神经炎症对百草枯所致中枢神经系统损伤的影响及其机制研究

Paraquat (PQ) is a world-widely used herbicide compound and the impact of low dose exposure to PQ on central nervous system (CNS) has been extensively studied. The neuroinflammation mediated by immune response is an important intermediate element for the successive neural system damage and/or neurodevelopmental disorders, and the cytokine mediated signaling pathways play a vital role in the progression of neuroinflammation, however the mechanism in detail is not fully clarified. Thus in the current project we aim to assess the activation and infiltration of immune cells as well as the expression of cytokines related signaling molecules by using mice model in vivo and neural stem cells in vitro, combined with intervention trial of relevant drugs, to explicit the role of neuroinflammation in the neurotoxicity induced by PQ. This work will provide immunological evidence for neurotoxical mechanism induced by PQ, which will contribute to the PQ management and intervention.

除草剂百草枯慢性低剂量暴露诱导的中枢神经系统损伤是目前国内外的研究热点，免疫反应介导的神经炎症过程是百草枯诱导神经损伤和发育障碍的重要环节，而细胞因子信号通路在神经炎症的发生发展过程中起重要调控作用，但具体机制尚不明确。因此，本项目拟采用整体动物和离体神经干细胞模型，以免疫细胞的活化种类和浸润程度以及细胞因子信号通路中的关键分子作为检测靶点，结合高通量芯片及生物信息学技术，探讨神经炎症的发生发展对于百草枯所致中枢神经系统损伤及发育障碍的影响，并阐明细胞因子相关信号通路在其中的调控机制。项目的实施可以为百草枯诱导的中枢神经系统损伤提供免疫学证据，进一步完善百草枯的神经毒性机制理论，从而为百草枯的管理和干预提供科学依据。

百草枯是一种广泛使用的除草剂。人群流行病学和动物实验均已表明百草枯可增加中枢神经系统退行性疾病的发病风险，百草枯是公认的能够诱导帕金森病的化学毒物。长期低剂量百草枯暴露诱导的中枢神经系统损伤受到国内外研究者的广泛关注，免疫反应介导的神经损伤与修复之间的平衡是保障神经系统成功抵御外界攻击的重要前提，同时也可能是百草枯诱导损伤神经系统甚至引起发育障碍的重要中间环节，但其具体作用机制尚不明确。项目通过整体动物实验以及离体细胞模型，探究了小胶质细胞活化在神经元损伤中的作用。研究发现百草枯可以穿过血脑屏障，小鼠染毒后海马区可以检测到百草枯。百草枯通过升高小胶质细胞胞内ROS，抑制Akt磷酸化，进而妨碍Akt活化对Nrf2的促进作用，也可诱导小胶质细胞内质网应激，最终激活小胶质细胞向M1极化。小胶质细胞M1 极化后分泌的促炎因子IL-1β 、IL-6和TNF-α的增多，引起海马齿状回区的神经干细胞周期下降、增殖受到抑制，造成海马齿状回区的神经元减少，最终出现小鼠记忆功能下降。NFκB 信号通路在神经元生成减少过程中可能起了重要作用，Akt1是Akt发挥神经炎症调节作用的重要亚型。体内或体外应用N-乙酰半胱氨酸（拮抗ROS）、牛磺酸去氧胆酸（抑制内质网应激）、Akt抑制剂和激活剂、anti-IL-1β以及BAY117085（抑制 NFκB）后获得结果佐证了上述的阳性发现及它们的上下游关系。这些发现对进一步认识百草枯引起的中枢神经损伤的机制，特别是百草枯经诱导小胶质细胞活化后介导的炎性反应，具有重要的价值。个别关键靶点，如Akt可作为潜在的治疗位点，通过增加其磷酸化，产生显著的抑制神经炎症，促进修复作用。