有机磷农药中毒致神经损伤机制的研究进展

苏艳华 朱爱珍

有机磷农药(organophosphorus pesticides，OPs)是我国生产和使用最多的农药，也是引起急性中毒和致死的主要农药。急性有机磷中毒(acute organophosphoms pesticides poisoning，AOPP)是临床常见急症，是我国农村常见的中毒性疾病。OPs对神经损伤是有机磷农药中毒患者致残和致死的主要原因。对中毒患者神经系统损伤的抢救和治疗也是决定有机磷中毒患者抢救成功及预后的关键。OPs对神经系统的毒副作用可以引致3种临床表现:①急性胆碱能危象(acute cholinergiccrisis，ACC);②迟发性周围神经病(organophosphate induceddelayedpolyneuropathy，OPIDP);③中间综合征(intermediatesyndrome，IMS)。此外，还有一种神经发育毒性。本文对近年来有关有机磷农药中毒所致神经损害的机制综述如下。

1 ACC发病机制

ACC是在OPs中毒急性期，因OPs抑制乙酰胆碱酯(acetylcholinesterase，AChE)引起毒蕈碱样症状、烟碱样症状及中枢神经系统症状。目前认为，有机磷农药与乙酰胆碱酯酶的酶解部位结合成磷酰化胆碱酯酶，后者比较稳定，且无分解乙酰胆碱的能力，从而使乙酰胆碱积聚，引起胆碱能神经先兴奋后抑制的一系列症状。

用乙酰胆碱能系统变化能够解释有机磷农药急性中毒的大部分症状，但对于中毒时出现脑神经系统的部分变化(如抽搐、惊厥、癫痫样发作)不能完全解释。在治疗中，采用阿托品及胆碱酯酶重活化剂治疗效果并不理想。动物实验发现，惊厥、癫痫发作均与γ-氨基丁酸(GABA)受体有关。GABA受体是一种氯离子通道受体，该受体上有GABA、巴比妥、印防己毒素、农药、酒精等的结合位点［1］。抗癫痫药物通常采用GABA受体激动剂，治疗有机磷中毒发现采用少量的苯二氮革类药物，可以提高机体中GABA含量，从而消除有机磷引起的抽搐、癫痫样发作，故而考虑GABA系统也可能参与了某些有机磷农药的中毒过程。Gant等研究认为，有的有机磷农药中毒引起动物抽搐死亡并非因为抑制乙酰胆碱酯酶，而是由于改变了中枢GABA受体功能，引起一系列变化，从而导致以上结果出现。彭俊华等［2］动物实验也证实了以上结论。而有机磷农药中毒引起GABA受体结合的降低，这些反应是由于有机磷农药直接作用受体引起的，还是由于影响了GABA受体的C1-通道引起的，还有待于进一步研究。此外，还有研究证实，急性有机磷中毒后继发高血钠［3］、高血糖［4］等电解质改变，对中枢神经系统功能障碍也有不可忽视的作用。

2 OPIDP发病机制

在某些有机磷农药引起急性中毒后2～4周出现的多发性周围神经病，其发病机制，至今未完全清楚。由于其于胆碱能危象消失后2～4周发病，此时血胆碱酯酶恢复正常，且临床上无烟碱样及毒蕈碱样中毒症状，用阿托品和肟类复能剂不能预防本病发生［5，6］，且有些 OPs抑制 AChE，但并不产生OPIDP，显然不能用胆碱酯酶抑制学说解释。

OPIDP的发病机制，目前主要有两种学说:神经毒性酯酶学说和钙稳态失衡学说。1969年，Johnson采用放射性同位素标记技术，在鸡脑组织中找到了磷酸化位点-神经毒性酯酶(neurotoxic esterase，NTE)，该酶又叫“神经病靶酯酶”(neuropathy target esterase，NTE)，被认为是神经毒性 OPs在形成起始性生化损伤导致OPIDP过程中的主要靶标位点。当OPs与NTE结合后，形成磷酰化NTE，继之老化而失去活力，待靶轴索内的NTE活性抑制达到70%以上时，即于2～4周后发生 OPIDP［7，8］。但 NTE 学说也存在缺陷:①NTE 作为有机磷农药迟发性神经病的毒作用靶标，无更直接的证据;② NTE在生物正常的生理和生化功能未明;③尚不能解释NTE受到抑制后引起OPIDP的分子机制和时相过程;④NTE学说也不能满意解释为何OPIDP只发生于中毒后少数人［5］。

近年来，Abou 等［9］研究认为，OPIDP 的产生是由于钙/钙调素激酶(calcium calmodulin protein kinase，CCPK)的自动磷酸化(auto-phosphorylation)的异常增加以及细胞骨架蛋白质磷酸化的增加所致。已知CCPK与微管、神经丝、微管协同蛋白-2(microtubule-associated proteins-2，MAP-2)等细胞骨架蛋白的内源性磷酸化有关，当神经毒性OPs与CCPK相互作用后，导致CCPK活性增加，并增强了细胞骨架诸成分的磷酸化反应，最终，细胞骨架蛋白质离解，而这又引起轴突运输速率改变，使得这些细胞骨架成分在轴突的末端部位聚集，与此同时，增多的内质网和聚集的线粒体变性并释出钙离子，从而导致钙离子激活的细胞骨架蛋白质水解以及轴突膜离子平衡破坏进而轴突肿胀，最后变性降解。这一假说似乎解释了OPIDP在潜伏期所发生的事件，但是，有质疑的是体外试验测定所见的磷酸化的增强都是取样于麻痹瘫痪或已出现迟发性神经毒性症状的动物，故上述结果是OHDP产生过程中的伴随现象，还是OPIDP产生的原因尚不完全清楚，所以，此假设目前尚未被普遍接受。

此外，由于某些OPs有致敏作用，可致人或动物的细胞免疫或体液免疫障碍［10］，而且OPIDP只发生于OPs中毒后的少数人，也提示了个体素质在本病中也有一定的作用，故本症也可能为自身免疫性疾病。

3 IMS发病机制

IMS是指急性有机磷农药中毒经救治后于ACC消失后1～4 d，OPIDP出现以前，以部分颅神经支配的肌肉、屈颈肌肉、四肢近端肌肉和呼吸肌的肌力减弱或麻痹为特征的一组临床表现。IMS的发病机制尚未阐明。DeBleeker［11］利用肌电仪给予IMS患者正中神经或尺神经重复高频(20 Hz)超强电刺激时，出现类似重症肌无力样改变，推测IMS的发生与神经肌肉接头突触后传导阻滞有关。目前认为IMS的发病机制与胆碱酯酶活性受到长时间抑制，使蓄积在突触间隙内的大量乙酰胆碱持续作用于突触后膜上的N2受体使其失敏，导致神经肌肉接头处传递障碍，而出现骨骼肌麻痹。Haddadt［12］和 Benson 等［13］认为，胆碱酯酶复能剂应用不足可导致IMS的发生，但与这些IMS患者同期收治的同品种有机磷农药引起同种程度的中毒患者，全血AChE活性也持续低下，而未发生IMS，故胆碱酯酶复能剂的用量与IMS发病间究竟有何关系有待进一步研究。

4 神经发育毒性的分子机制

4.1 AChE在神经发育过程中的作用 目前认为，AChE在神经发育过程中起着重要作用。在神经系统发育关键时期严户AChE活性，会影响细胞生长、分化和脑的正常功能［14］。Stamper等研究表明，给予新生鼠1.3～1.9 mg/(kg·d)的对硫磷(产后5～20 d)会导致其胆碱能受体的负调节和空间记忆能力障碍。新生鼠接触对硫磷0.882 mg/(kg·d)，产后5～20 d，神经化学与组织学研究结果都提示有海马回的改变。这些都表明，早期接触OPs可能会对发育中的神经系统产生长远影响。目前研究证实，许多神经递质在调控DNA合成和细胞分化过程中起着双重作用，当细胞兴奋性低下时，神经递质作为神经营养因子促进DNA合成;随着突触增殖与神经活性的增加，同一神经递质可终止DNA合成而促进细胞分化。AChE可能起着同样作用［15］。

4.2 OPs对脑组织AChE活性的影响 目前认为，未成年动物脑组织AChE活性对OPs毒性反应较成年动物敏感。一般情况下，未成年动物脑组织AChE活性ED50远低于成年动物。相对于成年动物较低的剂量即可引起未成年动物脑组织AChE活性较大抑制，但未成年动物脑组织AChE活性恢复时间早于成年动物［16-18］。

4.3 发育中脑组织AChE易感性机制 未成年动物急性OPs染毒时，其脑组织AChE易感性机制在于:①不同动物试验证实一些外来化合物的新陈代谢酶，如细胞色素P450、NADP细胞色素P450还原酶、葡萄糖醛酸酶等，在未成年动物体内没有活性或活性很低，肝脏解毒能力相对低下，与成年动物相比，外来化合物对新生动物的毒性更大［19］;②未成年动物血脑屏障机制尚未健全，化合物及其代谢产物更易进入脑内，影响神经系统的发育;③有研究者曾用放射自显影技术对32P对硫磷在成年小鼠体内的分布进行了研究，发现注射4 h后，脂肪组织中放射活性逐渐增加，说明有部分对硫磷储存在脂肪中，降低了血液、脑中OPs含量，间接减轻了OPs毒性。而未成年动物体内脂肪含量较成年动物低［19］;④OPs毒性可影响母体对幼年动物的哺乳，使其体质量下降，营养不良，间接加强了OPs的毒性作用［15］;⑤新生动物脑组织烟碱受体密度最大，然后逐渐降低，提示烟碱受体的年龄差异也可能是新生鼠易感的机制之一;其次是认为与年龄有关的AChE活性恢复时间差异机制。因为未成年动物脑组织AChE活性恢复时间明显早于成年动物，其机制可能在于:①未成年动物脑组织蛋白合成速度较成年动物快，可以通过合成酶蛋白来补偿一些因Ops毒性而丧失的酶活性;②由于未成年动物对OPs毒性作用较敏感，试验过程中给予成年动物的剂量往往大于未成年动物，使其半减期较长，这也可能是机制之一;③动物试验过程中所选择的OPs剂量一般不会出现动物死亡，尽管未成年动物急性AChE活性抑制情况与成年动物相似，但可能对更大剂量造成的长时间AChE活性抑制更为敏感;④随着时间延长，原先储存在成年动物脂肪组织中的OPs逐步释出，间接呼动物OPs的慢性接触，使成年动物AChE活性持续低下［19］;⑤有的OPs在成年动物体内可被氧化成毒性更强的代谢产物，如对硫磷经氧化脱氧产生对氧磷;⑥Liu等［14］认为与幼鼠烟碱受体的调节能力强于成年鼠有关。

未成年动物与成年动物的不同反应表明，OPs的神经发育毒性并不仅仅表现在对AChE活性的抑制，还包括对神经发育过程的特异作用，例如与神经细胞复制及分化密切相关的 DNA 和蛋白合成［15］。Whitney 等［15］研究发现，1 d 龄新生鼠皮下注射2 mg/kg毒死蜱(chlorpyrifos，CPF)，4 h内就表现出全脑区DNA合成的明显抑制，但无脑区选择性，而8 d龄幼鼠DNA合成抑制已有脑区选择性(小脑除外)。这是因为8 d龄幼鼠各脑区胆碱能神经分布、胆碱能受体密度及某些神经递质分布已有差异，而1 d龄新生鼠没有。另外，1 d龄幼鼠给予CPF还可引起全脑蛋白合成的更强的抑制。与DNA合成不同的是，这种作用在第8天就消失且没有脑区选择性，提示蛋白合成的抑制与胆碱能机制无关。然而蛋白合成抑制对细胞发育影响很大，有许多关于神经发育期蛋白合成抑制损害作用的报道。鸟氨酸脱羧酶(一种活性上升可代表发育细胞受到损伤，活性下降表示细胞代谢受到抑制的酶)，在同样剂量CPF引起DNA与蛋白质合成抑制情况下，其活性在任何脑区都未改变。说明CPF对DNA和蛋白质合成的抑制并非是细胞损伤或细胞抑制引起的。许多证据表明，AChE在脑发育的关键时期可作为神经营养因子，起着信息联系与终止细胞复制并促进胆碱能靶部位细胞分化和结构构建的功能。另外，在DNA合成的关键时期，CPF可诱发神经细胞发育的改变。由于不同于其他细胞，神经细胞只在发育的特定时期进行分裂，过了此时期就失去了分裂能力，因此神经细胞发育的改变，会引起神经细胞永久性的损伤。

总之，OPs可通过在神经发育期影响AChE活性、DNA与蛋白质合成而对未成年动物神经发育造成长远损害。虽然已有许多报道认为，人类接触OPs不会对妊娠结局产生任何影响，但由于在不出现任何症状情况下，OPs对婴幼儿神经细胞发育就已经产生了影响，因此应建立妊娠期接触OPs的安全标准，并就长期低水平的OPs暴露对婴幼儿神经系统的影响仍应进一步研究。

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