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化学物加重光诱导的F344/N大鼠视网膜变性

2018年12月06日 浏览量: 评论(0) 来源:Toxicologic Pathology, vol. 44, 6: pp. 892-903. , First Published May 26, 2016. 作者:李晓菲译 责任编辑:admin
摘要:慢性环境光照射引起的视网膜变性是白化大鼠常见的自发性年龄相关性病变,但也可能与环境化学品和药物暴露有关。典型地,光诱导的视网膜变性具有中央/半球定位,而化学诱导的视网膜变性具有弥漫定位。在F344/N大鼠中总共进行了3项慢性生物测定,发现视网膜变性与给药有关。在这3项研究中,对来自大鼠的视网膜的回顾性光镜评价显示视网膜变性的频率与剂量有关,开始于感光细胞的丢失,然后是内核层细胞。
摘要:慢性环境光照射引起的视网膜变性是白化大鼠常见的自发性年龄相关性病变,但也可能与环境化学品和药物暴露有关。典型地,光诱导的视网膜变性具有中央/半球定位,而化学诱导的视网膜变性具有弥漫定位。在F344/N大鼠中总共进行了3项慢性生物测定,发现视网膜变性与给药有关。在这3项研究中,对来自大鼠的视网膜的回顾性光镜评价显示视网膜变性的频率与剂量有关,开始于感光细胞的丢失,然后是内核层细胞。这些剂量相关的频率增加的退化性视网膜病变局限于中央/半球区域提示光诱导的视网膜退行性变的加剧。
 
关键词:F344/N大鼠  眼光毒性  视网膜变性  致癌性  视网膜萎缩
 
简介:在非临床毒性评价中,化学药品和药物的眼部副作用是一个罕见的安全问题;根据发现的性质,这些副作用可能导致化合物在药物开发过程中终止,或调节化学品/补充剂的使用,以避免用于人类。通常通过临床检查和啮齿动物和非啮齿动物物种的组织病理学检查眼睛以评估眼睛毒性的可能性。对眼睛进行仔细的显微检查可以揭示与治疗相关的病变的存在,并提供剂量反应和病变类型的信息。然而,在白化病大鼠和小鼠的长期毒性(≥6个月)或致癌性研究中,自发性眼部病变,尤其是视网膜变性,相对常见。大鼠和小鼠的视网膜变性可发生于老化变化或继发于各种损伤,如物理创伤、脱离、炎症、病毒等传染因子、梗死等血管紊乱、眼压升高、营养不良或遗传因素。视网膜变性也可以是全身或局部给药的直接毒性作用。在实验室大鼠和小鼠中也出现了不确定的病因自发发生的视网膜变性。然而,在长期研究(≥6个月)中,在白化啮齿动物中赋形剂对照组中看到的自发性视网膜变性被认为是轻度相关的,尽管不能排除年龄效应。当大鼠和小鼠,尤其是白化鼠,暴露于过强的环境光下时,可发生光诱导的视网膜变性。除了光强度之外,白化啮齿动物光诱导的视网膜变性的发展还受到波长,暴露时间的长短,暗适应时间,初始暴露年龄、视网膜成熟度、性别、环境温度和饮食,包括缺乏营养如维生素、锌、牛磺酸的影响。重要的是要区分测试物品相关的视网膜损伤和视网膜光毒性,或确定测试物品与导致视网膜变性的环境光之间可能的加性或协同作用。研究视网膜变性原因的研究的关键组成部分包括视网膜损伤的形态学形貌。一般来说,化合物对视网膜的直接损伤倾向于在眼睛中造成弥漫性损伤,而不是更广泛的视网膜局部损伤。另一方面,在啮齿类动物中,由光引起的视网膜损伤并非均匀地在整个视网膜上发生,至少在早期阶段如此,但是具有非常特定的地形定位。沿着眼睛的垂直子午线,上部视网膜的损伤比下部视网膜严重,中央视网膜的损伤比周围视网膜严重。此外,大鼠和小鼠可以表现出一种偶然的老化改变,称为周边视网膜变性。因此,在长期的啮齿动物研究中,为了评价视网膜变性的机制,确定视网膜变性改变的定位非常重要。关于视网膜损伤的定位,影响视网膜的有毒化合物可细分为主要影响光感受器或神经节细胞的化合物和影响色素上皮的化合物。在光诱导视网膜变性的情况下,感光细胞的外段首先退化,感光细胞随后参与。我们对视网膜进行了回顾性显微评价,以确定视网膜变性是由于化学物质的直接作用还是由于化学物质引起的光致视网膜变性的加剧。
 
从NTP档案中检索了对照和给药动物的眼睛H&E染色切片。显微镜下检查每只动物的双眼视网膜变性的切片。最初,每组50只动物被分配到每个研究中;然而,由于死后自溶或早期死亡导致样本不当,一些动物被排除在评估之外。视网膜病变的严重程度根据三度表的退化程度进行分级。当所有的视网膜层都清晰,感光层内外段延长,外核层完整时,眼睛被认为是正常的(0级)。当视网膜的不同层保持不同时,病变被认为是1级(轻度),但感光层和外核层(大约1-3排核)的厚度减少。2级(中度)病变的特征是光感受器丧失,大部分外核层和外丛状层丧失。3级(明显)病变严重破坏了正常的视网膜结构,失去了正常的视网膜组织,有或没有残留的内核层和神经节细胞。慢性光暴露是视网膜变性的常见病因,通常具有独特的地形定位,其中包括视盘周围区域的颞上视网膜优先受到影响。在解剖和治疗过程中,眼球的正确定位对于评估视网膜损伤的地形是很重要的。在常规的啮齿动物毒性或致癌性研究中,在不考虑方位的情况下解剖和处理球体,因此不可能对视网膜病变进行关于颞/鼻和上/下部位的精确地形学评价。然而,有关视网膜病变局部/扩散定位的有价值的信息仍然可以产生。为了评估光在视网膜变性中的作用,对病变的地形进行如下评价:病变的严重程度在整个视网膜上是弥漫性的定位级别,当视盘两侧的病变级别有明显差异时,记录半球定位。当在视盘附近观察到病变等级的显著差异时,进行中心定位。此外,分别进行外周视网膜评估,因为白化大鼠,特别是F344大鼠经常观察到自发的周边视网膜变性,24个月龄。对于定位数据,使用趋势试验来评估视网膜变性动物中枢/半球或弥漫性定位的剂量相关增加的统计意义。
 
结果:视网膜变性的历史控制范围,其中眼睛是协议要求的组织,在F344/N大鼠的2年研究中0-79%(雄性),0-56%(雌性);在B6C3F1小鼠的2年研究中,0-4%(雄性),0-2%(雌性);在3个月研究中,0-10%(雄性),0%(雌性)。3个2年致癌性研究与剂量相关的视网膜变性频率增加。所有3项研究均在F344/N大鼠中,包括卡瓦提取物口服灌胃研究(剂量:0、0.1、0.3和1 g/kg)、丙烯酰胺饮用水研究(剂量:0、0.0875、0.175、0.35和0.70mM)和白孔雀石绿饲料研究(剂量:0, 91, 272,543 ppm)。在这些研究中,笼子位置每两周旋转一次,以便将长期暴露于眼睛的混淆效应降到最低。对来自这三项研究的眼睛的回顾性组织学评估的统计分析表明,通过趋势检验,与给药相关的视网膜变性频率的增加在统计学上是显著的。与对照组相比,卡瓦提取物0.3g/kg、1.0g/kg组和1.0g/kg组的视网膜变性频率以剂量依赖的方式显著增加。雄性和雌性在视网膜变性的平均严重度分级和视网膜变性的定位方面没有显著差异。在所有剂量的雌性中,中央/半球相对于弥漫性视网膜变性的比例增加。1.0g/kg组男女双侧病变比例均显著高于对照组。在对外周视网膜变性的评估中,与对照组相比,0.3g/kg组和1.0g/kg组雄性和1.0g/kg组以及1.0g/kg组雌性的平均严重度等级以剂量依赖的方式显著增加介于雄性和雌性之间或治疗和对照动物之间的周边视网膜变性的频率没有显著差异。丙烯酰胺给药组:雄性,0.7mM组视网膜变性的频率与对照组相比显著增加。视网膜变性的平均严重程度、双侧改变比例和视网膜变性的定位无显著差异。在周围性视网膜变性的评估中,在任何一组中,其频率和平均严重程度都没有变化。雌性,与对照组相比,任何组的视网膜变性频率均无变化,尽管这种趋势是显著的。与对照组相比,0.70mM组双侧变化的比例明显增加。视网膜变性的平均严重度分级和视网膜变性的定位无显著差异。在周围性视网膜变性的评估中,在任何一组中,其频率和平均严重程度都没有变化。白孔雀石绿组:雌性,543ppm组的视网膜变性频率显著高于对照组,但在视网膜变性的平均严重程度和视网膜变性的定位方面没有显著差异。在所有剂量范围内,中央/半球相对弥漫性视网膜变性增加。在周围性视网膜变性的评估中,543ppm组与对照组相比,平均严重度等级显著增加,但各组视网膜周边变性频率无明显改变。
 
结论:三种化学物质诱导视网膜变性的相关增加。根据病变的定位,推测这三种化学物质可能加重了光诱导的视网膜变性。通过眼睛的正确取向制备的载玻片的光学显微镜评价以区分测试物品相关的视网膜损伤和视网膜光毒性或确定测试物品与导致视网膜变性的环境光之间的相互作用。在长期白化啮齿动物毒性研究中,以剂量依赖的方式发现视网膜变性的情况下,应评估视网膜病变的形态和地形,有助于区分光致视网膜变性的加重或试验品的直接光毒性。如果视网膜病变具有光诱导改变的特征,则对其他物种(包括有色素的动物)进行额外的仔细评估。
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