實驗動物胚胎發育異常圖像數據庫的國際化合作建設

胡晶瑩，闞海東，田 　芳，夏敏杰，王玉柱，項翠琴，丁訓城，李衛華，周志俊，*

( 1. 上海市計劃生育科學研究所，WHO人類生殖研究合作中心，國家計劃生育藥具重點實驗室，上海 　200032；2. 復旦大學公共衛生學院，上海 　200032；3. 上海市疾病預防控制中心，上海 　200336 )

環境中逐年增加的工業化學品的生產使用、農藥殘留、藥物濫用、空氣污染、有毒有害食品等對人體健康的影響受到廣泛關注。胚胎和胎兒對環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、生殖相關腫瘤等疾病與環境暴露之間存在著緊密的關聯[1-3]。各類化學物對胚胎或胎兒發育的潛在不良影響，是人類與野生動物健康風險評估中必須考慮的一個重要因素。

發育毒理學研究數據通常來自妊娠實驗動物在胚胎發育關鍵期暴露于不同濃度化合物的實驗研究，為了比較來自不同國家和實驗室的研究數據，用于描述胚胎形態異常的術語與診斷標準必須統一。長期以來，國際上未能對化學物導致的各種胚胎形態異常和出生缺陷進行統一、標準化的歸類，這直接影響到化學物的健康風險評估和衛生監管政策。一種化學物在一個國家可能被列為致畸物，而在另一個國家則列為非致畸物。采用統一的術語與診斷標準，可以使不同機構的科學家對發育毒性研究結果的解釋更為一致，并且使歐洲、美國和亞洲各國根據各自法規所進行的對于農藥、殺蟲劑和其他化學物質的風險評估、分類及標簽更為透明。

為了推進上述研究的深入，早在1995年，國際畸形學學會聯合會(International Federation of Teratology Society，IFTS)就開始從常用實驗動物入手，研究胚胎發育形態異常圖像數據庫，用以呈現實驗動物胚胎(新生幼仔)畸形和變異的圖片、說明、分類和規范術語[4-5]。IFTS組織來自歐洲、北美洲和日本的相關科研機構參加了數據庫的合作研究和編寫。由德國聯邦風險評估研究所牽頭，德國Charite大學醫學院(原柏林自由大學臨床藥理學和毒理學研究所)、WHO國際化學品安全規劃署、美國環境保護署(Environmental Protection Agency，EPA)、英國中央毒理學實驗室、日本京都大學共同參與，耗時十余年，編寫了常用實驗動物外觀、骨骼及內臟形態異常解剖圖像數據庫。該圖像數據庫配有數千張詳細的圖片、描述、術語和統一分類，極大地促進了發育毒理學研究中形態異常描述術語的統一和規范化。1999年完成第1版的《大鼠外觀及骨骼形態異常解剖圖像數據庫》、《小鼠外觀及骨骼形態異常解剖圖像數據庫》和《兔外觀及骨骼形態異常解剖圖像數據庫》，以CD-ROM光盤形式出版，正式宣告了實驗動物胚胎發育形態異常圖像數據庫(DevTox數據庫)國際化合作網絡的建成和啟動[5-6]。

之后，IFTS每隔2～3年在德國柏林召開一次“實驗動物胚胎發育形態異常術語和分類規范化研討會”，邀請來自各個國家的政府監管部門、研究院所、大學和企業的國際專家參會，討論實驗室研究結果的更新、增加包括母胎觀察和非常用動物物種的最新研究結果、改善術語分類、更新圖像數據庫的版本等[5-9]。借此，DevTox數據庫國際化合作網絡的建設得以持續推進。迄今為止DevTox數據庫已完成了第3版的更新出版工作。新版本的DevTox數據庫在原有基礎上增加了上千張形態異常的圖片和說明，對描述實驗動物形態異常術語進行了規范化和統一分類，涵蓋的動物種屬也由之前的小鼠、大鼠和兔擴大至豚鼠、豬和靈長類動物。

為了使DevTox數據庫能夠更公開、更廣泛、更便捷地為各國科學家所用，數據庫發表的形式也由CD-ROM光盤轉變為網絡免費共享平臺(網址為http://www.devtox.org/index_en. php)。該網站的建設是由德國聯邦食品、農業和消費者保護部和聯邦環境、自然保護和核安全局共同發起，由WHO國際化學安全署贊助完成的。

1　DevTox數據庫的結構與應用

DevTox數據庫網站旨在為發育毒理學領域的科研人員提供基礎而寶貴的學術資源，是面向全球的、非盈利性的、開放共享的發育毒理學資源庫，DevTox目前匯集了全球2 500多幅發育異常的圖片，是迄今為止該領域最大的圖像資源庫(圖1)。DevTox數據庫有3個目標：統一用以描述實驗動物發育異常的命名法；借助圖片幫助視覺識別形態發育異常；提供實驗動物發育正常的對照數據[10-11]。

圖1　實驗動物胚胎發育異常圖像數據庫(摘自DevTox數據庫)

DevTox數據庫可以通過“解剖學定位術語”或“形態異常術語”，在整個網站快速索引導航。“解剖學定位術語”分為頭頸部、軀干、四肢和尾巴等，并可進一步細分層級，例如頭部可細分為頭、耳、眼、頜面部等。“形態異常術語”分類包括外觀形態異常、骨骼形態異常、內臟軟組織形態異常、以及母-胎形態異常4類。例如：頭部的外觀形態異常包括露腦畸形、眼球突出、唇裂、腭裂等；軀干的外觀形態異常包括胸裂、腹裂、脊柱裂、心臟外露、臍疝、皮下水腫等；四肢形態異常包括短肢、海豹肢、伸展過度、屈曲過度、多趾、少趾等；尾巴的外觀形態異常包括無尾、短尾、卷尾、分叉等。

DevTox數據庫的數據均來自于發育毒理學動物實驗。外觀形態異常檢查時，觀察頭面部和腦、眼、鼻、耳、頜、唇的異常，四肢和趾的異常，軀干和尾部的異常等。內臟形態異常檢查時，將胎仔固定后用刀片進行各種切面檢查，分別檢查腭和舌部異常，眼、鼻和腦部異常，胸腹部內臟器官的位置、大小和形狀異常等。骨骼形態異常檢查時，在解剖顯微鏡下依次觀察頭顱骨、椎骨、肋骨、尾骨和肢骨，記錄有無缺損、增減、溶合、骨化遲緩等異常。母-胎形態異常主要是指母體胎盤異常、羊水異常、以及連接母體和胎兒之間的臍帶的異常。

DevTox數據庫中，“形態異常”的概念包括“畸形”和“變異”兩類：其中“畸形”的定義是永久的結構性變化，會影響物種的生存和健康；“變異”可以是發生在正常種群中的形態變化，一般不影響生存和健康。還有一些形態異常介于畸形和變異之間，稱為“灰色地帶”異常，需要通過鑒別異常的危害性、嚴重程度等具體情況再判定。DevTox數據庫網站上，會標明每種形態異常的分類，分別歸為“變異”、“畸形”或“灰色地帶”。

在DevTox數據庫中查看某一解剖學定位內不同形態異常的定義和/或圖像，可以首先選擇解剖學定位，再選擇形態異常名稱，以及動物種屬，則可以顯示該形態異常的定義和圖像頁面，頁面內容包括解剖學定位、形態異常名稱、同義詞、非優選術語(過去曾經使用但今后應予避免的術語)定義、補充注釋，以及正常對照圖片和形態異常實驗圖片。

DevTox數據庫的動物種屬包括大鼠、小鼠、兔、倉鼠、靈長類動物、豚鼠、小型豬、狗與日本鵪鶉等9類。使用者可以將其經常研究的動物種屬設定為默認種屬。

2　DevTox數據庫引入中國

國內迄今缺少發育毒理學圖像數據庫資料，關于畸形和形態異常的術語也未進行統一和規范化[1，12]。DevTox數據庫是各國發育毒理學專家國際化合作建設的成果，如能引入中國，將是一筆寶貴的知識財富。上海市計劃生育科學研究所、復旦大學公共衛生學院與德國柏林自由大學臨床藥理與毒理研究所(現已并入Charite大學醫學院)早在2001年已合作將第1版的《大鼠外觀及骨骼形態異常圖像數據庫CD-ROM》譯成中英文對照版本的CD-ROM，隨著時間的推移，該早期版本已被大幅更新。2014年在柏林舉辦的“第8屆發育毒理學暨實驗動物形態異常術語規范化專家研討會”上[9]，中德雙方正式合作將最新版DevTox數據庫譯成中文版，鏈接在網站上作為開放共享的學術資源。

2016年11月，DevTox數據庫正式引入中國，旨在為國內發育毒理學、生殖毒理學、環境與職業衛生、實驗動物等領域的專業人員提供科研資源共享。合作完成的DevTox數據庫中文版也于2016年10月底正式上線(http://www.devtox.org/index_zh.php)。上海市實驗動物研究中心在其所屬公共平臺網站上增設了“實驗動物形態異常圖像數據庫”中文版鏈接，實現數據資源共享。

3　DevTox數據庫的更新與展望

DevTox數據庫集合了歐洲、美洲、亞洲發育毒理學界的研究成果，是一項國際化合作建設項目，需要各國科學家的共同努力，將其建設成為全球該領域最為全面、最為開放共享的發育毒理學圖像數據庫。

中國有著為數眾多的生殖與發育毒理學科研工作者，在該領域也取得了很多研究成果，可以積極地參加到DevTox數據庫國際化合作網絡的建設中去，提供寶貴的實驗圖片，為不斷豐富和更新數據庫作出貢獻，與全球共享科研成果。近年來，由于歐美各國動物保護主義勢力的強大，對動物實驗種屬和數量的限制越來越嚴格，倡導替代實驗。而毒理學研究離不開動物實驗，且使用的動物數也較多。中國目前動物實驗的社會環境相對比較寬容，因而在該領域獲得高質量科研成果的機率更大。通過與國際的溝通和對話，將為中國發育毒理學的發展帶來新的契機。

目前DevTox項目仍致力于對數據庫內容和形式進行不斷更新。德國風險評估研究所定期召開研討會促進致畸實驗合作，增加包括母胎觀察和新動物物種的圖譜研究、更新圖像數據庫的版本。例如，有些動物種屬的形態異常術語下尚缺少典型圖片，如外觀形態異常中的肛門、臍、外生殖器部分，骨骼異常中的聽小骨、篩竇、淚骨、骨盆帶部分，內臟軟組織異常中的靜脈、腦、鼻咽道、椎間盤、胰腺、卵巢、子宮部分，在兔、大鼠、小鼠3個物種中均有規范的術語描述，但缺少形態異常的典型圖片，且部分正常對照圖片亦缺失。在第4部分母胎異常中，絕大多數只有規范的描述，但缺少相應的正常和異常圖片。這一情況表明，DevTox數據庫尚存在一些空白，仍需要通過實驗積累不斷補充新的、典型的圖片。再如，斑馬魚作為廣泛應用的實驗模式生物，其胚胎毒性試驗具有周期短，致畸效應敏感直觀等特點，目前DevTox數據庫已經在考慮是否將斑馬魚種屬納入數據庫范疇，醞釀收集較高質量的斑馬魚胚胎致畸圖譜和數據。

筆者熱忱期待國內該領域科研工作者將Atlas的學術資源靈活運用到各自的科研工作中去，同時歡迎中國科研工作者熱心為DevTox數據庫貢獻發育形態異常的高質量典型圖片，通過網站提交圖像和數據，并對數據庫提出建議性意見。

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