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实验动物胚胎发育异常图像数据库的国际化合作建设

更新时间:2016-07-05

环境中逐年增加的工业化学品的生产使用、农药残留、药物滥用、空气污染、有毒有害食品等对人体健康的影响受到广泛关注。胚胎和胎儿对环境因素的危害更加敏感,大量研究已表明,出生缺陷、不孕不育、生殖相关肿瘤等疾病与环境暴露之间存在着紧密的关联[1-3]。各类化学物对胚胎或胎儿发育的潜在不良影响,是人类与野生动物健康风险评估中必须考虑的一个重要因素。

发育毒理学研究数据通常来自妊娠实验动物在胚胎发育关键期暴露于不同浓度化合物的实验研究,为了比较来自不同国家和实验室的研究数据,用于描述胚胎形态异常的术语与诊断标准必须统一。长期以来,国际上未能对化学物导致的各种胚胎形态异常和出生缺陷进行统一、标准化的归类,这直接影响到化学物的健康风险评估和卫生监管政策。一种化学物在一个国家可能被列为致畸物,而在另一个国家则列为非致畸物。采用统一的术语与诊断标准,可以使不同机构的科学家对发育毒性研究结果的解释更为一致,并且使欧洲、美国和亚洲各国根据各自法规所进行的对于农药、杀虫剂和其他化学物质的风险评估、分类及标签更为透明。

为了推进上述研究的深入,早在1995年,国际畸形学学会联合会(International Federation of Teratology Society,IFTS)就开始从常用实验动物入手,研究胚胎发育形态异常图像数据库,用以呈现实验动物胚胎(新生幼仔)畸形和变异的图片、说明、分类和规范术语 [4-5]。IFTS组织来自欧洲、北美洲和日本的相关科研机构参加了数据库的合作研究和编写。由德国联邦风险评估研究所牵头,德国Charite大学医学院(原柏林自由大学临床药理学和毒理学研究所)、WHO国际化学品安全规划署、美国环境保护署(Environmental Protection Agency,EPA)、英国中央毒理学实验室、日本京都大学共同参与,耗时十余年,编写了常用实验动物外观、骨骼及内脏形态异常解剖图像数据库。该图像数据库配有数千张详细的图片、描述、术语和统一分类,极大地促进了发育毒理学研究中形态异常描述术语的统一和规范化。1999年完成第1版的《大鼠外观及骨骼形态异常解剖图像数据库》、《小鼠外观及骨骼形态异常解剖图像数据库》和《兔外观及骨骼形态异常解剖图像数据库》,以CD-ROM光盘形式出版,正式宣告了实验动物胚胎发育形态异常图像数据库(DevTox数据库)国际化合作网络的建成和启动[5-6]

之后,IFTS每隔2~3年在德国柏林召开一次“实验动物胚胎发育形态异常术语和分类规范化研讨会”,邀请来自各个国家的政府监管部门、研究院所、大学和企业的国际专家参会,讨论实验室研究结果的更新、增加包括母胎观察和非常用动物物种的最新研究结果、改善术语分类、更新图像数据库的版本等[5-9]。借此,DevTox数据库国际化合作网络的建设得以持续推进。迄今为止DevTox数据库已完成了第3版的更新出版工作。新版本的DevTox数据库在原有基础上增加了上千张形态异常的图片和说明,对描述实验动物形态异常术语进行了规范化和统一分类,涵盖的动物种属也由之前的小鼠、大鼠和兔扩大至豚鼠、猪和灵长类动物。

为了使DevTox数据库能够更公开、更广泛、更便捷地为各国科学家所用,数据库发表的形式也由CD-ROM光盘转变为网络免费共享平台(网址为http://www.devtox.org/index_en. php)。该网站的建设是由德国联邦食品、农业和消费者保护部和联邦环境、自然保护和核安全局共同发起,由WHO国际化学安全署赞助完成的。

1 DevTox数据库的结构与应用

DevTox数据库的数据均来自于发育毒理学动物实验。外观形态异常检查时,观察头面部和脑、眼、鼻、耳、颌、唇的异常,四肢和趾的异常,躯干和尾部的异常等。内脏形态异常检查时,将胎仔固定后用刀片进行各种切面检查,分别检查腭和舌部异常,眼、鼻和脑部异常,胸腹部内脏器官的位置、大小和形状异常等。骨骼形态异常检查时,在解剖显微镜下依次观察头颅骨、椎骨、肋骨、尾骨和肢骨,记录有无缺损、增减、溶合、骨化迟缓等异常。母-胎形态异常主要是指母体胎盘异常、羊水异常、以及连接母体和胎儿之间的脐带的异常。

图1 实验动物胚胎发育异常图像数据库(摘自DevTox数据库)

2016年11月,DevTox数据库正式引入中国,旨在为国内发育毒理学、生殖毒理学、环境与职业卫生、实验动物等领域的专业人员提供科研资源共享。合作完成的DevTox数据库中文版也于2016年10月底正式上线(http://www.devtox.org/index_zh.php)。上海市实验动物研究中心在其所属公共平台网站上增设了“实验动物形态异常图像数据库”中文版链接,实现数据资源共享。

DevTox数据库网站旨在为发育毒理学领域的科研人员提供基础而宝贵的学术资源,是面向全球的、非盈利性的、开放共享的发育毒理学资源库,DevTox目前汇集了全球2 500多幅发育异常的图片,是迄今为止该领域最大的图像资源库(图1)。DevTox数据库有3个目标:统一用以描述实验动物发育异常的命名法;借助图片帮助视觉识别形态发育异常;提供实验动物发育正常的对照数据[10-11]

反常起着重要的作用,它迫使范式进行调整从而更加规范科学严谨。库恩说明了常规科学两方面的现象,一方面是遵循着范式而进行活动,另一方面是违反范式预期的反常现象,这两者是相互矛盾的。反常现象既具有偶然性也具有必然性。偶然性是相对的,必然性是绝对的,因为常规科学是不断向前发展和突破的,反常的偶然性虽然是相对的,但却也是必不可少的,在一个阶段时期内这种偶然性起着重要的作用。但是对于整个常规科学的发展来说,又需要必然性来达到一种阶段性的突破。

DevTox数据库集合了欧洲、美洲、亚洲发育毒理学界的研究成果,是一项国际化合作建设项目,需要各国科学家的共同努力,将其建设成为全球该领域最为全面、最为开放共享的发育毒理学图像数据库。

在DevTox数据库中查看某一解剖学定位内不同形态异常的定义和/或图像,可以首先选择解剖学定位,再选择形态异常名称,以及动物种属,则可以显示该形态异常的定义和图像页面,页面内容包括解剖学定位、形态异常名称、同义词、非优选术语(过去曾经使用但今后应予避免的术语)定义、补充注释,以及正常对照图片和形态异常实验图片。

地面铺草具有三大好处:保湿、降温、防草。本地在山药生长时期经常遭受长期连续的高温干旱,严重影响山药的正常生长,地面全层铺草技术已成为本地夺取山药高产的一条必不可少的重要措施。方法是在山药出苗后搭一个矮架或插桩,然后在垄背上铺一层柴草,柴草就地取材,麦秸、芦苇、油菜壳等均可。铺草后在多雨季节易发生蜗牛,要注意及时防治。

Miseq测序得到的PE reads首先根据overlap关系进行拼接,同时对序列质量进行质量控制和过滤,区分样本后进行OTU聚类分析和物种分类学分析。基于OTU聚类分析结果,进行多种多样性指数分析,以及对测序深度进行检测;基于分类学信息,在各个分类水平上进行群落结构的统计。综合分析可以进行一系列群落结构和系统发育等深入的统计学和可视化分析。

DevTox数据库的动物种属包括大鼠、小鼠、兔、仓鼠、灵长类动物、豚鼠、小型猪、狗与日本鹌鹑等9类。使用者可以将其经常研究的动物种属设定为默认种属。

2 DevTox数据库引入中国

国内迄今缺少发育毒理学图像数据库资料,关于畸形和形态异常的术语也未进行统一和规范化 [1,12]。DevTox数据库是各国发育毒理学专家国际化合作建设的成果,如能引入中国,将是一笔宝贵的知识财富。上海市计划生育科学研究所、复旦大学公共卫生学院与德国柏林自由大学临床药理与毒理研究所(现已并入Charite大学医学院)早在2001年已合作将第1版的《大鼠外观及骨骼形态异常图像数据库CD-ROM》译成中英文对照版本的CD-ROM,随着时间的推移,该早期版本已被大幅更新。2014年在柏林举办的“第8届发育毒理学暨实验动物形态异常术语规范化专家研讨会”上 [9],中德双方正式合作将最新版DevTox数据库译成中文版,链接在网站上作为开放共享的学术资源。

DevTox数据库可以通过“解剖学定位术语”或“形态异常术语”,在整个网站快速索引导航。“解剖学定位术语”分为头颈部、躯干、四肢和尾巴等,并可进一步细分层级,例如头部可细分为头、耳、眼、颌面部等。“形态异常术语”分类包括外观形态异常、骨骼形态异常、内脏软组织形态异常、以及母-胎形态异常4类。例如:头部的外观形态异常包括露脑畸形、眼球突出、唇裂、腭裂等;躯干的外观形态异常包括胸裂、腹裂、脊柱裂、心脏外露、脐疝、皮下水肿等;四肢形态异常包括短肢、海豹肢、伸展过度、屈曲过度、多趾、少趾等;尾巴的外观形态异常包括无尾、短尾、卷尾、分叉等。

3 DevTox数据库的更新与展望

DevTox数据库中,“形态异常”的概念包括“畸形”和“变异”两类:其中“畸形”的定义是永久的结构性变化,会影响物种的生存和健康;“变异”可以是发生在正常种群中的形态变化,一般不影响生存和健康。还有一些形态异常介于畸形和变异之间,称为“灰色地带”异常,需要通过鉴别异常的危害性、严重程度等具体情况再判定。DevTox数据库网站上,会标明每种形态异常的分类,分别归为“变异”、“畸形”或“灰色地带”。

中国有着为数众多的生殖与发育毒理学科研工作者,在该领域也取得了很多研究成果,可以积极地参加到DevTox数据库国际化合作网络的建设中去,提供宝贵的实验图片,为不断丰富和更新数据库作出贡献,与全球共享科研成果。近年来,由于欧美各国动物保护主义势力的强大,对动物实验种属和数量的限制越来越严格,倡导替代实验。而毒理学研究离不开动物实验,且使用的动物数也较多。中国目前动物实验的社会环境相对比较宽容,因而在该领域获得高质量科研成果的机率更大。通过与国际的沟通和对话,将为中国发育毒理学的发展带来新的契机。

目前DevTox项目仍致力于对数据库内容和形式进行不断更新。德国风险评估研究所定期召开研讨会促进致畸实验合作,增加包括母胎观察和新动物物种的图谱研究、更新图像数据库的版本。例如,有些动物种属的形态异常术语下尚缺少典型图片,如外观形态异常中的肛门、脐、外生殖器部分,骨骼异常中的听小骨、筛窦、泪骨、骨盆带部分,内脏软组织异常中的静脉、脑、鼻咽道、椎间盘、胰腺、卵巢、子宫部分,在兔、大鼠、小鼠3个物种中均有规范的术语描述,但缺少形态异常的典型图片,且部分正常对照图片亦缺失。在第4部分母胎异常中,绝大多数只有规范的描述,但缺少相应的正常和异常图片。这一情况表明,DevTox数据库尚存在一些空白,仍需要通过实验积累不断补充新的、典型的图片。再如,斑马鱼作为广泛应用的实验模式生物,其胚胎毒性试验具有周期短,致畸效应敏感直观等特点,目前DevTox数据库已经在考虑是否将斑马鱼种属纳入数据库范畴,酝酿收集较高质量的斑马鱼胚胎致畸图谱和数据。

随着经济发展、社会进步和人民生活水平的提高,山东省无棣县需水量日益增长,再加上县城工业园的形成,原有月湖水厂的供水能力将无法满足供水需求,无棣县水务局和无棣县自来水公司决定采用明湖水库水作为水源,新建一座5.0万m3/d的供水厂,一期实施2.5万m3/d的构筑物。

笔者热忱期待国内该领域科研工作者将Atlas的学术资源灵活运用到各自的科研工作中去,同时欢迎中国科研工作者热心为DevTox数据库贡献发育形态异常的高质量典型图片,通过网站提交图像和数据,并对数据库提出建议性意见。

供给侧结构性改革的核心目的是实现经济要素的最优配置,强调国家供给的科学性和效率性,这与过去的改革思路截然不同,[8]现在的问题在于忽略了“结构性改革”。[9]供给侧结构性改革背景下,待调整的利益在范围上更广、程度上更深,意味着资源需要重新分配以优化分配结构,实现公平正义。宏观来看,社会保障制度本质上属于国家给付分配。随着现代社会发展,社会福利成为政府的重要目标,例如德国公法学者厄斯特·福斯多夫就提出“生存照顾之理论”[10]。政府照顾公民生存及生活所需是现代行政权的核心义务,其主要通过“给付行政”方式来履行供给职能。

参考文献

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胡晶莹,阚海东,田芳,夏敏杰,王玉柱,项翠琴,丁训城,李卫华,周志俊
《癌变·畸变·突变》2018年第2期文献

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