(南華大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院,湖南衡陽421001)

三鄰甲苯磷酸酯(tri-o-cresyl phosphate,TOCP)是一種有機(jī)磷酸酯類化合物,是磷酸三甲苯酯(TCP)中鄰位、間位和對位三種同分異構(gòu)體的一種,TOCP是這三種同分異構(gòu)體中神經(jīng)毒性最強(qiáng)的化合物[1]。二十世紀(jì)工業(yè)發(fā)展時期,由于人們對有機(jī)磷類化合物的毒性認(rèn)識不深,有機(jī)磷類化合物作為阻燃劑、潤滑劑、增塑劑、殺蟲劑等而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、軍事、農(nóng)業(yè)等各個領(lǐng)域,造成有機(jī)磷類化合物的嚴(yán)重污染,TOCP中毒事件在歐美各地爆發(fā)。上個世紀(jì)九十年代,中國因為食品被TOCP污染而發(fā)生多起中毒事件。上個世紀(jì)因為多起TOCP中毒事件而引起社會的廣泛關(guān)注,隨著人們對毒物認(rèn)識的不斷加深而被禁止使用。二十一世紀(jì),經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展之際,TOCP以另一種方式重新進(jìn)入人們的視線中,飛機(jī)燃油排放物和潤滑劑中含有TOCP污染機(jī)艙,引起乘客和乘務(wù)人員出現(xiàn)神經(jīng)中毒癥狀——航空中毒癥候群。TOCP進(jìn)入機(jī)體經(jīng)微粒體酶細(xì)胞色素P450作用生成代謝活化產(chǎn)物進(jìn)一步產(chǎn)生毒性。TOCP最主要的毒性是神經(jīng)毒性,其中以遲發(fā)性神經(jīng)毒性(OPIDN)為主要特征,但其具體機(jī)制并未闡明。TOCP進(jìn)入機(jī)體后主要分布于腦、脊髓和坐骨神經(jīng),而其代謝產(chǎn)物主要分布在肝臟、腎臟和肺組織中[2]。在早期,對雞進(jìn)行TOCP染毒,Itoh[3]發(fā)現(xiàn)腦、脊髓、坐骨神經(jīng)、腎臟、心、肺、脾臟、消化系統(tǒng)均出現(xiàn)病理學(xué)改變,肝臟出現(xiàn)輕微的充血;“JAKE”事件中,部分男性出現(xiàn)性功能損害[4]。由此可見,TOCP具有多種毒性作用,近年來對TOCP各種毒性的研究及相關(guān)機(jī)制的探索也逐漸受到重視。本文就TOCP的各種毒性研究展開綜述。

1 神經(jīng)系統(tǒng)毒性

人體暴露于TOCP引起毒效應(yīng)最先觀察到的是神經(jīng)系統(tǒng)癥狀,而TOCP的神經(jīng)系統(tǒng)毒性分為急性毒性、慢性毒性、遲發(fā)型神經(jīng)毒性。

1.1 急性毒性

TOCP的急性中毒比較少見,是一次性大劑量暴露TOCP數(shù)小時后由于TOCP的抗膽堿能作用而出現(xiàn)的膽堿樣中毒癥狀如：肌肉高度緊張、反射亢進(jìn)、陣攣、錐體束反射明顯受損及永久性上體位運(yùn)動神經(jīng)綜合征等[4],癥狀在兩天內(nèi)消失。乙酰膽堿酯酶是一種包含調(diào)控結(jié)構(gòu)域和催化結(jié)構(gòu)域的絲氨酸酯酶,TOCP不可逆地共價結(jié)合催化結(jié)構(gòu)域中的絲氨酸羥基從而抑制乙酰膽堿酯酶的水解活性;乙酰膽堿是存在突觸小體中的一種神經(jīng)遞質(zhì),經(jīng)刺激釋放入突觸間隙中并刺激突觸后膜產(chǎn)生興奮,而被TOCP磷酸化的乙酰膽堿酯酶無法及時水解乙酰膽堿,乙酰膽堿酯酶抑制率達(dá)到70%以上時,乙酰膽堿開始出現(xiàn)聚集,并持續(xù)性刺激突觸后膜,從而出現(xiàn)膽堿樣急性毒性癥狀[1]。

1.2 慢性毒性

航空中毒癥候群屬于低劑量暴露TOCP而引起的慢性毒性,同樣以抗膽堿能癥狀為主。TOCP經(jīng)肝臟微粒體中的細(xì)胞色素P450氧化和催化血清白蛋白環(huán)化生成代謝產(chǎn)物CBDP,CBDP不可逆地抑制人體的丁酰膽堿酯酶和乙酰膽堿酯酶,丁酰膽堿酯酶同樣屬于絲氨酸水解酶家族,其機(jī)制與乙酰膽堿老化機(jī)制相同[5]。

1.3 遲發(fā)性神經(jīng)毒性

遲發(fā)性神經(jīng)毒性(OPIDN)是人和特定種屬暴露于TOCP后出現(xiàn)的最主要的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。OPIDN是機(jī)體攝入毒物后1～3周內(nèi)出現(xiàn)的一系列神經(jīng)癥狀,以遠(yuǎn)端軸突末端病變?yōu)橹饕卣鞯牟豢赡嫘酝诵行陨窠?jīng)病變,主要癥狀是周圍神經(jīng)和脊髓束的上行支和下行支的遠(yuǎn)端部位出現(xiàn)功能喪失和共濟(jì)失調(diào)。主要出現(xiàn)的組織病理學(xué)改變有：脊髓和坐骨神經(jīng)的軸突腫脹、降解,髓磷脂呈片段降解,繼發(fā)性脫髓鞘漸進(jìn)性增加,呈Wallerian樣變性,軸突遠(yuǎn)端病變較重,伴隨膠質(zhì)細(xì)胞增殖,坐骨神經(jīng)中滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、空泡和管狀物質(zhì)增加,有髓神經(jīng)元軸突中出現(xiàn)神經(jīng)絲和神經(jīng)微管的中度聚集等。然TOCP誘發(fā)OPIDN的具體機(jī)制并不清楚,成為研究TOCP的熱點問題,不同的學(xué)說和新的機(jī)制也在不斷的被探索與發(fā)現(xiàn)。

神經(jīng)病靶酯酶(NTE)“老化”機(jī)制被公認(rèn)為是有機(jī)磷遲發(fā)性神經(jīng)毒性發(fā)生的前提條件。有機(jī)磷類物質(zhì)是NTE的底物類似物,能磷酸化NTE上絲氨酸的羥基,磷酸化的NTE隨著時間進(jìn)程進(jìn)一步發(fā)生老化,即使烷基或芳基迅速被去除形成帶負(fù)電的親核物質(zhì),致使NTE的活性不可逆[6]。而NTE活性受到抑制只發(fā)生在暴露毒物后的72 h之內(nèi),之后NTE的活性逐漸恢復(fù),而OPIDN產(chǎn)生癥狀一般是第1～3周,NTE被抑制到癥狀出現(xiàn)這一過程中,NTE起什么樣的作用?

NTE調(diào)控磷脂的代謝,對軸突的維持和神經(jīng)細(xì)胞的生長起關(guān)鍵作用。TOCP損傷軸突的物質(zhì)獲得被認(rèn)為是軸突變性的重要原因,神經(jīng)細(xì)胞需要依賴內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和微導(dǎo)管的物質(zhì)運(yùn)輸維持軸突的功能和生長,NTE具有磷脂酶B和溶血磷脂酶活性,nte基因敲除證明神經(jīng)元內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌功能受到損傷[7],可見TOCP可能通過抑制NTE活性影響內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的分泌功能導(dǎo)致軸突的變性。OPIDN軸突變性出現(xiàn)的典型的形態(tài)學(xué)改變是腫脹,nte基因敲除小鼠的脊髓遠(yuǎn)端出現(xiàn)軸突的降解,隨后腫脹,軸突內(nèi)出現(xiàn)空泡、腫脹、小泡和細(xì)胞骨架蛋白聚集等神經(jīng)變性樣特征[7]。同時也有實驗表明,NTE缺陷型神經(jīng)細(xì)胞延遲神經(jīng)元突起生長,且突起長度比對照組短[8]。猶太人和歐洲人出現(xiàn)的一種遺傳性痙攣性截癱和OPIDN一樣是屬于肢體運(yùn)動神經(jīng)病,是由于NTE催化區(qū)發(fā)生突變而造成NTE失活[9]。這些都證明NTE對神經(jīng)元軸突生長和維持起重要作用,NTE如何調(diào)節(jié)和維持神經(jīng)細(xì)胞軸突的具體過程是TOCP產(chǎn)生OPIDN的一個關(guān)鍵機(jī)制。

細(xì)胞內(nèi)鈣紊亂和鈣相關(guān)蛋白酶活性增強(qiáng)這一機(jī)制是研究TOCP產(chǎn)生OPIDN的另一重要假說。鈣離子是細(xì)胞內(nèi)的第二信使,參與各種信號途徑。在早期的動物實驗和細(xì)胞實驗證明TOCP能夠引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子紊亂[10-12],發(fā)現(xiàn)L型鈣離子通道參與細(xì)胞內(nèi)鈣離子紊亂[10]。且有實驗證明TOCP作用細(xì)胞,引起細(xì)胞內(nèi)一系列鈣相關(guān)蛋白酶如鈣中性蛋白酶(calpain)[13]、鈣依賴性蛋白激酶Ⅱ(CaMKⅡ)[14]、ERK1/2[15]、CDK5等[16]酶的活性增加。 鈣激活的蛋白酶能磷酸化神經(jīng)細(xì)胞中的神經(jīng)絲、微管蛋白及相關(guān)蛋白等,如：CaMKⅡ磷酸化MAP-2、α/β微管蛋白[17,14],被激活的Erk1和Erk2磷酸化NF-H和NF-M末端的KSP序列[15]。磷酸化的蛋白或聚集或進(jìn)入蛋白降解系統(tǒng)降解,聚集的磷酸化蛋白從而呈現(xiàn)組織病理學(xué)上的微管與微絲的中度聚集,而近年發(fā)現(xiàn)calpain蛋白酶增多與骨架蛋白降解密切相關(guān)[18,13]。且越來越多的研究證明TOCP誘導(dǎo)自噬溶酶體降解途徑增強(qiáng),自噬抑制軸突的生長與維持[19]。自噬溶酶體途徑是細(xì)胞中蛋白酶降解系統(tǒng),細(xì)胞內(nèi)鈣離子變化及calpain活性變化誘導(dǎo)自噬,TOCP誘導(dǎo)OPIDN出現(xiàn)軸突退行性變性與自噬密切相關(guān)。自噬和凋亡與鈣密切相關(guān)[20-21]。TOCP誘導(dǎo)自噬成為新興的機(jī)制,但凋亡也頻頻被報道,線粒體凋亡途徑參與TOCP誘導(dǎo)OPIDN病變[22]。

2 生殖毒性

TOCP具有生殖毒性,早期 Somkuti[23-24]對TOCP雄性動物的生殖毒性展開了研究,睪丸與附睪均出現(xiàn)不同程度的不可逆性損傷：精子活率降低,數(shù)目下降,睪丸中神經(jīng)毒性酯酶和非特異性酯酶活性被抑制,組織切片顯示生精上皮細(xì)胞出現(xiàn)空泡和損傷。近年來動物實驗發(fā)現(xiàn)隨著TOCP劑量的增加,精子生成發(fā)生障礙：曲精細(xì)管組織結(jié)構(gòu)出現(xiàn)紊亂,生精上皮細(xì)胞破壞和萎縮,生精細(xì)胞的數(shù)目減少等,基因沉默證明NTE受抑制降低生精干細(xì)胞的增殖[25]。NTE的活性在神經(jīng)毒性中研究較多,神經(jīng)細(xì)胞中NTE活性受抑制成為OPIDN的前提條件,同樣睪丸中NTE活性受到抑制在TOCP的生殖毒性起關(guān)鍵作用[25]。生精上皮細(xì)胞中支持細(xì)胞間的緊密連接構(gòu)成血睪屏障,為精子發(fā)生提供特定的環(huán)境,生精上皮細(xì)胞出現(xiàn)空泡和損傷,可見TOCP損傷血睪屏障,破壞精子發(fā)生的特定環(huán)境,影響精子生成。

3 肝臟毒性

肝臟是人體的代謝器官,同時也是含各種活性酶最多的器官,絕大部分外源物質(zhì)都要經(jīng)過肝臟的代謝排出體外,肝臟對外源化學(xué)物的解毒作用至關(guān)重要。TOCP經(jīng)吸收進(jìn)入肝臟生成代謝產(chǎn)物,經(jīng)糞和尿液排出體外,TOCP誘發(fā)OPIDN動物模型中,Baron[26]研究中肝臟出現(xiàn)輕微的脂肪浸潤,Itoh[3]發(fā)現(xiàn)肝臟出現(xiàn)輕微充血,且發(fā)現(xiàn)肝臟中各種酶出現(xiàn)升高或降低,反映TOCP能夠損傷肝臟并引起肝細(xì)胞功能異常。

4 免疫毒性及其他

TOCP是脂溶性物質(zhì),能經(jīng)皮膚吸收進(jìn)入機(jī)體產(chǎn)生過敏反應(yīng),從事含有TCP增塑劑行業(yè)的工人,皮膚出現(xiàn)過敏反應(yīng)[27]。早期也有研究報道TOCP能對免疫系統(tǒng)造成損傷[28-29]。TOCP及其代謝產(chǎn)物分別于各種組織器官中,Itoh發(fā)現(xiàn)腎臟、心、肺、脾臟、消化系統(tǒng)同樣出現(xiàn)病理學(xué)改變[3],盡管相關(guān)方面的研究并未得到報道,但隨著OPIDN研究的進(jìn)行,TOCP的毒性作用必將會被不斷的揭露。

5 展 望

TOCP在上個世紀(jì)被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和農(nóng)業(yè),但由于對其毒性的不斷了解而被禁用;二十一世紀(jì),經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的時代,航空事業(yè)不斷壯大,航空中毒癥候群再次將TOCP拉上社會的焦點。對TOCP毒性的全面了解既是非常重要的問題同時也是亟待解決的問題。

目前針對TOCP毒物以預(yù)防為主,限制TOCP的含量或禁止使用。一旦中毒,沒有有效的藥物治療,只能根據(jù)臨床癥狀采取相應(yīng)的臨床措施。隨著TOCP對OPIDN機(jī)制研究的不斷深入,L-型鈣通道阻斷劑如：維拉帕米和尼莫地平能減緩TOCP引起的臨床癥狀,NTE活性抑制劑PMSF同樣可作為潛在的藥物治療TOCP中毒。TOCP毒性作用主要體現(xiàn)在神經(jīng)系統(tǒng)、肝臟、睪丸和免疫系統(tǒng),各系統(tǒng)與器官損傷程度不一,最先出現(xiàn)的臨床癥狀在神經(jīng)系統(tǒng),同時也以神經(jīng)系統(tǒng)癥狀最明顯最嚴(yán)重。目前以神經(jīng)系統(tǒng)和睪丸為主要研究靶器官,TOCP誘發(fā)OPIDN不同機(jī)制的提出促進(jìn)TOCP毒性作用的深入研究,為其他毒物的遲發(fā)型神經(jīng)毒性或神經(jīng)退行性病變等提供參考依據(jù),不同器官系統(tǒng)毒性的研究有利于更進(jìn)一步了解TOCP毒性,為TOCP毒性新機(jī)制的發(fā)現(xiàn)提供更有力證據(jù),同時TOCP毒性具體機(jī)制的進(jìn)一步闡明,促進(jìn)相應(yīng)藥物的開發(fā)。對TOCP多毒性作用的全面了解,有利于臨床治療過程中對中毒者病情的全面把握及為患者的治療提供參考價值,同時對其他有機(jī)磷毒物研究有重要借鑒意義。

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