三、卵巢毒理学研究的未来与展望(The Future and Prospect of the Ovarian Toxicology)

鉴于女(雌)性机体在生殖系统解剖、生理及繁衍后代等方面的特殊性,环境有害因素对女(雌)性生殖毒性及其机制的研究引起广泛兴趣与重视。卵巢,作为女(雌)性重要性腺器官,卵巢毒理学研究一直备受学界高度关注,近年来取得重要进展。伴随现代毒理学学科及其研究技术与方法的发展,特别是分子生物学和计算机科学的长足进步,为卵巢毒理学的发展和未来开拓了广阔的前景。

(一)新学科领域的研究不断拓展

科学的发展总是在学科的进一步合与分、分与合的循环反复过程中不断发展。现代毒理学新的分支学科不断出现,为卵巢毒理学的发展开辟了新领域,如与分子生物学和生物化学融合形成的生化与分子毒理学,与“组学”技术和生物信息学结合形成毒理基因组学(toxicogenomics)和毒理蛋白质组学(toxicoprotenomics),与系统生物学融合为系统毒理学(systems toxicology),与比较生物学融合为比较毒理学(comparative toxicology),与时间生物学融合为时间毒理学。毒理学与现代的计算机信息技术及分子生物学和化学融合形成计算毒理学(computational toxicology)和预测毒理学(predictive toxicology)等以及循证毒理学(evidence based toxicology)、发现毒理学(discovery toxicology)和科学毒理学(science based toxicology)的理念。

(二)体外实验技术与方法创新发展

传统毒理学以整体动物实验为主要研究手段。但从伦理角度以及来自公众和动物保护组织的压力,近年来已提出和践行着“3R”原则,并将不断完善和应用。卵巢毒理学体外实验研究方法与技术需要且将得到进一步创新与发展,如全卵巢培养、卵巢细胞共培养、卵细胞或颗粒细胞培养、新的卵巢细胞系等技术的建立、改善和应用等。即便如此,基于下丘脑-垂体-卵巢轴平衡调节在毒物对卵巢毒作用及其生物学机制研究中的复杂性及其特殊性,整体动物实验在卵巢毒理学研究中的“替代”还需要时间,故新型实验动物、新基因动物模型、计算机动物模型等的研究与应用将不断推进。

(三)多水平多维度研究全方位开展

在生命周期的不同阶段抑或在成年期月经(动情)周期的不同时期,卵巢的结构与功能均呈现明显不同的解剖学、生理学等特点,故毒物在不同时点的暴露引起的毒作用后果不同;微观的细胞分子水平的毒理学研究可揭示毒物相关的细胞过程和分子事件,阐明毒作用机制和特点,而生物体是极其复杂的开放的大系统,受到环境中复杂多变的各种因素的影响,可产生多层面、多靶位、多终点的效应。因此,卵巢毒理学研究只有从群体、个体、器官、组织细胞、分子等不同水平进行研究,互为补充,才能综合地解决多方面的问题。现代生物技术的迅速发展,特别是近年来发展的高通量“组学”和芯片技术,为解决这些问题提供了新的科研思路和技术手段。

(四)卵巢表观遗传毒理学研究方兴未艾

卵巢细胞结构与功能在机体生命周期不同阶段生长发育周期性特点受遗传基因的调控,也易于受到环境有害因素的影响,卵巢表观遗传毒理学研究受到高度关注。在某种意义上,表观遗传机制可能比遗传机制更加有助于探讨和阐明环境、基因与疾病之间的联系。表观遗传学将成为阐明卵巢毒作用机制的重要研究领域之一。表观遗传是指无脱氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid,DNA)序列变化且可通过有丝分裂和减数分裂在细胞和世代间传递的基因表达的改变。目前认为,表观遗传的改变主要涉及DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑以及微核糖核酸(microribonucleic acid,microRNA)、干扰短RNA(short interfering RNA,SiRNA)、长链非编码RNA、互补RNA(complementary RNA,cRNA)等。许多环境有害因素(如镉、农药、电离辐射等)可以通过基因组的遗传的变异产生潜在的毒理学作用和可遗传的表型改变,导致卵巢的肿瘤、毒性损害、功能早衰等以及其他多种人类疾病,如衰老、印记综合征、免疫疾病,神经和精神行为疾病。毒物、刺激和干预,包括环境内分泌干扰物、营养、母体照顾和母体应激等诱导的、可跨代遗传表观遗传改变,值得关注。例如,镉暴露对卵巢颗粒细胞凋亡及激素合成分泌功能的影响可能存在表观遗传改变的传代、跨代毒效应等。由于表观遗传改变的可逆性,改善环境、适当的营养补充和针对性的干预措施可以通过表观遗传特征而逆转不利的基因表达模式和表型。这为卵巢毒性损害的预防、早期诊断和治疗提供了新的思路。环境表观遗传改变进一步调控机制的研究与阐明是一个新的热点与难点问题,如microRNA上游基因甲基化状态、前体microRNA的修饰、转录因子以及M-6-A RNA甲基化等在机制参与中的改变等。

(五)人群(体)研究越来越受到重视

随着转化医学和转化毒理学理念的提出,人群(体)研究在毒理学研究中再次引起重视,包括群体研究和个体化研究。人群流行病学调查研究在揭示环境有害因素对人类健康损害(包括卵巢毒性)及其发生发展规律、因果联系及其影响因素以及验证动物实验研究资料等中的作用越来越受到高度重视。同时,个体化医学逐渐被关注。在卵巢疾病或毒性损害的发生、发展及治疗过程中,不同个体之间存在很大差异。单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)和单体型比其他的遗传标志物更能揭示外源化学物毒作用在个体间存在差异的本质,这将为卵巢毒性损害和疾病的诊断、治疗和预防的研究开拓广阔前景。在严格的医学伦理学规范下,应用人体材料获得毒理学信息十分有价值,如人卵巢颗粒细胞培养应用、人卵巢卵泡液成分检测等。

(六)卵巢毒理学的研究需要不断拓展和深化

目前,卵巢毒理学研究仍然面临不少问题与挑战。卵巢的基础研究期待突破,如卵巢细胞发生、生长发育、成熟的过程及其调控的生物学机制问题,卵巢各类细胞间的相互关系问题等。研究技术与方法的发展与规范,如原代卵母细胞、颗粒细胞及其他卵巢细胞的培养技术,卵巢细胞的共培养技术,胚胎干细胞定向分化为各类卵巢细胞技术,以及现代分子生物学技术和基因动物模型的引入与建立等。研究内容的不断扩展与深入,如导致生殖细胞发生突变及其修复问题,毒物对卵巢细胞缝隙连接功能的影响,对卵巢细胞损伤修复机制的影响等研究等,在此不做进一步阐述。

(张文昌)