＊周 翊

（云南省普洱市環(huán)境監(jiān)測站 云南 665000）

有機磷農(nóng)藥的神經(jīng)毒性作用及其機制

＊周 翊

（云南省普洱市環(huán)境監(jiān)測站 云南 665000）

有機磷農(nóng)藥是我國使用最廣泛的一大類農(nóng)藥，其在有效控制病蟲害的同時，對環(huán)境安全以及人群健康構(gòu)成威脅。研究表明，有機磷農(nóng)藥對生物最主要的毒性為神經(jīng)毒性。該文綜述了有機磷農(nóng)藥對神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)遞質(zhì)及其受體以及相關(guān)酯酶的活性改變、遲發(fā)性神經(jīng)毒性及神經(jīng)發(fā)育毒性等毒性作用，探討其產(chǎn)生神經(jīng)毒性的可能機制。并對有機磷農(nóng)藥未來的研究發(fā)展趨勢進行了展望。

有機磷農(nóng)藥；神經(jīng)毒性；作用機制

1.引言

有機磷農(nóng)藥，英文Organophosphorus Pesticide，一般簡稱為OP，目前是我國使用最廣、用量最大的一類農(nóng)藥，具有適用范圍廣、殺蟲力強、易分解、殘留期短等特點，在農(nóng)藥病蟲害防治方面有非常重要的作用，但也不可避免地污染了環(huán)境，并對非靶標生物產(chǎn)生危害。研究表明，有機磷農(nóng)藥對生物神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)臟器官、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等都會產(chǎn)生毒性，其中最主要的毒性表現(xiàn)為神經(jīng)毒性。本文就有機磷農(nóng)藥對神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)遞質(zhì)及其受體以及相關(guān)酯酶的活性改變、遲發(fā)性神經(jīng)毒性及神經(jīng)發(fā)育毒性等毒性作用等進行了介紹，并從細胞增殖與分化，細胞氧化損傷及細胞凋亡，基因表達水平等方面對OP神經(jīng)毒性作用的可能機制做了一些探討。

2.有機磷農(nóng)藥的神經(jīng)毒性作用

（1）引起神經(jīng)遞質(zhì)及其受體以及相關(guān)酯酶的活性改變

一般認為，OP的神經(jīng)毒作用是磷酸化體內(nèi)膽堿酯酶（Cholin Esterase，ChE），從而使其喪失了水解乙酰膽堿（Acetyl Choline，ACh）的能力，進而導(dǎo)致膽堿能神經(jīng)突出中蓄積ACh，引起毒蕈堿樣，煙堿樣和中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。有機磷農(nóng)藥與ChE的作用原理和ACh與ChE的結(jié)合方式基本上相似。

乙酰膽堿能系統(tǒng)變化理論能夠解釋有機磷農(nóng)藥急性中毒的大部分癥狀，但對于中毒時會出現(xiàn)的驚厥、癲癇、抽搐等腦神經(jīng)系統(tǒng)的變化并不能完全解釋。不少研究共同指出并證實，某些有機磷農(nóng)藥中毒引起動物出現(xiàn)上述結(jié)果是由于改變了中樞GABA受體功能，而非是抑制了乙酰膽堿酯酶。而有機磷農(nóng)藥中毒引起GABA受體結(jié)合降低的具體原因有待進一步研究。實際上OP，不僅能抑制AChE活性，對乙酰膽堿受體也有抑制功能。近年來一些研究還表明，OP除直接作用于AChE，星形膠質(zhì)細胞也是OP直接的靶作用點，某些有機磷化合物（如毒死蜱、氧化樂果、對硫磷）還能調(diào)節(jié)膽堿能毒性的表達、導(dǎo)致膽堿突觸以外的部位發(fā)生改變、存在其它作用途徑。

（2）遲發(fā)性神經(jīng)毒性

某些有機磷農(nóng)藥在引起急性中毒后2～4周會使患者出現(xiàn)多發(fā)性周圍神經(jīng)病的臨床表現(xiàn)，患者會有四肢末梢麻痹，皮膚感覺異常，運動失調(diào)，嚴重者可癱瘓。這一表現(xiàn)稱為有機磷化合物引起的遲發(fā)性神經(jīng)毒性（OPIDN）或有機磷化合物引起的遲發(fā)性多發(fā)性神經(jīng)病。該病死亡率不高，但危害較大，嚴重人體健康。

OPIDN的發(fā)病機制目前尚未完全清楚。目前主要有兩種解釋。曾有英國學(xué)者上世紀六十年代，利用放射性同位素標記技術(shù)，在雞的腦組織中找到了磷酸化位點，即神經(jīng)毒性酯酶，該酶又稱作“神經(jīng)病靶酯酶”，繼而提出神經(jīng)毒性酯酶是OPIDN的起始靶標。近年來，有美國學(xué)者又提出神經(jīng)骨架蛋白質(zhì)異常磷酸化假說。其研究認為，OPIDN的產(chǎn)生是由于Ca/Ca調(diào)素激酶的自動磷酸化的異常增加以及細胞骨架蛋白質(zhì)磷酸化的增加所致。兩種假設(shè)目前都未被普遍接受。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)某些OP的致敏作用導(dǎo)致人或動物細胞免疫或體液免疫障礙，其提示個體素質(zhì)在OPIDN中也有一定的作用。

（3）神經(jīng)發(fā)育毒性

研究表明，胚胎期和出生后有機磷農(nóng)藥暴露能對快速生長發(fā)育中的胎兒和嬰幼兒健康造成潛在的危害，并可能持續(xù)存在，在短期或遠期內(nèi)誘發(fā)某些神經(jīng)精神類疾病。此外，乙酰膽堿酯酶不僅可水解乙酰膽堿，研究證實還可能作為一種分泌到胞外，用于調(diào)控細胞增殖與軸突生長的神經(jīng)營養(yǎng)因子，進而在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的關(guān)鍵時期影響神經(jīng)細胞的生長、分化。據(jù)此，OP的神經(jīng)發(fā)育毒性既抑制腦組織AChE活性，也對神經(jīng)發(fā)育過程產(chǎn)生特異作用。OP對腦組織AChE活性的影響目前集中在發(fā)育中腦組織AChE易感機制以及與年齡有關(guān)的AChE活性恢復(fù)時間差異機制的研究。

雖然一些報道認為人類接觸OP不會對妊娠產(chǎn)生影響，但OP對嬰幼兒神經(jīng)細胞發(fā)育已經(jīng)產(chǎn)生了不容忽視的影響，而又不會出現(xiàn)任何癥狀，值得人們引起警覺。

（4）其它神經(jīng)毒性作用

OP中的倍硫磷、樂果、久效磷、敵敵畏、甲胺磷等中毒后可以引發(fā)一種被稱為“中間綜合征之前出現(xiàn)的以肌肉無力、呼吸困難等為特征的癥狀”的神經(jīng)毒性作用。具體是指一些重度急性O(shè)P中毒的病患在急性膽堿能危象（ACC）消失后1～4d，繼遲發(fā)性周圍神經(jīng)病。此外，近年來不同種類的有機磷農(nóng)藥被混合后投放，使農(nóng)藥生產(chǎn)者和農(nóng)民以及生活在農(nóng)村的其它敏感人群（兒童和孕婦等）接觸OP的種類更為復(fù)雜，劑量更大，時間也更長，隨之引起一系列慢性，亞急性的在情緒，感情以及認知功能方面的病癥，即產(chǎn)生慢性暴露有機磷農(nóng)藥引發(fā)的神經(jīng)精神異常。

3.有機磷農(nóng)藥的神經(jīng)毒性作用機制

（1）細胞增殖及細胞分化

在對鼠嗜鉻細胞瘤細胞PC12研究中，毒死蜱的持續(xù)染毒會誘導(dǎo)該種細胞分化，抑制其DNA合成，而在高濃度下可完全阻滯該細胞的生長，提示毒死蜱可影響PC12細胞轉(zhuǎn)錄因子的表達及神經(jīng)干細胞的表型，并具有時期特異性效應(yīng)。在利用胎鼠星形膠質(zhì)細胞和人星形膠質(zhì)瘤細胞系1321N1研究毒死蜱等及其氧化代謝產(chǎn)物對細胞增殖的影響中，結(jié)果也表明星形膠質(zhì)細胞數(shù)目的減少，[3H]胸苷摻入的抑制，均和OP及其氧化代謝物有密切聯(lián)系。該作用機制主要受到非膽堿能機制參與多神經(jīng)細胞間的信號調(diào)節(jié)和激素輸入的影響。還有研究認為毒死蜱抑制未分化的神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞C6細胞DNA的合成也證明該機制存在。

有研究推測神經(jīng)病靶標酯酶可能是OP抑制分化過程中的作用位點，但利用氟丙胺磷對細胞分化機制的研究表明對神經(jīng)病靶標酯酶的抑制只是伴隨產(chǎn)生。目前還有研究認為，AChE在神經(jīng)發(fā)育過程中有重要作用，而多種OP可在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)鍵時期抑制AChE的活性，進而對細胞增殖、分化和腦的正常功能產(chǎn)生影響。除此之外，OP可能直接對神經(jīng)細胞復(fù)制和分化密切相關(guān)的DNA和蛋白質(zhì)合成產(chǎn)生特異作用。

（2）細胞氧化損傷及細胞凋亡

除抑制AChE的活性外，有機磷農(nóng)藥誘導(dǎo)細胞產(chǎn)生的氧化應(yīng)激，細胞凋亡及壞死等生物學(xué)效應(yīng)更具有潛在性和危險性。研究表明有機磷農(nóng)藥可以在體內(nèi)和體外試驗中誘導(dǎo)產(chǎn)生H2O2，超氧陰離子（O2ˉ），羥自由基（HO?）等活性氧（ROS），這些自由基能與生物大分子反應(yīng)，引起機體抗氧化酶，進而會使一些超氧化物歧化酶（SOD）的活力降低，造成脂質(zhì)過氧化和DNA的損傷等。如果這些潛在的氧化劑持續(xù)存在，就將引起機體氧化應(yīng)激，使細胞遭受氧化損傷。也有研究表明有機磷農(nóng)藥的毒性也可通過ROS的產(chǎn)生引起有機體抗氧化防御能力的下降。

不同類別的有機磷農(nóng)藥可誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，而其形成的細胞應(yīng)激是理化因子誘發(fā)細胞凋亡的重要觸發(fā)機制。研究證實了有機磷農(nóng)藥可能以ROS作為共同的中介因子誘導(dǎo)細胞凋亡?？偟膩碚f，有機磷農(nóng)藥誘導(dǎo)細胞凋亡通過多種途徑，但目前有機磷農(nóng)藥誘導(dǎo)細胞凋亡機制還不清楚，有待更進一步的研究。

（3）影響基因表達水平

有機磷農(nóng)藥影響多種基因表達水平與其神經(jīng)發(fā)育毒性密切相關(guān)。應(yīng)用基因芯片技術(shù)對剛出生的大鼠施用毒死蜱，在對其252個被毒死蜱誘導(dǎo)的差異表達基因研究中發(fā)現(xiàn)，這些基因參與神經(jīng)細胞生長、神經(jīng)膠質(zhì)和髓磷脂的發(fā)生、神經(jīng)細胞分化、細胞凋亡、氧化應(yīng)激、神經(jīng)遞質(zhì)的合成等諸多有關(guān)神經(jīng)發(fā)育的重要過程。

進一步的研究分析表明，有機磷農(nóng)藥中僅毒死蜱即可上調(diào)如γ干擾素、胰島素信號通路中磷酸化的細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2、致炎因子白細胞介素－6、膠質(zhì)原纖維酸性蛋白等多種細胞因子的表達。有機磷農(nóng)藥對基因表達的顯著差異很可能揭示其潛在的毒性反應(yīng)。

4.展望

近年來，對有機磷農(nóng)藥神經(jīng)毒性的研究取得巨大的進步，研究領(lǐng)域涉及到其神經(jīng)毒性的更多方面，對一些癥狀不明顯，發(fā)病潛伏時間長，以及低劑量長期作用對機體的影響均開始了逐步深入的研究。盡管如此，對有機磷農(nóng)藥神經(jīng)毒性機制的研究仍然存在著諸多不足。如何探明有機磷農(nóng)藥神經(jīng)毒性的具體機制，減少有機磷農(nóng)藥中毒的發(fā)生，開發(fā)新型的低毒高效有機磷農(nóng)藥替代高毒的有機磷農(nóng)藥等方面已成為當前農(nóng)藥環(huán)境安全所面臨的重要課題。

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(責(zé)任編輯 劉林林)

Neurotoxic effect of organophosphorus pesticide and its mechanism

Zhou Yi
（yunnan pu-erh tea city environmental monitoring station, Yunnan, 665000）

organophosphorus pesticide is the most widely used one kinds of pesticide in China, the effective control of plant diseases and insect pests at the same time, pose a threat to environmental safety and public health.Study shows that the organophosphorus pesticide to the biological toxicity of the main nerve toxicity.This paper summarizes the organophosphorus pesticide neurotransmitters and their receptors, and related to the nervous system changes in activity of esterase, late-onset neural toxicity and neurodevelopmental toxicity toxic effect, discuss the possible mechanism of the neurotoxicity.And the study of organophosphorus pesticide and the future development trend is prospected.

organophosphorus pesticide；Neurotoxicity；Mechanism of action

Q

A

周翊（1987～），男，云南省普洱市環(huán)境監(jiān)測站；研究方向：環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，環(huán)境化學(xué)分析，生物化學(xué)。