除草剂草甘膦导致孤独症样行为

2024-04-07 02:07 来源:今日自闭症 今日自闭症 字号: | |

这篇《Maternal glyphosate exposure causes autism-like behaviors in offspring through increased expression of soluble epoxide hydrolase》的研究是日本千叶大学法医心理健康中心的KenjiHashimoto团队联合加州大学戴维斯分校的BruceD.Hammock团队,于2020年发表于ProcNatlAcadSciUSA杂志上。

研究背景

孤独症(Autismspectrumdisorder,ASD)是一种神经系统发育障碍,其主要特征为社交障碍及重复刻板的行为和兴趣。越来越多的证据支持除遗传因素外,环境因素在ASD的病因学中起到至关重要的作用,如在孕期和哺乳期间接触化学物质(如选择性血清素再摄取抑制剂(SSRIs)、农药、邻苯二甲酸盐、多氯联苯、空气污染物、香料和重金属等)。

草甘膦[N-(膦酰甲基)甘氨酸]是除草剂的活性成分,由于其功效、环境友好性和低毒性,在世界上被广泛使用。但是研究发现,美国1995年-2010年玉米和大豆上草甘膦用量的增加与同期美国公立学校系统ASD发病率的增加呈现正相关。最近一项在加州的基于人群病例对照的研究显示,ASD的风险与草甘膦的使用有关。同样,研究发现共患智力障碍的ASD儿童,其产前接触草甘膦的几率较高。因此草甘膦与ASD之间的关系应该在动物模型中进行探索。

草甘膦是水溶性的,在大豆油精制提炼过程中,草甘膦被萃取溶解带走,在大豆油里可以检测出微量草甘膦的残留。草甘膦施用的作物对象包括,果园、茶园、玉米、甘蔗、油菜、棉花、桑园等。

流行病学研究表明产前环境因素,包括母体免疫激活在发育障碍性疾病的病因学中起着关键作用,说明母体感染或炎症生物标志物与ASD之间存在很多联系。环氧脂肪酸(EpFAs)是由细胞色素P450酶从相应的多不饱和脂肪酸中产生的。二十碳三烯酸(EpETrEs)和环氧二皂荚烯酸(EpDPEs)分别由花生四烯酸和二十二碳六烯酸(DHA)产生。EpETrEs、EpDPEs和其他一些EpFAs具有强大的抗炎特性。然而,这些环氧脂肪酸会被可溶性环氧水解酶(sEH)迅速代谢生成二元醇,进而抑制sEH的活性,增强EpFAs的有益作用。越来越多的证据表明,sEH在多种动物模型中的关键作用,包括抑郁症、ASD、精神分裂症和帕金森病。最近,有研究报道了母体免疫激活后代前额叶皮层中sEH水平与其后代表现出孤独症样行为存在关联。然而,还没有文章表明母体暴露于草甘膦后,sEH在后代ASD发病机制中的作用,因此研究者开展了这项研究。

研究方法

研究者在将母鼠暴露于草甘膦后,对其子代开展行为学测试,以探索草甘膦暴露是否会导致后代表现出孤独症样行为。随后,研究者测定了子代脑区sEH表达情况,还对子代血液和大脑区域开展了氧化脂素分析,研究者还对幼鼠的粪便样品开展了16SrRNA测序。此外,研究者还利用一种sEH抑制剂[1-三氟甲氧基苯基-3-(1-丙酰基哌啶-4-基)脲](TPPU)治疗孕鼠,看其是否能防止母体草甘膦暴露后的子代表现出孤独症样行为。

研究结果

1.在胚胎期17天,对比草甘膦暴露母鼠与对照组母鼠的体重,发现草甘膦暴露母鼠的体重显著低于对照组母鼠的。在断奶时,在草甘膦暴露的母鼠及其子代血液中检测到草甘膦,而对照组鼠中没有。对子代开展行为学检测发现,与对照组幼鼠相比,母体暴露于草甘膦的幼鼠表现出认知障碍和社会交往障碍。

2.研究者测量了sEH在大脑中的表达,发现暴露于草甘膦的母鼠前额叶皮质和纹状体中sEH蛋白的表达量显著高于对照组母鼠。相似地,母鼠暴露于草甘膦所产下的后代前额叶皮质、纹状体和海马中sEH蛋白的表达水平也显著高于对照组子鼠。

3.研究者利用氧化脂素分析方法测量了实验组子代血液、前额叶皮质、海马和纹状体中类二十烷酸代谢物的水平,发现实验组子代血液中多种环氧化物含量显著降低,前额叶皮质、海马和纹状体中8(9)-EpETrE的水平显著降低,而其他EpFAs的水平则显著高于对照组小鼠。

4.研究者测量了母体暴露于草甘膦后子代血浆和大脑中谷氨酸受体相关氨基酸的水平,发现实验组子代血浆中谷氨酸显著减少,前额叶皮质中甘氨酸、L-丝氨酸和γ-氨基丁酸显著减少,表明母体草甘膦暴露后,子代前额叶皮质中谷氨酸受体神经传递出现异常。

5.研究者还对子代的粪便样品进行了16SrRNA测序,发现母体暴露于草甘膦会导致其子代肠道菌群组成异常,如下图所示。在种水平,与对照组子代相比,实验组子代绳尾真杆菌、毛螺科菌538和第三梭状芽胞杆菌的相对丰度显著降低,而梭状芽孢杆菌、致死性肠杆菌和丁酸弧菌的相对丰度显著升高。此外,母体暴露于草甘膦后,子代粪便样品中乙酸的含量也显著增加。

6.最后,研究者还利用TPPU对暴露于草甘膦的孕鼠进行治疗,发现TPPU治疗后实验组孕鼠的体重显著增加。而且,TPPU治疗还显著改善了实验组幼鼠的重复刻板行为和社会互动障碍。

研究结论

本研究发现母体暴露于草甘膦后,其子代表现出孤独症样行为,而且前额叶皮层、海马和纹状体中sEH水平较高。氧化脂素分析显示,母体暴露于草甘膦后,其子代血液、前额叶皮层、海马和纹状体中8(9)-EpETrE等环氧脂肪酸水平下降。此外,研究者还发现母体暴露于草甘膦后,其子代粪便样本中肠道菌群和短链脂肪酸的组成存在异常。有趣的是,利用TPPU(一种sEH抑制剂)对孕鼠进行治疗后,可以缓解实验组幼鼠的重复刻板行为和社会交往障碍,说明sEH活性增加可能在母体暴露于草甘膦子代的孤独症样行为中发挥作用。

参考文献:

Pu Y, Yang J, Chang L, Qu Y, Wang S, Zhang K et al. Maternal glyphosate exposure causes autism-like behaviors in offspring through increased expression of soluble epoxide hydrolase. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 2020; 117(21): 11753-11759.

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