POPs活化星形胶质细胞的机制研究进展*

丁文洁，赵子轩，赵新元 综述,吴启运 审校

(南通大学公共卫生学院，江苏南通 226019)

随着工农业的快速发展，大量有毒化学品作为潜在污染物进入环境。其中持久性有机污染物(POPs)在人类生活环境中无处不在，已成为影响人类健康的主要环境因素之一[1-2]。由于具有生物蓄积特征，环境中低剂量的POPs如2,3,7,8-四氯代二苯并二噁英(TCDD)、全氟辛烷基磺酸(PFOS)、多氯联苯(PCBs)、双酚A(BPA)等会不断积聚在人体内，持续损伤多种组织，目前被报道具有致畸性、生殖障碍、内分泌干扰等有害效应[2-5]。近年来，神经退行性疾病的发病率持续升高，其发病与环境污染密切有关。以往的研究已经明确，POPs具有显著的神经毒性[6]，相关机制是神经毒理学领域的研究热点。

中枢神经系统(central nervous system,CNS)维持着高水平的代谢，导致大量自由基产生，也是对氧化应激最敏感的器官之一。星形胶质细胞作为CNS中最丰富的细胞类型，在维持CNS稳态中起重要作用。病理状态下，星形胶质细胞活化，参与几乎所有形式的神经损伤和神经性疾病。胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)是一种中间产物，在中枢神经系统紊乱时，能够调节影响星形胶质细胞形态和功能的丝蛋白，是星形胶质细胞活化的标志物。许多研究人员已经证明GFAP可以作为神经毒性、创伤性脑损伤等过程的标记物被调控[7]。为加强对POPs神经毒性效应及机制的认识，本文对POPs活化星形胶质细胞的机制进行综述。

1 TCDD

TCDD在环境中普遍存在，主要来源于工业副产品，包括医疗废物和塑料的焚烧，氯纸漂白，杀虫剂、除草剂和杀菌剂的制造等，具有较强的神经毒性[8]。例如，接触TCDD的儿童神经系统发育受损，学习能力下降[9]。目前研究表明，不同类型的中枢神经系统细胞对TCDD暴露均有反应，包括神经元、小胶质细胞和星形胶质细胞[10]。

星形胶质细胞增生是一种由细胞肥大、增殖和功能障碍组成的复杂反应，已被证实与TCDD的神经毒性密切相关[11]。TCDD通过激活蛋白激酶B/信号转导和转录激活因子(Akt/STAT3)通路增加细胞周期蛋白D1(cyclin D1)的表达，促进星形胶质细胞增殖[12]。核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路是相关研究的重点，在TCDD作用下，NF-κB通路可被转化生长因子激酶1(TAK1)激活。具体来说，TAK1在TCDD诱导的反应性星形胶质细胞过程中迅速磷酸化，用siRNA寡核苷酸阻断TAK1可显著抑制TCDD诱导的NF-κB活化及星形胶质细胞活化。研究也发现Src抑制的蛋白激酶C底物(src-suppressed c kinase substrate,SSeCKS)可以被蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)激活，继而介导星形胶质细胞活化[13]。进一步的研究证实，SSeCKS通过与泛素连接酶(TNF receptor associated factor 6，TRAF6)相互作用，继而活化NF-κB信号通路，激活星形胶质细胞。

2 PFOS

PFOS是一种含氟饱和的八碳化合物，是许多全氟化合物的降解产物，由于其特殊的化学和物理性质，在商业和工业上有着广泛的应用，如润滑剂、阻燃剂、皮革和地毯的防污处理，食品包装袋、化妆品、药品和杀虫剂成分[14]。PFOS被认为是一种具有持久性和生物积累性的有机污染物，可通过胃肠道、呼吸道和受伤皮肤被人体吸收。

很多研究表明，PFOS具有明显的神经毒性效应，尤其是损伤神经元和胶质细胞。PFOS可诱导小胶质细胞、小脑颗粒细胞和神经元损伤。PFOS对神经元的损伤作用可能归因于PFOS对星形胶质细胞的细胞毒性[15]。以C6细胞作为体外研究模型，低剂量的PFOS可增加星形胶质细胞的数量和GFAP的表达，说明星形胶质细胞活化。酶联免疫吸附试验(ELISA)和逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)分析表明，PFOS能促进白细胞介素-1β(IL-1β)的表达和分泌，且呈剂量和时间依赖性。此外，在C6胶质瘤细胞系中，PFOS可诱导NF-κB抑制蛋白α(IκBα)的磷酸化和降解，以及NF-κB从细胞质向细胞核的移位。因此，PFOS暴露后，NF-κB信号通路被激活。PFOS通过磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/Akt和NF-κB途径促进C6星形胶质细胞的炎症活化。PFOS可上调促炎因子IL-1β mRNA的表达和蛋白分泌，并增加NF-κB p65亚基的磷酸化和IκBα中磷的降解，提示PFOS可诱导C6星形胶质细胞NF-κB活化，Akt信号通路对PFOS介导的NF-κB活化和炎性因子IL-1β的分泌起关键作用[12]。IL-1β是反应性星形胶质细胞增生最有效的诱导剂之一，它由活化的小胶质细胞和活化的星形胶质细胞产生[16]。PFOS暴露导致IL-1β表达增强，这涉及诱导炎症级联反应的机制，并表明了潜在的促炎症作用[17]。此外，研究者还发现PFOS处理激活了PI3K/Akt信号通路的磷酸化，在PFOS诱导的星形胶质细胞活化中起着不可或缺的作用。

3 PCBs

PCBs是20世纪30年代开始在世界范围内大量生产的合成有机化合物，用于各种工业应用和商业产品[18]。PCBs水平与神经发育障碍(neuro developmental disorders，NDD)风险增加相关，包括自闭症谱系障碍(autism spectrum disorder，ASD)[19]和注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)[20]。尸体解剖时对多种多氯联苯和多溴联苯醚的分析表明，与对照组相比，患有自闭症综合征的儿童大脑中PCBs水平较高，但其他分析物水平不高[21]，PCBs可能破坏细胞内的信号传导通路，这种作用可能与发育神经毒性有关[22]。

在中枢神经系统中，胶质细胞分化的改变会影响大脑功能。以大鼠C6细胞系为体外模型，24 h PCBs的亚毒浓度(3或9 μmol/L)处理后，可降低GFAP水平和阻断细胞形态向嗜酸细胞表型的改变，双丁酰环磷酸腺苷(dibutyryl-cAMP)诱导的细胞分化受损。添加蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)抑制剂双吲哚马来酰亚胺可有效恢复甲醇中多氯联苯(aroclor1254，A1254)的抑制作用，表明PCBs通过PCK途径干扰了Dibutyryl-cAMP诱导的C6细胞星形细胞分化。STAT3的磷酸化对于Dibutyryl-cAMP诱导的C6细胞中GFAP启动子的转录至关重要。结果表明，A1254(3或9 μmol/L)暴露24 h抑制cAMP诱导的STAT3磷酸化；此外，A1254降低Dibutyryl-cAMP依赖性的STAT3磷酸化需要抑制PKC活性。上述结果证实PCBs在胶质细胞星形胶质细胞分化过程中诱导cAMP/PKA和PKC信号通路的扰动。

4 BPA

BPA是一种众所周知的外源性雌激素，广泛应用于聚碳酸酯塑料的生产，是食品和饮料容器保护涂层中广泛使用的成分。由于BPA被用于制造各种消费品，因此与公众有许多接触。例如：(1)由于BPA在生产、使用和处置过程中的释放而直接和间接暴露于环境中；(2)通过食物摄取；(3)接触或吸入非食源性消费品[23]。几项研究报道显示，人类每天摄入的BPA为1 μg/kg，并在各个器官中累积[24]。许多文献报道，BPA具有神经毒性并可引起某些行为缺陷[25-26]。

体内BPA暴露通过自由基介导的机制破坏蛋白质和脂质结构，从而导致神经损伤[27]。例如BPA通过氧化应激和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路诱导海马神经元凋亡。有实验检测BPA暴露后星状形态和胶质纤维酸性蛋白水平的改变，发现用BPA处理后，GFAP阳性星形胶质细胞发生形态学改变，GFAP表达增加。用BPA处理小鼠纯化的星形胶质细胞和神经元胶质细胞共培养物可激活星形胶质细胞。需要注意的是，这种激活作用和处理剂量关系密切。用1 pmol/L或1 μmol/L的BPA处理可引起星形胶质细胞的强烈活化，而用1 nmol/L BPA处理对星形胶质细胞的形态无明显影响[28]。半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)是神经元细胞凋亡的标志,高浓度BPA显著诱导caspase-3活化。BPA诱导的多巴胺对钙离子(Ca2+)反应的增强可导致神经元和星形胶质细胞中枢多巴胺能神经传递的兴奋性增加，表明BPA诱导的神经元和星形细胞多巴胺能传递的增强，可能导致对吗啡心理依赖的发展[29]。

5 其 他

壬基酚(nonylpheno，NP)作为稳定的装饰产物，在环境中广泛存在，但是由于NP水溶性差，疏水性高，降解率低，因此NP在地表水、污泥固体和活生物体中积累并持续存在，并进入食物链[30]。人类暴露于来自受污染饮用水、食品、母乳、食品容器和个人护理产品中的NP[31]。

有研究表明，通过免疫荧光染色来评估GFAP的表达，暴露于NP会导致小脑功能障碍[32]。结果表明，母体暴露于NP的后代小脑星形胶质细胞增多。围生期暴露于NP通过破坏少突胶质细胞和星形胶质细胞之间的分化平衡而阻止少突胶质细胞的形成[33]。围生期暴露于NP导致子代小脑髓鞘形成延迟，而这种小脑髓鞘形成的缺陷在成年后恢复正常[34]。此外，NP暴露使成熟少突胶质细胞减少，星形胶质细胞增多，这可能是NP引起髓鞘形成延迟的原因。最后，暴露于NP的后代细胞中BMP信号被激活。骨形态发生蛋白信号的激活可能是暴露于NP的子代小脑少突胶质细胞生成减少和星形胶质细胞生成增加，以及随后髓鞘形成延迟的基础[35]。

多溴联苯醚(PBDEs)是一类重要的溴化阻燃剂，用于纺织品、电子设备、个人电脑和电视机的柜子及各种其他塑料制品。PBDEs可以在塑料的使用寿命内缓慢释放，随泡沫和其他产品进入食物链和人群[36]。PBDEs已在沉积物、污水污泥、鸟类和鸟卵、海洋哺乳动物和淡水鱼中检测到，此外，在母乳中也发现了PBDEs[37]。

这些发现使人们关注PBDEs对婴儿可能产生的影响，部分原因是在动物和人体研究中获得PCBs，其结构与PBDEs相似，有大量的证据表明其发育效应特别是对神经系统的影响。有证据表明PBDEs可能是发育性神经毒性物质，因为在围生期暴露后发现了行为、神经化学和激素缺陷[38-39]。

6 小 结

POPs的神经毒性越来越受到学者的重视，且研究正不断深入。POPs容易穿越血脑屏障，激活星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元的先天免疫反应，继而产生神经毒性。研究表明POPs干扰内源性抗氧化防御系统、炎症通路及神经递质的调节。

为了更好地研究POPs暴露和星形胶质细胞活化之间的关系，还应使用转基因小鼠，并结合更多的人群数据及生物学样本进行验证。更进一步，除了POPs对星形胶质细胞本身的毒性，还需要研究不同细胞之间的互作反应。从目前的报道可知，研究POPs对星形胶质细胞活化的影响时多以各种体外细胞及体内动物为模型，人群证据尚且不足，因此还存在一定的局限性。研究POPs影响星形胶质细胞的活化机制对干预POPs的神经毒性具有重要意义。