《Antioxidants》：Targeting Epigenetic Dysregulation: Antioxidants as Countermeasures Against EDC-Induced Reproductive Toxicity
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广泛存在的环境内分泌干扰物（Environmental Endocrine?Disrupting Chemicals, EDCs），包括双酚类、邻苯二甲酸酯类及重金属等，对全球哺乳动物生殖健康构成持续且严重的威胁。氧化应激是EDC暴露后生殖细胞表观遗传失调的关
广泛存在的环境内分泌干扰物（Environmental Endocrine?Disrupting Chemicals, EDCs），包括双酚类、邻苯二甲酸酯类及重金属等，对全球哺乳动物生殖健康构成持续且严重的威胁。氧化应激是EDC暴露后生殖细胞表观遗传失调的关键介导因素，表现为DNA甲基化异常、组蛋白翻译后修饰紊乱及非编码RNA网络失调。EDC诱导的氧化应激会损伤内源性抗氧化防御系统，并使关键表观遗传调节因子失活，从而形成氧化还原失衡与表观遗传失调的自我强化循环，最终导致配子发生受损、生育力下降及跨代生殖异常。本综述汇总了现有证据表明，褪黑素、维生素C、白藜芦醇及表没食子儿茶素没食子酸酯等多种抗氧化剂可通过靶向表观遗传失调来缓解EDC诱导的生殖毒性。其保护效应包括清除过量活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）、激活内源性抗氧化信号级联、恢复表观遗传酶活性以及纠正异常的组蛋白修饰谱，从而维持生殖细胞的表观遗传稳态。本综述阐明了EDC暴露、氧化应激、表观遗传失调与生殖毒性之间的内在机制联系，为制定针对EDC暴露的生殖健康防护策略提供了理论基础，并指导临床表观遗传生物标志物的探索。
1. 引言
环境内分泌干扰物（EDCs）是一类可干扰机体内源性激素合成、代谢与作用的外源性化合物，涵盖双酚类、邻苯二甲酸酯类、重金属、多环芳香烃及蓝藻毒素等。其在工业加工、食品包装及个人护理产品中的广泛应用，使得人类在整个生命周期中均可能通过吸入、摄入及皮肤接触而暴露于EDCs。流行病学与实验研究一致表明，EDC暴露与多种生殖系统疾病风险升高密切相关。鉴于EDCs的非生物降解性、生物富集性及潜在的跨代毒性，其引发的生殖危害已成为全球公共卫生的重要关切，亟需干预。为保护公众健康，欧洲食品安全局（EFSA）与美国环境保护署（EPA）已基于毒理学风险评估，为双酚A（BPA）及部分邻苯二甲酸酯（如DEHP、DBP、BBP）制定了允许暴露限值，为暴露控制与食品安全评价提供了基准。由于EDCs多以痕量存在且长期暴露可危害健康，需采用超高效液相色谱-串联质谱等高精度仪器对其进行检测以确保可靠定量。
早期关于EDC生殖毒性的研究主要集中于核激素受体信号紊乱及下丘脑-垂体-性腺（HPG）轴功能障碍。新兴证据显示，氧化应激是EDC诱导生殖毒性的关键中介机制。EDC暴露可促进生殖组织与生殖细胞内ROS过度生成，破坏内源性抗氧化防御系统，诱发线粒体功能障碍，进而引发脂质过氧化、DNA损伤及生殖细胞凋亡。环境表观遗传学进展进一步表明，生殖细胞中氧化应激相关的表观遗传失调在介导长期生殖损害及生殖障碍的跨代遗传中发挥关键作用。与基因组突变不同，表观遗传修饰（包括DNA甲基化异常、组蛋白翻译后修饰紊乱及非编码RNA网络失调）具有潜在可逆性，因而成为干预的潜在靶点。在此背景下，抗氧化剂因其在清除ROS及调节内源性抗氧化防御系统方面的优异能力，日益受到生殖毒理学关注。近期研究表明，天然与合成抗氧化剂均可有效缓解EDC诱导的配子损伤与生殖功能障碍，且其保护效应与表观遗传稳态的调节密切相关。然而，抗氧化剂在对抗EDC诱导生殖毒性中发挥表观遗传保护的分子机制仍缺乏系统阐释，阻碍其临床转化的关键科学问题亦未得到充分总结。本综述旨在填补这一空白，聚焦以下方面：（1）EDCs通过氧化应激损害配子发生与生殖功能的分子机制；（2）EDC暴露后生殖细胞中由氧化应激驱动的表观遗传调控网络，包括DNA甲基化失衡、组蛋白修饰异常及染色质重塑紊乱；（3）不同抗氧化剂在缓解EDC诱导生殖毒性中的保护作用及其特异性表观遗传机制。通过整合现有研究进展，本综述旨在阐明氧化还原-表观遗传互作在EDC相关生殖损伤中的作用，为基于抗氧化剂的生殖健康防护策略提供理论依据，并指出该领域未来的优先研究方向。
2. 环境毒物的激素信号紊乱与氧化应激
EDCs通过模拟或拮抗内源性激素，扰乱受体介导的信号通路，这是其损害生殖功能的主要机制之一。许多EDCs可与核激素受体（如雌激素受体ERα/β、雄激素受体ARs及甲状腺激素受体TRs）相互作用，通过表观遗传重塑改变靶组织中下游靶基因的正常表达。例如，双酚A（BPA）与ERα/β结合，扰乱人颗粒细胞与间质细胞中的雌激素应答转录，进而干扰HPG轴调控，导致卵泡刺激素（FSH）与黄体生成素（LH）分泌失衡，最终损害卵泡发生与精子发生。邻苯二甲酸酯类（如DEHP）则表现出抗雄激素活性，降低精子活力与存活率。此外，蓝藻毒素微囊藻毒素-LR（MC-LR）通过改变性腺受体表达降低类固醇激素敏感性；多环芳香烃苯并(a)芘（BaP）可激活芳烃受体（AhR）并与ERα相互作用，引起小鼠生殖细胞组蛋白修饰改变、凋亡通路激活及雄性后代生育力下降。
除受体水平干扰外，EDCs还通过扰乱激素合成、代谢清除及细胞内信号级联所需的酶通路来破坏内分泌稳态。类固醇合成酶（如芳香化酶CYP19A1与类固醇生成急性调节蛋白StAR）尤其易受干扰。MC-LR通过抑制蛋白磷酸酶1（PP1）降低CYP19A1表达，减少卵巢雌激素合成；BPA则通过影响StAR及其他类固醇合成酶抑制小鼠睾酮合成。EDCs亦可不依赖受体结合而扰乱细胞内信号通路，例如BPA激活卵巢颗粒细胞中的G蛋白偶联雌激素受体，促进卵泡过度激活与早发性卵泡闭锁；DEHP代谢产物MEHP通过诱导支持细胞氧化应激，激活p38 MAPK信号通路，降低闭合蛋白与连接蛋白-43等紧密连接蛋白表达，破坏血-睾屏障并损害精子发生。
ROS在哺乳动物生殖系统中具有双相作用：生理浓度的ROS是调控卵母细胞成熟、精子获能、超活化、顶体反应及配子融合的关键信号分子；但当EDCs等环境毒物使内源性抗氧化防御系统不堪重负时，ROS过度积累则引发氧化应激，导致脂质过氧化、蛋白质氧化、DNA损伤、生殖细胞凋亡及配子发生受损。生理条件下，ROS可被超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）及谷胱甘肽（GSH）等酶与非酶系统清除，这些防御机制主要受核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）信号通路调控。然而，EDC暴露常抑制这些抗氧化系统，例如BPA通过破坏线粒体电子传递链功能并抑制Nrf2依赖性抗氧化应答，诱导生殖细胞ROS过度生成；DEHP通过HDAC3-HSP90AA通路促进卵巢颗粒细胞氧化应激与线粒体损伤；BaP则通过激活AhR抑制Keap1-Nrf2抗氧化轴，导致小鼠胎儿生殖细胞ROS积累。ROS诱导的损伤进一步扰乱DNA甲基转移酶（DNMTs）、十-十一易位酶（TETs）及组蛋白修饰蛋白等表观遗传调控酶的功能，将EDC暴露与潜在的可遗传生殖异常联系起来。
3. 毒物诱导的生殖表观遗传失调
DNA修饰是核心表观遗传调控机制，主要包括DNA甲基化（5mC）与DNA羟甲基化（5hmC）。EDCs通过改变DNMT与TET酶活性破坏生殖细胞DNA修饰平衡，诱发生殖毒性。例如，产前BPA暴露可降低小鼠生殖细胞Avy可变表观等位基因的DNA甲基化水平，这种低甲基化效应可能与DNA甲基化维持过程的紊乱有关，可能涉及对DNMT活性或S-腺苷甲硫氨酸（SAM）可用性的干扰。在人类男性生殖细胞中，DEHP与壬基酚（NP）联合暴露可导致乳腺癌1（BRCA1）与共济失调毛细血管扩张突变（ATM）等多基因启动子低甲基化，改变DNA修复通路调控。镉（Cd）暴露可触发位点特异性DNA甲基化变化，如在小鼠植入前胚胎中上调组蛋白去乙酰化酶1（HDAC1），显著降低印记基因H19的差异甲基化区域（DMR）甲基化水平，而对全基因组重复元件（如LINE1）影响甚微。BaP暴露则通过激活AhR招募TET2至印记基因（如H19与IGF2）的DMR，导致精子中5hmC水平异常升高，并可持久存在于F1代雄性生殖细胞中，降低下一代小鼠胚胎植入率。
组蛋白修饰由组蛋白甲基转移酶、乙酰转移酶等催化，通过在组蛋白尾部特定氨基酸残基添加甲基、乙酰基等化学基团，调控染色质凝聚状态与转录可及性。EDCs可扰乱组蛋白修饰平衡，改变生殖细胞转录调控。例如，在人的卵巢颗粒细胞系COV434中，紫外线吸收剂BP-3暴露与DNA修复基因启动子区域H3K4me3水平降低相关，该效应由关键组蛋白甲基转移酶混合谱系白血病1（MLL1）下调驱动；同时BP-3上调组蛋白mRNA降解因子XRN1与DCP2，加速组蛋白H3/H4 mRNA降解，降低染色质稳定性与DNA修复能力，促进DNA双链断裂累积。BPAF暴露可引起小鼠卵母细胞中抑制性标记H3K9me3与激活性标记H3K27ac水平同步降低，前者导致染色质松弛，后者抑制SYCP3等减数分裂相关基因转录，共同造成纺锤体异常与染色体错位。
染色质重塑是由染色质重塑复合物执行的ATP依赖性过程，通过重新定位与重构全基因组核小体，决定启动子区域对转录机器及其他调控蛋白的可及性。EDCs可干扰染色质重塑复合物的组装与功能，破坏生殖细胞染色质结构的动态平衡。例如，在秀丽隐杆线虫中，DEHP/MEHP暴露可扰乱ISWI家族染色质重塑因子介导的DNA修复与减数分裂重组基因启动子区域的核小体重新定位，导致双链断裂调控异常与种系功能障碍。在人类卵巢颗粒细胞中，DEHP与NP联合暴露可通过协调下调573个富集于姐妹染色单体凝聚与着丝粒定位通路的基因，破坏染色质结构，其中染色质凝聚关键因子SMC1A表达降低导致核小体定位异常与染色质不稳定，并与F2代后代卵巢储备减少的跨代效应相关。
4. 抗氧化剂通过表观遗传调控对生殖的保护效应及机制
EDCs主要通过氧化应激与表观遗传紊乱（包括DNA甲基化、组蛋白修饰模式及非编码RNA谱改变）诱导生殖毒性，而抗氧化剂可通过恢复氧化还原稳态与重建表观遗传调控来减轻这些有害效应。
褪黑素通过协同调控氧化还原平衡、线粒体功能及表观遗传稳态，对EDC介导的生殖损伤发挥全面保护作用。其核心机制之一是激活Nrf2抗氧化通路以减轻氧化应激，例如在铜暴露的猪卵母细胞中，褪黑素增强Nrf2活性并降低ROS积累，且该保护效应可被Nrf2抑制剂ML385阻断。氧化还原平衡的重建可稳定表观遗传调节因子（包括组蛋白甲基转移酶/去甲基酶、DNMTs与TET酶）的活性，纠正异常的表观遗传修饰。褪黑素还可逆转环境毒物导致的DNA甲基化模式异常，例如在铜暴露猪卵母细胞中逆转年龄相关的DNA甲基化失衡；在青春期前绵羊卵丘细胞中，褪黑素可降低DNMT3b启动子特定CpG位点的甲基化，上调DNMT3b表达并纠正低甲基化状态。在组蛋白修饰层面，褪黑素可纠正EDC诱导的表观遗传失衡，例如在镉暴露小鼠卵母细胞中，降低抑制性标记H3K9me2水平并提高激活性标记H3K4me2水平，该效应与抑制组蛋白甲基转移酶ESET及激活组蛋白去甲基酶活性相关。
维生素类抗氧化剂中，维生素C作为水溶性抗氧化剂，通过直接清除ROS与调节表观遗传酶活性两条互补途径缓解EDC触发的生殖毒性。它是TET酶介导的主动DNA去甲基化及JmjC结构域组蛋白去甲基酶的辅因子，可防止表观遗传调控系统的氧化失活。例如，在MC-LR暴露的猪卵母细胞中，维生素C通过恢复TET依赖的5hmC水平改善GDF9表达并减少纺锤体异常；在母体吸烟相关的EDC样氧化应激模型中，维生素C增强胎盘组织中TET1与TET2活性，纠正PRKCA与AHRR等基因的异常低甲基化，支持胎盘血管生成与胎儿肺发育。维生素C还可通过调节JmjC结构域去甲基酶活性调控组蛋白修饰，例如在MC-LR暴露猪卵母细胞中，通过降低ROS水平维持酶活性，恢复H3K4me3与H3K36me3水平，并保护α-微管蛋白乙酰化与纺锤体完整性。
叶酸（维生素B9）作为另一种水溶性维生素，主要通过调控一碳代谢来维持生殖表观遗传稳态。它通过确保SAM合成所需的甲基供体充足，支持DNMT活性并维持与TET介导的去甲基化的平衡，从而恢复EDC暴露导致的DNA甲基化与组蛋白修饰模式紊乱。在人类研究中，孕前6个月以上开始补充叶酸与脐带血瘦素（LEP）CpG1甲基化水平升高及平均LEP CpG甲基化水平增加相关；动物模型中，膳食蛋白质限制（模拟EDC相关代谢应激）可降低肝糖皮质激素受体（GR）与过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）启动子甲基化，而补充5 mg/kg叶酸可将其恢复至对照组水平。叶酸还可调控组蛋白修饰谱，例如在维生素B12缺乏小鼠模型中，高叶酸摄入通过增加H3K4me3富集上调胎盘基因Mest与Phlda2的表达，抵消代谢应激相关的抑制性表观遗传改变。
白藜芦醇通过激活SIRT1（一种NAD+依赖的去乙酰化酶）部分保护氧化应激相关的生殖功能障碍，SIRT1可调控组蛋白乙酰化并增强Nrf2介导的抗氧化信号。在卵母细胞中，白藜芦醇通过SIRT1–PGC-1α通路逆转氧化应激诱导的组蛋白乙酰化异常，改善小鼠减数分裂进程与超排卵结局，并通过上调线粒体生物合成相关基因（Nrf1、Tfb1）与抗氧化基因（Sod2、Foxo1/3）增强生殖细胞抗氧化能力，降低ROS积累并提升卵母细胞质量。
表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）主要通过直接调控DNMTs与组蛋白去乙酰酶（HDACs）等表观遗传调控酶，逆转EDC触发的表观遗传沉默，恢复染色质可及性与基因转录。通过抑制DNMT活性，EGCG可降低启动子高甲基化并重新激活生殖组织中Cip1/p21与p16INK4a等沉默基因；通过抑制HDAC活性，EGCG可提高组蛋白乙酰化水平，松弛染色质结构，改善配子发生所需基因的可及性。
含硫半胱氨酸衍生物谷胱甘肽（GSH）与N-乙酰半胱氨酸（NAC）通过硫醇氧化还原调控与维持DNMT活性的共享机制，减轻EDC诱导的表观遗传损伤。GSH通过维持细胞内氧化还原平衡，防止DNMT活性的氧化抑制，稳定绵羊生殖细胞暴露于毒物后的DNA甲基化模式；在AFB1暴露的绵羊卵母细胞中，GSH可恢复AFB1耗竭后的细胞内氧化还原状态，降低ROS积累并维持DNMT3b表达，防止全基因组DNA低甲基化并支持卵母细胞成熟必需基因的甲基化，最终减少发育异常。NAC则主要通过恢复DNMT活性与减轻氧化应激诱导的睾丸损伤来逆转EDC诱导的表观遗传异常，例如BPA暴露可抑制DNMT活性、降低全基因组DNA甲基化、扰乱组蛋白修饰模式并诱导印记基因异常甲基化，共同导致小鼠睾丸功能障碍与胚胎发育受损，而NAC可通过补充细胞内谷胱甘肽水平并降低ROS积累，恢复BPA暴露雄性生殖细胞中的DNMT表达与酶活性，稳定DNA甲基化稳态并保护生殖细胞完整性。
硒掺杂碳量子点（Se/CDs）作为一种新型抗氧化纳米平台，可同时增强内源性抗氧化防御与调控表观遗传谱，从而提升生殖细胞质量。Se/CDs通过上调GPX1等抗氧化酶降低ROS水平，营造有利于表观遗传稳态的氧化还原环境；还可通过提高5mC与5hmC全局水平调控DNA甲基化（可能与上调TET表达相关），并通过增加H3K9me3与H3K27me3水平调控组蛋白修饰，从而促进染色质稳定性，并与卵母细胞成熟率提高、受精率上升及囊胚质量改善相关。
莱菔硫烷（SFN）是一种源自西兰花等十字花科蔬菜的异硫氰酸盐，是Nrf2-Keap1抗氧化信号通路的强效激活剂，可促进Nrf2核转位，上调血红素加氧酶-1（HO-1）、NAD(P)H醌氧化还原酶1（NQO1）及谷胱甘肽S-转移酶（GSTs）等广谱保护性基因表达，增强细胞抗氧化能力与对亲电试剂及氧化应激的解毒能力。除抗氧化功能外，SFN还是一种特征明确的表观遗传调节剂，可在多种细胞类型中抑制HDAC活性，导致组蛋白乙酰化（如H3K9ac与H3K18ac）增加并重新激活沉默的肿瘤抑制基因。这种同时激活Nrf2依赖性抗氧化防御与抑制HDAC介导表观遗传抑制的双重机制，使SFN成为缓解EDC诱导生殖毒性的潜力候选物。例如，SFN可通过激活Nrf2通路减轻镉诱导的睾丸细胞毒性与氧化应激。鉴于这些毒物与EDCs的作用机制存在重叠，研究人员提出SFN值得进一步研究，以评估其通过联合抗氧化与表观遗传调控活性对抗EDC诱导生殖毒性的潜力。
5. 未来研究展望
尽管该领域已取得显著进展，但仍存在关键知识缺口。未来研究应优先开展单细胞表观基因组学分析，以解析抗氧化剂保护的细胞类型特异性机制；系统评估抗氧化剂干预对EDC诱导生殖病理跨代逆转的潜力；并明确抗氧化剂干预的最佳窗口期、剂量-效应关系及长期安全性，重点关注其对生殖细胞印记基因甲基化稳态的保护效应。
6. 结论
EDCs主要通过氧化应激介导的机制扰乱生殖细胞表观遗传编程，损害生殖健康。氧化应激是连接环境暴露与表观遗传功能失调的核心机制枢纽，它破坏包括Nrf2-Keap1轴在内的内源性抗氧化防御系统，并损害线粒体功能，加剧ROS对表观遗传调控酶的损伤。褪黑素、维生素C、白藜芦醇及EGCG等抗氧化剂可通过清除过量ROS、激活Nrf2等内源性抗氧化信号通路以及调控DNA甲基化与组蛋白修饰系统等多重互补机制，对抗EDC诱导的生殖毒性。然而，不同抗氧化剂如何差异化调控各类EDCs在不同生殖细胞中的作用、抗氧化剂干预逆转EDC暴露跨代表型的长期效力，以及适用于人类的给药策略、组织特异性递送系统与经验证的表观遗传恢复生物标志物等方面，仍存在证据不足。未来需通过跨学科方法解决这些局限，单细胞分辨率下的多组学整合将有助于阐明EDC-抗氧化剂-表观基因组互作，比较模型系统则可验证氧化还原-表观遗传互作的保守机制，从而为保护生殖健康、降低环境毒物暴露的跨代负担提供支撑。
