镉相对原子质量，在元素周期表中位列第48位，是一种银白色颜色的金属，具有低熔点、耐腐蚀、较好的延展性和韧性等特点。自然界中，镉通常以Cd+2形式存在，偶尔以Cd+1形式存在。
镉是一种威胁人类健康的有毒的环境重金属污染物，在自然界中主要与锌、铅和铜的硫化矿伴生。在地壳中，镉的平均浓度约为0.1-0.2mg/kg；在土壤中，镉含量大于1mg/kg。
在空气中，镉含量为2×10-3-5×10-3μg/m3；在海水中，镉的平均浓度为0.11μg/kg。事实上，自然界中镉含量较低，而化石燃料的燃烧、垃圾填埋场的渗液、农业用地的径流和采矿残留物，特别是锌和铅矿的开发等人类活动增加了环境中的镉含量。
据统计全世界每年向环境中释放超过3万吨的镉，其中82-94%通过循环作用会进入土壤中。与其他重金属相比，镉的溶解性比较高，使得镉更容易被植物摄取，进而蓄积在食品和农作物中。
一、镉的分布与危害
机体对镉的吸收极有可能是通过基本金属的迁移机制获得的。从物理和化学性质来看，这些金属最有可能是锌、铁、锰和钙。研究表明，镉在肠道吸收率有很大的范围。
据估计，在人类的肠道中对镉的吸收比例在3%至7%之间，在老鼠的肠道中对镉的吸收比例在0.3%至3.5%之间。然而，由于其广泛存在并且不能进行生物降解的性质，最终通过生物链不断地在人类和动物体内蓄积。
大量的研究概述了镉对男性和女性受精卵发生的影响，将其化合物与早期胚胎致死和植入失败有关。
此外，动物研究表明，在胚胎发生的特定阶段暴露于镉后，会出现各种各样的异常现象，最新研究表明，镉还可能会影响妊娠后期和产后早期过程，导致晚期妊娠并发症和严重病理现象出现在个体的后代。
1.镉毒性机制研究进展
镉作为一种重要的工业和环境污染物，可以通过引起氧化应激、DNA损伤和竞争性干扰锌或镁的生理功能等方式造成组织损伤。此外，动物研究表明，在胚胎发育的特定阶段暴露于镉后，会出现各种各样的异常现象。
最新研究表明，镉还可能会影响妊娠后期和产后早期过程，导致晚期妊娠并发症和严重病理现象出现在个体的后代。在动物研究中，镉已证实在多种物种中具有致畸和胚胎毒性作用。
2.镉对细胞的影响
镉对细胞有多种作用。镉影响细胞周期进程、增殖、分化、DNA复制和修复，以及凋亡通路。它通过激活某些细胞信号、抑制DNA甲基化和/或干扰介导的细胞粘附来调节细胞周期进程。
镉对DNA合成和细胞增殖的影响是剂量依赖性的，在较低浓度下，镉能促进DNA合成和细胞增殖，然而镉浓度超过1µM时，可抑制DNA合成和细胞分裂。
许多参与细胞周期调控的基因在镉暴露后过表达，以及相关蛋白表达上调，如RAS信号通路中涉及细胞增殖和分化的两个重要蛋白GRB2和SHC。此外，镉暴露诱导从细胞质部分转位到核膜部分，并增加后者的DNA结合活性。
3.镉与线粒体损伤
线粒体，几乎存在于所有的真核细胞中，是细胞中一个特别重要的细胞器。线粒体呼吸链是产生三磷酸腺苷（ATP）的主要途径，在能量稳态维持方面发挥关键作用。
线粒体在能量生产和细胞凋亡中起着至关重要的作用，是氧化反应的主要场所，同时也是参与氨基酸、核苷酸和脂类合成、离子稳态、细胞信号传递、程序性死亡等多种生理活动的主要场所。
在能量产生的过程中，营养物质在线粒体膜内部形成质子梯度代谢驱动三磷酸腺苷的产生，而线粒体膜电位的降低会阻断线粒体的能量供应。在动物细胞和组织中，线粒体的数量、结构和功能与能量需求以及对生理或环境变化的反应有关。
越来越多的证据表明，线粒体质量控制紊乱与许多疾病的发病机制有关，如心*毒脏**性和神经毒性，通过各种机制，包括钙通量的失调，活性氧的产生及其介导的氧化损伤，以及调控细胞死亡的触发。
镉结合的关键靶点是蛋白质的巯基，众所周知，少数必需蛋白质巯基的失活会导致亚细胞器如细胞核、线粒体和内质网的大量功能缺失。
有学者提出线粒体可能是镉诱导细胞毒性的主要靶部位，镉暴露会引起线粒体的结构损伤和功能异常。
4.镉与内质网应激
真核细胞中除了线粒体外，内质网也是一种重要的细胞器，它具有一个巨大的膜网状结构。内质网是高度动态的，由池、线状小管和可以不断重排的连接组成，促进了与细胞骨架、质膜和其他细胞器的相互作用。细胞的多种功能活动都有内质网活动的身影。
在应激状态下，内质网环境被破坏，影响蛋白质成熟，导致蛋白质折叠错误或未折叠蛋白质反应的特征性应激反应称为内质网应激。通常情况下，短时间的内质网应激会引发一系列的细胞为了继续生存而产生的转录活动，而长时间内质网应激可激活凋亡细胞死亡通路。
在某些情况下，UPR保护细胞免受外源性和内源性刺激带来的压力有助于细胞内稳态的重建；然而，长时间的UPR激活与许多病理有关，包括代谢性疾病、癌症、神经退行性疾病、炎症、心血管疾病、病毒感染和眼科疾病。
二、镉对胚胎发育的影响
作为母体与胎儿之间物质和能量交换的主要场所，胎盘可以合成和分泌一些激素，还可以过滤血液中的有害物质，为胚胎的发育提供营养和功能支持。
因此，在妊娠期间，当正常的胎盘形成过程被破坏或胎盘功能相关基因表达水平发生改变时，会影响胎儿的正常发育。在怀孕期间，长期暴露于镉环境中会增加其在胎盘中的浓度，但其详细的机制仍需要阐明。
三磷酸腺苷结合盒转运受体蛋白是膜蛋白家族的一员。它广泛参与各种底物、重金属等物质通过细胞膜的运输，而细胞膜必须水解ATP才能提供能量。
1.镉对胚细胞的影响
有研究表明在大鼠妊娠期过程中，镉暴露会导致胎盘中结合盒转运体G2和B4的表达水平显著降低，表明镉暴露降低了大鼠的转运功能，增加了镉在胎盘中的细胞内积累。
在相同镉盐的处理情况下，尽管镉暴露的动物模型、途径和时间存在差异，但镉暴露均可导致金属转运体表达降低、镉离子积累增加。镉可穿过胎盘聚集在多个器官和系统中，诱导胎儿体内相关基因表达异常。
其短期影响是干扰胎儿的正常发育过程，长期影响是导致成人各种全身性疾病。在母乳喂养期间，镉会被分泌到母乳中，在后代的体内聚集，对后代的学习和记忆能力带来一定程度的损伤。
镉除了抑制滋养细胞的增殖和迁移外，还可导致胎盘巨噬细胞、海绵滋养细胞、滋养细胞巨细胞和迷路滋养细胞增殖，细胞核抗原表达减少，从而促进细胞凋亡，显著减小胎盘层大小，降低胚胎重量，延迟胚胎的发育。
因此，镉可降低滋养层细胞增殖，促进滋养层细胞凋亡，抑制其迁移，最终延缓胚胎发育过程。其次，胎盘大小和质量的形成低于正常发育过程，这是镉对胎盘发育的毒性作用。
2.镉的胚胎发育毒性
除了影响怀孕期间胎盘的形成和发育，怀孕期间的镉暴露也会在胚胎中富集，降低胎儿中相关基因的表达，导致胚胎发育异常以及后代某些组织和器官的结构和功能的先天性障碍。
同时，该研究也指出，怀孕期间暴露于镉会导致胎儿生长受限。此外，小胎龄婴儿的风险可能与镉暴露的时间点有关。在妊娠中期，与妊娠早期相比，增加了风险了小胎龄婴儿。
流调结果显示，产前暴露于镉会降低新生儿的人体测量值，且具有性别特异性，其中胚胎毒性与女孩有关，而与男孩无关。这些结果表明，产前镉暴露对胚胎的影响具有性别特异性，也反映了镉胚胎发育毒性的复杂性和多样性。
研究发现，镉暴露可导致斑马鱼胚胎绒毛膜变脆撕裂、斑马鱼脑和眼发育不全、心脏水肿、色素沉着减少、体轴异常弯曲和尾部生长不完全等现象。异常现象包括肠道畸形，心脏病变，面部异常和鳍发育异常，除了上述缺陷。
在研究斑马鱼中，镉导致心脏水肿，尾巴畸形和色素减退也被报道。
从前人的研究结果可以看出，妊娠期镉暴露导致斑马鱼和小鼠胚胎中多个基因表达水平紊乱，导致胚胎发育异常，特别是胎儿生长受限。
3.神经管畸形的影响
神经生成过程中对外界环境非常敏感。在受到外源性有害因素影响时，神经管不能正常闭合，导致神经管畸形。NTD是造成孕妇流产、围产期胎儿死亡以及子代出现终身残疾的先天性疾病原因之一。
根据国际出生检测情报所对二十多个国家近20年的统计结果表明，NTD发生率在0.3‰-2.1‰之间波动，具有出生缺陷特征的婴儿数量占总人数的三分之一左右。在中国，NTD发生率在2.3‰-2.8‰之间波动，部分北方地区可达1%以上远远地超过了国际平均水平。
神经管畸形的主要症状表现为脑与脊髓出现异常，包括颅穹窿缺损，无脑儿、脑膨出症、脊柱缺损，以及颅和脊髓联合缺损，如颅裂。神经管畸形是中枢神经系统，及其周围相关结构发育缺陷的主要原因。
结论
镉暴露导致颅面神经嵴细胞中线粒体数量减少和线粒体空泡变性，降低了线粒体膜电位，扰乱了线粒体生物发生和动力学稳态；同时镉暴露也诱导内质网肿胀、断裂等结构损伤，导致内质网功能障碍，诱导了颅神经嵴细胞过度自噬导致颅神经嵴细胞损伤。
最终导致镉暴露导致鸡胚生长速度减缓，体重下降，颅顶骨（PA）凹陷且形状不完整，额骨（FR）发育缺陷等现象，最终导致鸡胚颅面部畸形。
镉暴露抑制了早期神经嵴细胞迁移、EMT过程、BMP/Wnt信号通路的活性和骨矿化相关因子的表达，表明镉暴露阻碍了颅面部神经嵴细胞向成骨细胞的分化，最终抑制了鸡胚颅骨的形成。
BMP4激活剂的添加阻止了镉暴露对BMP信号通路活性的抑制，同时也减轻了镉暴露对信号通路活性的抑制，表明信号通路在鸡胚颅面神经嵴发生过程中具有协同作用。