二、卵巢毒理学研究方法(Research Method in the Ovarian Toxicology)
卵巢毒理学作为探索性基础研究,近年来随着细胞分子生物学及“组学”的理论及技术被引入,在分子水平上,许多新的技术和方法不断出现。总体而言,研究方法可归纳为两大类。
(一)依研究对象分类
根据研究所应用的实验对象不同,卵巢毒理学研究方法可分为3类。
1.整体动物实验
又称为体内实验,是毒理学研究中最传统和主要的研究方法。基于完整的下丘脑-垂体-卵巢轴等神经内分泌调控系统等对卵巢结构与功能维持的独特性,整体动物实验(即体内实验)一直以来是卵巢毒理学应用广泛的主要方法。常用的实验动物包括啮齿类动物(如大鼠、小鼠、豚鼠、仓鼠等)和非啮齿类动物(如比格犬、猴、小型猪等)。
基因改造动物既能观察动物的整体效应,也能较精确地观察特定靶分子的特定改变。
转基因动物(transgenic animal)是指用人工方法将外源基因导入或整合到其基因组内,并能将此外源基因稳定地遗传给下一代的一类动物。转基因动物模型是深入理解特定基因的生物学途径和系统的强有力的工具,已经应用到卵巢毒理学研究。这些模型主要分为一般毒性研究模型、生殖检测模型和毒物代谢研究模型。也有学者将携带有特定报告蛋白(绿色荧光蛋白、荧光素酶、胸苷激酶)的转基因小鼠应用于毒理学中,这有助于用无创成像技术在动物的整个生命周期中进行检测,并能及时重复观察,因此提供了一个完整的毒作用的时空观察。近年来,携带人类基因的人源型转基因小鼠模型也已被开发和应用。
基因敲除动物是一种在基因组水平上改变或破坏靶基因结构,使其功能完全丧失的实验技术。该系统的建立,使得对基因靶位时空操作更加明确、效果更加可靠,其发展为卵巢细胞生长发育毒性、毒作用分子与遗传、表观遗传机制等研究提供了一种新的有效研究手段。目前,基因敲除动物模型主要用于遗传毒理学和基因功能鉴定以及表型研究等。
2.器官/组织/细胞试验
又称体外实验。毒理学研究中体外实验最常用的是器官灌注系统、组织切片、分离细胞悬浮培养、建立细胞系、原代细胞培养以及细胞器和酶的分离制备。近年来,还使用了干细胞、不同转化或分化阶段的细胞、不同细胞类型的共培养、三维培养、微团块培养及屏障系统以及转染后表达人类基因和蛋白的动物细胞等,如全卵巢培养、卵巢切碎组织培养、卵巢颗粒细胞原代培养、小鼠胚胎干细胞诱导分化为卵巢颗粒细胞共培养体系等。
临床上被切除或检查后弃用的人体卵巢、卵巢组织、卵巢细胞也被应用于研究,如人卵巢卵泡液、卵巢颗粒细胞体外培养毒物毒性研究等。
体内与体外实验各有优点和局限性,如体内实验具有与人体更相似的神经系统、内分泌系统和免疫系统等调节内环境条件但存在相对较多的影响因素,而体外实验则实验系统相对稳定、简便、高效但与机体内环境实际生态存在差距,故应根据实验目的和要求加以选择和应用。
3.人群调查研究
在人群中调查和研究毒物对人体产生毒作用的表现和规律,可获得比动物实验研究更直接、更可靠的毒理学资料。
(1)中毒病例临床观察:
中毒病例常见于偶然发生的事故,如职业中毒、误服、自杀、突发中毒事件、环境污染灾害等急、慢性中毒(如制鞋业女工正己烷慢性中毒者卵巢功能损害、环境雌激素污染致女童性早熟等),常可进行中毒病例的毒物暴露指标检测、毒动学与毒效学研究、卵巢结构和功能损害的检测、治疗和康复的观察等。
(2)人体志愿者试验:
在不损害人体健康和遵循医学伦理学的原则下,有时可设计一些人体志愿者试验,而这仅限于接触剂量低、时间短、毒作用可逆的化学物。目前国外健康志愿者的毒理学研究资料备受重视。
(3)人群流行病学调查:
人群流行病学调查常可获得比动物实验更直接、更可靠的毒理学资料,尤其是毒物与卵巢毒作用间关联关系及其影响因素的研究,如不同镉污染区域育龄妇女月经状况与妊娠结局的影响调查、环境内分泌干扰物暴露与卵巢功能损害出生队列研究等。
近年来,分子流行病学在毒理学的应用研究方兴未艾,在21世纪的卵巢毒理学研究中将会得到更大的应用和发展。
(二)依研究检测技术分类
1.化学仪器分析
各类物质及其代谢产物(如卵巢毒物、卵巢激素、生物标志物等)化学分析主要采用的仪器有气相色谱(gas chromatography,GC)、高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)、气相层析-质谱联用(简称气质联用;gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)、液质联用(HPLCMS)、串联质谱(MS-MS)、原子吸收分光光度计、电耦合等离子发光分光光度计(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry,ICP)、可见或紫外可见分光光度计及其他一些常规化学分析仪器等。
2.分子生物学研究
随着分子生物学技术的发展,分子生物学技术和手段在卵巢毒理学研究领域的应用不断深入,从分子水平研究和揭示毒物造成损害的靶点和分子机制,如对遗传损伤位点、受体作用分析,对蛋白质、酶及基因表达调控影响等分子水平进行研究和分析。
3.计算技术和生物信息分析
计算机科学和信息技术飞速发展,为进一步理解毒物毒性途径和机制提供了重要的工具。
用计算机技术与数学模型去理解复杂的生物过程,这一领域称为计算生物学。作为计算生物学的重要分支学科,计算毒理学(computational toxicology)研究化学结构与其毒性关系,应用数学及计算机模型来预测、阐明化学物的毒作用及作用机制。应用对化学物结构与毒性关系进行大量研究积累的大量数据,建立相关数据库,以这些数据为基础,通过计算机科学和人工智能技术进行数据挖掘,把握规律,建立化学物毒性计算机预测模型,进而根据模型对正在研究的或新的化合物可能的毒性、毒性靶器官等进行预测。毒性预测方法主要有两类:一类是以化合物本身为基础,主要是研究结构与毒性的定量关系;另一类是以毒性靶分子结构为基础,主要是在分子水平上研究与毒性的关系,又被称为分子机制法。
利用业已建立的生物信息学数据库,预测毒物的靶标(分子),推断可能的信号通路,进而通过分析、鉴定、验证研究,这已成为毒物毒作用分子生物学网络调控机制的重要方法之一。