综述:环境雌激素对两栖动物的雌性化效应及相关检测方法:一篇叙述性综述

时间:2026年4月2日
来源:Journal of Environmental Sciences

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环境雌激素通过干扰两栖动物(如Xenopus laevis)的性别发育导致雌性化,现有Larval Amphibian Growth and Development Assay(LAGDA)需16周暴露,效率低。本文提出Short-Term Xenopus Gonadal Development Assay(STXGDA),利用 stage 52/53前变态蝌蚪进行两周暴露,结合形态学、组织学和分子分析,快速筛查环境雌激素的雌性化效应。

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罗双燕|李圆圆|陈忠阳|王红媛|秦战芬
中国科学院生态环境科学研究院环境化学与生态毒理学国家重点实验室,北京100085,中国

摘要

环境雌激素是一类内分泌干扰物(EDCs),通过破坏激素调节对生态系统和人类健康构成重大威胁。为了识别环境雌激素,已经开发了一系列体外体内检测方法。由于两栖动物Xenopus laevis的性腺发育对雌激素物质非常敏感,因此它被广泛用于研究环境雌激素的雌性化效应,从而评估其雌激素作用。本文综述了关于雌激素物质在两栖动物(主要是X. laevis)中雌性化效应的文献,重点介绍了相关检测方法的发展过程。早期研究表明,雌二醇和其他雌激素化合物可以诱导雄性X. laevis雌性化,其中45/46期是性腺雌性化的关键时期。经济合作与发展组织(OECD)利用X. laevis开发了幼体两栖动物生长发育检测法(LAGDA),该方法用于检测疑似EDCs对内分泌介导的生理过程的影响,包括雌激素介导的效应。然而,该检测方法需要长时间暴露(16周),这限制了其广泛应用。基于X. laevis的早期性腺分化特征(52/53期),我们提出了短期Xenopus性腺发育检测法(STXGDA),该方法利用变态前的蝌蚪,在两周内通过形态学、组织学和分子分析来检测雌性化效应,为环境雌激素的筛选提供了一种快速有效的解决方案。

引言

内分泌干扰物(EDCs)是一类外源性化合物或混合物,能够改变内分泌系统的功能,从而对完整生物体、其后代或(亚)种群产生不良影响(WHO,2002)。环境雌激素主要通过结合雌激素受体(核受体或膜受体)发挥其内分泌干扰作用,是最早被识别的EDCs(Bhandari等人,2015;Kiyama和Wada-Kiyama,2015;Noriega,2012)。大量动物研究和流行病学数据表明,在关键发育期间暴露于环境雌激素会损害生殖系统的发育,导致生殖器官异常和功能障碍,包括生育能力下降(Laws等人,2021;Patisaul,2021)。此外,环境雌激素还与癌症进展、神经内分泌疾病和其他健康问题有关(Ho等人,2022;Lerdsuwanrut等人,2025;Zheng等人,2023)。对于敏感的水生和两栖动物来说,环境雌激素对生殖系统的影响更为严重(Kidd等人,2007;Wojnarowski等人,2021)。最令人震惊的是,这些物质可以在某些鱼类和两栖动物中诱导性别间变甚至完全的性别反转,可能影响种群动态(Arnold等人,2014;Frątczak等人,2025)。因此,评估环境化学物质的雌激素活性对于保护人类健康和水生生态系统至关重要。
目前,经济合作与发展组织(OECD)和美国环境保护署(U.S. EPA)发布了一系列针对环境雌激素的体外体内检测方法。虽然体外检测方法和转基因鱼类检测方法用于筛选内分泌机制/途径,但一些鱼类检测方法(如鱼类短期生殖检测法(TG 229)和鱼类性发育测试(TG 234)旨在提供关于雌激素相关终点不良影响的数据。为了开发能够识别有毒化学物质对两栖动物不良影响的检测方法,OECD利用Xenopus laevis开发了幼体两栖动物生长发育检测法(LAGDA)(OECD TG 241)。16周的LAGDA也被推荐用于检测疑似EDCs对雌激素、雄激素或甲状腺介导的生理过程的影响。实际上,X. laevis是研究环境雌激素对脊椎动物性腺发育雌性化效应的理想模型物种,因为其雄性个体在性腺分化关键时期暴露于雌激素物质后,可以发展为性别间变或性腺异常,甚至发生完全的性别反转(Cannatella和de Sá,1993;Chang和Witschi,1955a;Fort等人,2004;Ogielska和Kotusz,2004;Villalpando和Merchant-Larios,1990)。最近,我们的研究团队利用变态前的X. laevis蝌蚪开发了短期Xenopus性腺发育检测法(STXGDA)。STXGDA只需两周的暴露时间,即可快速检测疑似环境雌激素对性腺发育的雌性化效应,并评估测试物质的雌激素作用(Cai等人,2020;Li等人,2020b;Shen等人,2020)。
本文综述了关于雌激素物质或疑似环境雌激素在两栖动物(主要是X. laevis)中雌性化效应的文献,重点介绍了相关检测方法的发展过程。为此,我们从PubMed、Web of Science、中国国家知识基础设施(CNKI)和万方数据库等电子数据库中系统地检索了文献,时间范围从各数据库建立之初至2024年。搜索策略集中在标题、摘要和关键词上,使用了“两栖动物”、“X. laevis”、“内分泌干扰物”、“环境雌激素”、“性腺发育”和“性腺分化”等术语。共检索到855条记录,去除214条重复记录,最终保留了56篇相关论文进行分析。此外,还查阅了所包含研究的参考文献列表,以确保涵盖所有相关文献。在保留的56篇论文中,29篇是早期探索性研究(主要发表于2015年之前),这些研究确立了Xenopus对雌激素的基本敏感性;6篇论文基于标准化的LAGDA评估顶端生殖效应;7篇论文是在过去十年内进行的,直接促进了STXGDA的发展。本文旨在全面概述雌激素物质对两栖动物的雌性化效应及其相应的检测方法。

部分内容摘录

关于环境雌激素对两栖动物雌性化效应的早期研究

关于环境雌激素对两栖动物雌性化效应的最早报道出现在20世纪50年代(Chang和Witschi,1955b,1956;Witschi和Allison,1950)。1955年,Chang和Witschi(1955a)报告称,雌二醇(E2)和雌二醇苯甲酸酯(EB)可诱导基因型为雄性的X. laevis发展为表型上的雌性,而雄激素对基因型为雌性的X. laevis没有显著影响,表明该物种的性腺发育具有特异性

LAGDA及其验证和应用

2015年,OECD发布了LAGDA指南,描述了该检测方法用于评估有毒化学物质对两栖动物从受精到早期幼体阶段的发育、变态、存活、生长和部分生殖成熟的影响,整个过程持续16周(OECD,2015)。该检测方法推荐使用X. laevis作为测试生物,尽管其他两栖动物物种也可以适应该测试方案。一般的实验设计包括

用于筛查环境雌激素对性腺发育雌性化效应的STXGDA

早期研究以及LAGDA主要依赖于X. laevis蝌蚪的性腺和生殖导管的形态学和组织学变化来评估测试物质的内分泌作用。这些研究中的暴露时间通常为两个月或更长。实际上,X. laevis的睾丸和卵巢之间的形态差异最早出现在52/53期(Piprek等人,2017;Witschi和Allison,1950)。如图2所示,52/53期的睾丸表现出

总结与展望

本文全面总结了雌激素物质对两栖动物的雌性化效应及其相应检测方法的发展历程。基于X. laevis的睾丸和卵巢在52/53期就开始发生形态学、组织学和分子分化的基本生物学原理,我们的研究团队利用变态前的X. laevis蝌蚪开发了为期两周的性腺发育检测方法。虽然这种方法

CRediT作者贡献声明

罗双燕:撰写初稿、审稿和编辑、数据管理。李圆圆:研究、验证、审稿和编辑。陈忠阳:数据管理、数据分析。王红媛:概念构思。秦战芬:概念构思、资金获取、审稿和编辑。
附录A 补充数据
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未引用参考文献

Haselman等人,2016a;Hayes等人,2006c;Kloas等人,2009;Li等人,2021

CRediT作者贡献声明

罗双燕:撰写-审稿与编辑、撰写-初稿、数据管理。李圆圆:撰写-审稿与编辑、验证、研究。陈忠阳:数据分析、数据管理。王红媛:概念构思。秦战芬:撰写-审稿与编辑、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金(编号:42277434)和中国科学院战略性先导科技专项(编号:XDB0750300)的支持。

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