关于疯草中毒机制的最新研究进展

刘东尧

（西北农林科技大学动物医学院 712100）

1 疯草中毒简介

疯草（locoweed）是一大类含有苦马豆素的豆科棘豆属和黄芪属有毒植物的总称。动物过量采食后会逐渐表现出慢性的神经症状，主要包括头部震颤，后驱麻痹，也可以导致怀孕母羊的流产。疯草在全世界分布广泛，在我国主要分布在西藏、青海、新疆、内蒙、甘肃等地区。疯草病（locoism）的相关症状首次于1873在美国加利福尼亚州南部的黄芪属植物中毒病例中被报道。1980年，澳大利亚学者Peter等人首次从苦马豆（Swainsona canescens）中分离出了苦马豆素，并且证实苦马豆素是α-甘露糖苷酶的抑制剂。而且现已证实苦马豆素是疯草中主要的有毒物质[1]。绵阳、山羊和马属动物对疯草中毒较为敏感。而且临床症状随着苦马豆素摄入计量增多逐渐加剧。在牧草缺乏的秋末和春初疯草占据着大部分草场的空间，这是造成家畜疯草病出现季节性流行的主要原因。

2 病理变化及致病机制

疯草中毒动物的中枢神经神经元会表现出明显空泡变性，胞浆内出现淡染的折光性小体。特别是浦肯野神经元，以及位于小脑、脑桥、延髓的神经元都可以观察到这样的明显病变。除此之外，在胰腺的滤泡细胞、甲状腺滤泡细胞、肝细胞和肾小管上皮细胞都可以观察的到空泡变性。有实验证明苦马豆素引起的损伤要先于动物机体表现出明显的神经症状，在苦马豆素诱导的小鼠模型中，可以明显的观察到肝脏，脾脏中有炎性细胞的聚集[2]。到目前为止，体内体外的实验中都证明了苦马豆素可以抑制细胞中α-甘露糖苷酶的活性从而导致α-甘露糖苷的蓄积[3]。在体外实验中，苦马豆素以一个时间依赖的处理方式显著的降低了肝细胞中的α-甘露糖苷酶的活性。在接受口服苦马豆素的大鼠中毒模型中，大脑皮层和海马层的α-甘露糖苷酶的mRNA表达量都显著降低，结果进一步说明苦马豆素引起的α-甘露糖苷酶表达量下降，活性减弱在疯草中毒造成神经症状中起重要作用[4]。近些年一系列文章证实了苦马豆素可以导致细胞凋亡和自噬[5]。凋亡又名细胞的程序性死亡，是依靠一系列半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶来顺序激活一系列的底物形成瀑布最终导致DNA双链和细胞骨架等重要细胞结构降解的过程。激活细胞凋亡有两种方式包括内源途径和外援途径，分别通过线粒体或者死亡受体介导，最终都可激活caspase3从而形成瀑布导致凋亡的发生。另一种研究较为广泛的细胞死亡类型是细胞自噬。自噬可以根据形成自噬体的大小，位置，发生自噬的靶细胞器分为自噬，微自噬和选择性自噬。自噬最关键的过程是自噬泡的形成，自噬泡首先在ULK1复合物和ATG5‐ATG12‐ATG16复合物的作用下不断延展，接着在封口处，泛素化的蛋白会与p60 和 LC3II形成完整的自噬泡，最终与溶酶体相融合，开始降解其内容物。赵宝玉等人发现苦马豆素主要通过死亡受体途径介导细胞凋亡的发生，有体外实验证明在大鼠皮质神经元中苦马豆素可以显著激活 caspase-3, -8和 -12的表达，而不引起caspase-9含量的变化[6]。在另外一组体外试验中，苦马豆素显著调低了肾小管上皮细胞中pI3K/AKT/mTOR通路，阻止了mTOR对于ULK1中第757号位的丝氨酸的磷酸化，导致ULK1的激活，启动了细胞自噬[7]。体外试验中细胞在受到苦马豆素的刺激后会诱导凋亡和自噬的发生，在体内这样的机制可以将损伤限制在较小的范围内[8]。有趣的是，最新的研究表明苦马豆素引起的细胞自噬可能会帮助细胞避免更大的损伤——避免凋亡的发生。有相关的实验证明，在mTOR抑制剂雷帕霉素的作用下，苦马豆素不仅可以启动细胞的自噬而且可以减少细胞凋亡的发生，相反利用自噬抑制剂bafilomycin A1可以增加细胞凋亡的发生[9]。

3 总结与展望

畜牧业是我国西部经济发展的支柱产业，也是打赢西部精准脱贫攻坚战的重要战场。中国拥有天然草原面积3.97亿hm2，约占国土面积的41.7%。但长期以来，由于人口增长，超载过牧，导致天然草原严重退化，使得有毒植物大量繁殖蔓延开来，加大了家畜误食的风险，经济损失巨大。对中毒家畜进行及时隔离、恢复，可极大的极高家畜恢复的可能性。通过建立小的疯草净化牧场进行轮牧，此方法已经在西藏等地区取得良好的成效。疯草的抗逆性极强，根系发达，是防风固沙的沙漠卫士。绝不可一味的进行灭草除草。而且有相关研究表明疯草虽然有毒但营养价值高，与优质的苜蓿青干草的营养价值相近。且在清水浸泡脱毒的方法下大大提高家畜对于疯草的耐受性。可以为春季的蛋白补饲或抗灾备用牧草[10]。