Bisfenoly v patologii reprodukce

Souhrn

Cíl studie: Bisfenoly patří k nejrozšířenějším endokrinním disruptorům, kterým je exponována populace průmyslově vyspělých zemí. Cílem práce je uvést přehled současných poznatků o jejich vlivu na reprodukci.

Typ studie: Přehledový článek.

Název a sídlo pracoviště: Gynekologicko-porodnická klinika Lékařské fakulty Masarykovy univerzity a FN Brno.

Metodika: Literární rešerše databáze PubMed publikované do října 2018 s termíny zaměřenými na „bisphenol“ a „reproduction“.

Výsledky: V lidských tkáních a tělesných tekutinách byly prokázány vyšší koncentrace bisfenolu A a S. Molekuly bisfenolů mají účinek analogický estrogenům, ovlivňují hormonální regulaci a aktivitu estrogenových receptorů. Byl prokázán jejich vliv na poruchy maturace oocytů, spermatogenezi a vývoj reprodukčního ústrojí. Bisfenol S má negativní účinky na reprodukci srovnatelné s bisfenolem A, který ve výrobě nahradil.

Závěr: Bisfenoly jsou rozšířené endokrinní disruptory, které mohou vyvolat závažné poruchy plodnosti žen i mužů.

Klíčová slova:

bisfenol – reprodukce – endokrinní disruptor – oocyt – spermie

ÚVOD

V současné době přibývá důkazů, že na poruchách plodnosti se významně podílí organické látky ze životního prostředí. Do lidského organismu se dostávají vzduchem, vodou potravinami nebo při aplikaci na povrch těla. Jejich zdrojem jsou chemikálie používané v průmyslové výrobě, zemědělství, potravinářství, dopravě, farmacii, kosmetice nebo zplodiny cigaretového kouře. Mohou poškozovat tvorbu a dozrávání gamet, gonády, embryonální vývoj a svými důsledky mohou vést k patologii reprodukce dalších generací [2, 9, 20]. Cílem práce je uvést přehled současných poznatků o vztahu bisfenolů k poruchám plodnosti.

ENDOKRINNÍ DISRUPTORY

Endokrinní disruptory (ED) jsou definované jako exogenní látky, které mění funkci endokrinního systému, což vede k nežádoucím zdravotním dopadům na individuální organismus nebo jeho potomstvo [15]. V literatuře je někdy uváděn také termín EDC (= endocrine disruptor chemicals) [3]. ED mohou interferovat s metabolismem nejrůznějších hormonů, mohou modifikovat jejich funkce nebo receptory [3]. Do skupiny endokrinních disruptorů patří široká škála chemických látek včetně pesticidů, zpomalovačů hoření, nátěrových hmot, průmyslových rozpouštědel a substancí uplatňujících se při výrobě plastů a dalšího spotřebního zboží [4, 9]. Vzhledem k jejich všeobecnému rozšíření je jejich působení v průmyslově vyspělých zemích vystavena prakticky celá lidská populace.

Účinky ED mohou mít také hormonálně aktivní látky rostlinného původu – fytoestrogeny, zejména při jejich zvýšeném příjmu potravou při nesprávné dietě. V odpadních vodách velkých městských aglomerací mohou být také vysoké hladiny estrogenů vylučovaných močí žen, což může ovlivňovat faunu těmto látkám exponovanou [3]. Některé ED se vyznačují dlouhým poločasem rozkladu, jsou obtížně metabolizovatelné a vzhledem ke své lipofilní povaze mohou být roky ukládány v tukové tkáni (jako např. pesticidy, dioxiny nebo těžké kovy) [9, 15]. Substance, které jsou sice z organismu rychle vylučovány, ale jsou přítomné ve většině předmětů denní potřeby, např. bisfenol A (BPA), mohou způsobit závažné patologie především v průběhu intrauterinního vývoje.

ENVIRONMENTÁLNÍ ESTROGENY

Environmentální estrogeny jsou látky estrogenní povahy, které se vyskytují ve vodě, vzduchu, v půdě a v množství domácích produktů. Do lidského organismu se mohou dostat jak orálně, tak respirací nebo transdermálně [3, 9, 12]. Vzhledem ke své chemické struktuře mají schopnost kumulovat se v tukové tkáni, ze které se mohou při lipolýze uvolňovat a během těhotenství ovlivňovat plod. Environmentální estrogeny dělíme podle jejich původu na syntetické xenoestrogeny, které se nacházejí v plastech a četných chemických přípravcích, na přírodní – fytoestrogeny, které jsou izolovány z rostlin, a mykoestrogeny, které jsou produkty hub. Mezi nejrozšířenější xenoestrogeny patří bisfenoly – bisfenol A, bisfenol S a bisfenol AF [15, 22].

BISFENOLY

Bisfenoly jsou chemické sloučeniny se dvěma hydroxyfenylovými funkčními skupinami, které se používají jako komponenty polymerizačních reakcí při výrobě plastů. Bisfenol A (BPA = bisphenol A) byl nejdříve používaný k urychlení růstu dobytka. Po objevení jeho estrogenní aktivity se využíval jako substituce estrogenu u žen a od druhé poloviny minulého století se používá při výrobě plastů. Z těchto plastových materiálů, které jsou součástí například plastových obalů, nádob, kancelářských papírů, bankovek a zubařských materiálů se dostává do vody, jídla a ovzduší [3, 15]. Bisfenol A způsobuje významné poruchy v dětském vývoji, a proto je v mnoha zemích zakázáno jeho použití při výrobě dětských lahví a hraček. Bisfenol S má podobné vlastnosti jako Bisfenol A [22]. Je součástí lepidel a papírů. Do lidského organismu se dostává především cestou transdermální. Bisfenol AF má podobné estrogenní účinky jako předchozí zástupci bisfenolů [3].

BISFENOL A V LIDSKÝCH TKÁNÍCH

Při celosvětovém rozšíření BPA není překvapením, že množství studií potvrdilo jeho přítomnost v lidských tkáních. U 92,6 % Američanů a u 90 % Kanaďanů byla detekována hladina BPA [1]. Přítomnost BPA byla zjištěna nejčastěji v moči, ale také v séru. V rámci pohlavního systému byly hladiny BPA potvrzeny v tkáni varlete, seminální plazmě, v ovariální folikulární tekutině, v mateřském mléku, fetální plazmě, amniotické tekutině a v placentě [3, 18, 22]. Množství studií prokázalo přímou souvislost mezi expozicí matky a hladinou BPA fétu [8]. BPA může pronikat placentou a ovlivňovat fetální vývoj. Novorozenci mohou být vystaveni BPA v mateřském mléce při kojení [8]. Účinek BPA závisí na velikosti dávky a době expozice. V prenatální a neonatální periodě je lidský organismus pravděpodobně nejvíce vnímavý [3, 6, 7].

MECHANISMUS ÚČINKU

Bisfenoly působí jako typické endokrinní disruptory na několika úrovních [11]. Byl popsán negenomický účinek BPA, který ovlivňuje buněčnou signalizaci, genomický účinek, který ovlivňuje regulaci transkripce DNA, a epigenetický účinek zodpovědný za metylaci a acetylaci DNA a histonů [16, 19]. Díky podobné chemické struktuře s estrogeny působí bisfenoly přes intracelulární estrogenové receptory (ERR). Jejich ovlivnění lidského organismu tedy záleží na zastoupení estrogenových receptorů v dané tkáni. Bisfenol A a bisfenol S se vážou na ERR-γ. Bisfenol AF má afinitu k ERR-γ, ERR-α, ERR-β. BPA inhibuje aktivitu přirozených endogenních estrogenů, a tím narušuje funkci nukleárního estrogenového receptoru. BPA byl také identifikován jako antagonista androgenních receptorů. Tato anti-androgenní aktivita byla zaznamenána v několika studiích, ale s měnícími se hodnotami maximální inhibiční koncentrace [19]. Na rozdíl od jiných antagonistů androgenního receptoru inhibuje BPA jeho nukleární translokaci. Další z endokrinních účinků zahrnují snížení exprese aromatázy a snížení aktivity aromatázy in vitro. Bylo také pozorováno snížení syntézy testosteronu a estradiolu in vivo po vystavení BPA. Prenatální expozice BPA pozměnila kódování jednotlivých subtypů endoplazmatického retikula [4] a narušila normální vývoj placenty [12]. Dalšími z účinků BPA na lidský organismus jsou snížení transkripce receptorů pro tyroidní hormony, vazbu ke glukuronovému receptoru, snížení transportu cholesterolu přes mitochondriální membránu a stimulaci uvolnění prolaktinu [15].

INTERAKCE S REPRODUKČNÍM SYSTÉMEM ŽENY

Studie in vitro prokazují, že zvířata, která byla exponována bisfenolu A, měla strukturální abnormality ovarií, uteru, cervixu a vaginy. Díky estrogenní aktivitě bisfenolu A byl pozorován vyšší výskyt karcinomu vaginy, ovariálních cyst, tumorů a leiomyomů uteru. Zvýšená hladina bisfenolu A se dává do souvislosti i se vznikem endometriózy [12].

Studie in vitro i in vivo přesvědčivě prokazují nepříznivý vliv BPA na plodnost. BPA zvyšuje pravděpodobnost vzniku benigních i maligních tumorů, narušuje apoptózu epitelií dělohy při estrálním cyklu [3] a cyklickou aktivitu ovarií, ovlivňují kvalitu oocytů [14] a folikulogenezi. Během zrání myšího oocytu vystaveného dávce bisfenolu A byly ve studii in vitro nalezeny změny v konfiguraci meiotického vřeténka, které vedly k chybné chromozomové segregaci [6]. Podobně bylo zjištěno, že nízké dávky BPA jsou spojeny s aberacemi během meiotického dělení, včetně zvýšené incidence rekombinací a selhání tvorby primordiálního folikulu způsobené inhibicí meiózy oocytu [7]. Bylo pozorováno narušení embryonálního vývoje myší blastocysty po expozici BPA a narušení implantace [14].

VLIV BPA NA MATURACI LIDSKÝCH OOCYTŮ IN VITRO

V řadě klinických studií byla prokázána negativní korelace mezi koncentrací BPA v séru/moči a výsledky léčby metodami asistované reprodukce včetně nízkých hladin estradiolu a nižšího počtu získaných oocytů [5, 14]. Selhání implantace bylo úměrné koncentraci BPA v moči [5]. Fujimoto et al. prokázali negativní korelaci mezi hladinou nekonjugovaného BPA v séru a výsledky fertilizace oocytů metodou ICSI [7]. Meiotické dělení, obnovené v oocytu preovulačního folikulu vlivem vzestupu hladiny luteinizačního hormonu (LH), je extrémně citlivé na působení ED. Expozice BPA v této fázi, kdy dochází k segregaci chromozomů a finální maturaci cytoplazmy před fertilizací, může vést nejen k zástavě meiózy, ale také k poruchám dělicího vřeténka, nesprávnému rozdělení chromozomů a aneuploidiím [22].

Výjimečná byla experimentální studie vlivu BPA na meiotické dělení oocytů [14]. Do studie bylo zařazeno celkem 352 nezralých oocytů ve stadiu GV (germinal vesicle), které nebyly vhodné pro fertilizaci u pacientek léčených metodou IVF. Oocyty byly kultivovány po 30 hodin v kultivačním médiu bez BPA a v médiích s BPA v koncentracích 20 ng/ml, 200 ng/ml a 20 µg/ml. Po ukončení kultivace byly oocyty fixovány a byla stanovena fáze meiotického vývoje imunofluorescencí a konfokálním mikroskopem. Úměrně s koncentrací BPA se snižoval počet oocytů, které se vyvíjely do MII (metafáze II) a zvyšoval počet oocytů podléhajících degeneraci. S vyšší koncentrací BPA byly také častější poruchy dělicího vřeténka a rozdělení chromozomů. Tato data potvrzují negativní vliv BPA na zrání oocytu a jeho možný vliv na snížení plodnosti v posledních dekádách [3, 22].

VLIV BISFENOLU S NA MATURACI OOCYTŮ

Po zákazu používání BPA byly zavedeny jeho náhrady, především bisfenol S (BPS), jehož celosvětová produkce prudce stoupla. V řadě studií byl BPS detekován v tělních tekutinách a tkáních osob hospodářsky vyspělých zemí, což dokládá vysokou expozici populace této látce [13]. Bylo prokázáno, že BPS má estrogenní účinky a nepříznivě ovlivňuje řadu fyziologických procesů [22]. Z hlediska reprodukce je zcela zásadním procesem bezchybné meiotické dělení gamet. Je prokázané, že meiotická maturace včetně správné stavby a funkce dělícího vřeténka je regulována estrogeny a aktivitou aromatázy. Správné hormonální signály jsou také nezbytné pro kumulární buňky, které produkují kyselinu hyaluronovu – hlavní složku extracelulární matrix. Vliv BPS na příslušné receptory může snadno vést k závažným poruchám těchto procesů. Ve velmi zajímavé studii [23] byl sledován vliv různých koncentrací BPS na vývoj a maturaci prasečích oocytů in vitro. Oocyty vystavené BPS měly narušenou tvorbu tubulinu dělicího vřeténka, nesprávné rozdělení chromozomů, poruchu expanze kumulárních buněk, estrogenových receptorů a aromatázy. Tyto defekty byly prokázány i při nižších koncentracích BPS, než jsou detekovány ve folikulární tekutině u osob exponovaných působení BPS. Navíc se zdá, že dlouhodobá expozice nízkým dávkám BPS může mít negativní dopad na vývoj ovarií. V roce 2018 byla zveřejněna studie, která se věnovala efektu dlouhodobého příjmu nízkých dávek na vývoj myších ovarií. V tomto experimentu byl podáván BPS experimentálním myším a bylo zjištěno, že čtyřtýdenní podávání i velice nízkých dávek (0,1 ng/g živé váhy) mělo prokazatelně negativní vliv na vývoj ovarií a folikulogenezi. U exponovaných myší bylo zjištěno méně primárních i antrálních folikulů. Byl zaznamenán také účinek na cytoskelet, kdy získané oocyty maturované in vivo častěji vykazovaly nepravidelné uspořádání dělicího vřeténka 17]. Podobný efekt na dělicí aparát byl sledován i u lidských oocytů po maturaci in vitro v přítomnosti BPA [14].

INTERAKCE BISFENOLŮ S REPRODUKČNÍM SYSTÉMEM MUŽE

Xenoestrogeny vykazují mnoho negativních účinků při působení na mužský reprodukční systém. Negativní vliv na kvalitu semene a poruchy spermatogeneze byl popsán i u jiných endokrinních disruptorů, například ftalátů a dioxinů. V množství studií byl popsán negativní vliv BPA na spermatogenezi a kvalitu spermií ryb. Experimentální studie popisující vliv BPA na reprodukční systém samčích hlodavců prokázala jeho nepříznivý vliv na vývoj varlat a spermatogenezi dospělých jedinců poté, co byli vystaveni působení BPA in utero. Tato expozice je spojena se snížením koncentrací testikulárního testosteronu, snížením denní produkce spermatu a zmenšením nadvarlete a semenných váčků [22]. Xenoestrogeny mohou mít úlohu při vniku karcinomu z testikulárních zárodečných buněk. BPA má vliv na vznik hyperplazie prostaty, stimulací proliferace buněk prostřednictvím estrogenových receptorů, a tím zvyšuje pravděpodobnost vzniku mutace [12]. Samci, kteří byli v prenatálním období vystaveni působení BPA přijímaného matkou v krmné dávce, měli nižší počet spermií a morfologické anomálie se u nich vyskytovaly častěji než u samců v kontrolní skupině. Navíc byl ve skupině samců vystavených působení BPA sledován narušený vývoj varlat a vyšší míra apoptózy buněk zárodečného epitelu [10].

SYNDROM TESTIKULÁRNÍ DYSGENEZE

Syndrom testikulární dysgeneze (TDS – testicular dysgenesis syndrome) je charakterizován symptomy hypospadie, kryptorchismem, sníženou kvalitou spermatu a zhoubnými nádory varlete. TDS může být způsoben genetickou mutací, nicméně poslední studie dokazují podstatný vliv expozice fetálního varlete působení environmentálních látek [18]. Mezi tyto látky patří estrogeny a antiandrogeny nacházející se ve zdrojích potravy a vody kontaminovaných syntetickými hormony a pesticidy užívanými v zemědělství [21]. Předpokládá se, že tento vliv způsobuje abnormality funkce Sertoliho a Leydigových buněk. To vede k narušení vývoje zárodečných buněk a k abnormalitám diferenciace zárodečných tkání. Při narušení funkce Leydigových buněk dochází ke snížení tvorby testosteronu a INSL3 (insulin-like factor 3). Toto narušení má za následek kryptorchismus, hypospadii a zkrácení anogenitální vzdálenosti. Postižení funkce Sertoliho buněk může být příčinou nedostatečné tvorby kvalitních spermií a vzniku zhoubných nádorů varlete v pozdějším období [18].

ZÁVĚR

Bisfenoly jsou rozšířené endokrinní disruptory, které mohou vyvolat závažné poruchy plodnosti žen i mužů. Bisfenol S má negativní účinky na reprodukci srovnatelné s bisfenolem A, který ve výrobě nahradil.

Tato samostatná práce vznikla za podpory projektů MZ ČR č. NV-18-01-00544 a MZ ČR - RVO (FNBr. 65269705).

Ing. Michal Ješeta, Ph.D.

FN a LF MU

Jihlavská 20

625 00 Brno

e-mail: jeseta.michal@fnbrno.cz