Мишени токсических воздействий репродуктивной функции

Функция яичек, включая секрецию андрогенов и продукцию полноценных сперматозоидов, может нарушаться в результате воздействий на предтестикулярные, тестикулярные и посттестикулярные механизмы регуляции этих процессов.

Рассматриваемые ниже механизмы повреждения функций яичек не обязательно действуют у всех лю­дей. Индивидуальные или групповые генетические особенности могут повышать или снижать чувстви­тельность к действию токсических факторов, как это наблюдается при фармакогенетических исследова­ниях. Такое различие в восприимчивости обуславли­вает отчетливое преобладание вредных эффектов среди небольших, но особенно чувствительных к токсическим факторам групп населения. Токсиколо­гические исследования генетических полиморфиз­мов, определяющих разную чувствительность к дей­ствию факторов внешней среды, необходимо про­должать.

Предтестикулярные мишени токсических воздействий

Функция яичек регулируется гипофизарными гормонами ЛГ и ФСГ, и нарушения этого уровня регуляции токсическими факторами называ­ются предтестикулярными. К такого рода факторам относятся связанные с профессией воздействия по­ловых стероидов. Эстрогены, например, если они всасываются в достаточном количестве, ингибируют секрецию гипофизарных гонадотропинов, приводя к нарушению половой функции, развитию гинекома­стии и гипогонадотропного гипогонадизма. Это на­блюдалось, в частности, у рабочих, занятых на про­изводстве синтетических эстрогенных контрацепти­вов или нестероидных сое­динений с эстрогенным эффектом. Позднее сообщалось, что таким же образом действуют на плод и широко распространенные сое­динения, имитирующие эффект эстрогенов. Ингибируя секрецию гонадотропинов у плода, они тормозят пролиферацию клеток Сертоли. Противоположный эффект оказывают на новорожденных крыс полихлорированные бифенилы. Эти вещества снижают уровень тироксина в сыворотке, и развивающийся гипотиреоз сопровождается увеличением числа клеток Сертоли, веса яичек и суточной продукции сперматозоидов.

Тестикулярные мишени токсических воздействий

Непосредственно действующие на яички факто­ры могут поражать клетки Лейдига, клетки Сертоли и зародышевые клетки. Хотя токсические эффекты от­носительно специфично проявляются в клетках определенного типа, взаимная зависимость спермато- и стероидогенеза часто приводит к поражению всех функций яичка.

В опытах на крысах этандиметансульфонат (ЭДС) избирательно повреждает клетки Лейдига, приводя в конечном счете к дегенерации большинства андро­гензависимых зародышевых клеток (пахитенных сперматоцитов, находящихся на VII—VIII стадии сперматогенеза). Однако у че­ловека избирательная токсичность в отношении кле­ток Лейдига не описана, а низшие приматы нечув­ствительны к ЭДС.

Аденома из клеток Лейдига в клинике встреча­ется сравнительно редко, но у грызунов при хрони­ческом воздействии многих веществ эта опухоль, как и гиперплазия клеток Лейдига, обнаруживается весьма часто. Таким образом, данные эксперимента не всегда имеют клиническое значение, хотя их и необходимо учитывать при оценке риска того или иного воздействия на человека.

Клетки Сертоли обладают множеством функций. Они играют центральную роль в регуляции и поддер­жании сперматогенеза, формируют стенки семенных канальцев и создают уникальную внутреннюю сре­ду. Поэтому непосредственное повреждение клеток Сертоли должно резко нарушать продукцию и функ­цию сперматозоидов. Обнару­жить избирательную токсичность в отношении кле­ток Сертоли у экспериментальных животных доволь­но трудно. Об этом судят по ранней вакуолизации и прекращению секреции канальцевой жидкости с по­следующей потерей зародышевых клеток и повыше­нием секреции гонадотропинов.

К веществам, специфически повреждающим клетки Сертоли, относятся три класса промышленных соединений:

• фталаты (используемые в качестве пласти­фикаторов),
• нитроароматические соединения (промежуточные продукты при производстве красителей и взрывчатых веществ) и
• γ-дикетоны (растворители).

Недавно обнаружено токсическое действие на клетки Сертоли и дибромуксусной кислоты. Молекулярный механизм действия всех этих веществ не ясен. Потеря зародышевых клеток (обязательное следствие повреждения клеток Сер­толи) может опосредоваться усиленной экспрессией Fas-лиганда, способствующей их элимина­ции после выпадения поддерживающей функции клеток Сертоли. Хотя в эксперимен­те относительно специфическая для клеток Сертоли токсичность химических веществ установлена, веще­ства, действующие таким образом у человека, прак­тически неизвестны.

Зародышевые клетки расположены преимуще­ственно внутри гематотестикулярного барьера, пре­пятствующего диффузии и тем самым до некоторой степени защищающего их от внешних воздействий. Прямое токсическое действие на зародышевые клет­ки человека наиболее убедительно показано для ио­низирующего излучения и алкилирующих агентов. Самые чувствительные клетки — сперматогонии, расположенные в основании клеток Сертоли с на­ружной стороны гематотестикулярного барьера.

Разные подтипы сперматогониев обнаруживают различную чувствительность к цитотоксинам и обла­дают разной способностью к восстановлению. На­пример, непролиферирующие сперматогонии (А0) составляют популяцию стволовых зародышевых кле­ток и их деструкция приводит к необратимому пов­реждению сперматогенеза. К факторам, повреждаю­щим эти клетки, относятся адриамицин (у мышей, но не у человека), и комбинированная химиотерапия МОРР (мустарген, винкристин, прокарбазин, преднизон), применяемая при болезни Ходжкина у челове­ка. Необратимое повреждение сперматогенеза под действием этих факторов связано, по-видимому, с разрушением А0-сперматогониев. Напротив, пролиферирующие сперматогонии, которые даже более чувствительны к таким цитотоксинам, могут попол­няться из резерва стволовых клеток, причем убыль делящихся клеток активирует процесс их пополне­ния. Поэтому избирательное повреждение пролиферирующих сперматогониев (например, при меньших дозах ионизирующей радиации и воздействии мно­гих токсических веществ) приводит к полному, но временному (иногда длящемуся годы) угнетению сперматогенеза и плохим результатам спермограммы. Кроме того, несмертельные пов­реждения могут сопровождаться мутациями ДНК стволовых клеток с передачей постоянных генетиче­ских дефектов сперматозоидам. Хотя такие хромо­сомные дефекты у человека удается обнаружить да­же через 20 лет после применения противораковых средств, имеющиеся данные не позволяют говорить о возрастании частоты врож­денных аномалий или опухолей среди потомства мужчин, выживших после терапии рака.

В сперматоцитах и сперматогониях происходит мейоз — уникальный генетический процесс, вклю­чающий один цикл репликации ДНК (сперматого­нии) и два клеточных деления (сперматоциты), что обусловливает чувствительность этих клеток к неко­торым токсинам и возможность появления в них ге­нетических мутаций. Среди веществ, повреждающих сперматоциты, лучше всего охарактеризован 2-метоксиэтанол (МЭ), входящий в состав лаков и красок. Действую­щим началом является его метаболит метоксиуксусная кислота (МУК). У крыс большие дозы этого веще­ства вызывают полную и избирательную гибель пахитенных сперматоцитов за счет апоптоза. Кролики проявляют на по­рядок большую чувствительность к МЭ, чем крысы, но какая из этих моде­лей имеет большее значение для человека, неизвест­но. Сообщалось, что МЭ в качестве профессиональ­ной вредности повреждает сперматогенез у челове­ка.

Диплоидные зародышевые клетки чаще погибают спонтанно, чем гаплоидные. Вероятно, они более чувствительны и к апоптозу, индуцируемому токсическими факторами. Потеря круглых сперматид может быть связана не только с гибелью, но и со слущиванием зародышевых клеток. В ходе этого процес­са большое количество клеток высвобождается преж­девременно, но их дальнейшая судьба неизвестна. К тем же последствиям приводит иногда действие ве­ществ, повреждающих клетки Сертоли и лишающих их способности удерживать на себе сперматиды.

Рекомбинация при мейозе сопровождается удвоением, делециями или перестройкой участков ДНК вдоль хромосом и обменом генетическим мате­риалом между хромосомами. Этот нормальный про­цесс, определяющий генетическое разнообразие га­мет, может служить мишенью для генотоксических факторов. Мини-сателлиты, участки ДНК, содержа­щие тандемно расположенные повторы нуклеотидов, в геноме человека распределены, по-видимому, слу­чайным образом. Считается, что они особенно под­вержены перестройке при мейозе; спонтанные мутации в них обнаруживаются в 1000 раз чаще, чем в кодирующих последовательно­стях. Поэтому они служат подходящим объектом для проверки действия мутагенов и оценки изменений в частоте мутаций в зародышевых клетках. У потом­ства мужчин, пострадавших от Чернобыльской ката­строфы, обнаружена повышенная частота мини-сателлитных мутаций в сперматозоидах. Аналогичные данные получены и на грызунах. Однако в сперматозоидах двух мужчин, перенесших химиотерапию рака, не было найдено учащения мини-сателлитных мутаций по сравнению с соответствующим показателем до лече­ния. Следовало бы оценить эф­фект и лучевой терапии. Эти данные согласуются с отсутствием аномалий у потомства мужчин, выжив­ших после терапии рака. В сопоставлении с резуль­татами обследования потомков жертв Чернобыль­ской катастрофы такие наблюдения могут свиде­тельствовать о различии эффектов факторов вне­шней среды и лекарственных препаратов или о боль­шей эффективности механизмов репарации ДНК у человека.

Посттестикулярные мишени токсических воздействий

В отличие от клеток яичка, повреждение сперма­тозоидов, покинувших тестикулярную сеть, выявля­ется сравнительно редко. У экспериментальных жи­вотных, например, зрелые сперматозоиды более ре­зистентны к разрушающему ДНК действию высоких доз ионизирующей радиации, чем зародышевые клетки в яичках. Радиомиметик циклофосфамид вызывает мутагенные пов­реждения зрелых сперматозоидов, что приводит к преимплантационным потерям оплодотворенных яй­цеклеток. Посттестикулярная токсичность характерна для новых мужских контрацептивов негормональной природы. Такие адренолитические средства, как гуанетидин или метоксамин, влияют на нейромускулатуру придатков яичек, приводя к стазу сперма­тозоидов в них; в результате может произойти набу­хание и даже разрыв придатков. С другой стороны, транспорт сперматозоидов по придаткам может ускоряться, что приводит к уменьшению числа кле­ток в эякуляте или появлению в нем незрелых спер­матозоидов. Токсины, действующие на эпителий придатков яичек (например, госсипол), нарушают секрецию эпидидимальной жидкости. Другой мише­нью являются сами сперматозоиды, транспортируе­мые в придатках. Такие вещества, как α-хлоргидрин и 6-хлор-6-дезоксисахара или орнидазол у крыс специфически действуют именно на сперматозоиды в придатках, приводя к потере их по­движности и оплодотворяющей способности. В клинике такие эффекты могут проявляться синдромом эпидидимальной некроспермии. Бесплодие в этих слу­чаях связано с гибелью зрелых сперматозоиды во время их перемещения по придаткам, но механизмы их гибели остаются неизвестными.