1、第第八八章章 环境化合物的环境化合物的神经神经毒性及其评价方法毒性及其评价方法主讲人：王玉主讲人：王玉大连理工大学大连理工大学 环境学院环境学院生态毒理学生态毒理学 (Ecotxicology)主要内容 一、神经系统的生理结构 二、神经毒性及神经毒理学 三、神经毒性的评价方法1.1神经系统的组成中枢神经系统外周神经系统脑脊髓脑神经脊髓神经传入神经传出神经交感神经副交感神经运动神经系统（支配骨骼肌）植物神经系统（支配平滑肌、心脏、腺体）1.2 神经系统的细胞构成细胞构成细胞构成神经元神经元神经胶质神经胶质神经细胞体神经细胞体 神经突起（轴突和树突）神经突起（轴突和树突）星型胶质细胞星型胶质细胞神
2、经系统的神经系统的主要细胞主要细胞 神经系统的神经系统的次要细胞结构和营养次要细胞结构和营养神经元星形胶质细胞少突胶质细胞少突胶质细胞小胶质细胞小胶质细胞雪旺氏细胞雪旺氏细胞1.3 神经系统的信息传导机制细胞内传导：细胞内传导：电位差电位差细胞间传导：细胞间传导：神经递质神经递质树突轴突轴突末端1.4 血-脑和血-神经屏障保护神经系统免受某些神经毒物的毒性作用血-脑屏障（blood-brain barrier,BBB）是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障，能够阻止某些物质（多半是有害的）由血液进入脑组织。血-神经屏障（blood-ne
3、rve barrier,BNB）BNB由神经内膜中的血管与神经外鞘的扁平细胞提供支持，它的作用不如BBB。神经毒物:可泛指引起机体神经系统功能或结构损伤的外源性的物理、化学或生物因素。神经毒性(neurotoxicity)：外源化合物引起神经系统功能和结构损伤的能力。神经毒理学(neurotoxicology)：神经科学和毒理学的交叉学科。主要研究外源化合物对神经系统作用引起的功能性或器质性损害、损害类型和特点、损害作用机制。2.1神经毒性及神经毒理学基本概念铅铅饮酒饮酒甲基汞甲基汞海洛因海洛因铅铅饮酒饮酒2.2 主要的神经毒性事件1.金属类：铅、汞、砷、镉、铊2.溶剂类：卤化物、醇类、酚类、
4、脂肪族烃类3.气体类：一氧化碳、氢化氰、硫化氢、二硫化碳4.农药类：有机磷类、拟除虫菊酯、有机氯（开蓬、DDT）5.药物：可卡因、乙醚、安定、阿托品、吗啡、6.天然毒素：河豚毒素、眼镜蛇毒素2.3 现有神经毒物分类按理化性质、用途分类2.3 现有神经毒物分类1.神经细胞毒物：汞和汞化合物、锰、铝、谷氨酸、氰化物、铅、1-甲基-4-苯基-1，2，3，6-四氢吡啶（MPTP）。2.神经髓鞘毒物：六氯酚、三甲基锡、铅、锑。3.神经轴索毒物：正己烷、二硫化碳、丙烯酰胺、氯丙烯、除虫菊酯。4.神经递质毒物：尼古丁、有机磷化合物、氨基甲酸酯类杀虫剂、可卡因、兴奋性氨基酸、苯丙胺。按毒作用靶器官分类2.4
5、神经系统的损伤特征2.4.1 结构改变结构改变是指神经毒物作用后神经组织的细胞、轴索、髓鞘及细胞内超微结构发生的病理改变。1 缺氧性损害：中枢神经系统对缺氧最为敏感，很多毒物可通过引起大脑缺氧而导致大脑器质性损伤。2 毒物特异性损害：中枢神经系统特异性损害、周围神经系统特异性损害、中枢周围混合型损伤。2.4.2 功能改变 在神经毒物引起神经细胞的结构和生化改变的基础上而引起感觉、运动功能紊乱。是中枢神经系统的综合功能改变。神经毒物可引起脑的各种精神活动能力改变，如抽象思维、记忆与学习、情绪表现、觉醒状态、感觉的感受能力、注意力等的改变。由于这些精神活动能力改变，从而出现各种精神障碍或行为缺陷。
6、这些改变涉及大脑网状结构、基底核、边缘系统和大脑皮层等结构。由于这些结构受损，导致意识丧失、学习记忆下降、兴奋或抑制、情绪性格等改变。这些改变可用行为毒理学方法检查。2.4.3 行为改变2.5 神经毒作用特点 神经毒性表现可随年龄的增长有所不同。如铅中毒（血-脑屏障发育）。神经元再生能力差。直接和间接损害。某些物质特别是各种药物在不同剂量下，神经系统可产生不同的反应。化学物质的联合接触会产生相互作用。2.6 神经毒作用机制 神经递质与神经毒性 通道与神经毒性 受体信号转导与神经毒性 神经胶质细胞与神经毒性 细胞骨架与神经毒性2.6.1 通道与神经毒性 Na+通道 河豚毒素(tetrodotox
7、in,TTX)能阻断Na+通道电导的升高，破坏动作电位的生成。Ca2+通道铅是一种较强的N-型Ca2+通道非选择性阻断物。2.6.2 神经递质与神经毒性脑内主要的神经递质2.6.2 神经递质与神经毒性 毒物可通过干扰递质合成酶活性或递质前体物质的利用影响神经毒物可通过干扰递质合成酶活性或递质前体物质的利用影响神经递质合成；可通过影响囊泡中神经递质的储存或释放、影响神经递质合成；可通过影响囊泡中神经递质的储存或释放、影响神经递质灭活或清除、干扰神经递质与受体作用或毒物本身直接与受递质灭活或清除、干扰神经递质与受体作用或毒物本身直接与受体结合等作用影响神经系统正常功能。体结合等作用影响神经系统正常
8、功能。肉毒杆菌毒素：抑制神经肌肉接头处突触前膜释放乙酰胆碱。有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂:选择性抑制乙酰胆碱酯酶活性，从而抑制乙酰胆碱递质的灭活，造成突触间隙大量乙酰胆碱递质堆积，过度刺激突触后膜上的相应受体，使突触后神经元正常活动受到影响，产生一系列中毒症状。可卡因：抑制突触前膜摄取单胺类神经递质的酶，增加突触间隙多巴胺/去甲肾上腺素 的浓度引起中毒。2.6.2 神经递质与神经毒性可卡因或可卡因或安非他明安非他明多巴胺多巴胺去甲肾上腺素去甲肾上腺素 1.毒物分子可模拟内源性配基，引起激动剂样作用。2.毒物分子可能结合于受体，但并不引起激活效应，而是阻断内源性配基的作用（即拮抗作用）3.毒物可能
9、对受体产生变构效应。如有些毒物不是结合于内源性配基的同一位点，而是结合于生物大分子的相邻部位，这种作用可引起构象变化而影响受体与神经递质的结合。2.6.3 受体信号转导与神经毒性受体可被看作是能与毒物发生高亲和性反应并产生特殊效应的大分子。正常的受体-配体相互作用 受体在毒物作用下毒物失活 星型胶质细胞在许多神经毒性损伤中既有防御作用又有促进作用。2.6.4 神经胶质细胞与神经毒性防御作用防御作用反应性增生反应性增生进一步导致进一步导致毒性的产生毒性的产生 2.6.5 细胞骨架与神经毒性3 神经毒性的评价方法 神经毒理学研究人类疾病中神经系统的毒性损害，神经毒理学研究人类疾病中神经系统的毒性损
10、害，同时毒物和毒素也是神经科学研究中的无价工具。同时毒物和毒素也是神经科学研究中的无价工具。现代研究方法：现代研究方法：神经学神经学，形态学，生理学，电生形态学，生理学，电生理学，生物化学，分子生物学及脑成像等。理学，生物化学，分子生物学及脑成像等。3.1 研究对象整体实验：体内试验整体实验：体内试验离体实验：体外试验离体实验：体外试验互为补充，相辅相成互为补充，相辅相成离体脑片离体脑片培养基中保温培育培养基中保温培育代谢方面实验代谢方面实验（药物的摄取和代谢）（药物的摄取和代谢）生物电方面实验生物电方面实验（膜电位，动作电位）（膜电位，动作电位）神经元神经元神经胶质细胞神经胶质细胞分离获得细
11、胞分离获得细胞细胞水平的研究，毒物是否干扰代谢细胞水平的研究，毒物是否干扰代谢细胞脂质和蛋白成分的分离细胞脂质和蛋白成分的分离3.2.1 神经学方法 形态学检查形态学检查 神经元胞体神经元胞体 神经元核周体神经元核周体 轴突的近端或远端轴突的近端或远端 髓鞘髓鞘 星型胶质细胞星型胶质细胞 内皮细胞内皮细胞3.2.2 形态学方法观察病理形态和组织化学改变观察病理形态和组织化学改变肉肉 眼眼光光 镜镜电电 镜镜组织化学组织化学明确神经毒明确神经毒性作用的部性作用的部位和机制位和机制3.2.3 电生理学方法脑电图脑电图诱发电位诱发电位肌电图肌电图电生理电生理明确神经毒性作用的病理明确神经毒性作用的病
12、理生理变化生理变化膜片钳膜片钳明确作用机制明确作用机制3.2.4 生物化学方法神经病理变化神经病理变化神经生化学变化神经生化学变化神经组织中神经组织中能量代谢、糖、蛋能量代谢、糖、蛋白质、脂肪、白质、脂肪、DNA、RNA、脑、脑磷脂的含量变化磷脂的含量变化密切相关密切相关病变有无及程度病变有无及程度3.2.5 行为学3.2.5 行为学3.2.5 行为学3.2.5 行为学Y型迷宫穿梭箱水迷宫自动记录仪小鼠跳台仪3.2.6 人类神经行为毒理研究方法人类神经行为毒理研究多用神经行为功能测人类神经行为毒理研究多用神经行为功能测试组合方法。该测试组合方法一般有两类：试组合方法。该测试组合方法一般有两类：一是一是WHO核心测试组合核心测试组合(neurobehavioral core test battery,NCTB)；二是二是WHO及及NIOSH(美国职业安全和卫生美国职业安全和卫生研究所研究所)联合提出的计算机化神经行为评价联合提出的计算机化神经行为评价系统（系统（neurobehavioral evaluation system,NES）。）。3.2.6.1 19841987年推出的年推出的8套神经行为测试组合套神经行为测试组合 3.2.6.2 NES神经行为功能评价系统神经行为功能评价系统
