容易受到有毒物質的傷害。我們確實缺乏關于生殖毒性顆粒測試的標準測試方案和模型適用性的相關知識。 您能給我們講講實驗是如何設計的？特別是所使用的劑量代表什么嗎？ 妊娠小鼠從妊娠第4天至第18天（即小鼠妊娠20天中的15天）每天暴露45分鐘。在丹麥，炭黑顆粒的加權平均職業(yè)暴露極限為3.5 mg/m3，暴露時間約8小時。本研究中，低劑量組小鼠平均暴露于4.6 mg/m3顆粒物，高劑量組暴露于37 mg/m3顆粒物，暴露時間為45分鐘。這分別相當于1小時和8小時的平均職業(yè)暴露。因此，我們以職業(yè)相關暴露水平為標準研究了小鼠暴露于炭黑顆粒物的情況。 這項研究帶來哪些啟示？下一步的研究計劃是什么? 結果令人欣慰，因為我們在四代雄性小鼠中的任何一代中均未觀察到母體暴露于炭黑顆粒后對雄性動物生育力的不良影響。但是，現(xiàn)在就得出“丹麥人群在職業(yè)暴露限度內(nèi)暴露于碳顆粒不會對男性后代的生殖能力造成危害”這一結論還為時過早。這是因為人類可能比小鼠更容易受到有毒物質的傷害，而且如上所述，人類可能在妊娠前就已經(jīng)開始接觸有毒物質了。 有趣的是，在我們研究的第一代雄性和雌性小鼠中，我們觀察到了中樞神經(jīng)系統(tǒng)的變化，這表明炭黑顆粒對其他器官系統(tǒng)的毒性作用可能低于雄性生殖發(fā)育毒性的水平。關于我們下一步的工作，我們已經(jīng)收集了幾代后代的樣本，并非常有興趣與相關研究人員建立聯(lián)系，來探索由母體暴露于顆粒而引起的四代小鼠的表觀遺傳學變化。
相關論文信息
Effects of maternal inhalation of carbon black nanoparticles on reproductive and fertility parameters in a four-generation study of male mice. Particle and Fibre Toxicology. doi: 10.1186/s12989-019-0295-3.
