張笑妍，李洋杰，王正東，顏南

（1.沈陽醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)2018級(jí)本科生，遼寧 沈陽110034；2.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院人體解剖與組織胚胎學(xué)專業(yè)2020級(jí)碩士研究生；3.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)教研室；4.醫(yī)學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院康復(fù)教研室）

氟元素作為人體必需微量元素，在攝入正常的生理需求量時(shí)，可促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣和磷的吸收與利用，加快骨的生長(zhǎng)，加強(qiáng)骨質(zhì)的硬度，預(yù)防齲齒和動(dòng)脈硬化。然而，氟對(duì)人體的作用是雙向的［1］，若人們長(zhǎng)期通過飲用水、空氣或食物等介質(zhì)攝入過量的氟，就會(huì)導(dǎo)致慢性蓄積性氟中毒即地方性氟中毒，其主要臨床特征為氟骨癥和氟斑牙。氟具有極強(qiáng)的親骨性，容易在骨組織中儲(chǔ)存堆積，破壞了骨骼及其周圍軟組織的正常結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)骨質(zhì)疏松、軟組織硬化等癥狀，同時(shí)，造成成骨多樣性病變［2］。輕者引起機(jī)體多個(gè)大關(guān)節(jié)持續(xù)性疼痛，重者患者肢體僵化，活動(dòng)范圍受限，活動(dòng)能力降低，甚至癱瘓。肝、腎是重要的解毒器官和排泄器官，氟攝入過量時(shí)，細(xì)胞腫脹，分布疏松，細(xì)胞染色質(zhì)含量提升，NOS表達(dá)異常，NO合成增加，誘導(dǎo)氧自由基增加，從而破壞肝組織［3］。同時(shí)過量的氟化物積聚在腎單位，損傷腎的近端小管上皮細(xì)胞，造成細(xì)胞膜的損傷，并引起代謝和解毒相關(guān)酶的異常表達(dá)［4］。根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)，高氟地區(qū)男性的不生育概率高于正常地區(qū)［5］。氟中毒引發(fā)機(jī)體睪丸生精功能紊亂，降低精子的數(shù)量、質(zhì)量和活性，從而致使男性生殖功能出現(xiàn)障礙［6］。同時(shí)氟化物對(duì)女性生殖系統(tǒng)也有不良影響。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，高氟會(huì)改變子宮自身的組織結(jié)構(gòu)以及卵巢的形態(tài)并誘發(fā)細(xì)胞凋亡，損害卵母細(xì)胞的成熟能力，并阻礙其發(fā)育和受精［7－9］。目前氟中毒對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)損傷的研究最為熱門。本文主要對(duì)其機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 氟中毒對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的損傷

氟化物和其他鹵素元素一樣，可通過血腦屏障進(jìn)入大腦。目前已有的流行病學(xué)調(diào)查和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了氟化物的神經(jīng)毒性作用［10］。過量的氟進(jìn)入大腦后，動(dòng)物神經(jīng)的結(jié)構(gòu)和功能均受到高濃度氟的損害，而海馬部位作為氟最主要的積累部位被認(rèn)為是氟化物攻擊的靶器官之一，誘發(fā)海馬神經(jīng)細(xì)胞凋亡［11］。研究表明，氟中毒可損害海馬突觸界面結(jié)構(gòu)，而當(dāng)突觸界面結(jié)構(gòu)被破壞時(shí)，其傳遞神經(jīng)信息的功能會(huì)受到一定影響［12］。研究發(fā)現(xiàn)，氟化物可在體外誘導(dǎo)海馬神經(jīng)元的氧化損傷，并在一定程度上破壞海馬的形態(tài)［13－14］。而海馬是負(fù)責(zé)人體學(xué)習(xí)和記憶的器官，因此過量的氟化物對(duì)人大腦功能的影響主要表現(xiàn)為認(rèn)知功能損傷和智力缺陷，對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大腦的作用主要為降低動(dòng)物的學(xué)習(xí)和記憶的能力。

1.1 氟能導(dǎo)致機(jī)體學(xué)習(xí)和記憶功能障礙 有研究發(fā)現(xiàn)，接觸水中高濃度氟化物與兒童智力水平下降顯著相關(guān)［15］。印度不同氟化物暴露地區(qū)兒童智商（IQ）水平的研究為此提供了可信依據(jù)，表明在高氟飲用水地區(qū)兒童的平均IQ水平明顯低于正常和低濃度氟區(qū)域［16］。

1.2 氟能引起認(rèn)知功能損傷和行為異常 在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，小鼠在氟中毒后出現(xiàn)食欲減退，體重降低，自我協(xié)調(diào)能力和運(yùn)動(dòng)耐力也出現(xiàn)下降趨勢(shì)，有的甚至出現(xiàn)全身震顫、緊張、麻痹等癥狀［17］。流行病學(xué)研究表明，長(zhǎng)期生活在高氟環(huán)境的人可出現(xiàn)認(rèn)知損傷和行為異常［18］。另一項(xiàng)研究表明，生活在含有高濃度氟飲用水地區(qū)的老年人，過量的氟可導(dǎo)致其認(rèn)知功能出現(xiàn)損傷［19］。此外，在母體孕期時(shí)或嬰幼兒階段長(zhǎng)期攝入氟化物，未發(fā)育完全的機(jī)體對(duì)氟的抵抗力較低，氟可透過胎盤屏障和血腦屏障進(jìn)入胎兒或新生兒尚未發(fā)育完整的大腦，且血腦屏障通透性高于成年期，導(dǎo)致氟在腦組織中的蓄積［20］，產(chǎn)生毒性作用，使其神經(jīng)元發(fā)生損傷，進(jìn)而影響神經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)記憶的正常功能［21］。

2 氟中毒所致神經(jīng)系統(tǒng)損傷的機(jī)制

2.1 氟致自由基損傷學(xué)說 機(jī)體內(nèi)自由基的氧化生成過程與抗氧化消除過程的平衡被破壞，致使機(jī)體氧化程度升高，大量氧化中間產(chǎn)物堆積，蛋白酶的分泌增多，中性粒細(xì)胞炎性浸潤(rùn)，造成細(xì)胞死亡，機(jī)體組織損傷，這種不平衡叫氧化應(yīng)激（OS）。有學(xué)者提出氟可能通過OS對(duì)人體各系統(tǒng)造成損傷，具體內(nèi)容為當(dāng)機(jī)體大腦處于一個(gè)高濃度氟的環(huán)境時(shí)，氧化應(yīng)激水平的提高促使自由基含量增加，降低抗氧化系統(tǒng)的作用，其神經(jīng)功能會(huì)受到影響。劉仙紅等［22］在實(shí)驗(yàn)中建立染氟的大鼠模型，最后得出經(jīng)染氟處理后的大鼠腦中氟含量較對(duì)照組高，且高氟組腦中氟含量比低氟組要高；染毒大鼠海馬體和皮質(zhì)組織中的PPARγ蛋白含量顯著下降，高濃度氟處理組比低濃度氟處理組降低的更加急?。煌瑫r(shí)血清中的抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽過氧化物酶（GSH－Px）的活性也隨染氟濃度的增高而下降，而活化的PPARγ可能直接抑制體內(nèi)的抗氧化酶如SOD等的表達(dá)，阻礙體內(nèi)自由基的消除過程，說明了PPARγ在抗氧化應(yīng)激系統(tǒng)中起著重要作用，由此支持了氟致自由基損傷假說。一些其他實(shí)驗(yàn)共同證實(shí)了該學(xué)說，高濃度氟可升高氧自由基的含量，誘導(dǎo)動(dòng)物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)部基因和功能均發(fā)生改變，促使細(xì)胞發(fā)生凋亡，最后使神經(jīng)組織發(fā)生炎癥等病理改變［23－25］。此外通過實(shí)驗(yàn)研究觀察到ROS合成增多，導(dǎo)致ROS清除劑GSH－Px的消耗量增多，可有效阻止SOD活性的降低，氧化應(yīng)激反應(yīng)在該基礎(chǔ)條件下持久發(fā)生，最后導(dǎo)致負(fù)責(zé)去除自由基的酶大量消耗，而因氧化應(yīng)激反應(yīng)產(chǎn)生的大量自由基致使脂質(zhì)發(fā)生過氧化，蛋白質(zhì)和核酸發(fā)生氧化從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡［26］，最后造成神經(jīng)的損壞。年未未等［27］實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，氟染毒組小鼠腦組織SOD、GSH－Px活性下降，表明氟暴露削弱了小鼠腦組織的抗氧化防御能力，對(duì)腦造成氧化性損傷，也證明了自由基學(xué)說。

2.2 氟誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡理論 實(shí)驗(yàn)證明，神經(jīng)細(xì)胞凋亡是氟暴露的直接后果［28］。氟中毒可致多種組織細(xì)胞的損傷而不伴有明顯的炎癥反應(yīng)，以細(xì)胞凋亡的形式發(fā)生在腦組織損傷中，何衛(wèi)紅等［29］研究發(fā)現(xiàn)，高氟能顯著促進(jìn)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞凋亡。有研究闡述，地方性氟中毒的致病原理與細(xì)胞凋亡數(shù)量增加存在密切聯(lián)系，在任何狀態(tài)下對(duì)細(xì)胞進(jìn)行高劑量染氟處理，均可誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生凋亡，且隨濃度的增高細(xì)胞凋亡率增加［30］。

細(xì)胞凋亡是一種循序漸進(jìn)的細(xì)胞死亡，為了保持體內(nèi)環(huán)境的安定，細(xì)胞死亡是一個(gè)自發(fā)而有序的過程，這在人體中非常普遍。p53是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡信號(hào)傳導(dǎo)的主要基因之一［31］，可通過調(diào)節(jié)受體和線粒體途徑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。其中，p53基因中野生型p53可誘導(dǎo)相關(guān)基因的表達(dá)，抑制受損細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖，從而修復(fù)嚴(yán)重?fù)p傷的DNA或使其凋亡。有研究表明氟中毒導(dǎo)致的神經(jīng)慢性損傷可誘導(dǎo)p53蛋白的表達(dá)，p53的高表達(dá)與神經(jīng)細(xì)胞凋亡大致一致［32］。細(xì)胞凋亡有Caspase依賴性和非Caspase依賴性兩條通路。研究表明，慢性氟中毒可導(dǎo)致SD大鼠海馬組織中Caspase－12基因的表達(dá)改變，并與機(jī)體中氟蓄積量存在相關(guān)關(guān)系［33］。核酸內(nèi)切酶G（endonuclease G，Endo－G）作為Caspase非依賴性凋亡通路的重要因子，能使線粒體膜通透性增加，并與凋亡誘導(dǎo)因子、細(xì)胞色素C等其它立體蛋白一起釋放到細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞核，使染色體DNA分裂并將細(xì)胞核DNA分解成短核苷酸，引起細(xì)胞凋亡，有實(shí)驗(yàn)表明Endo－G的高表達(dá)和異位轉(zhuǎn)移參與了慢性氟中毒大鼠腦組織的神經(jīng)細(xì)胞凋亡，是慢性氟中毒引起腦組織細(xì)胞凋亡的機(jī)制之一［34］。Bcl－2作為不容忽視的調(diào)節(jié)基因，高氟可提高Bax基因的表達(dá)和抑制Bcl－2基因表達(dá)，在Bax高表達(dá)時(shí)，Bax與Bcl－2形成異二聚體，使Bcl－2蛋白失活，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并且細(xì)胞凋亡率與氟濃度呈正相關(guān)［35］。氟中毒誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的機(jī)制還與過多的氟進(jìn)入體內(nèi)，直接結(jié)合氧原子，妨礙氧氣代謝，增加活性氧含量有關(guān)。

2.3 氟致鈣代謝失調(diào)學(xué)說 鈣是一種金屬元素，化學(xué)性質(zhì)活潑。鈣對(duì)維持機(jī)體正常功能是至關(guān)重要的。99%的鈣離子存在于人體骨骼中，起到促進(jìn)骨骼發(fā)育、支持身體、保護(hù)人體的作用。另外1%的鈣分布于人體細(xì)胞外液和軟組織中，雖含量較少但在人體生命活動(dòng)中起著非常重要的生物學(xué)作用。正常情況下，鈣離子的體內(nèi)代謝處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而氟中毒屬于“鈣矛盾癥”，即機(jī)體缺鈣，但細(xì)胞內(nèi)鈣流量增加的現(xiàn)象。也就是說，機(jī)體大量攝入的氟化物直接襲擊氧原子，阻止正常氧代謝的運(yùn)行，促使超過正常量的氧自由基破壞細(xì)胞膜，損害細(xì)胞表面及內(nèi)部與鈣離子轉(zhuǎn)載和儲(chǔ)存相關(guān)的結(jié)構(gòu)，從而促使細(xì)胞的鈣平衡被破壞，而且鈣離子是神經(jīng)細(xì)胞的重要信使，腦內(nèi)含有超高濃度的鈣離子可引起一系列腦的損害。實(shí)驗(yàn)證實(shí)海馬突觸體鈣超載與氟致腦功能損害存在聯(lián)系。有實(shí)驗(yàn)得出低鈣組與正常加氟飲食組血清和細(xì)胞的鈣離子濃度均有顯著的上升趨勢(shì)，進(jìn)一步證實(shí)了在長(zhǎng)期攝入多量的氟后，高氟可加劇機(jī)體血清及細(xì)胞內(nèi)鈣超載情況［36－37］。此外高氟可誘導(dǎo)鈣平衡失調(diào)，NF－κb及其下游Bcl－2凋亡蛋白表達(dá)水平均出現(xiàn)變化，導(dǎo)致腦細(xì)胞損傷，證實(shí)了氟致鈣離子失衡學(xué)說［38］。氟中毒致腦損傷與L型鈣離子通道及下游相關(guān)分子的表達(dá)異常密切相關(guān)。CaMK是鈣調(diào)蛋白激酶的成員之一，鈣調(diào)蛋白與鈣離子結(jié)合后被激活，與CaMKⅡ調(diào)節(jié)區(qū)中的CaM結(jié)合區(qū)結(jié)合啟動(dòng)CaMKⅡ，激動(dòng)的CaMKⅡ通過多種途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡，具有廣泛的生物學(xué)活性，且與神經(jīng)損傷、凋亡及其他細(xì)胞的功能密切相關(guān)，研究表明，腦海馬內(nèi)鈣超載是由氟中毒引起的［39］。鈣調(diào)激酶對(duì)PC12細(xì)胞氟中毒的研究結(jié)果也顯示，鈣調(diào)激酶CaMKⅡ、Bcl－2和Bax基因和蛋白表達(dá)異常引起鈣信號(hào)通路失調(diào)和紊亂，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［35］。

2.4 其他機(jī)制

2.4.1 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 長(zhǎng)期攝入過量氟化物可使促分裂素原活化蛋白激酶（MAPK）通路發(fā)生變化，在實(shí)驗(yàn)研究中，氟化物作用于MAPK通路，從而破壞與該通路有關(guān)的反應(yīng)。而在細(xì)胞凋亡的過程中有MAPK／胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（ERK）信號(hào)途徑參與調(diào)節(jié)［40］。有研究人員通過應(yīng)用內(nèi)在光信號(hào)（IOS）對(duì)已經(jīng)氟化鈉處理過的大鼠及小鼠加入MAPK抑制劑并對(duì)腦海馬體的體積進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)對(duì)腦片的透光率也進(jìn)行測(cè)量，觀察二者是否發(fā)生改變及變化后的趨勢(shì)，結(jié)果顯示未加入MAPK抑制劑組大鼠和小鼠的海馬體體積明顯縮小，而加入MAPK抑制劑干擾后，完全可以改變這種情況，表明過量的氟可通過改變MAPK通路的狀態(tài)而干擾神經(jīng)細(xì)胞，使神經(jīng)細(xì)胞凋亡數(shù)量增加［41］。

此外高濃度氟的攝取可導(dǎo)致糖基化終末產(chǎn)物／其受體（AGEs／RACE）通路的變化，從而致使機(jī)體神經(jīng)功能出現(xiàn)紊亂。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合了之前學(xué)者提出的AGEs／RACE復(fù)合物活性的變化可能是致使中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變的機(jī)制學(xué)說，證實(shí)了上述機(jī)制，該研究發(fā)現(xiàn)過量的氟通過提高NOX2的活性，進(jìn)而誘發(fā)氧化應(yīng)激反應(yīng)，提高AGE／RAGE復(fù)合物在神經(jīng)中的表達(dá)水平，其中AGE可使血管的通透性增強(qiáng)，損害微血管，從而阻礙神經(jīng)系統(tǒng)功能的正常運(yùn)行［42］。

2.4.2 受體結(jié)合 氟通過改變神經(jīng)遞質(zhì)和其受體在腦中的存在狀態(tài)及含量影響神經(jīng)元的正常功能。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)氟處理的動(dòng)物，腦組織中神經(jīng)遞質(zhì)活性發(fā)生了變化，成年大鼠長(zhǎng)期飲用含氟化物的水，過量的氟降低了大鼠腦內(nèi)的乙酰膽堿酯酶（AchE）的活性，證實(shí)了在高濃度氟的作用下，會(huì)阻止神經(jīng)信息的傳遞，最后導(dǎo)致大腦的神經(jīng)系統(tǒng)正常功能受到損害［43］。氟還能使神經(jīng)遞質(zhì)含量發(fā)生變化。在實(shí)驗(yàn)中天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶受高氟的影響，其活性明顯降低，而它們是合成中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要興奮性神經(jīng)遞質(zhì)谷氨酸的關(guān)鍵酶，所以在高氟的作用下，谷氨酸的含量降低，從而破壞神經(jīng)元的正常生理功能［44］。過量的氟也可通過影響神經(jīng)遞質(zhì)受體含量來對(duì)腦組織產(chǎn)生損傷，研究人員在持續(xù)氟喂養(yǎng)7個(gè)月的大鼠腦中發(fā)現(xiàn)煙堿乙酰膽堿受體（nAchR）顯著降低，由于nAchR對(duì)機(jī)體的認(rèn)知功能有一定影響，尤其是其α7 nAChR亞型和α4 nAChR亞型兩個(gè)受體，它們影響機(jī)體記憶的形成，而氟中毒能降低這些受體在腦組織內(nèi)的含量，誘發(fā)記憶認(rèn)知效應(yīng)障礙［45－46］。

2.4.3 能量代謝 葡萄糖的代謝為大腦獲取能量的主要來源，故大腦功能狀態(tài)的優(yōu)劣可通過葡萄糖代謝率水平判斷。已有研究顯示，在經(jīng)高劑量氟處理后，大鼠大腦中葡萄糖的代謝率顯著下降，協(xié)助葡萄糖透過血腦屏障的GLUTI的表達(dá)也同時(shí)下降，進(jìn)而促使大鼠的學(xué)習(xí)記憶的能力下降，說明了高氟可通過降低葡萄糖的運(yùn)載量和葡萄糖在大腦中的代謝水平來紊亂正常的能量代謝，從而致使神經(jīng)系統(tǒng)被損害［47］。

3 展望

近些年，由于國(guó)家加大對(duì)高氟地區(qū)飲水及燃煤的整治，我國(guó)患有地方性氟中毒的人數(shù)在逐年降低，但由于氟中毒對(duì)于人體的不良作用是長(zhǎng)期持續(xù)性的，無法在短時(shí)間內(nèi)根治，這就對(duì)未來氟中毒方面的研究提出了新的要求，因此，對(duì)于氟中毒的研究要更加深入，敢于設(shè)想并嘗試新的有利于氟中毒的預(yù)防與治療措施，為地方性氟中毒在臨床上的防治提供更多的思路。