A dose-response study following in utero and lactational exposure to di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP): Effects on reproductive development and function of male offspring rats

Abstract

In the present study, the reproductive effects of in utero and lactational exposure to di-(2-ethylhexyl) phthalate (DEHP) were investigated in male offspring rats. A large number of low and high doses were used to adequately characterize the dose-response relationship for different endpoints. Female Wistar rats were treated daily with DEHP and peanut oil (control) by gavage from gestation day 6 to lactation day 21 at doses of 0.015, 0.045, 0.135, 0.405 and 1.215 mg DEHP/kg body weight (bw)/day (low doses) and at 5, 15, 45, 135 and 405 mg DEHP/kg bw/day (high doses). A significant delay in the age at puberty onset (preputial separation) was observed in male offspring exposed to 15, 45, 135 and 405 mg/kg/day. Nipple retention and reduced anogenital distance, both sensitive markers of anti-androgenic effects during development, were only observed at the highest DEHP dose. In addition, a transient increase in testis weight (an effect that qualitatively differs from high dose exposures) was detected in weaning rats (postnatal day 22) exposed to 5, 15, 45, and 135 mg/kg/day. The activity of brain aromatase, the enzyme that catalyzes the conversion of testosterone to estradiol and plays a critical role in the sexual differentiation of the central nervous system, was significantly changed in male and female rats. In newborn males (postnatal day 1), aromatase activity was inhibited at low doses and increased at high doses resulting in a nonmonotonic dose response profile which resembled a J-shaped curve. In contrast to the results on PND 1, males were largely unaffected at weaning (PND 22), indicating that the observed effects on aromatase activity were transient. At adulthood, a reduction in daily sperm production of 19-25% relative to control was observed in male offspring exposed to 15 mg/kg/day and higher doses. In addition, a low incidence of cryptorchidism was observed in DEHP exposed groups with a lowest observed adverse effect level of 5 mg/kg/day. No adverse effects were observed in male sexual behaviour. Overall, the present results indicate that in utero and lactational DEHP exposure can induce reproductive tract abnormalities and impair the sexual development and testicular function of male offspring rats. The fact that some endpoints (testis weight at weaning and brain aromatase activity in newborn males) showed biphasic responses indicates that a full picture of DEHP effects can only be observed when a wide range of low and high doses are used.

In der vorliegenden Studie wurde die Wirkung von Diethylhexyl Phthalat (DEHP) auf das Reproduktionssystem männlicher Rattennachkommen nach Exposition während der Trächtigkeit und der Laktation untersucht. Um Dosis- Wirkungsbeziehungen für die verschiedenen Endpunkte aufstellen zu können, wurde eine ganze Reihe von hohen und niedrigen Dosierungen verwendet. Weibliche Wistar Ratten wurden täglich von Tag 6 der Trächtigkeit bis Tag 21 der Laktation per Schlundsonde mit in Erdnussöl gelöstem DEHP behandelt. Die niedrigen Dosierungen bestanden aus 0,015, 0,045, 0,135, 0,405 und 1,215 mg DEHP/kg Körpergewicht, während die hohen Dosierungen 5, 15, 45, 135 und 405 mg DEHP/kg Körpergewicht umfassten. Eine signifikante Verzögerung der Präputialseparation (Marker für den Eintritt in die Pubertät) wurde in den Dosisgruppen 15, 45, 135 und 405 mg DEHP/kg beobachtet. Eine fehlende Rückbildung der Brustwarzen und ein verringerter Anogenital-Abstand, beides sensible Indikatoren für antiandrogene Wirkungen während der Entwicklung, konnten nur in der höchsten Dosisgruppe festgestellt werden. Darüber hinaus, kam es an Tag 22 postnatal zu einer vorübergehenden Erhöhung der Hodengewichte in den Dosisgruppen 5, 15, 45 und 135 mg DEHP/kg. Im Gehirn der weiblichen und männlichen Nachkommen war die Aktivität der Aromatase signifikant verändert. Bei der Aromatase handelt es sich um das Enzym, welches die Umwandlung von Testosteron in Östradiol katalysiert und das für die Geschlechterdifferenzierung des zentralen Nervensystems verantwortlich ist. An Tag 1 postnatal war die Aromataseaktivität in den niedrigen Dosisgruppen inhibiert, während sie in den hohen Dosisgruppen erhöht war. Hieraus resultierte eine nicht-lineare Dosis-Wirkungs-Beziehung, deren Kurve einem J ähnelt. Im Gegensatz zu den Ergebnissen an Tag 1 postnatal hatte die Behandlung mit DEHP zur Zeit des Absetzens (Tag 22 postnatal) keine Auswirkungen auf die männlichen Nachkommen. Dies deutet darauf hin, dass die beobachtete Veränderung der Aromataseaktivität nur vorübergehend auftrat. Im Erwachsenenalter führte die Behandlung mit 15 mg DEHP/kg und höher zu einer Verringerung der täglichen Spermienproduktion um 19-25% im Vergleich zu den Kontrolltieren. Zusätzlich konnte eine geringe Inzidenz von Kryptorchismus in den Dosisgruppen 15 mg DEHP/kg und höher beobachtet werden. Die Behandlung hatte keine Auswirkungen auf das Sexualverhalten der männlichen Nachkommen. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Behandlung mit DEHP während der Trächtigkeit und der Laktation Veränderungen am Reproduktionssystem und Beeinträchtigungen der Sexualentwicklung und der Hodenfunktion bei männlichen Rattennachkommen hervorrufen kann. Die Tatsache, dass einige Endpunkte (Hodengewichte zum Zeitpunkt des Absetzens und Aromataseaktivität im Gehirn bei den Neugeborenen) eine biphasische Wirkung zeigten, weist auf die Notwendigkeit hin einen breiten Dosisbereich zu untersuchen um ein vollständiges Bild der durch DEHP hervorgerufenen Effekte zu erhalten.