樓欽欽，田密，秦占芬，* ，魏無際

1．南京工業(yè)大學(xué)環(huán)境學(xué)院，南京210009

2．中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100085

劑量-效應(yīng)關(guān)系是毒理學(xué)研究的核心內(nèi)容之一。 經(jīng)典毒理學(xué)理論認(rèn)為，有毒物質(zhì)在一定劑量下產(chǎn)生毒害作用，其劑量-效應(yīng)曲線呈單調(diào)特征(monotonicity)，即隨劑量的增加效應(yīng)呈線性或非線性的增加或降低(圖1A-1、A-2和B-1、B-2)。近年來，隨著毒理學(xué)研究的進(jìn)展，一些研究顯示除單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線外，還存在著另外一類可能更為普遍的非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線(non-monotonic dose-response)，即在一定的劑量范圍內(nèi)，劑量-效應(yīng)曲線的斜率可發(fā)生正負(fù)的轉(zhuǎn)換(圖1C-1、C-2和C-3)，其中U型和倒U型劑量-效應(yīng)曲線是最常見的2種非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線形式。在U型劑量-效應(yīng)曲線中，最大效應(yīng)發(fā)生在高低劑量的兩端，隨劑量的增加斜率由負(fù)值轉(zhuǎn)為正值;倒U型劑量-效應(yīng)曲線中，最大效應(yīng)發(fā)生在中間劑量隨劑量的增加斜率由正值轉(zhuǎn)為負(fù)值;有的非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線更為復(fù)雜，隨劑量的增加斜率發(fā)生多次正負(fù)的轉(zhuǎn)換。除以上這些類型的劑量-效應(yīng)曲線外，還存在一種二元型(binary)的劑量-效應(yīng)曲線，即在一定的閾值下不產(chǎn)生某一效應(yīng)，當(dāng)劑量到達(dá)閾值后才出現(xiàn)效應(yīng)，但效應(yīng)的大小不會(huì)隨著劑量的增加而增加。雖然毒物興奮效應(yīng)(hormesis)也呈現(xiàn)U型或倒U型劑量-效應(yīng)曲線，但一般認(rèn)為毒物興奮效應(yīng)是機(jī)體對(duì)壓力產(chǎn)生的適應(yīng)性反應(yīng)［1］，且目前學(xué)術(shù)界對(duì)毒物興奮效應(yīng)的認(rèn)識(shí)還存在爭(zhēng)議［2-5］，所以本文所討論的非單調(diào)劑量-效應(yīng)不包括毒物興奮效應(yīng)。

圖1 典型劑量-效應(yīng)曲線［14］

雖然從20世紀(jì)60—70年代就已經(jīng)有關(guān)于非單調(diào)劑量-效應(yīng)的報(bào)道［6-7］，但在接下來的30多年里，非單調(diào)劑量-效應(yīng)并沒得到充分的關(guān)注。直到21世紀(jì)初，非單調(diào)劑量-效應(yīng)才開始真正得到關(guān)注［8］。目前發(fā)現(xiàn)大多數(shù)激素的生物學(xué)效應(yīng)都呈現(xiàn)非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系［9-10］，相應(yīng)的一些內(nèi)分泌干擾物的活性也被證明具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系［11-12］。隨著非單調(diào)劑量-效應(yīng)研究案例的不斷增加，一些科學(xué)家也開始致力于非單調(diào)劑量-效應(yīng)機(jī)制的探索［13］。目前，細(xì)胞毒性、細(xì)胞和組織特異性的受體和共因子、受體選擇性、受體下調(diào)和脫敏、受體競(jìng)爭(zhēng)、內(nèi)分泌負(fù)反饋等機(jī)制可一定程度上解釋非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系［14］。非單調(diào)劑量-效應(yīng)向以線性閾值劑量-效應(yīng)模型為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)毒理學(xué)理論以及現(xiàn)有的管理毒理學(xué)框架提出了挑戰(zhàn)。

本文就內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)研究進(jìn)展做一綜述，涉及典型的非單調(diào)劑量-效應(yīng)研究案例、可能的機(jī)制以及給管理毒理學(xué)中的化學(xué)品風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)帶來的挑戰(zhàn)3方面內(nèi)容。

1 內(nèi)分泌干擾物的非單一劑量-效應(yīng)典型案例

激素對(duì)脊椎動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育以及生殖、神經(jīng)、免疫等各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的維持起重要作用。目前已知雌激素、雄激素、孕激素、甲狀腺激素等多種激素的生物學(xué)效應(yīng)具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征。同樣，一些具有類激素活性或干擾激素合成、代謝、轉(zhuǎn)運(yùn)等過程的內(nèi)分泌干擾物也具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)。下面就報(bào)道比較多的激素和內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)的案例做一介紹。

1．1 激素的非單調(diào)劑量-效應(yīng)案例

激素通過與細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞膜上的受體結(jié)合而發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)。以雌激素為例，最早的認(rèn)識(shí)是雌激素與細(xì)胞核內(nèi)雌激素受體(ER)結(jié)合為復(fù)合體，復(fù)合體與雌激素靶基因上的受體反應(yīng)元件(ERE)結(jié)合，從而誘導(dǎo)靶基因的表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)［15］。最近，激素的非基因活性理論也得到認(rèn)可，即激素可通過細(xì)胞膜上受體而引發(fā)快速的作用模式產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)［16］。目前有越來越多的證據(jù)顯示激素對(duì)其靶細(xì)胞和靶組織的作用具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征。

雌激素與乳腺的生長(zhǎng)發(fā)育有著密切的關(guān)系，Vandenberg等［17］報(bào)道雌激素在5 μg·kg-1·d-1以下的劑量可促進(jìn)乳腺導(dǎo)管的延伸和末端形成，而在高劑量(5～50μg·kg-1·d-1)下抑制乳腺小管的延伸和末端形成。另外，雌激素也是乳腺癌發(fā)生的危險(xiǎn)因素之一，早期研究顯示雌激素明顯誘導(dǎo)ER陽性的乳腺癌細(xì)胞MCF-7的增殖［18］。然而，進(jìn)一步的研究證明，雌激素在低劑量(10-14～10-11mol·L-1)條件下促進(jìn)MCF-7細(xì)胞增殖，在此劑量范圍內(nèi)呈現(xiàn)單一的線性劑量-效應(yīng)關(guān)系;隨著劑量的繼續(xù)增加(10-11～10-6mol·L-1)，雌激素的增殖效應(yīng)不再發(fā)生變化;但當(dāng)劑量增加到10-6mol·L-1以上時(shí)，雌激素轉(zhuǎn)而抑制細(xì)胞增殖(圖 2)［9］。同樣，雄激素在低劑量時(shí)促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞增殖，而高劑量抑制細(xì)胞增殖，總體呈現(xiàn)倒U型劑量-效應(yīng)曲線［19］。子宮也是雌激素作用的一個(gè)靶器官，低劑量的雌激素暴露可促進(jìn)子宮增重，但當(dāng)劑量增加到1mg·kg-1·d-1時(shí)，子宮增重趨勢(shì)會(huì)下降，呈現(xiàn)倒U型劑量效應(yīng)曲線［20］。孕期低劑量的雌激素處理可促進(jìn)鼠前列腺增生，而高劑量處理可抑制前列腺增生［21］。

瘦素(leptin)是參與糖代謝的一種激素，文獻(xiàn)顯示在不同生物學(xué)水平瘦素都可表現(xiàn)出非單調(diào)劑量-效應(yīng)。如Zhang等［22］報(bào)道，中等劑量的瘦素會(huì)減少體外培養(yǎng)的脂肪細(xì)胞中胰島素介導(dǎo)的糖吸收，而高劑量和低劑量的瘦素能夠促進(jìn)胰島素介導(dǎo)的糖吸收。在組織水平，瘦素對(duì)離體胰島分泌胰島素的效應(yīng)影響呈倒 U性劑量-效應(yīng)關(guān)系［23-24］。同樣，在個(gè)體水平瘦素也具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征，比如中等劑量的瘦素暴露可降低大鼠的食物吸收，而低劑量和高劑量的瘦素卻增加食物吸收［25］。以上這些證據(jù)顯示非單調(diào)劑量-效應(yīng)是激素生物學(xué)效應(yīng)的普遍特征。

1．2 激素相關(guān)藥物的非單一劑量-效應(yīng)案例

圖2 MCF-7乳腺癌細(xì)胞的增殖實(shí)驗(yàn)［9］

激素類藥物是最早被關(guān)注的內(nèi)分泌干擾物之一，如己烯雌酚、苯甲酸雌二醇、乙炔雌二醇、甲地孕酮等，它們通過模擬生理激素的作用達(dá)到治療的目的。三苯氧胺等藥物因?yàn)榭赏ㄟ^與激素受體的作用而干擾生理激素的功能，也成為一類典型的內(nèi)分泌干擾物。還有些藥物如甲巰咪唑，可通過影響生理激素的合成、代謝來調(diào)節(jié)體內(nèi)激素的平衡以達(dá)到治療的目的。這些激素相關(guān)的藥物因?yàn)樽罱K都要通過激素和受體的作用而產(chǎn)生效應(yīng)，所以理論上，它們的內(nèi)分泌干擾作用與生理激素類似，也具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征。目前有越來越多的研究結(jié)果證明確實(shí)如此。

己烯雌酚(DES)人工合成的非甾體雌激素類藥物，能產(chǎn)生與天然雌二醇相同的作用，主要用于雌激素低下癥、晚期乳腺癌的治療。因?yàn)槟軌蚰M生理雌激素的作用，己烯雌酚對(duì)乳腺、子宮、陰道等雌激素的靶器官有明顯的干擾作用，有些報(bào)道顯示這些干擾作用具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征。如 Shelby等［20］報(bào)道 DES 暴露未成年小鼠，10 μg·kg-1·d-1以下的劑量范圍內(nèi)，隨劑量的增加促進(jìn)子宮增重的效應(yīng)增加，而當(dāng)劑量增加到100 μg·kg-1·d-1時(shí)，子宮增重的效應(yīng)明顯降低，整個(gè)劑量-效應(yīng)呈現(xiàn)倒U型曲線。與此相似，Newbold等［26］的結(jié)果也顯示，低劑量的DES促進(jìn)子宮發(fā)育相關(guān)的指標(biāo)，而高劑量的DES抑制子宮發(fā)育相關(guān)的指標(biāo)。另外，DES對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體質(zhì)量、性別比、肛門-生殖器間距離、乳腺發(fā)育的影響也具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系［27-29］。

三苯氧胺是一種雌激素受體拮抗劑，最早用于晚期乳腺癌的治療，但其對(duì)乳腺癌的抑制作用嚴(yán)格依賴于在血液中濃度，一般認(rèn)為，0．1～10μmol·L-1是有效的。但病人用藥開始的2周里，血液中三苯氧胺低于這個(gè)濃度，此時(shí)病人乳腺細(xì)胞的增殖非但不會(huì)被抑制反而會(huì)進(jìn)一步增生;如果繼續(xù)用藥，血液中三苯氧胺升高到有效的濃度時(shí)，才會(huì)抑制乳腺癌的發(fā)展;當(dāng)濃度繼續(xù)增加到10μmol·L-1以上，三苯氧胺將出現(xiàn)急性毒性(圖3)［14］。體外細(xì)胞研究也顯示，高劑量三苯氧胺抑制乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)，而低劑量促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)［30-31］。乳腺癌移植裸鼠模型研究同樣顯示，高劑量三苯氧胺抑制乳腺癌的發(fā)展，而低劑量促進(jìn)乳腺癌的發(fā)展［32］。這些研究很好地證明了激素相關(guān)藥物的內(nèi)分泌干擾作用具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征。

1．3 植物雌激素的非單一劑量-效應(yīng)案例

一般認(rèn)為植物雌激素是植物中具有弱雌激素/抗雌激素作用的化合物。這些化合物通過與ER以低親和度結(jié)合而發(fā)揮雌激素或抗雌激素的作用。目前有些植物雌激素被證明也可通過影響激素的合成代謝調(diào)節(jié)激素水平的平衡［33］。植物雌激素主要包括異黃酮、木酚素和香豆素3類。目前已知，雖然植物雌激素可導(dǎo)致某些動(dòng)物不孕或雌性化［34］，但對(duì)人還沒有此類不良影響，相反植物雌激素對(duì)乳腺癌、前列腺癌、心腦血管疾病、骨質(zhì)疏松、絕經(jīng)綜合癥等與雌激素相關(guān)的疾病有預(yù)防和治療作用［35-37］。在乳腺癌、前列腺癌等雌激素相關(guān)癌癥的防治方面，植物雌激素表現(xiàn)出的主要是抗雌激素作用;而在骨質(zhì)疏松、絕經(jīng)綜合癥等疾病的防治方面，植物雌激素表現(xiàn)出的主要是雌激素作用［38］。研究顯示，植物雌激素表現(xiàn)雌激素活性還是抗雌激素活性是與劑量相關(guān)的。

圖3 三苯氧胺在乳腺癌治療中的劑量-效應(yīng)［14］Fig．3 Dose-response ranges for tamoxifen in breast cancer therapy［14］

染料木黃酮是異黃酮類植物雌激素，在不同劑量下可表現(xiàn)相反的效應(yīng)。如Miodini等［39］曾研究染料木黃酮在0．5～20μmol·L-1對(duì) MCF-7細(xì)胞增殖的劑量-效應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在1μmol·L-1時(shí)有最大促進(jìn)值，當(dāng)濃度大于5μmol·L-1時(shí)則抑制了細(xì)胞增殖。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，染料木黃酮在1和5μmol·L-1時(shí)抑制了ER介導(dǎo)的細(xì)胞生長(zhǎng)，但卻促進(jìn)了2種雌激素調(diào)節(jié)基因pS2和Cathepsin-D基因的轉(zhuǎn)錄。這些結(jié)果顯示，染料木黃酮既可表現(xiàn)出雌激素作用又可表現(xiàn)出抗雌激素作用，具體表現(xiàn)出什么作用取決濃度，另外與檢測(cè)的終點(diǎn)指標(biāo)也相關(guān)。因此在一定劑量范圍內(nèi)，染料木黃酮表現(xiàn)出非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線［40-41］。

除染料木黃酮外，研究結(jié)果顯示玉米赤霉醇、柚皮素、雞豆黃素、香豆素、槲皮素等植物雌激素都可表現(xiàn)出非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線［42-45］，并且非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系可能是植物雌激素的普遍特征。

1．4 農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物的非單一劑量-效應(yīng)案例

目前為止，很多農(nóng)藥被證明具有內(nèi)分干擾作用，如滴滴涕/滴滴伊(DDT/DDE)、阿特拉津、西瑪津、毒死蜱、甲氧氯、乙稀菌核利、馬拉硫磷等等。農(nóng)藥已經(jīng)成為內(nèi)分泌干擾物中不可被忽視的一類。而且，這些農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物中的大部分已被證明具有非單一劑量-效應(yīng)關(guān)系。如Wozniak等［46］報(bào)道DDE 在10-12～10-8mol·L-1的劑量范圍內(nèi)，誘導(dǎo)垂體瘤細(xì)胞分泌催乳素的效應(yīng)呈倒U型曲線，另一種農(nóng)藥硫丹也表現(xiàn)出相似的劑量-效應(yīng)曲線。Ohlsson等［47］研究了咪唑類抗真菌劑咪酰胺對(duì)腎上腺皮質(zhì)瘤細(xì)胞H295R激素分泌的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在0．01～10μmol·L-1的濃度范圍內(nèi)，除皮質(zhì)醇的分泌隨濃度升高而下降外，醛固酮、皮質(zhì)酮、孕酮、17α-羥基-孕酮的分泌隨劑量的變化而呈現(xiàn)倒U型曲線。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，目前積累的農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)的案例也很多。

阿特拉津是一種倍受爭(zhēng)議的內(nèi)分泌干擾物，以它對(duì)兩棲動(dòng)物變態(tài)的影響為例，一些研究顯示對(duì)變態(tài)發(fā)育沒有影響［48-49］，而另外一些結(jié)果顯示對(duì)變態(tài)有影響［50-52］，在這些有影響的結(jié)果中，有的顯示抑制作用［52］，有的顯示促進(jìn)作用［51］。另外，也有研究顯示阿特拉津?qū)蓷珓?dòng)物變態(tài)的影響可能是非單調(diào)劑量-效應(yīng)，如 Larson 等［53］報(bào)道75 μg·L-1的阿特拉津處理抑制虎皮蠑螈變態(tài)，而250μg·L-1時(shí)卻促進(jìn)變態(tài)。Brodeur等［54］報(bào)道阿特拉津在1 mg·L-1時(shí)促進(jìn)南美蟾蜍變態(tài)，而5 mg·L-1時(shí)抑制變態(tài)，其他劑量時(shí)效應(yīng)不明顯。最近Rohr等［55］用變態(tài)分析的方法對(duì)文獻(xiàn)中阿特拉津?qū)蓷珓?dòng)物變態(tài)影響的結(jié)果進(jìn)行了分析，結(jié)果認(rèn)為阿特拉津可以影響兩棲動(dòng)物變態(tài)，根據(jù)劑量的不同，既可表現(xiàn)為促進(jìn)作用也可變現(xiàn)為抑制作用，也就是說阿特拉津?qū)蓷珓?dòng)物變態(tài)的影響具有的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系。以上阿特拉津的研究證明了農(nóng)藥類內(nèi)分泌干擾物劑量-效應(yīng)關(guān)系的復(fù)雜性。

1．5 工業(yè)化學(xué)品類內(nèi)分泌干擾物的非單一劑量-效應(yīng)案例

大量研究顯示雙酚A、壬基酚、酞酸酯、多氯聯(lián)苯(PCBs)、多溴二苯醚(PBDEs)等工業(yè)生產(chǎn)或生活中廣泛應(yīng)用的一些化學(xué)品具有內(nèi)分泌干擾作用，而其中一些內(nèi)分泌干擾作用表現(xiàn)為非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系。

雙酚A是最早被關(guān)注也是目前研究最多的一種內(nèi)分泌干擾物，它的內(nèi)分泌干擾作用涉及生殖內(nèi)分泌、甲狀腺以及相關(guān)的神經(jīng)發(fā)育等多個(gè)系統(tǒng)［56-57］。這些內(nèi)分泌干擾作用都不同程度上表現(xiàn)出非單調(diào)劑量-效應(yīng)。如Markey等［58］報(bào)道，高劑量(100 mg·kg-1·d-1)和低劑量(0．1 mg·kg-1·d-1)的雙酚A處理都能導(dǎo)致小鼠陰道開放，而中間劑量(0．5～75 mg·kg-1·d-1)雙酚A不影響鼠的陰道開放。與此一致，Cabaton 等［59］報(bào)道高劑量(25 μg·kg-1·d-1)和低劑量(25 ng·kg-1·d-1)的雙酚A降低雌鼠的生殖能力，而中間劑量250 ng·kg-1·d-1對(duì)雌鼠的生殖能力沒有明顯影響。Jones等［60］的報(bào)道則相反，雙酚A對(duì)雄性鼠性行為的影響僅發(fā)生在中間劑量(50μg·kg-1·d-1)，而高劑量和低劑量的雙酚A處理沒有效應(yīng)。最近這個(gè)研究組又報(bào)道，雙酚A對(duì)鼠神經(jīng)行為的影響也呈非單調(diào)劑量-效應(yīng)特征［61］。

PCBs是另外一種被研究較多的內(nèi)分泌干擾物，其內(nèi)分泌干擾作用的非單調(diào)劑量效應(yīng)關(guān)系也在很多研究中得到證明。如Muto等［62］報(bào)道二甲基苯蒽誘導(dǎo)大鼠乳腺癌模型中，以250 ng·kg-1的劑量注射PCB126可明顯促進(jìn)乳腺癌的發(fā)生，而高劑量(7．5 μg·kg-1)處理明顯抑制乳腺癌的發(fā)生。進(jìn)一步的在分子水平上的研究也證明了PCB126對(duì)乳腺癌發(fā)生的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系［62-64］。值得注意的是，PCBs內(nèi)分泌干擾作用的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系不僅在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到證明，一些流行病學(xué)的數(shù)據(jù)也支持PCBs對(duì)人體健康作用也存在非單調(diào)的劑量-效應(yīng)關(guān)系。如Lee等［65-66］發(fā)現(xiàn)一些高氯代PCB同類物與糖尿病具有非線性的劑量-效應(yīng)相關(guān)性。有報(bào)道顯示，一些PCB同類物與DNA甲基化也有類似的相關(guān)性［67］。

除雙酚A和PCBs外，壬基酚、辛基酚、酞酸酯和三氯生等很多內(nèi)分泌干擾物都被證實(shí)具有非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系，越來越多的證據(jù)顯示內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)具有普遍性。

2 內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系機(jī)制

隨著內(nèi)分泌干擾物非單調(diào)劑量-效應(yīng)研究案例的不斷增加，這一與經(jīng)典的線性劑量-效應(yīng)關(guān)系不一致的劑量-效應(yīng)曲線已逐漸被接受，并認(rèn)為非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系可能是內(nèi)分泌干擾效應(yīng)更為普遍的劑量-效應(yīng)關(guān)系。因此，一些科學(xué)家開始致力于內(nèi)分泌干擾物非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系機(jī)制的研究。

2．1 細(xì)胞毒性

一些環(huán)境物質(zhì)的內(nèi)分泌干擾活性是基于體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)獲得的，如評(píng)價(jià)雌激素活性的乳腺癌MCF-7(或TD47)細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)、評(píng)價(jià)雄激素活性的前列腺癌LNCaP-FGC細(xì)胞增殖實(shí)驗(yàn)等。在這些體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，一些內(nèi)分泌干擾活性表現(xiàn)出的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系可部分地用細(xì)胞毒性解釋，即低劑量下表現(xiàn)出的對(duì)細(xì)胞增殖的促進(jìn)作用是激素受體介導(dǎo)的作用，是真正的內(nèi)分泌干擾活性的表現(xiàn);而高劑量時(shí)表現(xiàn)的對(duì)細(xì)胞的抑制作用則是細(xì)胞毒性的結(jié)果，與內(nèi)分泌干擾活性無關(guān)。但在整個(gè)測(cè)試劑量范圍內(nèi)，內(nèi)分泌干擾物對(duì)細(xì)胞增殖的影響整體上呈現(xiàn)倒U型劑量-效應(yīng)曲線。如Welshons等［9］報(bào)道的雌激素在10-14～10-11mol·L-1時(shí)促進(jìn) MCF-7細(xì)胞增殖，劑量-效應(yīng)呈單一線性關(guān)系;隨著劑量增加到10-11～10-6mol·L-1時(shí)，雌激素的增殖效應(yīng)不再變化;當(dāng)劑量增加到10-6mol·L-1以上，雌激素轉(zhuǎn)而抑制細(xì)胞增殖。

細(xì)胞毒性除部分地解釋一些細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系外，可能還能夠在一定程度上外推到一些體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，即高劑量的抑制結(jié)果是急性毒性的反映，而不是內(nèi)分泌干擾效應(yīng)。這一推測(cè)還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

2．2 兩個(gè)(或以上)相反單調(diào)效應(yīng)的疊加

某些非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線可能是兩個(gè)(或以上)相反的單調(diào)效應(yīng)共同作用的結(jié)果。如有研究顯示，某些激素對(duì)細(xì)胞增殖的非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線是因?yàn)榧?xì)胞中存在對(duì)激素具有不同響應(yīng)的兩種類型的細(xì)胞，一種細(xì)胞表現(xiàn)為接受激素而增殖，而另一種細(xì)胞表現(xiàn)為接受激素而凋亡，兩種效應(yīng)疊加而出現(xiàn)非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線［68］。如體外培養(yǎng)的乳腺癌MCF-7細(xì)胞中有一類細(xì)胞可接受雌激素的誘導(dǎo)而增殖，另外一類細(xì)胞可在雌激素的作用下凋亡［69］。于是，在一定劑量范圍內(nèi)，兩種效應(yīng)疊加時(shí)可能出現(xiàn)非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線。

2．3 受體多樣性和選擇性

細(xì)胞或組織中通常存在與配體親和能力不同的兩種或更多的受體亞型，而不同的受體亞型介導(dǎo)的效應(yīng)通常相反［70-71］。低濃度時(shí)具有高親和力的受體亞型發(fā)揮作用，高濃度時(shí)低親和力的受體亞型發(fā)揮作用，并且這時(shí)低親和力受體的高容量將變得相當(dāng)重要。當(dāng)在一個(gè)較寬的劑量范圍內(nèi)評(píng)價(jià)內(nèi)分泌干擾物活性時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)典型的非單一劑量-效應(yīng)。以子宮組織中ER為例，ERα介導(dǎo)細(xì)胞增殖反應(yīng)，而ERβ介導(dǎo)細(xì)胞凋亡［72］。由于內(nèi)分泌干擾物與這兩種ER的結(jié)合能力存在差異，所以由兩種受體介導(dǎo)的相反的單調(diào)效應(yīng)共同作用而產(chǎn)生非單調(diào)劑量-效應(yīng)。

另外，一些內(nèi)分泌干擾物可以與多種激素受體結(jié)合，但是與各種受體的親和力存在差異，所以在不同劑量下會(huì)表現(xiàn)為與受體的選擇性結(jié)合。比如雙酚A，與ER的親和力最強(qiáng)，在低劑量時(shí)只能和ER結(jié)合;但在高劑量時(shí)，雙酚 A也能與 AR、TR等受體結(jié)合［73-74］。也就是說，一些內(nèi)分泌干擾物在高劑量時(shí)表現(xiàn)出的某一活性可能是由多種受體介導(dǎo)的，而在低劑量下的活性可能是由一種受體介導(dǎo)的。因此，在比較寬泛的劑量范圍內(nèi)，內(nèi)分泌干擾物對(duì)某一終點(diǎn)指標(biāo)的影響可能呈現(xiàn)復(fù)雜的非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系。

2．4 受體競(jìng)爭(zhēng)

有觀點(diǎn)認(rèn)為，內(nèi)分泌干擾物在非單一劑量-效應(yīng)中，高劑量效應(yīng)和低劑量效應(yīng)形成的機(jī)制是不同的［9］。低劑量時(shí)，內(nèi)分泌干擾物對(duì)機(jī)體的擾動(dòng)處于激素的調(diào)控活性范圍之內(nèi)，劑量上升能夠通過正常的受體介導(dǎo)途徑使得效應(yīng)增加。當(dāng)內(nèi)分泌干擾物濃度遠(yuǎn)大于生理激素濃度時(shí)，受體結(jié)合出現(xiàn)飽和，較大的劑量改變僅能引起較小的生物學(xué)效應(yīng)的變化或不能引起生物學(xué)效應(yīng)的變化。而數(shù)學(xué)模型顯示，當(dāng)有內(nèi)源性激素存在時(shí)，內(nèi)分泌干擾物可與非占位的激素受體結(jié)合，導(dǎo)致生物學(xué)效應(yīng)的增加［75］。在低劑量時(shí)，內(nèi)分泌干擾物和內(nèi)源性激素都能和激素受體結(jié)合而激發(fā)生物學(xué)效應(yīng);而在高劑量時(shí)，內(nèi)分泌干擾物與受體的結(jié)合超過內(nèi)源性激素與受體的結(jié)合。因?yàn)閮?nèi)分泌干擾物的活性低于生理激素的活性，所以當(dāng)內(nèi)分泌干擾物的劑量升高時(shí)，總體的效應(yīng)會(huì)下降，因而呈現(xiàn)倒U型劑量-效應(yīng)曲線。

2．5 受體下調(diào)和受體脫敏

激素配體與受體的結(jié)合最終導(dǎo)致靶基因轉(zhuǎn)錄的變化，之后受體通過某些途徑降解或脫敏，從而調(diào)節(jié)生物學(xué)效應(yīng)的變化［74，76］。在一些受體降解過程中，激素配體本身起重要作用。如雌激素、孕激素和糖皮質(zhì)激素介導(dǎo)相應(yīng)受體的降解，而雄激素的結(jié)合阻止雄激素受體的降解［77-78］，另外，一些激素受體的降解依賴于其他激素配體的參與［79］。也就是說，隨激素或內(nèi)分泌干擾物劑量的變化，其生物學(xué)的效應(yīng)也在發(fā)生變化，反過來又影響激素受體數(shù)量的變化。脫敏是另外一條調(diào)節(jié)激素配體與受體結(jié)合導(dǎo)致生物學(xué)效應(yīng)的途徑，即不是通過受體降解減少受體數(shù)目而是通過減小受體對(duì)激素配體的反應(yīng)性來調(diào)節(jié)生物學(xué)效應(yīng)。目前有研究發(fā)現(xiàn)，人絨毛膜促性腺激素、促卵泡激素、前列腺素等激素的受體都存在脫敏的現(xiàn)象［80］。生物學(xué)的研究顯示，激素濃度與結(jié)合受體的數(shù)目之間、結(jié)合受體的數(shù)目與生物學(xué)效應(yīng)之間的關(guān)系呈非線性關(guān)系［9］。所以，受體下調(diào)和脫敏可能部分參與了某些內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)。

2．6 其他機(jī)制

以上僅是幾種導(dǎo)致內(nèi)分泌干擾物非單調(diào)劑量-效應(yīng)可能的機(jī)制。由于內(nèi)分泌系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)的復(fù)雜性，可能還存在其他的導(dǎo)致非單調(diào)劑量-效應(yīng)的機(jī)制。如激素的反饋調(diào)節(jié)，很多激素的合成分泌受一系列的正負(fù)反饋調(diào)節(jié)，通過這些調(diào)節(jié)激素被控制在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的水平。在反饋調(diào)節(jié)的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)不同時(shí)間內(nèi)的生物學(xué)效應(yīng)，因此出現(xiàn)非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線。

總之，內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)-劑量效應(yīng)是普遍的現(xiàn)象，導(dǎo)致這一復(fù)雜的劑量-效應(yīng)曲線的機(jī)制還需進(jìn)一步探索。

3 非單調(diào)劑量-效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)管理毒理學(xué)的挑戰(zhàn)

在傳統(tǒng)管理毒理學(xué)中，所謂化學(xué)品的安全劑量是基于線性閾值劑量-效應(yīng)曲線獲得的，即毒性實(shí)驗(yàn)從高劑量做起，獲得最低可觀察效應(yīng)劑量(LOAEL)和無可觀察效應(yīng)劑量(NOAEL)，NOAEL除以一個(gè)安全系數(shù)(3～1000)，即為安全劑量(參考劑量)。但目前存在的化學(xué)品的安全劑量是否真的安全，很少有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過。與目前發(fā)現(xiàn)的內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線比較來看，這種基于線性閾值劑量-效應(yīng)曲線獲得的安全劑量存在很大問題(圖4)，在所謂的安全劑量下會(huì)漏掉潛在的風(fēng)險(xiǎn)。另外，有觀點(diǎn)認(rèn)為從內(nèi)分泌干擾效應(yīng)是相對(duì)體內(nèi)穩(wěn)定的內(nèi)分泌系統(tǒng)而言，即使很低劑量的內(nèi)分泌干擾物也能對(duì)生理的內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生干擾作用，所以內(nèi)分泌干擾物像致癌物一樣不存在安全閾值［81-82］。因此，內(nèi)分泌干擾物的非單調(diào)劑量-效應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)的管理毒理學(xué)提出了空前的挑戰(zhàn)。

圖4 非單調(diào)劑量-效應(yīng)曲線和作為計(jì)算安全劑量理論基礎(chǔ)的線性劑量-效應(yīng)曲線［14］Fig．4 Non-monotonic dose-response curve and linear dose-response curve as the theoretical base for calculating the safe dose［14］

為應(yīng)對(duì)非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系的挑戰(zhàn)，一種觀點(diǎn)認(rèn)為今后的內(nèi)分泌干擾研究應(yīng)設(shè)計(jì)包含環(huán)境相關(guān)劑量在內(nèi)的更為寬泛的劑量范圍，探索更為精細(xì)的終點(diǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，選擇更為合理的暴露時(shí)間和檢查終點(diǎn)指標(biāo)的時(shí)間，而直接揭示相對(duì)低劑量下的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，而不是從高劑量的結(jié)果推導(dǎo)低劑量的效應(yīng)［14，83］。盡管這種觀點(diǎn)的呼聲很高，但目前包括內(nèi)分泌干擾在內(nèi)的毒理學(xué)研究仍以高劑量為主，因?yàn)橐话阏J(rèn)為低劑量暴露不容易產(chǎn)生明顯的毒理學(xué)效應(yīng)。另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，盡管在比較寬泛的劑量范圍內(nèi)存在非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系，但不能否定高劑量在毒理學(xué)研究中的作用，建立在科學(xué)基礎(chǔ)上的由高劑量到低劑量的外推是必要的［13］。Conolly 和 Lutz［13］主張結(jié)合系統(tǒng)生物學(xué)研究的成果，探索新的適合于非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系的外推模型。

盡管有關(guān)內(nèi)分泌干擾物非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系的報(bào)道越來越多，非單調(diào)劑量-效應(yīng)關(guān)系也引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注，但與線性的劑量-效應(yīng)研究相比，目前對(duì)非單調(diào)劑量-效應(yīng)的認(rèn)識(shí)還很膚淺。所以，無論是從優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)直接揭示從低劑量到高劑量的非單調(diào)劑量-效應(yīng)的角度，還是從建立由高劑量到低劑量的新的外推模型的角度，開展非單調(diào)劑量-效應(yīng)這一嶄新領(lǐng)域的研究都是必要的。

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