1、神经和神经行为毒理学neurotoxicology&neurobehavioral toxicology北京大学毒理学系神经毒理学neurotoxicology 研究外源化学物引起神经系统结构和功能损害作用及其损伤机制的一门学科。对神经系统的简单回顾神经毒性的损伤类型及机理迟发性神经毒性神经毒性的研究方法神经行为毒理学及研究方法1.神经系统的细胞组成及功能：神经细胞（神经元）：具有接受刺激和迅速传导 神经冲动的能力。神经胶质细胞：对神经元起支持、保护、分隔、营养等作用。神经元的结构：2.突触结构示意图：3.神经元的物质运输：400mm/d:运输囊泡和大量的蛋白质；50mm/d:运输线粒体等细胞
2、器Sca 1mm/d:运输神经丝和微管；Scb 4mm/d：运输许多的结构蛋白微丝成分和微丝相关蛋白（M2和纤维蛋白）以及网格蛋白和许多可溶性蛋白4.神经系统的解剖、生理学特点：（1）中枢神经系统的新陈代谢非常活跃：人脑：2.5左右 脑的血供：15 耗氧量：20 毒物 损害 缺血、缺氧以及低血糖 （2）神经系统的功能最复杂、反应最迅速和其它器官联系最广泛。神经系统 多个器官系统尤其是中枢神经系统具有整合、协调、学习、记忆以及思维等功能（3）神经系统的递质系统可以成为神经性毒物的靶点：递质前体、合成酶、储存囊泡、摄取及释放、受体、灭活以及降解等（4）神经细胞再生能力差：死亡：不能再生，神经胶质细
3、胞形成 神经元 瘢痕。存活：轴突损伤（可再生，但是缓慢）（5）神经系统的保护机制：（a）有坚固的颅骨以及坚韧的脑脊膜 脑脊膜：硬膜、蛛网膜和软膜组成（b）血脑屏障（blood-brain barrier,BBB）血脑屏障由脑毛细血管内皮细胞通过紧密连接封闭形成的，内皮外有基膜、周细胞及星形胶质细胞突起的脚板围绕而形成。血脑屏障有许多不同类型的转运器，可以识别、转运特定的分子。二、神经毒性类型及机制1.血脑及血神经屏障与神经毒性损伤2.神经元损伤3.轴病4.微管相关的神经毒作用周围神经病5.髓鞘病6.神经传递与神经毒性1.血脑及血神经屏障与神经毒性损伤：2.神经元损伤（neuronopathy）
4、：神经元损伤有关的化学物：氨基糖甙类抗生素、铅、汞、锰、铊等等3.轴病（axonopathy）：己二醇 二甲基己二醇 亚胺二丙腈 吡啶硫铜轴索损害有关的化学物：秋水仙素、紫杉醇、长春新碱、丙稀酰胺、二硫化碳、金、有机磷、己烷等等4.微管相关的神经毒作用周围神经病（peripheral neuropathy）：微管蛋白微管秋水仙素紫杉醇5.髓鞘病（myelinopathies）：髓鞘损害有关的化学物：碘胺酮、哌克昔林、溴化乙啶，EB6.神经传递与神经毒性（transmission toxicity）：常见神经毒性相关化学物：苯丙胺、阿托品、氯丙嗪、可卡因、烟碱等等1.中毒性神经官能症：以脑功能失
5、调和精神障碍为主的疾病。表现为兴奋和抑制症状 头痛、头晕、无力。肌肉关节酸痛，失眠、记忆力减退等。可逆（早期症状及轻度中毒）（二）外源化学物对神经系统毒作用的表现你让我不爽，我让你抓狂2.中毒性脑病：毒物引起的中枢神经系统器质性病变。急性中毒性脑病：恢复正常或恢复不全（如一些药物引起的急性脑水 肿等）慢性中毒性脑病：神经毒物慢性重度暴露 震颤麻痹综合症（吩噻嗪类、丁酰苯类以及三环类抗精神失 常药物；锰、二硫化碳等）中毒性精神分裂症（异烟肼、四乙基铅、二硫化碳等）中毒性痴呆（铅、汞、铊、锰等）你让我变坏，我让你变态3.中毒性神经炎：有毒化学物损害周围神经导致的病变，表现为单神经炎或多神经炎。毒物
6、损伤单一的周围神经而导致单神经炎，如铅 桡神经麻痹；三氯乙烯 三叉神经麻痹。多神经炎可在急性中毒的早期出现，如铊、CO中毒等。这类药物如抗肿瘤药、抗结核药等等你让我“发炎”，我让你功能不全朱令事件朱令中毒时间表：1994.12.5，朱令首次因不明原因发病，腹、腰四肢关节痛。在北京同仁医院治疗近一个月；病因无法确诊，头发全部掉光后病情好转出院。2019.2，开学一周后，朱令再次因不明原因发病，双脚疼痛难忍、双手麻木，再次脱发。2019.3.9，朱令到协和就诊，李舜伟教授初诊“高度怀疑铊中毒”。并请中国预防医学科学院劳动与卫生职业病研究所的张寿林大夫会诊，张提出可能是“铊中毒”或“砷中毒”，但因该
7、所当时不能做检测，张建议到朝阳医院做检测，但没去。协和因为朱令否认接触过铊，就排除了铊中毒，没有检测。2019.3.15，朱令在协和住院，协和按照神经炎来治疗。2019.3.22，朱令吃东西开始呛，医院对她做为了抢救和维持生命必须的气管切开术，手术中她产生昏迷。2019.3.28，开始深度昏迷两个多月2019.4.20，朱令父母找到北京职业病防治所的陈震阳，测出严重铊中毒。2019.4.28，协和开始用普鲁士蓝化学剂排毒，一个月后朱令体内的铊含量基本排除，中毒的症状消失，然而严重的后遗症却将和她相伴终生。三、迟发性神经毒性（delayed toxicity）:在中毒反应发生后814天，再次出现
8、的较持久的神经中毒反应，主要表现为迟缓性麻痹或轻瘫，而后出现脊髓损伤体征，如共济失调或强直。多见于有机磷农药、CO中毒。1.定义2.中毒作用的机理：有机磷有机磷农药农药非靶蛋非靶蛋白白神经毒神经毒靶组织靶组织神经细胞变性和溶酶体膜受损干扰神经元的快速轴浆转运过程迟发性神经毒作用第一步：神经毒靶酯老化；第二步：钙稳态的失衡，引起依赖钙激活蛋白酶（calcium-activated neutral protease（CANP）的活化；第三步：CANP引起远端轴突的降解。G.L.Emerick et al.Mechanisms for consideration for intervention i
9、n the development of organophosphorus-induced delayed neuropathy.Chemico-Biological Interactions 199(2019)1771843.常见的引起迟发性神经毒性作用的有机磷农药：TOCP（三磷甲苯磷酸酯）、丙胺氟磷、丙氯磷、对溴磷、三硫磷、苯硫磷、脱叶磷、皮蝇磷、壤虫磷、草特磷、敌敌畏和敌百虫等有机磷农药的毒性试验中应该有迟发性神经毒性试验。实验动物：母鸡剂量：LD50试验期限：21天1.人体的研究：临床观察或者检查（神经学检查、电生理检查、生化检查）2.动物研究：（1）功能试验组合（functiona
10、l observational FOB，US EPA 1994）：自主体征、感觉、运动、生命体征（2）神经学检查（3）形态学检查：病理（4）电生理（5）生化检查：相应的酶、靶蛋白（6）分子生物学检测：信号通路，表观遗传改变等3.细胞组织研究：神经元细胞的体外培养 干细胞的定向诱导和神经元干细胞的应用 中脑微团的培养 脑片的体外培养 四、神经毒性的研究方法培养一天的新生大鼠海马神经元培养7天的大鼠海马神经元培养7天的大鼠大脑皮质神经元细胞培养9天的大鼠海马神经元Aaron,Punita Sharma Steven Finkbeiner.,High-content screening of pri
11、mary neurons:ready for prime time.Current Opinion in Neurobiology 2009,19:537543Nimet Maherali and Konrad Hochedlinger.Guidelines and Techniques for the Generation of Induced Pluripotent Stem Cells.Cell Stem Cell 3,December 4,2019,595-605Shinya Yamanaka John Gurdon 山中伸弥 约翰.格登Haruhisa Inoue.Neurodege
12、nerative disease-specific induced pluripotent stemcell research.Exprimental cell research 316(2019)2560 2564Kinga Vojnits,Susanne Bremer.Challenges of using pluripotent stem cells for safety assessments of substances,Toxicology 270(2019)1017神经干细胞主要分布在大脑皮层、纹状体、海马、室管膜下层和中脑等区域。正常的哺乳动物成年后，中枢神经系统任然有神经干细胞
13、存在，但是处于静止状态。成年脑区神经干细胞主要存在于海马齿状回、纹状体和环绕侧脑室的室脑膜下层。毒理学中，可以应用神经干细胞评价外源化学物的神经毒性和神经发育毒性。Culture of Mouse Neural Stem Cell Precursors.JoVE.2.jove/index/Details.stp?ID=152,神经干细胞在毒理学中的应用神经行为毒理学（neurobehavioral toxicology）主要是研究外源性化学物特别是低剂量长期接触对人神经行为的毒性效应，亦及人的心理功能的毒性效应。特点：研究低剂量慢性神经毒性的方法 敏感 能定量 可早期检出亚临床表现 是整体试验
14、1.定义：2.研究方法：（1）动物试验：主要检测学习记忆 操作条件反射 空间辨别试验：迷宫（Y迷宫、Morris水迷宫等）厌恶学习：穿梭箱、避暗、跳台试验试验等 自主活动度测定：开阔场地等 动物的焦虑测定：高架十字迷宫 药物成瘾性：条件位置偏好 startend（2）人的观察：心理功能测试量表，包括学习、记忆、思维、智力、注意力等（韦氏智力量表、韦氏记忆量表等）。常用的是NCTB（Neurobehavioral core test battery），在1983年由WHO提出。包括：情绪状态试验、手提转捷度试验、目标追踪试验、简单反应时、数字译码试验、视觉保留试验和数字广度试验。计算机化神经行为
15、评价系统(Computer-administered Neurobehavioral Evaluation System,NES)结果评价：指标多、变量多、混杂因素多、应选用适当的数学模型。神经毒性和神经发育毒性检测法规方法：参考书：n周宗灿.毒理学教程.第三版，北京大学医学出版社，2019n谭毓治.药物毒理学.科学出版社，2019n周立国.药物毒理学.第二版，中国医药科技出版社，2009n袁伯俊、廖明阳、李波.药物毒理学实验方法与技术.化学工业出版社，2019nKlassen CD.Toxicology.The Basic Science of Poisons.6th ed.McGraw-Hill,201953谢谢大家！随堂作业：1.迟发性神经毒性的定义？哪类化学物常 引起迟发性神经毒性？2.外源化学物对神经系统毒作用的表现？
