有機(jī)磷農(nóng)藥中毒致神經(jīng)損傷機(jī)制的研究進(jìn)展

蘇艷華 朱愛(ài)珍

有機(jī)磷農(nóng)藥(organophosphorus pesticides，OPs)是我國(guó)生產(chǎn)和使用最多的農(nóng)藥，也是引起急性中毒和致死的主要農(nóng)藥。急性有機(jī)磷中毒(acute organophosphoms pesticides poisoning，AOPP)是臨床常見(jiàn)急癥，是我國(guó)農(nóng)村常見(jiàn)的中毒性疾病。OPs對(duì)神經(jīng)損傷是有機(jī)磷農(nóng)藥中毒患者致殘和致死的主要原因。對(duì)中毒患者神經(jīng)系統(tǒng)損傷的搶救和治療也是決定有機(jī)磷中毒患者搶救成功及預(yù)后的關(guān)鍵。OPs對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的毒副作用可以引致3種臨床表現(xiàn):①急性膽堿能危象(acute cholinergiccrisis，ACC);②遲發(fā)性周?chē)窠?jīng)病(organophosphate induceddelayedpolyneuropathy，OPIDP);③中間綜合征(intermediatesyndrome，IMS)。此外，還有一種神經(jīng)發(fā)育毒性。本文對(duì)近年來(lái)有關(guān)有機(jī)磷農(nóng)藥中毒所致神經(jīng)損害的機(jī)制綜述如下。

1 ACC發(fā)病機(jī)制

ACC是在OPs中毒急性期，因OPs抑制乙酰膽堿酯(acetylcholinesterase，AChE)引起毒蕈堿樣癥狀、煙堿樣癥狀及中樞神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。目前認(rèn)為，有機(jī)磷農(nóng)藥與乙酰膽堿酯酶的酶解部位結(jié)合成磷?；憠A酯酶，后者比較穩(wěn)定，且無(wú)分解乙酰膽堿的能力，從而使乙酰膽堿積聚，引起膽堿能神經(jīng)先興奮后抑制的一系列癥狀。

用乙酰膽堿能系統(tǒng)變化能夠解釋有機(jī)磷農(nóng)藥急性中毒的大部分癥狀，但對(duì)于中毒時(shí)出現(xiàn)腦神經(jīng)系統(tǒng)的部分變化(如抽搐、驚厥、癲癇樣發(fā)作)不能完全解釋。在治療中，采用阿托品及膽堿酯酶重活化劑治療效果并不理想。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，驚厥、癲癇發(fā)作均與γ-氨基丁酸(GABA)受體有關(guān)。GABA受體是一種氯離子通道受體，該受體上有GABA、巴比妥、印防己毒素、農(nóng)藥、酒精等的結(jié)合位點(diǎn)［1］?？拱d癇藥物通常采用GABA受體激動(dòng)劑，治療有機(jī)磷中毒發(fā)現(xiàn)采用少量的苯二氮革類(lèi)藥物，可以提高機(jī)體中GABA含量，從而消除有機(jī)磷引起的抽搐、癲癇樣發(fā)作，故而考慮GABA系統(tǒng)也可能參與了某些有機(jī)磷農(nóng)藥的中毒過(guò)程。Gant等研究認(rèn)為，有的有機(jī)磷農(nóng)藥中毒引起動(dòng)物抽搐死亡并非因?yàn)橐种埔阴Ｄ憠A酯酶，而是由于改變了中樞GABA受體功能，引起一系列變化，從而導(dǎo)致以上結(jié)果出現(xiàn)。彭俊華等［2］動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了以上結(jié)論。而有機(jī)磷農(nóng)藥中毒引起GABA受體結(jié)合的降低，這些反應(yīng)是由于有機(jī)磷農(nóng)藥直接作用受體引起的，還是由于影響了GABA受體的C1-通道引起的，還有待于進(jìn)一步研究。此外，還有研究證實(shí)，急性有機(jī)磷中毒后繼發(fā)高血鈉［3］、高血糖［4］等電解質(zhì)改變，對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙也有不可忽視的作用。

2 OPIDP發(fā)病機(jī)制

在某些有機(jī)磷農(nóng)藥引起急性中毒后2～4周出現(xiàn)的多發(fā)性周?chē)窠?jīng)病，其發(fā)病機(jī)制，至今未完全清楚。由于其于膽堿能危象消失后2～4周發(fā)病，此時(shí)血膽堿酯酶恢復(fù)正常，且臨床上無(wú)煙堿樣及毒蕈堿樣中毒癥狀，用阿托品和肟類(lèi)復(fù)能劑不能預(yù)防本病發(fā)生［5，6］，且有些 OPs抑制 AChE，但并不產(chǎn)生OPIDP，顯然不能用膽堿酯酶抑制學(xué)說(shuō)解釋。

OPIDP的發(fā)病機(jī)制，目前主要有兩種學(xué)說(shuō):神經(jīng)毒性酯酶學(xué)說(shuō)和鈣穩(wěn)態(tài)失衡學(xué)說(shuō)。1969年，Johnson采用放射性同位素標(biāo)記技術(shù)，在雞腦組織中找到了磷酸化位點(diǎn)-神經(jīng)毒性酯酶(neurotoxic esterase，NTE)，該酶又叫“神經(jīng)病靶酯酶”(neuropathy target esterase，NTE)，被認(rèn)為是神經(jīng)毒性 OPs在形成起始性生化損傷導(dǎo)致OPIDP過(guò)程中的主要靶標(biāo)位點(diǎn)。當(dāng)OPs與NTE結(jié)合后，形成磷?；疦TE，繼之老化而失去活力，待靶軸索內(nèi)的NTE活性抑制達(dá)到70%以上時(shí)，即于2～4周后發(fā)生 OPIDP［7，8］。但 NTE 學(xué)說(shuō)也存在缺陷:①NTE 作為有機(jī)磷農(nóng)藥遲發(fā)性神經(jīng)病的毒作用靶標(biāo)，無(wú)更直接的證據(jù);② NTE在生物正常的生理和生化功能未明;③尚不能解釋NTE受到抑制后引起OPIDP的分子機(jī)制和時(shí)相過(guò)程;④NTE學(xué)說(shuō)也不能滿意解釋為何OPIDP只發(fā)生于中毒后少數(shù)人［5］。

近年來(lái)，Abou 等［9］研究認(rèn)為，OPIDP 的產(chǎn)生是由于鈣/鈣調(diào)素激酶(calcium calmodulin protein kinase，CCPK)的自動(dòng)磷酸化(auto-phosphorylation)的異常增加以及細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)磷酸化的增加所致。已知CCPK與微管、神經(jīng)絲、微管協(xié)同蛋白-2(microtubule-associated proteins-2，MAP-2)等細(xì)胞骨架蛋白的內(nèi)源性磷酸化有關(guān)，當(dāng)神經(jīng)毒性O(shè)Ps與CCPK相互作用后，導(dǎo)致CCPK活性增加，并增強(qiáng)了細(xì)胞骨架諸成分的磷酸化反應(yīng)，最終，細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)離解，而這又引起軸突運(yùn)輸速率改變，使得這些細(xì)胞骨架成分在軸突的末端部位聚集，與此同時(shí)，增多的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和聚集的線粒體變性并釋出鈣離子，從而導(dǎo)致鈣離子激活的細(xì)胞骨架蛋白質(zhì)水解以及軸突膜離子平衡破壞進(jìn)而軸突腫脹，最后變性降解。這一假說(shuō)似乎解釋了OPIDP在潛伏期所發(fā)生的事件，但是，有質(zhì)疑的是體外試驗(yàn)測(cè)定所見(jiàn)的磷酸化的增強(qiáng)都是取樣于麻痹癱瘓或已出現(xiàn)遲發(fā)性神經(jīng)毒性癥狀的動(dòng)物，故上述結(jié)果是OHDP產(chǎn)生過(guò)程中的伴隨現(xiàn)象，還是OPIDP產(chǎn)生的原因尚不完全清楚，所以，此假設(shè)目前尚未被普遍接受。

此外，由于某些OPs有致敏作用，可致人或動(dòng)物的細(xì)胞免疫或體液免疫障礙［10］，而且OPIDP只發(fā)生于OPs中毒后的少數(shù)人，也提示了個(gè)體素質(zhì)在本病中也有一定的作用，故本癥也可能為自身免疫性疾病。

3 IMS發(fā)病機(jī)制

IMS是指急性有機(jī)磷農(nóng)藥中毒經(jīng)救治后于ACC消失后1～4 d，OPIDP出現(xiàn)以前，以部分顱神經(jīng)支配的肌肉、屈頸肌肉、四肢近端肌肉和呼吸肌的肌力減弱或麻痹為特征的一組臨床表現(xiàn)。IMS的發(fā)病機(jī)制尚未闡明。DeBleeker［11］利用肌電儀給予IMS患者正中神經(jīng)或尺神經(jīng)重復(fù)高頻(20 Hz)超強(qiáng)電刺激時(shí)，出現(xiàn)類(lèi)似重癥肌無(wú)力樣改變，推測(cè)IMS的發(fā)生與神經(jīng)肌肉接頭突觸后傳導(dǎo)阻滯有關(guān)。目前認(rèn)為IMS的發(fā)病機(jī)制與膽堿酯酶活性受到長(zhǎng)時(shí)間抑制，使蓄積在突觸間隙內(nèi)的大量乙酰膽堿持續(xù)作用于突觸后膜上的N2受體使其失敏，導(dǎo)致神經(jīng)肌肉接頭處傳遞障礙，而出現(xiàn)骨骼肌麻痹。Haddadt［12］和 Benson 等［13］認(rèn)為，膽堿酯酶復(fù)能劑應(yīng)用不足可導(dǎo)致IMS的發(fā)生，但與這些IMS患者同期收治的同品種有機(jī)磷農(nóng)藥引起同種程度的中毒患者，全血AChE活性也持續(xù)低下，而未發(fā)生IMS，故膽堿酯酶復(fù)能劑的用量與IMS發(fā)病間究竟有何關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

4 神經(jīng)發(fā)育毒性的分子機(jī)制

4.1 AChE在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中的作用 目前認(rèn)為，AChE在神經(jīng)發(fā)育過(guò)程中起著重要作用。在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期嚴(yán)戶AChE活性，會(huì)影響細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和腦的正常功能［14］。Stamper等研究表明，給予新生鼠1.3～1.9 mg/(kg·d)的對(duì)硫磷(產(chǎn)后5～20 d)會(huì)導(dǎo)致其膽堿能受體的負(fù)調(diào)節(jié)和空間記憶能力障礙。新生鼠接觸對(duì)硫磷0.882 mg/(kg·d)，產(chǎn)后5～20 d，神經(jīng)化學(xué)與組織學(xué)研究結(jié)果都提示有海馬回的改變。這些都表明，早期接觸OPs可能會(huì)對(duì)發(fā)育中的神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)影響。目前研究證實(shí)，許多神經(jīng)遞質(zhì)在調(diào)控DNA合成和細(xì)胞分化過(guò)程中起著雙重作用，當(dāng)細(xì)胞興奮性低下時(shí)，神經(jīng)遞質(zhì)作為神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子促進(jìn)DNA合成;隨著突觸增殖與神經(jīng)活性的增加，同一神經(jīng)遞質(zhì)可終止DNA合成而促進(jìn)細(xì)胞分化。AChE可能起著同樣作用［15］。

4.2 OPs對(duì)腦組織AChE活性的影響 目前認(rèn)為，未成年動(dòng)物腦組織AChE活性對(duì)OPs毒性反應(yīng)較成年動(dòng)物敏感。一般情況下，未成年動(dòng)物腦組織AChE活性ED50遠(yuǎn)低于成年動(dòng)物。相對(duì)于成年動(dòng)物較低的劑量即可引起未成年動(dòng)物腦組織AChE活性較大抑制，但未成年動(dòng)物腦組織AChE活性恢復(fù)時(shí)間早于成年動(dòng)物［16-18］。

4.3 發(fā)育中腦組織AChE易感性機(jī)制 未成年動(dòng)物急性O(shè)Ps染毒時(shí)，其腦組織AChE易感性機(jī)制在于:①不同動(dòng)物試驗(yàn)證實(shí)一些外來(lái)化合物的新陳代謝酶，如細(xì)胞色素P450、NADP細(xì)胞色素P450還原酶、葡萄糖醛酸酶等，在未成年動(dòng)物體內(nèi)沒(méi)有活性或活性很低，肝臟解毒能力相對(duì)低下，與成年動(dòng)物相比，外來(lái)化合物對(duì)新生動(dòng)物的毒性更大［19］;②未成年動(dòng)物血腦屏障機(jī)制尚未健全，化合物及其代謝產(chǎn)物更易進(jìn)入腦內(nèi)，影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育;③有研究者曾用放射自顯影技術(shù)對(duì)32P對(duì)硫磷在成年小鼠體內(nèi)的分布進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)注射4 h后，脂肪組織中放射活性逐漸增加，說(shuō)明有部分對(duì)硫磷儲(chǔ)存在脂肪中，降低了血液、腦中OPs含量，間接減輕了OPs毒性。而未成年動(dòng)物體內(nèi)脂肪含量較成年動(dòng)物低［19］;④OPs毒性可影響母體對(duì)幼年動(dòng)物的哺乳，使其體質(zhì)量下降，營(yíng)養(yǎng)不良，間接加強(qiáng)了OPs的毒性作用［15］;⑤新生動(dòng)物腦組織煙堿受體密度最大，然后逐漸降低，提示煙堿受體的年齡差異也可能是新生鼠易感的機(jī)制之一;其次是認(rèn)為與年齡有關(guān)的AChE活性恢復(fù)時(shí)間差異機(jī)制。因?yàn)槲闯赡陝?dòng)物腦組織AChE活性恢復(fù)時(shí)間明顯早于成年動(dòng)物，其機(jī)制可能在于:①未成年動(dòng)物腦組織蛋白合成速度較成年動(dòng)物快，可以通過(guò)合成酶蛋白來(lái)補(bǔ)償一些因Ops毒性而喪失的酶活性;②由于未成年動(dòng)物對(duì)OPs毒性作用較敏感，試驗(yàn)過(guò)程中給予成年動(dòng)物的劑量往往大于未成年動(dòng)物，使其半減期較長(zhǎng)，這也可能是機(jī)制之一;③動(dòng)物試驗(yàn)過(guò)程中所選擇的OPs劑量一般不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)物死亡，盡管未成年動(dòng)物急性AChE活性抑制情況與成年動(dòng)物相似，但可能對(duì)更大劑量造成的長(zhǎng)時(shí)間AChE活性抑制更為敏感;④隨著時(shí)間延長(zhǎng)，原先儲(chǔ)存在成年動(dòng)物脂肪組織中的OPs逐步釋出，間接呼動(dòng)物OPs的慢性接觸，使成年動(dòng)物AChE活性持續(xù)低下［19］;⑤有的OPs在成年動(dòng)物體內(nèi)可被氧化成毒性更強(qiáng)的代謝產(chǎn)物，如對(duì)硫磷經(jīng)氧化脫氧產(chǎn)生對(duì)氧磷;⑥Liu等［14］認(rèn)為與幼鼠煙堿受體的調(diào)節(jié)能力強(qiáng)于成年鼠有關(guān)。

未成年動(dòng)物與成年動(dòng)物的不同反應(yīng)表明，OPs的神經(jīng)發(fā)育毒性并不僅僅表現(xiàn)在對(duì)AChE活性的抑制，還包括對(duì)神經(jīng)發(fā)育過(guò)程的特異作用，例如與神經(jīng)細(xì)胞復(fù)制及分化密切相關(guān)的 DNA 和蛋白合成［15］。Whitney 等［15］研究發(fā)現(xiàn)，1 d 齡新生鼠皮下注射2 mg/kg毒死蜱(chlorpyrifos，CPF)，4 h內(nèi)就表現(xiàn)出全腦區(qū)DNA合成的明顯抑制，但無(wú)腦區(qū)選擇性，而8 d齡幼鼠DNA合成抑制已有腦區(qū)選擇性(小腦除外)。這是因?yàn)? d齡幼鼠各腦區(qū)膽堿能神經(jīng)分布、膽堿能受體密度及某些神經(jīng)遞質(zhì)分布已有差異，而1 d齡新生鼠沒(méi)有。另外，1 d齡幼鼠給予CPF還可引起全腦蛋白合成的更強(qiáng)的抑制。與DNA合成不同的是，這種作用在第8天就消失且沒(méi)有腦區(qū)選擇性，提示蛋白合成的抑制與膽堿能機(jī)制無(wú)關(guān)。然而蛋白合成抑制對(duì)細(xì)胞發(fā)育影響很大，有許多關(guān)于神經(jīng)發(fā)育期蛋白合成抑制損害作用的報(bào)道。鳥(niǎo)氨酸脫羧酶(一種活性上升可代表發(fā)育細(xì)胞受到損傷，活性下降表示細(xì)胞代謝受到抑制的酶)，在同樣劑量CPF引起DNA與蛋白質(zhì)合成抑制情況下，其活性在任何腦區(qū)都未改變。說(shuō)明CPF對(duì)DNA和蛋白質(zhì)合成的抑制并非是細(xì)胞損傷或細(xì)胞抑制引起的。許多證據(jù)表明，AChE在腦發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期可作為神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，起著信息聯(lián)系與終止細(xì)胞復(fù)制并促進(jìn)膽堿能靶部位細(xì)胞分化和結(jié)構(gòu)構(gòu)建的功能。另外，在DNA合成的關(guān)鍵時(shí)期，CPF可誘發(fā)神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育的改變。由于不同于其他細(xì)胞，神經(jīng)細(xì)胞只在發(fā)育的特定時(shí)期進(jìn)行分裂，過(guò)了此時(shí)期就失去了分裂能力，因此神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育的改變，會(huì)引起神經(jīng)細(xì)胞永久性的損傷。

總之，OPs可通過(guò)在神經(jīng)發(fā)育期影響AChE活性、DNA與蛋白質(zhì)合成而對(duì)未成年動(dòng)物神經(jīng)發(fā)育造成長(zhǎng)遠(yuǎn)損害。雖然已有許多報(bào)道認(rèn)為，人類(lèi)接觸OPs不會(huì)對(duì)妊娠結(jié)局產(chǎn)生任何影響，但由于在不出現(xiàn)任何癥狀情況下，OPs對(duì)嬰幼兒神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育就已經(jīng)產(chǎn)生了影響，因此應(yīng)建立妊娠期接觸OPs的安全標(biāo)準(zhǔn)，并就長(zhǎng)期低水平的OPs暴露對(duì)嬰幼兒神經(jīng)系統(tǒng)的影響仍應(yīng)進(jìn)一步研究。

［1］Sighart W.Structure and pharmacology of γ-aminobutyic acida subtypes.Pharmacol Rew，1995，47(2):182.

［2］彭俊華，張峰，齊心亮，等.有機(jī)磷農(nóng)藥急性中毒對(duì)大鼠GABA受體影響的研究.中國(guó)現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2000，10(5):13.

［3］張隨玉.急性有機(jī)磷農(nóng)藥中毒后高血鈉發(fā)生的危險(xiǎn)因素及預(yù)后.中國(guó)誤診學(xué)雜志，2003，3(2):213.

［4］何軍，盧新華，曹慧芳，等.有機(jī)磷農(nóng)藥中毒對(duì)小鼠糖代謝影響的實(shí)驗(yàn)研究.實(shí)用預(yù)防醫(yī)學(xué)，2003，10(1):21.

［5］鄭榮遠(yuǎn).甲胺磷經(jīng)中毒者遲發(fā)多發(fā)性神經(jīng)病的臨床特征.中華內(nèi)科雜志，1990，29(1):79.

［6］孫東匯，薛壽征，周宏?yáng)|，等.甲胺磷經(jīng)口中毒者遲發(fā)多發(fā)性神經(jīng)病變的調(diào)查研究.職業(yè)醫(yī)學(xué)，1994，21(2):15.

［7］Johnson MK.Symposium introduction:retrospect and prospects forneurepathy target esterase(NTE)and the delayed polyneurepathy(OPCDP)induced by some organophoms esterase.Chem-BiolInteractions，1993，83(2):339.

［8］ECETOC.Organophosphreus pesticides and long-term effects on the nervous system.Bmssesl，1998:11-17.

［9］Abou-Donia MB.Involvement of cytoskel，et al.proteinsin the mechanisms of organophosphorus ester-induced delayed neuro toxicity.Clin EXPP harmacal，1995，22(2):358.

［10］蔡國(guó)棟.有機(jī)磷農(nóng)藥中毒后遲發(fā)性神經(jīng)病患者的B2微球蛋白測(cè)定及臨床意義.臨床神經(jīng)病學(xué)雜志，1993，12(6):375.

［11］De Bleecker J，Vanden Neueker K，Colardyn F.Intermediate syndrome in organophosphorua poisoning:a prospective study.Crit-Care Med，1993，21(6):1706.

［12 Haddad LM.Organophosphate poisoning-intermediate syndrome?Toxicol Clin Toxicol，1992，30(2):331.

［13］Benson BJ，David T，Matilda M，et al.Is the intermediate syndrome in organophosphate poisoning the result of insufficient oxlmetherapy.Toxieol Clin Toxicol，1992，30(2):347.

［14］Liu J，Olivier K，Pope CN.Comparative neurochemieal effects ofrepeated methyl parathion or cldorpyrlfos exposures in neonatal andadult rats.Toxieol ＆ Applied Pharmacology，1999，158(2):186.

［15］WhitneyKD，SeidlerFJ，Slotkin TA.Developmental neuretoxicity of chlorpyrifos:ceelular mechanisms.Toxicol Appl Pharmaeol，1995，134(1):53.

［16］Chanda SM，Mosor VC，Barone S Jr.Gestational exposure to ehlor-pyrifos:apparent protection of the fetus.Toxicol Appl Pharmacol，1998，152(1):56.

［17］Hunter DL，Lassiter TL，Padilla S.Gestational exposure to chlorpyrifos:comparative distribution of tdchlorepyridinol in the fetusand dam.Toxieol Appl Pharmacol，1999，158(1):16.

［18］Mosor VC，Padilla S.Age and gender-related differenees in the time course of behavioral and biochemical effects produced by oral chlorpyrifosin rats. ToxieolApplPharmacol， 1998，149(1):107.

［19］Atterberry TI，Burner WI，Chambers JE.Age-related differenees in parathion and chlorpyrifos toxicity in male rats:target and nontarget esterase sensitivity and cytochreme 17450-mediated metabolism.Toxicol Appl Pharmacol，1997，147(2):411.