有机磷农药暴露对大鼠海马神经细胞的毒性效应及对映体选择性

Previous studies have demonstrated the occurrence of enantioselectivity of chiral pesticides in environmental fate, endocrine disruption, reproductive toxicity and immune toxicity. However, research on the molecular mechanisms of enantioselective toxicity of chiral pesticides has been limited. Therefore, it is important to investigate the environmental risk of a variety of typical chiral pesticides, and explore the toxic mechanism in-depth. In the present study, we used the rat hippocampus neurons in primary culture as an in vitro model to evaluate the mechanisms of enantioselective toxicity of several common used chiral organophosphorus pesticides, represented by profenofos and malaoxon. The changes of the ROS levels and antioxidant enzyme activity, MAPK signaling pathway correlated proteins, apoptosis gene expression levels and apoptosis were explored. The aim of this study was to clarify the relationship between the enantioselective difference of hippoampus apoptosis and oxidative stress and activation of signal pathways induced by profenofos and malaoxon. This paper provided a theoretical reference for researching and developing the environment-friendly pesticides.

近几年来，一些科研工作者对手性农药的环境安全性进行了研究，并发现手性农药在环境归趋、内分泌干扰、生殖毒性以及免疫毒性等方面均具有对映体选择性。然而，到目前为止对单一对映异构体引起的毒性作用的分子机制的研究还比较有限。为了更为准确地评估手性农药的环境风险性，有必要开展典型手性农药的环境风险性评价，并深入研究对映体选择性毒性的分子机制。因此，本项目拟以原代培养的大鼠海马神经细胞为体外细胞模型，以手性有机磷农药丙溴磷和马拉氧磷为对象, 应用分子生物学技术检测丙溴磷和马拉氧磷诱导海马神经细胞凋亡、氧化应激损伤，信号通路的激活以及细胞凋亡相关基因表达水平的变化，阐明丙溴磷和马拉氧磷的外消旋体和对映体引起海马神经细胞凋亡的差异性与诱导氧化应激、激活信号传导通路的差异性之间的相关性，为手性有机磷农药的环境安全性评价提供科学依据。

随着工农业的发展，越来越多的手性农药进入环境中造成对非靶标生物的潜在毒性效应。尽管国内外的学者已经对手性农药的潜在健康风险开展了大量的工作，但是在对映体水平上对有机磷毒性作用分子机制的研究仍然非常少。因此，本项目以丙溴磷（PFF）和马拉氧磷（MAO）为手性有机磷代表，以原代培养的大鼠海马神经细胞为体外细胞模型，在细胞和分子水平上研究了氧化应激介导的有机磷农药对海马神经细胞的毒性机制及对映体差异性。研究结果显示PFF和MAO的外消旋体和对映体都可以诱导海马神经细胞产生细胞凋亡。PFF外消旋体及对映体通过增加海马神经细胞内源性活性氧（ROS），激活ERK/JNK信号通路，调控促凋亡蛋白Bax与抗凋亡蛋白Bcl-2表达，引起线粒体膜电位的下降，进而激活caspase最终导致海马神经细胞凋亡。MAO外消旋体及对映体通过诱导细胞内生成大量内源性活性氧（ROS），造成脂质过氧化，导致脂质过氧化副产物MDA含量的增加，从而导致细胞产生氧化损伤。氧化损伤进一步通过调控Bcl-2和Bax基因表达诱导细胞产生细胞凋亡和细胞毒性。此外，我们发现这两种有机磷农药在诱导海马神经细胞氧化损伤和细胞凋亡时，对映体(-)-PFF和R-MAO的作用要显著强于它们的另外一个对映体和外消旋体，因此，我们认为在评价手性污染物的生态毒理和健康风险时必须要考虑对映体选择性。