环境激素
定义
基本上,任何非動物
(人 )體內產生而且會
干擾人類或動物內分
泌系統運作的化合物,
就是一種環境激素
(荷爾
蒙 )(Environmental
Hormone),也稱為
內分泌干擾化合物
(Endocrine Disrupter
Chemicals,EDCs)
依據美國環境保護局
(U.S.EPA)所採取的官式
定義是:一種在體外生成
(Exogenous)的化合物,
會干擾體內天然荷爾蒙的
合成 (Synthesis)、分泌
(Secretion)、輸送
(Transport)、結合
(Binding)、作用 (Action)、
排除 (Elimination)等負責
維持體內平衡
(Homeostasis)、生殖
(Reproduction)、發育
(Development)、行為
(Behavior)等的機制。
內分泌系統 (endocrine system)
(一 ) 組成
(二 ) 功能
(三 ) 特性
(一 ) 組成
內分泌系統包含,
腺體 (gland)、
激素 (hormone)、
目標細胞 (target cell)
三大部份傳遞訊號和指令至全身各處 。
運作方式 (1)
? 腺體和神經細胞傳遞溫度改變、飢餓、
恐懼、生長需求或任何的外來刺激至特
定內分泌腺;
運作方式 (2)
? 內分泌腺釋出帶有指令的激素至特定細
胞,與其中的蛋白質受體 (receptor)結合;
運作方式 (3)
結合後的蛋白質受體開始解讀並執行所接受的指令,
就下列兩種截然不同的細胞作用,擇一進行:
(a) 啟動基因進行新蛋白質的合成,產生長期的效應,
例如控制身高和骨骼結構的生長激素,以及決定性別
特徵的雌激素 (estrogen)、雄性激素 (androgen)等。
(b) 改變現存細胞蛋白質的活性,產生立即的反應,例
如在受到驚嚇時釋出腎上腺素 (adrenaline)形成快速
的心臟跳動,或者胰島素導致血糖濃度的改變。
主要的腺體
(1) 卵巢 (ovary)
(2) 睪丸 (testis)
(3) 胰臟 (Pancreas)
(4) 腎上腺 (Adrenal
Glands)
(5) 胸腺 (Thymus)
(6) 副甲狀腺
(Parathyroid Gland)
(7) 甲狀腺 (Thyroid)
(8) 腦下垂體後葉腺
(Posterior Pituitary
Gland)
(9) 腦下垂體前葉腺
(Anterior Pituitary
Gland)
(10) 下丘腦
(Hypothalamus)
(11) 松果體 (Pineal
Gland)
(1) 卵巢 (ovary)
(a) 類固醇 (steroid)的雌激素:發展和維持女性
特徵,啟動泌尿生殖系統 (uterine lining)的建
立。
(b) 類固醇的黃體酮 (progesterone):影響女性胸
部發育、經期;促進泌尿生殖系統的生長與分
化。
(2) 睪丸 (testis)
? 類固醇的雄性激素,主要是睪丸酮
(testosterone),發展和維持男性特徵,
協助精子的形成。
(3) 胰臟 (Pancreas)
(a) 多 肽 鏈 (polypeptide)的胰島素 (insulin):降低
血糖濃度、增加肝醣 (glycogen)的儲存、刺
激蛋白質的生成。
(b) 多 肽 鏈的高血糖素 (Glucagon):促進肝醣的
分解、提高血糖濃度。
(c) 肽 (peptide)類的生長抑素 (Somatostatin):抑
制胰島素和高血糖素的釋出。
(4) 腎上腺 (Adrenal Glands)
(a) 兒茶酚 (Catecholamine)氨基酸衍生物類的腎上腺素
(Epinephrine):
(b) 兒茶酚氨基酸衍生物類的副腎上腺素 (Norepinephrine):
(c) 類固醇的糖皮質激素 (Glucocorticoid),主要是腎上腺皮
質素 (cortisol)和皮質類固醇 (corticosterone):
(d) 類固醇的礦物類皮質激素 (Mineralocorticoids),主要是醛
固酮 (aldosterone):
(e) 類固醇的腎上腺雌激素 (Gonadocorticoid),主要是雄性
激素 (androgen):
(a) 兒茶酚 (Catecholamine)氨基
酸衍生物類的腎上腺素
(Epinephrine):
緊縮位於皮膚、腎臟、腸線部位
的血管 (blood vessels)以增加通往
心臟、腦部、骨骼肌的血液量,
導致心跳加快和血壓增高;刺激
平滑肌收縮;提升血糖濃度。
(b) 兒茶酚氨基酸衍生物類的副
腎上腺素 (Norepinephrine):
緊縮全身的血管;增加心跳和心臟肌的
收縮;增加代謝速率。
(c) 類固醇的糖皮質激素
(Glucocorticoid),主要是腎上腺皮質
素 (cortisol)和皮質類固醇
(corticosterone):
藉影響醣類代謝作用來調節血糖濃度;影
響生長;降低緊張 (stress)以及消炎 (anti-
inflammatories)效應。
(d) 類固醇的礦物類皮質激素
(Mineralocorticoids),主要是醛
固酮 (aldosterone):
調節腎臟有關鈉、鉀、水的分泌。
(e) 類固醇的腎上腺雌激素
(Gonadocorticoid),主要是雄性
激素 (androgen)
與第二性別特徵有關 (尤其是停經後的女性 )。
(5) 胸腺 (Thymus)
? 多種 肽 類的胸腺素 (Thymosin)和胸腺生成素
(Thymopoietin),人體的胸腺所製造的胸腺蛋
白質至少有七種, 主要是有關免疫系統細胞的
發育和維持 。
? 例如促進 T淋巴細胞 (lymphocyte)的發育以及
維持、骨髓 B淋巴細胞的分化為可產生抗體
(antibody)的血漿細胞 (plasma cell)。
(6) 副甲狀腺 (Parathyroid Gland)
? 肽 類的副甲狀腺素,促進骨骼釋放鈣而增
加血液中的鈣濃度;促進腸道鈣質的吸收,
但是減少腎臟對鈣的分泌;降低血液中磷
酸鹽的含量。
(7) 甲狀腺 (Thyroid)
(a) 氨基酸類的甲狀腺素 (thyroxine)和三碘甲狀
腺原氨酸 (triiodothyronine):
發展及維持女性器官與特徵;啟發泌尿生殖系
統的建立。
(b) 肽 類的抑鈣激素 (calcitonin):
抑制骨骼對鈣的釋放,因此降低血液中的鈣濃
度。
(8) 腦下垂體後葉腺 (Posterior
Pituitary Gland)
(a)肽 類的抗利尿激素 (Antidiuretic hormone):增
加腎臟對水的吸收,以及增高血壓。
(b) 肽 類的縮宮素 (oxytocin):
促進懷孕子宮的收縮,以及生產後乳汁的形成。
(9) 腦下垂體前葉腺 (Anterior
Pituitary Gland)
(a) 蛋白質的生長激素:促進肌肉和骨骼的生長;提升蛋白質合成
與脂肪的流通性。
(b) 蛋白質的催乳激素 (prolactin),促進產後乳汁的形成與分泌。
(c) 糖蛋白 (glycoprotein)類的甲狀腺促進素 (Thryoid-stimulating
hormone,TSH):促進甲狀腺激素的形成與分泌。
(d) 多 肽 鏈的促腎上腺皮質激素 (Adrenocorticotropic hormone,
ACTH):促進腎上腺皮質分泌腎上腺皮質素 (cortisol)以及其
他的類固醇。
(10) 下丘腦
(Hypothalamus)
肽 類的激素,對來自神經系統的信號或在
血液中循環的激素濃度效應,產生反應而
釋放可作用於腦下垂體腺 (pituitary gland)
的對應激素。
(11) 松果體 (Pineal
Gland)
兒茶酚氨基酸衍生物類的褪黑激素
(melatonin),主要是晝夜節律
(circadian rhythm)的調節;抑制腎上腺
雌激素;曝光會減少分泌,黑暗則增加
分泌。
(二 ) 功能
所有脊椎動物,例如魚和哺乳動物,都具有內分泌
系統,聯合神經系統執行下列功能:
(1) 維持生物體內部的穩定狀態,例如營養、代謝作
用、水分、礦物質、酸鹼值等平衡;
(2) 對來自體外的刺激 (stimuli)產生反應;
(3) 調節生長、發展、生育;
(4) 產生、使用、儲藏能量。
(三 ) 特性
激素分子具有一些獨特的性質與目標細胞相結合:
(a) 自然的激素具有強力的活性,也就是說極少量就可
以引起反應。
(b) 不同的腺體可以分泌相同的激素,例如卵巢和腎上
腺都會分泌雌激素。
(c) 同一激素的作用會因目標細胞的所在地、性別、物
種而異,例如雌激素在人類與女性經期有關,但是在
鳥類則與其骨骼細胞的強韌性有關。
(d) 激素經由與細胞核內的 DNA結合而影響基因表現,
也就是說,規劃於基因中的功能必須透過激素來啟動,
進行特定蛋白質的合成,導致細胞有新的活性,例如
生長、分泌、代謝等。
激素的 作用
? 激素分子攜帶來自內分泌腺以及身體組織的指令,傳
遞至全身各處。人體含有大約 50種的激素,掌控諸如
肌肉生長、心跳速率、經期、飢餓等反應。
? 激素透過血液或細胞胞液到達目標細胞,與目標細胞
中或位於其表面的蛋白質受體結合,受體解讀指令之
後會影響基因表現或改變細胞蛋白質活性,因而改變
目標細胞的運作,這些作用包括即時的反應與長期的
效應。
? 激素的作用方式有專一性與非專一性,同一目標細胞
也可能接受多種的不同激素效應。
激素的分類
(1) 信號的傳遞距離
(2) 化學結構
(3) 水溶性與脂溶性
(1) 信號的傳遞距離
(a) 長距離訊號
包含內分泌腺以及下丘腦的細胞所釋出的激素,透過
血液傳送它們會遍佈全身,但是只有特定細胞受體會
有反應。
(b) 局部訊號
包括旁泌性 (paracrine)、自泌性 (autocrine)、神經觸
突性 (synaptic)三大類。旁泌性是指激素分泌進入相
鄰的細胞間隙溶液 (interstitial fluid)進而擴散進入鄰近
的細胞;自泌性是指細胞會分泌影響自身的激素;神
經觸突性是指激素透過神經觸突在神經元細胞之間或
肌肉與神經元細胞之間傳遞。
(2) 化學結構
(a) 類固醇類
(b) 氨基酸衍生物類
(c) 多 肽 鏈類
(a) 類固醇類
脂溶性,來自膽固醇,包括男女都具有
只是不同比例的雌激素、雄激素、黃體
酮三大類,此種激素會進入細胞核與特
定受體或基因結合,形成特定的蛋白質。
(b) 氨基酸衍生物類
水溶性,與位於細胞表面的受體結合,
產生信號促使位於細胞內的特定分子活
化酵素、蛋白質活性、基因表現等。
(c) 多 肽 鏈類
水溶性的長鏈氨基酸分子 (數個至 200
個 ),例如胰島素、催乳激素等調節代
謝、乳汁分泌、生長、生育等作用。
(3) 水溶性與脂溶性
? 水溶性激素可以經由血液輸送,但是會受到脂
質結構的排斥,例如細胞膜或細胞核膜,因此
水溶性激素通常與位於細胞表面的受體作用。
? 脂溶性激素則相反,必須先與特定蛋白質結合
轉變成水溶性才能夠經由血液輸送,到達目標
細胞之後必須與特定蛋白質部份分離,才能與
受體結合。
內分泌干擾化合物
? 凡是會影響內分泌系統運作的人造化合
物或天然的植物性物質都稱為內分泌干
擾化合物 (Endocrine disrupters),或是環
境激素 (Environmental hormones)。
主要内容
? 種類與運作機制
? 干擾物質的來源
? 干擾物質的效應
種類與運作機制
(a)模仿性荷爾蒙 ─雌激素 (Estrogen)和雄激素 (Androgen)的作用,會
與荷爾蒙受體 (Hormone Receptor)相結合,取代真正性荷爾蒙
的功能,因有近似雌激素的作用,所以又被稱為環境雌激素
(Environmental Estrogen),這也是目前歷經最多研究的荷爾蒙
干擾物質,例如來自多種植物與真菌的天然植物性雌激素
(Phytoestrogens)。
(b) 阻擋 (Block)、防止 (Prevent)及改變 (Alter)荷爾蒙與荷爾蒙受體的
結合或影響細胞訊息傳遞的途徑 (Pathway):又分抗雌激素 (Anti-
Estrogen)或抗雄激素 (Anti-Androgen)兩大類。
(c) 改變天然荷爾蒙的生成 (Production)與分解 (Breakdown)或者變更
(Modify)荷爾蒙受體的形成與功能:稱為環境干擾素
(environmental disrupters)或環境調節素 (environmental
modulators)。
(B) 干擾物質的來源
(a) 殺蟲劑 (Pesticide)、除草劑 (Herbicide)、殺菌劑
(Fungicide)等, DDT、拉草 (alachlor)、免耐得 (benomyl)
稻種消毒劑。
(b) 塑膠產品 (Plastics):雙酚 A(Biphenol A)、鄰苯二甲酸鹽
(phthalates)。
(c) 醫藥製劑 (Pharmaceuticals):避孕丸、十二指腸潰瘍、
胃潰瘍藥 (cimetidine)。
(d) 家庭日用品,清潔劑 (Detergent)和附加的表面活性劑
(Surfactants)的分解物。
(e) 工業化合物,多氯聯苯 (Polychlorinated biphenyls,
PCBs)、戴奧辛 (Dioxin)、煤焦油中的致癌物
(benzopyrene)。
(f) 重金屬類,鉛 (Lead)、汞 (Mercury)、鎘 (Cadmium)。
(C) 干擾物質的效應
(1) 野生動物的影響
(2) 對人類健康的影響
(1) 野生動物的影響
許多廣泛使用的人造化合物由於不易分解,容易儲存在動物體內的
脂肪組織形成生物性累積效應,經由水溶液、空氣、生物活動等
散播至全球各地,可在土壤、水域、動植物體內發現。例如:
(a) 生活在英格蘭都會區污水排放口附近的雄魚會同時呈現雌魚和雄
魚的特徵,並且其肝會產生只見於雌魚的卵黃蛋白質 (vitellogenin),
其反常性與污染源距離成反比。部分清潔劑和塑膠的分解物烷基
酚 (alkylphenol)被認為是可能的禍原。
(b) 由於 1980年鄰近化工廠廢液外流 (spill),佛羅里達州 Apopka湖區
域的鱷魚與雌激素性污染物及其代謝生成物密切接觸,例如
dicofol與 DDT,導致鱷魚數量大減,在 1990年科學家發現卵和幼
鱷的死亡率偏高、成體的雌鱷魚雌激素含量是正常量的兩倍、幼
雄鱷的雄性生殖器官變小,並且具有較高的雌激素含量以及較低
的雄激素等現象,因此認為這些雌激素性污染物不僅殺死了部分
鱷魚和卵,也干擾、改變了許多鱷魚的內分泌系統。
(2) 對人類健康的影響
? 雌激素與雄激素是形成女男性別特徵的關鍵,並且如果雌
激素對雄激素的比例過度提升,就會有雌性化
(feminization)現象。
? 然而,縱使有高度的懷疑,目前只有作為豐乳、避孕之
用的乙烯雌酚 (DES,diethylstilbestrol)被證實是對人類健
康有致癌性的。許多動物試驗所發現的可能環境污染物效
應包括反常的血液激素含量、生育率降低、性行為改變、
免疫系統變更、雌性個體的雄性化、雄性個體的雌性化、
雌性與雄性生殖道癌、輸卵管 (Fallopian tubes)、子宮
(uterus)、子宮頸 (cervix)的變形、骨骼結構和密度的改變、
隱睾症 (undescended testicles)等。
结语
? 环境激素问题已切实摆在了世界各国的面前。虽然目前研
究取得了一些进展,但还有许多重大问题亟待解决,如:
? 环境激素在环境介质中富集、迁移、转化、分配的规律研
究尚少 ;
? 环境激素的作用机理也不十分明确,它同地域的影响是否
相关 ;
? 如何评价其危险性,如何制定接触水平,其对人类影响的阈
值如何 ;
? 多种环境激素的协同作用更令人警视。
? 目前我国对环境激素的研究尚处起步阶段,对生态环境的
改造与保护也非常落后,因此我国更应提高重视,加大力度,
制定研究计划,完善监测网络系统,借鉴国外的经验,在国际
间广泛合作,共同保护人类的家园。