Ⅱ型擬除蟲菊酯暴露對(duì)甲狀腺激素影響的相關(guān)研究進(jìn)展

詹 峰 綜述 仰 陽(yáng)，郭 策，孟秀紅,2 審校

擬除蟲菊酯是據(jù)天然除蟲菊素的化學(xué)結(jié)構(gòu)仿造而成，根據(jù)是否含有氰基分為2型，Ⅰ型不含氰基(如聯(lián)苯菊酯)、Ⅱ型含氰基(如氰戊菊酯、氯氰菊酯)。廣譜、高效、低毒的Ⅱ型擬除蟲菊酯是防治農(nóng)作物、蔬菜、水果和茶葉蟲害的首選殺蟲劑；同時(shí)也是室內(nèi)衛(wèi)生殺蟲劑的主要成分。環(huán)境內(nèi)分泌干擾物(environmental endocrine disruptors,EEDs)按來(lái)源可分為天然和人工合成2類，前者主要是植物激素，后者廣泛存在于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。越來(lái)越多的研究[1]證明，擬除蟲菊酯也是一種環(huán)境內(nèi)分泌干擾物。擬除蟲菊酯在結(jié)構(gòu)上與三碘胸腺嘧啶(total triiodothyronine，T3)和四碘甲腺原氨酸(total thyronine，T4)的相似性提示它們可能是環(huán)境甲狀腺激素干擾物[2]。

1 擬除蟲菊酯概況

有機(jī)氯、有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥先后被廣泛應(yīng)用，后又因其高毒和內(nèi)分泌干擾作用逐漸在全世界被禁止，低毒的、人工合成仿效天然除蟲菊酯的擬除蟲菊酯類農(nóng)藥則被廣泛使用。同時(shí)擬除蟲菊酯是我國(guó)控制多種農(nóng)業(yè)害蟲的第二常用殺蟲劑[3]，也是全世界使用最多的第四類殺蟲劑[1]。

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中擬除蟲菊酯殺蟲劑被廣泛應(yīng)用，食用蔬菜和水果上的殘留物被認(rèn)為是人類主要接觸源之一。在美國(guó)，非職業(yè)場(chǎng)所也可檢測(cè)到低濃度的擬除蟲菊酯[4]，農(nóng)業(yè)大國(guó)印度的一項(xiàng)研究[5]在牛奶中檢測(cè)到Ⅱ型擬除蟲菊酯。順式2,2-二氯乙烯基-2,2-二甲基環(huán)丙烷-1-羧酸 [cis- (2,2-dichlorovinyl) - 2,2 - dimethylcyclopropane -1 - carboxylic acid，cis - DCCA]、反氏 2,2-二氯乙烯基-2,2-二甲基環(huán)丙烷-1-羧酸[trans - (2,2- dichlorovinyl) - 2,2 - dimethylcyclopropane - 1 - carboxylic acid，trans - DCCA]還有3-苯氧基苯甲酸(3- phenoyxbenzoic acid，3 - PBA)是擬除蟲菊酯的主要代謝產(chǎn)物。國(guó)外監(jiān)測(cè)報(bào)告[6]發(fā)現(xiàn)，79%的雞蛋樣本中檢測(cè)出擬除蟲菊酯殘留，且氯氰菊酯殘留量超出美國(guó)國(guó)家環(huán)境署規(guī)定的最大殘留限量。對(duì)我國(guó)巢湖地區(qū)的監(jiān)測(cè)[7]發(fā)現(xiàn)氰戊菊酯是沉積物中主要污染物。另有報(bào)道[8]顯示在北京和廣東的室內(nèi)空氣中氰戊菊酯和溴氰菊酯是最常被檢測(cè)到的污染物，報(bào)告中也發(fā)現(xiàn)中國(guó)人群尿樣中3-PBA檢測(cè)率為36.0%～98.8%，美國(guó)人群尿樣中3-PBA檢出率為46.0%～79.8%。擬除蟲菊酯暴露現(xiàn)象在人群中越來(lái)越普遍。

2 下丘腦-垂體-甲狀腺軸及甲狀腺激素概述

機(jī)體甲狀腺激素(thyroid hormone，TH)的生產(chǎn)由隸屬下丘腦-垂體系統(tǒng)的下丘腦-垂體-甲狀腺軸(hypothalamus - pituitary -thyroid，HPT)所決定。垂體促甲狀腺激素(thyroid-stimulating hormone，TSH)在下丘腦促甲狀腺激素釋放激素(thyrotropin-releasing hormone，TRH)的刺激下合成、分泌，隨后作用于甲狀腺以刺激TH生物合成與分泌的所有步驟。T3和T4通過(guò)負(fù)反饋控制TRH和TSH的分泌，維持HPT軸主要激素的生理水平。

在神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育、線性生長(zhǎng)、能量代謝和產(chǎn)熱方面，TH至關(guān)重要。TH還可以調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)素的肝臟代謝，液體平衡和心血管系統(tǒng)。除TSH外，有許多次級(jí)調(diào)節(jié)劑，包括大腦中的脫碘酶、血液中的胰島素樣生長(zhǎng)因子(insulin - like growth factors，IGFs)和在組織中廣泛存在的甲狀腺激素受體(thyroid hormone receptors，TRs)[9]。其中脫碘酶只有在如單羧酸轉(zhuǎn)運(yùn)體8 (monocarboxylate transporter 8，MCT8)和MCT10、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)體(organic anion transporting polypeptides，OATPs)等特定的膜轉(zhuǎn)運(yùn)體的的協(xié)助下才能進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后，脫碘酶在一定程度上負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)TH的活動(dòng)，激活或失活TH，通過(guò)微調(diào)甲狀腺合成和T4和T3的釋放維持TH的最佳水平[10]。TRs與TH特異性結(jié)合，調(diào)節(jié)組織中TH水平，發(fā)揮其生物功能[11]。IGFs是促進(jìn)胎兒和新生兒生長(zhǎng)的關(guān)鍵多肽類物質(zhì)，主要有IGF1和IGF2。

3 Ⅱ型擬除蟲菊酯對(duì)TH的影響

3.1 Ⅱ型擬除蟲菊酯對(duì)脫碘酶及TH濃度的影響脫碘酶主要有3種：Ⅰ型脫碘酶(deiodinase type 1，D1)、Ⅱ型脫碘酶(deiodinase type 2，D2)和Ⅲ型脫碘酶(deiodinase type 3，D3)，人類主要依賴D2和D3。在大腦與胎盤中D2、D3均有表達(dá)，T4通過(guò)D2脫碘轉(zhuǎn)化為T3，T3和T4在D3作用下失活[11]。2種脫碘酶對(duì)機(jī)體TH代謝起著重要作用。

有研究[12]表明GD18小鼠大腦皮層D2和D3 mRNA 表達(dá)水平在低劑量氰戊菊酯作用下降低，從而使T4水平升高，T3水平降低，導(dǎo)致母體TH水平失衡。一項(xiàng)研究[13]顯示母體孕期T4水平升高是低出生體質(zhì)量(low birth weight，LBW)和小于胎齡兒(small for gestational age，SGA)的危險(xiǎn)因素，且即使母體孕期甲狀腺功能屬正常范圍但發(fā)生輕微改變也會(huì)對(duì)胎兒出生結(jié)局產(chǎn)生影響。Chang et al[14]研究發(fā)現(xiàn)蜥蜴暴露于高效氯氟氰菊酯后D1 mRNA和D2 mRNA表達(dá)水平降低，造成甲狀腺功能紊亂，同時(shí)蜥蜴體質(zhì)量下降。Tu et al[15]發(fā)現(xiàn)斑馬魚暴露于高效氯氟氰菊酯后D2 mRNA表達(dá)水平降低，外周T3和T4水平紊亂。Ansari et al[16]研究表明大鼠暴露于高效氯氟氰菊酯會(huì)影響大腦紋狀體中D2水平與TH的表達(dá)，并造成大鼠體質(zhì)量顯著降低。Zhang et al[17]研究顯示高效氟氯氰菊酯、氰戊菊酯和氯菊酯暴露可顯著降低斑馬魚幼苗的T3水平，造成斑馬魚畸形率與死亡率上升，同時(shí)對(duì)斑馬魚的早期發(fā)育產(chǎn)生不良影響。以上研究表明Ⅱ型擬除蟲菊酯可降低D1、D2和D3 3種脫碘酶的表達(dá)水平，造成機(jī)體TH水平紊亂進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)分泌干擾和體質(zhì)量下降等不良后果。

3.2 Ⅱ型擬除蟲菊酯對(duì)TH轉(zhuǎn)運(yùn)體的影響TH在靶細(xì)胞中跨膜傳遞需借助有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽(organic anion transporting polypeptide，OATP1C1)和MCT8等TH轉(zhuǎn)運(yùn)體[11]。OATP1C1對(duì)T4有較強(qiáng)的親和力，促進(jìn)TH穿過(guò)血腦屏障進(jìn)入腦膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞[18]。MCT8主要在大腦中表達(dá)，介導(dǎo)正常神經(jīng)發(fā)育所需循環(huán)中TH的攝取[11]。TH轉(zhuǎn)運(yùn)體OATP1C1和MCT8，對(duì)于大腦正常發(fā)育和機(jī)體TH水平的維持起到了關(guān)鍵的作用。

代波[12]的研究顯示孕鼠暴露于低劑量的氰戊菊酯后，其胎盤中OATP1C1 mRNA和子代小鼠大腦中MCT8 mRNA表達(dá)水平降低，干擾了大腦皮層和胎盤中TH通路的正常功能，導(dǎo)致子代青春期小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降。Liu et al[19]研究顯示孕鼠暴露于高劑量氰戊菊酯使胎鼠大腦皮層中OATP1C1 mRNA表達(dá)顯著下調(diào)，同時(shí)增加子代小鼠的焦慮行為，損害了認(rèn)知和行為發(fā)育。OATP1C1基因敲除的小鼠沒(méi)有明顯的神經(jīng)損傷，但血清中T3和T4水平降低，顯示輕微的甲狀腺功能減退癥狀[20]。一項(xiàng)動(dòng)物研究[21]表明MCT8敲除的斑馬魚幼蟲出現(xiàn)嚴(yán)重的低髓鞘化，而OATP1C1和MCT8雙側(cè)敲除的小鼠也出現(xiàn)低髓鞘化，伴隨低體質(zhì)量和神經(jīng)萎縮[20]。髓鞘化受損影響神經(jīng)傳導(dǎo)，進(jìn)一步影響神經(jīng)肌肉活動(dòng)，并可能加重神經(jīng)癥狀，如共濟(jì)失調(diào)和肌張力障礙，這是Allan-Herndon-Dudley綜合征的重要特征[22]。上述研究表明Ⅱ型擬除蟲菊酯降低OATP1C1和MCT8 2種TH轉(zhuǎn)運(yùn)體表達(dá)水平，干擾TH正常進(jìn)入靶細(xì)胞發(fā)揮功能，影響外周TH水平，進(jìn)而影響甲狀腺功能。

3.3 Ⅱ型擬除蟲菊酯對(duì)TRs及IGFs的影響TRs主要有TRα1、TRβ1和TRβ2，通過(guò)與TH特異性結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)組織中TH水平進(jìn)而發(fā)揮其生物功能[11]。研究[23]表明孕鼠暴露于較高濃度氰戊菊酯可下調(diào)胎盤TRα1和TRβ1 mRNA表達(dá)水平，從而影響TRs信號(hào)。Tu et al[15]研究發(fā)現(xiàn)斑馬魚胚胎在氯菊酯暴露后，TRα和TRβ基因表達(dá)上調(diào)，造成內(nèi)分泌紊亂。另一項(xiàng)研究[24]顯示斑馬魚暴露于聯(lián)苯菊酯和高效氯氟氰菊酯后TRα表達(dá)水平顯著上調(diào)，內(nèi)分泌紊亂，體質(zhì)量下降。

在多項(xiàng)研究[25-26]中IGFs被證明是TRs下游的靶基因。IGFs是促進(jìn)胎兒和新生兒生長(zhǎng)的關(guān)鍵多肽類物質(zhì)，主要有IGF1和IGF2。Qu et al[27]發(fā)現(xiàn)Leydig細(xì)胞氰戊菊酯暴露導(dǎo)致IGF1信號(hào)通路的ERK1 / 2磷酸化，可降低IGF1 mRNA表達(dá)水平，使IGF1合成減少，從而破壞IGF1信號(hào)通路，同時(shí)動(dòng)物研究[23]顯示較高劑量氰戊菊酯暴露可下調(diào)胎鼠胎盤IGF2 mRNA表達(dá)水平。Nawathe et al[28]在人群研究中發(fā)現(xiàn)IGF1 mRNA表達(dá)與出生體質(zhì)量呈顯著正相關(guān)。另有人群研究[29]表明IGF1的缺乏可能是胎兒生長(zhǎng)遲緩的主要原因之一。一項(xiàng)體外研究[30]顯示，急性暴露于溴氰菊酯可使鱒魚體內(nèi)IGF1和IGF2 mRNA表達(dá)水平減少，且呈劑量關(guān)系，并對(duì)鱒魚的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁衍造成不良影響。Ⅱ型擬除蟲菊酯影響TRα和TRβ基因表達(dá)，且下調(diào)其下游靶基因IGF1表達(dá)水平，破壞IGF1信號(hào)通路，造成內(nèi)分泌干擾，體質(zhì)量降低，并可能造成胎兒生長(zhǎng)受限。

4 展望

研究[12,19]發(fā)現(xiàn)Ⅱ型擬除蟲菊酯除了干擾TH通路之外，孕期暴露于氰戊菊酯導(dǎo)致后代焦慮行為的增加，并損傷認(rèn)知和行為發(fā)育。在此基礎(chǔ)上，是否是TH介導(dǎo)的神經(jīng)發(fā)育損傷及其具體的機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。同時(shí)這些研究多關(guān)注Ⅱ型擬除蟲菊酯暴露的隔代影響，對(duì)于TH跨代或是代際影響需要進(jìn)一步的研究。

已有研究[31]表明橄欖油可以促進(jìn)垂體、甲狀腺和卵巢的內(nèi)分泌功能，增強(qiáng)抗氧化防御系統(tǒng)，緩解溴氰菊酯暴露造成的氧化損傷，從而保護(hù)甲狀腺和卵巢。這為緩解溴氰菊酯暴露造成的傷害提供了新的思路和預(yù)防方法，但橄欖油能否防止其他Ⅱ型擬除蟲菊酯暴露所致的不良影響，以及能否通過(guò)其他途徑保護(hù)TH通路需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，Ⅱ型擬除蟲菊酯通過(guò)多種途徑干擾TH通路，不僅影響了TH的生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，還影響了TH的下游基因，對(duì)個(gè)體從胎兒到成年都產(chǎn)生了嚴(yán)重的不良結(jié)局。如若在孕期或生命早期遠(yuǎn)離Ⅱ型擬除蟲菊酯或是對(duì)其進(jìn)行有效防護(hù)，又或是對(duì)其造成的影響給予積極治療，都會(huì)減輕Ⅱ型擬除蟲菊酯暴露造成的不良影響。同時(shí)本文也為進(jìn)一步研究Ⅱ型擬除蟲菊酯對(duì)TH通路的影響提供了理論基礎(chǔ)。