百草枯短期与长期关键毒性研究与干预

主要完成人 周志俊 常秀丽 黄 敏 娄 丹

完成单位 复旦大学

百草枯（paraquat，PQ）是一种世界范围内广泛使用非选择性速效触杀型脱叶剂及除草剂。百草枯可经胃肠道、皮肤和呼吸道吸收，急性中毒的主要靶器官是肺。百草枯急性中毒尚无特效解毒剂，病死率极高，因此关注中毒机制及救治是迫在眉睫的问题。此外，百草枯可透过血脑屏障，长期低剂量接触可选择性破坏黑质致密部多巴胺能神经元的作用，产生类似于帕金森病的症状。神经发育过程中如孕期及婴幼儿期对神经化学毒物更加易感，百草枯是否在神经系统发育的早期就开始通过一系列内源性或者外源性的途径损害神经系统，造成机体成年后的神经生理功能障碍，甚至诱发帕金森病等神经系统病变还有待探讨。因此，本研究以百草枯为研究对象，采用整体动物模型和体外细胞培养实验，应用RNAi及mRNA-miRNA的整合分析等分子生物学技术，从整体、细胞和分子水平探讨了百草枯致肺损伤过程及其可能的干预；同时深入探讨了百草枯的神经发育毒性及关键毒性通路。本研究主要发现如下。

1.较为系统地研究了农药百草枯对肺脏的急性损伤，最先揭示了TGF-β1-NF-κB-结缔组织生长因子（CTGF）通路在百草枯致肺损伤中的作用。发现百草枯所致的氧化应激是早期肺损伤的重要机制，通过诱导NF-κB活化，导致细胞因子网络调控失衡，TGF-β1作为致肺损伤的“总开关”细胞因子，可能通过多条信号转导通路诱导CTGF过度表达，使其作为下游效应分子介导其促纤维化效应。

2.在国内首先规范了百草枯实验治疗的研究设计并被众多学者参照，最先报道了四氢吡咯二硫代氨基甲酸酯（pyrrolidine dithiocarbamate，PDTC）可通过纠正百草枯所致肺的氧化应激和抑制NF-κB的活性，显著减轻百草枯所致的炎症瀑布效应而减轻肺急性损伤及减缓肺纤维化的发生发展；同时发现利用RNAi使CTGF基因沉默，可减轻百草枯所致MRC-5细胞肺纤维化；也发现水杨酸钠（NaSAL）干预后，可以抑制百草枯所致肺组织中NF-κB活性的增高，减少炎性因子TNF-α、TGF-β1的蛋白表达，结合NaSAL目前在临床使用特点，提出老药新用的建议，推动急诊医师认识其价值作用。

3.在研究百草枯的神经毒性过程中，观察到幼年鼠对百草枯毒性更敏感，同时发现百草枯可影响多巴胺代谢，并可引起神经干细胞的氧化损伤，抑制细胞增殖促进凋亡，进一步应用mRNA-miRNA的整合分析技术发现低剂量PQ暴露可通过改变miRNA负调控Wnt信号通路，从而影响神经祖细胞的自我更新，提出生命早期神经干细胞的损伤可能影响成年后的神经修复，拓宽了百草枯神经毒性机制研究的视野。

本研究从多角度阐明百草枯致肺损伤的分子机制，鉴定了关键靶点并进行干预；揭示了百草枯对神经干细胞的毒性机制，拓宽了对百草枯神经毒性作用的认识，为百草枯中毒治疗及预防干预提供了科学依据。本项目历时10余年，发表了论文24篇，其中SCI收录论文8篇，国内期刊16篇。培养了从事百草枯毒理学研究的硕士4名和博士2名。