雙酚A神經(jīng)毒性機(jī)制研究進(jìn)展▲

白文杰 康雨欣 王 沖

(陜西中醫(yī)藥大學(xué)1 公共衛(wèi)生學(xué)院，2 醫(yī)學(xué)科研實(shí)驗(yàn)中心，陜西省咸陽市 712000 )

【提要】 雙酚A作為一種環(huán)境內(nèi)分泌干擾物，對人類和動(dòng)物的神經(jīng)系統(tǒng)均具有毒性作用。雙酚A的神經(jīng)毒性效應(yīng)備受國內(nèi)外研究者的關(guān)注。故本文從突觸可塑性、神經(jīng)遞質(zhì)改變等方面對雙酚A的神經(jīng)毒性機(jī)制研究進(jìn)行綜述，旨在為人類神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的各個(gè)關(guān)鍵時(shí)期有效地預(yù)防雙酚A暴露提供理論支持。

雙酚A被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)聚碳酸酯和環(huán)氧樹脂，隨著塑料制品的普遍使用，人們在日常生活中接觸雙酚A的機(jī)會(huì)逐漸增加。人群流行病學(xué)調(diào)查研究和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均提示，暴露于雙酚A可造成生殖、神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌等多個(gè)器官系統(tǒng)損傷[1]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，雙酚A可通過皮膚接觸、呼吸、食入等路徑進(jìn)入人體，且在高溫、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿的條件下，雙酚A酯鍵極易水解釋放雙酚A單體進(jìn)入血液；雙酚A還具有高親脂性和代謝時(shí)間長的特性，因此更容易在體內(nèi)富集[2-5]。雙酚A最終主要在體內(nèi)分解為葡萄糖醛酸隨尿液排泄[6]。研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)前雙酚A暴露會(huì)對大腦發(fā)育、性別分化、社交行為及學(xué)習(xí)記憶有明顯的不良作用[7]，而且妊娠期雙酚A暴露水平對兒童情緒調(diào)節(jié)和攻擊性行為產(chǎn)生性別差異的特異性影響[8-10]。這提示雙酚A具有神經(jīng)毒性作用，但具體機(jī)制尚不完全明確。本文就雙酚A通過改變神經(jīng)系統(tǒng)突觸的可塑性和神經(jīng)遞質(zhì)的數(shù)量發(fā)揮神經(jīng)毒性的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 雙酚A對神經(jīng)突觸可塑性的影響

1.1 雙酚A對突觸結(jié)構(gòu)可塑性的影響 突觸可塑性是指突觸形成和傳遞功能的建立，即突觸結(jié)構(gòu)的可塑性和傳遞功能的可塑性[11]。所有突觸都具有相同的整體結(jié)構(gòu)，即突觸前側(cè)緊鄰?fù)挥|后側(cè)，由15～20 nm的突觸間隙隔開[12]。突觸前側(cè)負(fù)責(zé)釋放Ca2+觸發(fā)的神經(jīng)遞質(zhì)，而突觸后側(cè)負(fù)責(zé)接收神經(jīng)遞質(zhì)。突觸結(jié)構(gòu)可塑性是指突觸形態(tài)、數(shù)量、密度、間隙寬度及突觸后致密物質(zhì)的變化。大量研究表明，雙酚A可改變突觸的結(jié)構(gòu)，例如有學(xué)者將卵巢切除的雌鼠暴露于雙酚A，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雌鼠的海馬突觸間隙縮小，CA1區(qū)的突觸密度增加[13]。在另外一項(xiàng)研究中，將圍產(chǎn)期的雌鼠暴露于30 μg/kg的雙酚A，結(jié)果顯示其娩出的雄性子代大鼠成年后的海馬樹突棘的數(shù)量減少，但雌性子代大鼠的樹突棘數(shù)量未受影響，這提示雙酚A對樹突棘數(shù)量的影響存在性別差異[14]。此外，將圍產(chǎn)期SD大鼠每天暴露于不同劑量(0.05 mg/kg、0.5 mg/kg、5.0 mg/kg、0.04 mg/kg、0.4 mg/kg、4.0 mg/kg)的雙酚A中，可觀察到其娩出的雄性仔鼠大腦中均出現(xiàn)突觸數(shù)量減少、突觸間隙變寬、突觸后密度變小、突觸表面不清楚和突觸小泡消失等病理改變[15-16]。還有研究者發(fā)現(xiàn)，隨著雙酚A暴露濃度的增加，離體小鼠腦神經(jīng)瘤細(xì)胞也表現(xiàn)出突觸數(shù)量減少的現(xiàn)象[17]。

1.2 雙酚A對突觸傳遞效能可塑性的影響 神經(jīng)系統(tǒng)突觸傳遞功能的可塑性指突觸傳遞效能的提高或抑制，主要包括長時(shí)程增強(qiáng)(long-term potentiation，LTP)和長時(shí)程抑制(long-term depression，LTD)，其被認(rèn)為是突觸可塑性的細(xì)胞基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)。

1.2.1 雙酚A對LTP的影響：LTP產(chǎn)生和維持的機(jī)制仍在不斷被探索，隨著研究的逐步深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)了許多影響LTP的因素，包括雙酚A。研究表明，將幼年SD大鼠暴露于雙酚A(1 mg/kg)4周后，大鼠海馬CA1區(qū)LTP顯著受損[18]。Chen等[19]將Wistar大鼠暴露于低劑量(10 nmol/L)雙酚A，發(fā)現(xiàn)雙酚A可促進(jìn)大鼠海馬齒狀回區(qū)域的LTP，但高劑量(1 000 nmol/L)的雙酚A暴露則可抑制大鼠海馬齒狀回區(qū)域的LTP。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，成年雄性大鼠暴露于100 nmol/L的雙酚A后，其海馬齒狀回的LTP進(jìn)行有所提升。以上研究結(jié)果均說明雙酚A可以影響海馬區(qū)LTP，具體作用效果與雙酚A的劑量密切相關(guān)。

1.2.2 雙酚A對LTD的影響：在突觸傳遞中，LTD協(xié)同LTP調(diào)節(jié)信息的精準(zhǔn)傳遞，若LTD作用異常，突觸間信息傳遞將受到影響[20]。有學(xué)者將成年大鼠海馬暴露于低劑量雙酚A(10 nmol/L)后，發(fā)現(xiàn)大鼠海馬齒狀回中出現(xiàn)LTD，而海馬CA1區(qū)出現(xiàn)LTD，并認(rèn)為雙酚A對LTD的增強(qiáng)作用可能與雌激素相關(guān)受體(estrogen-related receptor,ERR)γ、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)的激活和N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)受體的磷酸化有關(guān)[21]。 此外，Zhou等[22]的研究表明，產(chǎn)前暴露和新生子鼠暴露于低劑量[20 μg(kg·d)]雙酚A均可導(dǎo)致子鼠紋狀體出現(xiàn)LTD。

1.3 雙酚A對突觸相關(guān)蛋白的影響 目前已有大量研究證實(shí)雙酚A可改變突觸相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。Wang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，將SD孕鼠暴露于雙酚A可降低出生后21 d雄性后代的突觸素、突觸后致密物、樹突棘素、AMPA離子能谷氨酸受體1(AMPA-selective glutamate receptor 1,GluR1)和N-甲基-D-天冬氨酸受體(N-methyl-D-aspartate receptor，NMDAR)1的mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá)水平。Xu等[16]的研究結(jié)果顯示，母體雙酚A暴露可以下調(diào)出生后56 d小鼠GluR1和NMDAR亞基NR1、NMDAR亞基NR2B的表達(dá)水平。此外，有研究表明，隨著雙酚A濃度的增加，離體小鼠腦神經(jīng)瘤細(xì)胞中突觸素和細(xì)胞質(zhì)肌動(dòng)蛋白絲結(jié)合蛋白的mRNA和蛋白表達(dá)水平均降低[17]。以上研究說明雙酚A對突觸相關(guān)蛋白的表達(dá)具有抑制作用。

2 雙酚A對神經(jīng)遞質(zhì)釋放的影響

神經(jīng)遞質(zhì)是神經(jīng)元之間或神經(jīng)元與效應(yīng)器細(xì)胞(如肌肉細(xì)胞、腺體細(xì)胞等)之間傳遞信息的化學(xué)物質(zhì)。在神經(jīng)元的信息傳遞過程中，當(dāng)一個(gè)神經(jīng)元受到來自環(huán)境或其他神經(jīng)元的信號(hào)刺激時(shí)，儲(chǔ)存于突觸前囊泡內(nèi)的遞質(zhì)可向突觸間隙釋放，作用于突觸后膜相應(yīng)受體，將遞質(zhì)信號(hào)傳遞給下一個(gè)神經(jīng)元。雙酚A可以通過改變大腦中神經(jīng)遞質(zhì)的含量和相關(guān)基因的表達(dá)來影響大腦發(fā)育。

2.1 雙酚A對神經(jīng)遞質(zhì)含量的影響 Nowicki等[23]用0.1～400 μmol/L的雙酚A干預(yù)人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(SH-SY5Y 細(xì)胞)和大鼠垂體細(xì)胞(GH3 細(xì)胞)，24 h后發(fā)現(xiàn)SH-SY5Y 細(xì)胞的多巴胺含量增多，而GH3 細(xì)胞的多巴胺含量減少。Matsuda等[24]向新生雄性大鼠顱內(nèi)注射10 mg/kg的雙酚A，發(fā)現(xiàn)在出生后2 d時(shí)大鼠海馬中的5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)、腦干中的5-HT、紋狀體中的多巴胺水平均顯著升高；在出生后7 d時(shí)大鼠海馬中去甲腎上腺素增加。Zhou等[25]將圍產(chǎn)期的大鼠暴露于雙酚A，發(fā)現(xiàn)大鼠雄性后代基底外側(cè)杏仁核中的γ-氨基丁酸和多巴胺水平均增加。王蔚等[26]將斑馬魚胚胎暴露于不同濃度雙酚A(0 μg/L、1 μg/L、3 μg/L、10 μg/L和30 μg/L)，發(fā)現(xiàn)斑馬魚幼魚的5-HT和多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)含量均顯著升高，且幼魚表現(xiàn)出整體運(yùn)動(dòng)速率降低。Musachio等[27]將黑腹果蠅暴露于雙酚A(1 mmol/L)后也觀察到其子代多巴胺水平降低。Elsworth等[28]將妊娠后期的非人類靈長類動(dòng)物暴露于低劑量(400 μg/kg)雙酚A，發(fā)現(xiàn)其胚胎腹側(cè)腦中的5-HT、多巴胺表達(dá)均減少。以上研究提示雙酚A可以影響動(dòng)物胚胎及幼年時(shí)期的神經(jīng)遞質(zhì)含量，但不同物種、不同胚胎周期或幼年時(shí)期暴露于雙酚A后其神經(jīng)遞質(zhì)含量的變化存在差異。而成年期動(dòng)物暴露于雙酚A也可導(dǎo)致其神經(jīng)遞質(zhì)含量的改變。如將成年斑馬魚暴露雙酚A后，斑馬魚大腦中乙酰膽堿含量降低，而多巴胺含量增加[11]；將成年大鼠暴露于雙酚A(50 mg/kg)后，大鼠大腦中的多巴胺和5-HT水平均升高[29]。但也有研究表明，雙酚A對神經(jīng)遞質(zhì)含量的影響并不明顯，有學(xué)者將SD大鼠通過飲食途徑暴露于0.5～20 mg/kg的雙酚A，發(fā)現(xiàn)大鼠紋狀體多巴胺水平并沒有發(fā)生明顯變化[23]。還有學(xué)者將14～18個(gè)月的幼年黑長尾猴暴露于雙酚A，發(fā)現(xiàn)其紋狀體和前額葉皮層中的多巴胺和5-HT濃度與對照組(未暴露組)相比并無明顯差異[28]。以上研究結(jié)果表明，雙酚A暴露于不同物種、不同年齡階段動(dòng)物，對其大腦神經(jīng)遞質(zhì)含量的影響存在差異，但導(dǎo)致這種差異性的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

2.2 雙酚A影響神經(jīng)遞質(zhì)含量的相關(guān)機(jī)制 目前，很多學(xué)者開始探討雙酚A暴露導(dǎo)致大腦中神經(jīng)遞質(zhì)含量改變的相關(guān)機(jī)制。Yoneda等[30]發(fā)現(xiàn)，雙酚A可以通過激活嗜鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞中的鳥嘌呤核苷酸結(jié)合蛋白(G蛋白)和N型鈣通道從而誘導(dǎo)多巴胺釋放；Wang等[31]將幼年金魚大腦暴露于濃度為50 μg/L的雙酚A，發(fā)現(xiàn)雙酚A可導(dǎo)致金魚血清中多巴胺濃度下降，轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示多巴胺濃度下降與多巴胺能信號(hào)通路中酪氨酸羥化酶、單胺氧化酶、多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、多巴胺1受體、多巴胺2受體等基因表達(dá)下降有關(guān)；Yao等[32]將C57BL/6J小鼠從妊娠第6天到斷奶期間均暴露于雙酚A(2 μg/kg、10 μg/kg、100 μg/kg)，并分別在幼鼠出生后3個(gè)月、6個(gè)月和9個(gè)月時(shí)采集其血清樣本檢測色氨酸和多巴胺通路中的多種神經(jīng)活性代謝物，發(fā)現(xiàn)各雙酚A暴露組與對照組相比，血清中色氨酸、犬尿氨酸、5-HT、多巴胺和多巴胺代謝物含量均顯著減少。Castro等[33]將妊娠第12 d到出生后21 d的大鼠暴露于低劑量雙酚A(10 μg/kg)，發(fā)現(xiàn)成年期的大鼠體內(nèi)編碼多巴胺和5-HT合成限速酶的基因表達(dá)減少。Musachio等[34]將成年黑腹果蠅暴露于濃度為0.5 mmol/L和1 mmol/L的雙酚A，發(fā)現(xiàn)不同暴露濃度下果蠅的乙酰膽堿酯酶活性和多巴胺水平均降低，其原因可能與雙酚A誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激有關(guān)。以上研究結(jié)果顯示，雙酚A誘導(dǎo)神經(jīng)遞質(zhì)改變的分子機(jī)制可能發(fā)生在基因轉(zhuǎn)錄水平，也可能與氧化應(yīng)激有關(guān)，相關(guān)機(jī)制還需要進(jìn)一步探索。

3 小 結(jié)

目前很多研究已證實(shí)雙酚A對神經(jīng)系統(tǒng)具有毒性作用[35]。雖然雙酚A的神經(jīng)毒性作用在突觸可塑性和神經(jīng)遞質(zhì)方面的研究已有一定進(jìn)展，但其復(fù)雜的作用機(jī)制仍未完全闡明。且目前學(xué)者們對于雙酚A不同的暴露量所引起的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)尚未十分清楚，難以提出針對性的預(yù)防方案及防控措施。因此，系統(tǒng)研究雙酚A在介質(zhì)(飲用水、空氣、室內(nèi)灰塵、食物等)中的含量，并對人群進(jìn)行檢測，定量評(píng)估雙酚A在人群體內(nèi)或體外暴露水平，對預(yù)防雙酚A引起的毒性作用具有重要意義。