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编号:10236252
砷对小鼠卵母细胞成熟和体外受精的影响
http://www.100md.com 《中国工业医学杂志》 1999年第6期
     作者:沈维干 李朝军 季全兰 贡昌春 荀爱华 陈 兰

    单位:沈维干 季全兰 贡昌春 荀爱华 陈 兰 扬州大学医学院,江苏扬州 225001;李朝军 南京师范大学 江苏南京 210097

    关键词:三氧化二砷;卵母细胞;生发泡破裂;第一极体;体外受精

    中国工业医学杂志990603

    摘要:目的 探讨三氧化二砷(As2O3)对小鼠生殖作用的影响。方法 采用小鼠卵母细胞体外培养、体外受精的方法研究As2O3对卵母细胞成熟和体外受精的影响。结果 As2O3对小鼠卵母细胞生发泡破裂、超排卵的卵母细胞数目没有影响,但可以抑制卵母细胞第一极体的释放,降低体外受精率和卵母细胞的存活率。结论 As2O3可以破坏卵母细胞的成熟、降低卵母细胞的受精能力,对生殖细胞和生育能力有一定的毒性作用。
, 百拇医药
    中图分类号:O612.5;Q492.5 文献标识码:A 文章编号:1002-221X(1999)06-0327-03

    The effect of Arsenic on oocyte maturation and in vitro fertilization in mice oocyte

    SHEN Wei-gan1,LI Chao-jun2,JI Quan-lan1,GONG Chang-chun1 XUN Ai-hua1,CHEN Lan1

    (1.Medical College of Yangzhou University,Yangzhou 225001,China;2.Nanjing Normal University,Nanjing 210097,China)
, 百拇医药
    Abstract:Objective To examine whether the arsenic affects the reproduction of mouse.Method By using the methods of mouse oocyte culture and in vitro fertilization the effect of arsenic on oocyte maturation and in vitro fertilization(IVF)was studied.Results Arsenic could inhibit the extruding of the first polar body,reduce the quality and the viability of oocyte and lower the rate of IVF,but only little impact on the germinal vesicle breakdown(GVBD)and the number of oocytes after induction of ovulation.Conclusion The results suggest that arsenic may obstruct oocyte maturation in mice that reduces the fertile ability of oocyte,therefore it is toxic to oocyte and fertility ability in mice.
, 百拇医药
    Key words:Arsenic;Oocyte;Germinal veisicle breakdown;First polar body;In vitro fertilization

    砷的化合物广泛分布于自然界,在工业生产过程中,砷以矿尘、烟尘及污水形式进入工作区和生活环境,使得许多矿工、冶炼工、砷污染区内的居民接触过量的砷。接触过量的砷可发生急、慢性砷中毒,皮肤癌,肺癌以及其他内脏肿瘤[1]。大量实验证明,砷对人的心肌、呼吸、神经、生殖、造血、免疫系统等均有不同程度的损伤[1,2]。为了全面评价砷的毒性作用,我们采用小鼠在体给药后取出卵母细胞进行体外培养、体外受精以及直接取出卵母细胞进行体外培养的方法[3,4],研究砷对雌性小鼠的卵母细胞的成熟、减数分裂以及受精能力的影响,探讨砷对小鼠生殖细胞的危害,并研究危害的可能机制。

    1 材料与方法
, 百拇医药
    1.1 材料

    1.1.1 培养液 培养液为DMEM(低糖)+BSA(为Sigma产品)。体外受精是在TYH液中进行。胚胎细胞培养是在CZB+谷氨酰胺(为Sigma产品)中进行。操作液为M2和M2+次黄嘌呤(用以抑制卵母细胞的自发成熟)。

    1.1.2 As2O3,透明质酸酶,矿物油(均为Sigma产品),孕马血清促性腺激素(PMSG,天津激素厂),人绒毛膜促性腺激素(hCG,南大制药厂)。

    1.1.3 实验动物为22天龄左右的ICR小鼠(购于南京铁道医学院动物中心)。

    1.2 方法

    1.2.1 小鼠在体实验和体外受精实验 设立空白对照组和As2O3不同剂量给药组,连续腹腔注射给药3天,每只雌小鼠处死前(62~65h)腹腔注射5IU的PMSG促使卵泡发育,48h后腹腔注射hCG进行超排卵,hCG作用后14~17h,一部分按李朝军等[3]的方法获取卵母细胞进行体外受精,24h后观察IVF的情况,受精率以2-细胞胚胎数占成熟卵母细胞(排出第一极体)的比例;另一部分用吸卵管将带有大量颗粒细胞的卵母细胞移入含透明质酸酶(150IU/ml)的培养液中,室温放置15min,待颗粒细胞从卵母细胞上脱落下来,用吸卵管反复吹打后将卵母细胞移入DMEM+BSA的培养液中立即在倒置显微镜下观察并记录比较各组卵母细胞的发育情况,接着继续培养,按不同间隔时间观察结果。
, 百拇医药
    1.2.2 卵母细胞的获取和培养 正常小鼠经PMSG腹腔注射48h后,按李朝军等[4]的方法取出生发泡完整饱满的卵母细胞置于覆盖有矿物油的50μl不同剂量As2O3培养液微滴中培养,分别与培养8h时观察各组的卵母细胞生发泡破裂(GVBD)率,24h时观察各组第一极体释放率和卵母细胞存活率。以GVBD作为减数分裂启动的标志,第一极体释放为第1次减数分裂完成的标志。

    以上所有的细胞培养均是在37℃,5%CO2,湿度饱和的CO2培养箱中进行。

    2 结果

    2.1 砷对卵母细胞成熟的影响

    实验结果由表1可见,实验组的GVBD率、超排卵的卵母细胞数与对照组相比差异无显著意义(P>0.05);2个剂量组的第一极体释放率在不同时间间隔与对照组相比均有极显著性意义的下降(P<0.01);As2O3对卵母细胞存活率(以饱满透明、颗粒分布均匀,透明带规则透明有光泽的卵母细胞数占总卵母细胞数的比例表示)的影响,尽管对照组随培养时间的延长存活率显著性下降(P<0.05)(这种下降可能是由于随着培养时间的延长,培养液中的营养物质逐渐减少,而影响细胞的生长所致),但是各剂量组在相同间隔时间内的卵母细胞存活率均明显低于对照组(P<0.01,P<0.05),无剂量依赖性关系。
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    表1 腹腔注射As2O3对卵母细胞的影响

    Table1 The effect of administration of As2O3 into abdomen on mouse oocyte 剂 量

    (mg/kg)

    间隔时间

    (h)

    超排卵母细胞数

    (±s)

    总卵母细胞数
, 百拇医药
    (个)

    GVBD率

    (%)

    第一极体释放率

    (%)

    卵母细胞存活率

    (%)

    0.0

    0

    39.17±2.64

    122

    100(122/122)

    45.1(55/122)
, 百拇医药
    95.9(117/122)

    24

    39.17±2.64

    127

    100(127/127)

    73.6(93/127)

    85.8(109/127)

    48

    39.17±2.64

    113

    100(113/113)

    76.1(86/113)
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    67.3(76/113)

    72

    39.17±2.64

    113

    100(113/113)

    76.1(86/113)

    56.6(64/113)

    1.0

    0

    37.50±1.91

    113

    99.1(112/113)
, 百拇医药
    19.5(22/113)

    71.7(81/113)

    24

    37.50±1.91

    111

    100(111/111)

    18.9(21/111)

    52.3(58/111)

    48

    37.50±1.91
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    116

    100(116/116)

    21.6(25/116)

    47.4(55/116)

    72

    37.50±1.91

    116

    100(116/116)

    29.3(34/116)

    29.3(34/116)
, 百拇医药
    3.0

    0

    38.83±1.94

    133

    100(133/133)

    18.8(25/133)

    63.9(85/133)

    24

    38.83±1.94

    134

    100(134/134)
, http://www.100md.com
    19.4(26/134)

    53.7(72/134)

    48

    38.83±1.94

    125

    100(125/125)

    19.2(24/125)

    48.8(61/125)

    72

    38.83±1.94
, 百拇医药
    127

    100(127/127)

    29.1(37/127)

    28.3(36/127)

    注:GVBD率是GVBD的卵母细胞数占总卵母细胞数的比例;第一极体释放率是释放第一极体的卵母细胞数占总卵母细胞数的比例。

    ①与对照组相比经t检验差异无显著意义(P>0.05)。②经χ2检验与对照组相比差异无显著意义(P>0.05)。③与对照组相比经χ2检验差异有极显著意义(P<0.01)。④与对照组相比经χ2检验差异有显著意义(P<0.05)。

    2.2 砷对卵母细胞体外受精(IVF)的影响
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    实验结果见表2。实验组的IVF率与对照组相比有极显著性意义的下降(P<0.01)。

    表2 As2O3对小鼠卵母细胞IVF的影响

    Table 2 The effect of As2O3 on in vitro fertilization of mouse oocyte 剂 量

    (mg/kg)

    受精时间

    (h)

    2-细胞胚胎率

    (%)

    3-细胞以上胚胎率
, 百拇医药
    (%)

    总受精率

    (%)

    0.0

    24

    74.1(40/54)

    0

    74.1

    48

    20.4(11/54)

    53.7(29/54)

    74.1

    72
, http://www.100md.com
    9.3(5/54)

    64.8(35/54)

    74.1

    1.0

    24

    16.2(12/74)

    0

    16.2

    48

    10.8(8/74)

    17.6(13/74)

    28.4
, 百拇医药
    72

    6.8(5/74)

    31.1(23/74)

    37.8

    3.0

    24

    7.1(7/99)

    0

    7.1

    48

    2.0(2/99)

    26.3(26/99)
, 百拇医药
    28.3

    72

    3.0(3/99)

    26.3(26/99)

    29.3

    ①与对照组相比经χ2检验差异有极显著意义(P<0.01)。2.3 砷对体外培养卵母细胞的影响

    实验结果见表3。实验组与对照组相比GVBD率没有显著影响(P>0.05),但第一极体释放率和卵母细胞的存活率均有极显著性下降(P<0.01),与上述结果完全吻合。

    表3 As2O3对体外培养卵母细胞的影响
, 百拇医药
    Table 3 The effect of As2O3 on in vitro cultured of mouse oocyte 剂量

    (μg/L)

    总卵母细胞数

    (个)

    GVBD

    第一极体释放

    卵母细胞存活

    n

    %

    n

    %
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    n

    %

    0

    70

    69

    98.57

    49

    70.00

    60

    85.71

    30.0

    77

    74

, http://www.100md.com     96.10

    23

    29.87

    39

    50.64

    60.0

    71

    68

    95.77

    17

    23.94

    30
, 百拇医药
    42.25

    ①与同一时间的对照组相比经χ2检验差异无显著意义(P>0.05)。

    ②与对照组相比经χ2检验差异有极显著性意义(P<0.01)。

    3 讨论

    近年来,有关砷化合物对生物大分子合成和代谢、对基因扩增和表达以及对DNA损伤和修复等影响效应的研究不断深入,结果显示,砷化合物在极低浓度下可促进DNA的合成和损伤的修复,在高浓度下可以抑制DNA的合成和损伤的修复;砷化合物可以抑制RNA的合成,抑制细胞骨架蛋白的合成和促进金属巯蛋白的合成,还可以诱发基因扩增(可能与体内癌基因扩增有关);无机砷化合物是有效的热休克蛋白诱导物。因此,有人提出砷可能是一种必需微量元素[1,2]。一些实验还证实,As2O3对大鼠肢芽细胞的增殖和分化有明显的抑制作用,并提出砷属于强致畸物[5,6]。我们通过在体给药和卵母细胞体外培养、体外受精的方法,研究了其对小鼠卵母细胞的危害。结果证明,As2O3对卵母细胞的GVBD、超排卵的卵母细胞数目无影响,但可以抑制第一极体的释放,并可降低IVF率,同时在用药组中的所有卵母细胞的细胞质中颗粒增多且分布不均匀。As2O3对卵母细胞的第一极体释放的抑制作用一方面可能是由于其对体内重要代谢的含巯基的酶和磷酸脂酶作用,使酶失活,影响细胞的正常代谢和细胞的染色体,使细胞分裂发生障碍[1];另一方面可能是由于其抑制了细胞中骨架蛋白的合成[2],导致纺锤体、有丝分裂器不能正常形成和移动,细胞分裂无法正常进行;同时,也可能由于其对微丝等细胞骨架的影响,导致胞质分裂无法正常进行,第一极体不能形成,不能进入第二次减数分裂,精子和卵细胞不能正常受精,从而导致IVF率下降。正常超排的卵母细胞在含有As2O3的培养液中培养时,也能明显地抑制第一极体的释放,这进一步证实了上述推论。此外,As2O3可以显著地引起卵母细胞的存活率下降。说明As2O3对卵母细胞的细胞毒性作用明显且作用机制复杂。本研究显示,砷可以破坏或抑制卵母细胞的成熟和减数分裂过程,降低卵母细胞的受精能力和存活率,提示育龄妇女接触砷及其化合物会导致生育能力降低甚至造成不育或不孕。
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    随着工业的不断发展,人们从污染水源、工厂排出的废气、香烟烟雾中接触砷污染的机会越来越多,研究砷对生殖细胞的影响,可以为优生及临床上一些不明原因的流产及不孕症的病因研究提供理论和实验依据。

    基金项目:扬州大学医学院青年科研基金资助

    作者简介:沈维干(1965—),男,江苏兴化人,硕士,主要研究环境因子等对卵母细胞的减数分裂和受精能力的影响。

    参考文献:

    [1]王夔.生命科学中的微量元素(下卷)[M].北京:中国计量出版社,1992.147~173.

    [2]孟紫强.砷的分子毒理学研究进展[J].中国公共卫生,1998,14(9):570~573.

    [3]李朝军,王斌,范必勤,等.小鼠腔前卵泡卵母细胞的体外培养、体外成熟和体外受精研究[J].南京大学学报(自然科学版),1997,33(2):265~272.

    [4]李朝军,王斌,范必勤.腺嘌呤对体外小鼠卵母细胞减数分裂的抑制[J].实验生物学报,1994,27(4):457~462.

    [5]李勇,朱惠刚,孔佩艳.砷对大鼠肢芽细胞增殖和分化的影响[J].卫生研究,1998,27(3):161~163.

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    收稿日期:1999-05-22;修回日期:1999-06-21, 百拇医药