双酚A及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 18 卷 第 3 期 2023 年 6 月Vol.18,No.3 Jun.2023 基金项目:国家自然科学基金面上项目(22076220);中国农业科学院青年创新专项(Y2022QC18)第一作者:刘再腾(1998),男,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:#共同通信作者(Co-corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20221226002刘再腾,赵小余,张义宁,等.双酚 A 及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展J.生态毒理学报,2023,18(3):159-174Liu Z T,Zhao X Y,Zhang Y N,et al.Advances in potential impacts of bisphenol A and its alternatives on gut-brain regulation and involved mechanismsJ.Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(3):159-174(in Chinese)双酚 A 及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展刘再腾1,2,3,赵小余1,张义宁1,李亚梦1,邱静1,穆希岩1,2,*,姜敬哲2,3,#,钱永忠11.中国农业科学院农业质量标准与检测技术研究所农业农村部农产品质量安全重点实验室,北京 1000812.上海海洋大学海洋生态与环境学院,上海 2013063.中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部南海渔业资源开发利用重点实验室,广州 510300收稿日期:2022-12-26 录用日期:2023-03-13摘要:双酚 A 及其典型替代物(双酚 F、双酚 S 和双酚 AF 等)是重要的环氧树脂与聚碳酸酯原材料,被广泛应用于各类工业生产当中,同时也引起了环境健康危害。代谢异常和神经行为影响是双酚类内分泌干扰物的 2 类重要健康效应,但 2 种效应之间的关联和机制尚未明确。为此,本文探讨了肠道和大脑之间的双向交流,总结出神经系统、免疫系统、代谢系统和内分泌系统等主要肠-脑调节途径,这些途径通过独立和相互作用,共同维持肠-脑轴正常功能。重点总结了近年来双酚类污染物对中枢神经系统、代谢效应和肠道功能等方面影响的研究进展。此外,根据双酚类污染物对肠道菌群、神经递质和激素等已知肠-脑调节因子的影响,提出该类污染物干扰肠-脑调控的潜在能力。本文将为双酚类等内分泌干扰物的毒性机制,以及相关效应的靶向防治手段等研究提供参考思路。关键词:双酚类污染物;肠-脑轴;调节机制;肠道代谢干扰效应;神经行为影响文章编号:1673-5897(2023)3-159-16 中图分类号:X171.5 文献标识码:AAdvances in Potential Impacts of Bisphenol A and Its Alternatives on Gut-Brain Regulation and Involved MechanismsLiu Zaiteng1,2,3,Zhao Xiaoyu1,Zhang Yining1,Li Yameng1,Qiu Jing1,Mu Xiyan1,2,*,Jiang Jingzhe2,3,#,Qian Yongzhong11.Key Laboratory of Agrofood Safety and Quality,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Institute of Quality Standards and TestingTechnology for Agroproducts,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100081,China2.College of Marine Ecology and Environment,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China3.South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences/Key Laboratory of South China Sea Fishery Re-sources Exploitation&Utilization,Ministry of Agriculture and Rural Affairs,Guangzhou 510300,ChinaReceived 26 December 2022 accepted 13 March 2023Abstract:Bisphenol A and its typical alternatives(bisphenol F,bisphenol S and bisphenol AF,etc.)are importantraw materials of epoxy resin and polycarbonate,which are widely used in various industrial production,and induce160 生态毒理学报第 18 卷risk toward environmental health.Metabolic abnormalities and neurobehavioral impacts are two important negativebiological effects of bisphenol analogues,however their correlation and involved mechanism remain unclear.Thus,this paper discusses the bidirectional communication between gut and brain,and summarize that nervous system,im-mune system,metabolic system and endocrine system are major gut-brain regulation pathways.These approachesmaintain the normal function of the gut-brain axis jointly through independent regulation and interactive interactions.Further,we review and highlight the recent progress in the investigation of negative effects of bisphenol analogues onthe central nervous system,metabolic effects and intestinal function.Besides,based on their influences on known gut-brain regulatory factors such as intestinal flora,neurotransmitters and hormones,we propose the potential ability ofbisphenol analogues to interfere with gut-brain regulation.This article would provide reference for the research inmechanism and targeted treatment of toxic effects of endocrine disrupting chemicals such as bisphenol analogues.Keywords:bisphenol analogues;gut-brain axis;regulatory mechanism;intestinal metabolic disrupting effects;neu-ral behavioral impacts 双酚类(bisphenol analogues,BPs)是一类具有双酚骨架的多种化合物统称,是聚碳酸酯、环氧树脂的重要原材料,用于塑料制品、医疗设备、罐头涂料、环氧胶、热敏纸、染料、油漆、添加剂和交联剂等1-3。双酚 A 作为使用量最大的双酚类化合物,已经被证明具有类雌激素效应2-3,并能诱导多种人类疾病发生,如肥胖和生殖疾病等4。自 2010 年起,加拿大、欧盟等多个国家和组织相继颁布了对双酚 A 的使用限令5。与此同时,双酚 F、双酚 S 和双酚 AF 等作为双酚 A 的替代物,在工业中的使用呈现出上升趋势6。目前在母婴产品、个人护理用品、热敏纸和罐装食饮品中均可检出双酚 A 替代物的存在4-5。随着用量的增加,双酚类污染物以多种途径排放到环境中,广泛的分布于空气、水、土壤、沉积物、灰尘等介质中4-6。此外,双酚 A 及其替代物可通过食入、皮肤接触和环境介质暴露等途径进入人体,在人类血清、尿液、胎盘和母乳中都能检出7。基于哺乳动物、斑马鱼等模型的活体和离体试验均证实双酚A 替代物具有与双酚 A 接近甚至更强的毒性和内分泌干扰效应。肠道是生物暴露于环境化学物质的主要场所,肠道中产生的响应信号及衍生物会传递到各主要器官2。因此,肠道响应与生物异常表征之间存在着密切关联。近年来的毒理学研究已经发现神经行为影响和代谢异常是双酚类污染物的 2 类重要毒性表征,但二者之间的关联尚不清楚,尤其是双酚类污染物对生物肠-脑调节的影响有待阐明。为此,本文着重梳理了肠-脑调节的主要途径和机制,同时总结了双酚类污染物引起的神经毒性和肠道代谢影响研究进展,综合探讨了双酚类污染物对肠-脑轴的潜在影响。1 肠-脑轴的主要作用途径(Pathways of action ofthe gut-brain axis)早在 19 世纪中叶美国陆军外科医生威廉 博蒙特(William Beaumont)就已经记录了消化系统与疾病和情绪的双向联系。早期关于肠脑沟通的大部分研究都集中在消化功能和饱腹感上8,而后得益于脑成像技术的出现和发展,研究者们对肠-脑轴的认识逐步加深,越来越关注肠-脑轴对高阶认知和心理的影响9-10。肠道以及其中生存的微生物将食物分解代谢为碳水化合物、脂肪酸、单酰基甘油、次级胆汁酸、支链氨基酸、神经递质类等,而肠上皮细胞在被刺激后会分泌黏液、激素、促炎细胞因子等,这些物质通过神经、免疫、代谢和内分泌等途径自下而上的传递信号,在肠-脑通讯中发挥重要作用。上述信号在被大脑感知处理后通过迷走神经、交感神经和神经内分泌等反馈调节肠道理化环境和各项活动。这些调节途径环环相扣,组成了一个复杂且完整的系统(图 1)。1.1 神经途径(Neural pathway)肠道和大脑之间有着复杂的神经网络进行信息交流,肠神经系统可独立于中枢神经系统发挥作用,控制肠道运动、跨黏膜液体运动和神经信号传导,并对中枢神经系统产生反应,迷走神经被认为是连接中枢神经系统和肠神经系统的神经纽带11。交感神经也可以调节肠黏液层的大小和质量,而黏膜免疫系统调节、微生物组成和行为改变也已经被研究观察到12。肠道微生物和宿主细胞产生的神经递质,包括去甲肾上腺素、5-羟色胺、氨基丁酸和多巴胺以及色氨酸前体和代谢物、组胺等13,它们可以激活迷第 3 期刘再腾等:双酚 A 及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展161 走神经和肠神经系统上种类繁多的受体,直接将肠道信号传递到大脑。例如,5-羟色胺可以通过 5-羟色胺受体 HTR3A 激活迷走神经14;空肠弯曲杆菌接种小鼠,将导致迷走神经感觉神经节和迷走神经的初级感觉接力核,即延髓中的孤束核(NTS)中神经元激活标志物 c-Fos 的激活15。双歧杆菌和短乳杆菌可以分泌产生氨基丁酸16,有研究也已经证明肠道菌群可能通过细菌衍生的代谢物调节果蝇的运动活性17。乙酰胆碱、5-羟色胺、一氧化氮等通过 Ca2+依赖性间接调控中枢神经,是人胃肠道中关键的生理过程18。此外,肠神经也参与肠道的局部调节以及作为肠脑信号传递的中枢11。上述报道表明,肠道分泌细胞和肠道微生物的分泌代谢物可以刺激神经系统将信号直接传递到大脑。1.2 免疫途径(Immune pathway)肠道和大脑中均存在大量免疫细胞。肠道免疫细胞可被细菌脂蛋白(BLP)和脂多糖(lipopolysaccha-ride,LPS)通过黏液层和上皮的分子交换激活,刺激肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF-)和白细胞介素(interleukin,IL)IL-1、IL-6 的分泌;而脑中的小胶质细胞、白细胞、巨噬细胞和树突状细胞等免疫细胞表面存在 Toll 样受体 TLRs 可与微生物相关的分子 MAMPs 结合,激活细胞释放促炎细胞因子;这些细胞因子可作用于大脑,影响大脑活动和行为12,18。例如肠道中产生的 TNF-和 IL-6 能够侵入并破坏血管内皮细胞,改变血脑屏障通透性,进而激活小胶质细胞诱发免疫反应12。肠道微生物可通过调节免疫过程中干扰素-(interferon-gamma,IFN-)和白细胞介素 IL-17A 水平,引发实验性自身免疫性脑脊髓炎的发生19。研究发现 2,4,6-三硝基苯磺酸处理后小鼠肠道大肠杆菌丰度增加,同时约翰逊乳杆菌丰度降低,并引起肠道炎症和记忆障碍,而约翰逊乳杆菌靶向处理可以减轻以上症状,说明了肠道微生物和肠道炎症,对记忆能力的调节作用20-21。微生物来源的短链脂肪酸(short chain fat acid,SC-FAs)可以通过修复肠道和下调免疫炎症过程对肠道环境产生多种有益作用,SCFAs 还能够跨越血脑屏障并降低小胶质细胞的活性,从而限制局部神经炎症过程22。肠道微生物与中枢神经系统之间的相互作用,除了调节神经炎症外,还在离子稳态、神经递质清除、糖原储存、血脑屏障的维持和神经信号传递等方面起作用,微生物代谢物还可以通过调控星形细胞型干扰素信号通路激活芳香烃受体(AHR)来减轻炎症23。图 1 肠-脑通讯示意图注:IL-1 表示白细胞介素,TNF-表示肿瘤坏死因子,GLP-1 表示胰高血糖素样肽-1,CCK 表示胆囊收缩素,GABA 表示-氨基丁酸。Fig.1 Gut-brain axis communication networkNote:IL-1 stands for interleukin;TNF stands for tumor necrosis factor;GLP-1 stands for glucagon-like peptide-1;CCK stands for cholecystokinin;GABA stands for aminobutyric acid;ENS stands for enteric nervous system;EECs stands for enteroendocrine cells;SCFAs stands for short chain fat acid.162 生态毒理学报第 18 卷1.3 内分泌途径(Endocrine pathway)肠道上皮有大量的内分泌细胞,它们能够感知外源刺激、分泌特定激素,进而调控中枢神经。肠内分泌 L 细胞上有许多受体以感受肠道内的各类物质刺激,如游离脂肪酸受体 FFAR1 和 FFAR4 感知长链脂肪酸24;FFAR2 感知 SCFAs25;钠偶联葡萄糖转运蛋白 SLC5A1 感知碳水化合物26;GPR119 受体感知单酰基甘油26;G 蛋白偶联的胆汁酸受体 TGR5 感知次级胆汁酸;这些都会促进胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)和酪酪肽的分泌,吲哚和 LPS也被证明可以增强 GLP-1 分泌;这些厌食激素的受体在脑干和下丘脑等中枢神经区域表达,GLP-1 和酪酪肽直接作用于食欲控制的下丘脑中心刺激饱腹感并抑制进食27。研究发现果蝇肠道在缺乏营养情况下,会通过分泌 CNMa 激素,促进对必需氨基酸的食欲;而果蝇肠道分泌的神经肽激素 Dh31 能够激发脑中产生特异性神经元,调节果蝇的进食-求爱行为的相互转换28-29。肠嗜铬细胞(enterochromaffin cell,EC)上也存在 TGR5 受体可以感知脱氧胆酸,梭状芽胞杆菌类群可以上调结肠 5-HT 限速酶 TPH1 的表达,SCFAs 也能调控 TPH1,这些都能促进 5-HT 的分泌30。有研究表明克罗恩病患者的 EC 可以被 LPS通过 Toll 样受体 TLR4 激活增加 5-HT 分泌,但在正常 EC 中没有观察到该现象31。5-HT 不能通过血脑屏障,而其前体物质色氨酸可以通过血脑屏障,而后经过色氨酸羟化酶 TPH2 羟化为五羟色氨酸,再由芳香族氨基酸脱羧酶脱去羧基生成 5-HT,EC 也直接产生五羟色氨酸通过血脑屏障32。1.4 代谢途径(Metabolic pathway)肠道中的分解代谢产物会通过体液循环进入中枢神经,并干扰神经行为。氨基酸的异常代谢是肠道作用于中枢神经的重要途径之一。肠道组织中的吲哚胺-2,3-二加氧酶(IDO)可被过量的炎性因子激活,影响色氨酸的代谢,同时肠道微生物群也可以影响色氨酸可用性,干扰犬尿氨酸代谢通路,进而造成抑郁症等精神疾病33-34。除氨基酸外,肠道产生的一些特定代谢产物也参与肠-脑轴的调节。研究发现,肠道微生物产生的代谢物 4-乙基苯硫酸盐可以诱导小鼠的焦虑样行为35。肠道中的胞壁肽进入小鼠大脑后,会对下丘脑中的神经元产生影响,进而调节食欲和体温28。由肠道菌群醇解难以消化碳水化合物生成的 SCFAs,如乙酸、丙酸和丁酸等,参与维持肠道理化性质、产生黏液和提供能量,同时会通过循环系统、免疫系统、肠内分泌以及刺激迷走神经等途径在肠脑通讯中起着巨大作用36-37。迷走神经元上存在游离脂肪酸受体 FFAR3 可以感知 SCFAs38,小鼠腹腔注射乙酸、丙酸和丁酸,发现 SCFAs 以剂量和时间依赖性的方式抑制食物摄入,且厌食功效丁酸盐丙酸盐乙酸盐,在辣椒素脱敏迷走神经后摄食行为恢复39。小鼠结肠或静脉注射的乙酸盐会通过血液循环系统作用于下丘脑,降低 AMP 活化蛋白激酶 AMPK 活性,而增加阿黑皮素原(POMC)和抑制刺鼠相关肽 AgRP 的表达,导致食欲降低401.5 下行调控(Descending modulation)上述各途径并不是单独起作用的,多途径同时或先后参与肠道至大脑的上行信息传递,这些信号直接或间接被孤束核、下丘脑、海马体、纹状体等大脑区域接收,并激活脑对肠的下行反馈,主要通过迷走神经、交感神经、神经内分泌来调节。下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-ad-renal,HPA)轴是下行途径的重要通路,当下丘脑接收到信号后,下丘脑室旁核(PVN)释放皮质激素释放因子(CRF),刺激垂体前叶释放促肾上腺皮质激素(ACTH),靶向作用于肾上腺皮质,刺激糖皮质激素(GC)的释放22,41。产生的糖皮质激素可以作用于免疫细胞糖皮质激素受体(GR),进而调节肠道黏膜免疫系统42。压力也会引起 HPA 轴紊乱,在大鼠胃、小肠和结肠对蔗糖、乳果糖-甘露醇和三氯蔗糖的吸收比率实验中发现压力导致肠胃道通透性改变,而在肾上腺切除术或 GR 阻断后恢复43。此外,HPA轴紊乱,CRF 和 GC 将会显著增加肠道紧密连接蛋白 claudin-2 的表达和肠肥大细胞的激活,改变肠通透性,因而肠道细菌 LPS 更容易进入体循环导致免疫炎症等后果44。几项研究发现 HPA 轴紊乱会导致肠易激综合征,但其中的机制还有待进一步阐明45。下丘脑-垂体-甲状腺(hypothalamic-pituitary-thy-roid,HPT)轴在肠-脑调节中也被关注,与 HPA 轴相似,下丘脑-产生促甲状腺素释放激素(TRH),刺激垂体产生促甲状腺素(TSH),TSH 刺激甲状腺分泌甲状腺素(T4)和三碘甲状腺原氨酸(T3)46。T3 可以作用到肠道细胞的甲状腺激素受体 TR1 以及溶质载体家族 SLC17A4 转运体、大型中性氨基酸转运蛋白(LAT)和有机阴离子转运多肽(OATP)进而调控肠上皮稳态47。综上,上行信号和下行信号通过体液神-经系统传递,共同构成了生物肠-脑轴复杂的双向通讯网络,对维持生物内稳态起着重要作用。第 3 期刘再腾等:双酚 A 及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展163 2双酚类污染物的神经毒性和肠道代谢影响(Neurotoxicity and intestinal metabolic effects ofbisphenol pollutants)2.1 神经毒性和行为影响(Neurotoxicity and behav-ioral impact)由于双酚 A 具有通过血脑屏-障的能力,它被认为与多种神经系统疾病和神经行为障碍有关48。流行病学研究发现,产前双酚 A 暴露与婴幼儿行为和认知能力的不良表现,包括记忆和社交能力下降等存在联系49。为此,双酚类污染物的神经系统影响引起了广泛关注。2.1.1 行为影响行为异常是神经系统障碍的主要表征,妊娠期双酚 A 暴露可能引起儿童和青少年神经行为异常,如抑郁、焦虑、自闭和社交/沟通障碍等50-51。近些年关于双酚类物质对行为影响的动物试验证据也在不断增加(表 1)。关于斑马鱼的研究中发现,双酚类污染物低剂量暴露就会降低其移动距离、游泳速度表 1 双酚 A 及其典型替代物对行为的影响Table 1 Effects of bisphenol A and its typical alternatives on behavior模式生物Model行为Behaviors双酚类污染物BPs暴露浓度Concentration观测时期Period表征Characterization参考文献References斑马鱼Zebrafish多动症Hyperactivity运动抑制Motorial inhibition刺激响应Stimuli responsive认知障碍Cognitive impairment学习缺陷Learning deficitsBPABPABPA、BPF、BPAFBPFBPAFBPFBPA0.1 mol L-11、5、15 mol L-1200 g L-10.5 g L-1500、5 000 g L-10.1、0.3、1 mol L-10.5、5 g L-10.1、1 mol L-15 dpf5 dpf6 dpf6 dpf5 dpf150 dpf8 个月Eight months old运动活性增加Increased locomotor activity游泳速度降低Decreased swimming speed游泳速度降低Decreased swimming speed移动距离减少Reduced moving distance移动距离和运动活性减少Reduced moving distanceand locomotor activity光环境速率降低、暗环境速率升高The velocity decreases inlight and increases in dark发现奖励时间延长The time to discover the rewardis prolonged学习试验次数增加The number of study trials increased56535452555758小鼠Mouse抑郁样行为Depressive-like behaviorsBPF、BPS50 mg kg-1暴露 28 dExposure for 28 d悬尾不动时间和游泳不动时间增加The immobility time of tail suspensionand swimming were increased59焦虑样行为Anxiety-like behaviorBPA250 ng kg-14 和 8 周龄4 and 8 weeks old中心区域停留时间减少Center area residence time reduced60恐惧记忆Fear memoryBPA250 ng kg-14 周龄4 weeks old冻结比例增加Freezing ratio increased62大鼠Rat认知障碍Cognitive impairmentBPA250 mg kg-1暴露 8 周Exposure foreight weeks水迷宫潜伏时间增加、Y 迷宫交替次数减少、识别物体能力减弱The latency time in thewater maze increased,the number ofalternations in the Y maze decreasedand the ability to recognize objects decreased61注:BPs 表示双酚类物质,BPA 表示双酚 A,BPF 表示双酚 F,BPS 表示双酚 S,BPAF 表示双酚 AF,dpf 表示受精后日龄。Note:BPs stands for bisphenols;BPA stands for bisphenol A;BPF stands for bisphenol F;BPS stands for bisphenol S;BPAF stands for bisphenol AF;dpfmeans days post fertilization.164 生态毒理学报第 18 卷和运动活性52-54,而在光暗刺激下,暗环境促进斑马鱼的运动55,有研究也发现双酚 A 会导致斑马鱼多动56。在水迷宫试验中,双酚类污染物暴露后的斑马鱼发现奖励时间延长,学习次数增加,表现出明显的认知障碍57和学习缺陷58。在小鼠和大鼠的实验中,发现双酚类污染物暴露导致悬尾不动时间和游的认知障碍57和学习缺陷58。在小鼠和大鼠的实验中,发现双酚类污染物暴露导致悬尾不动时间和游泳不动时间增加,水迷宫潜伏时间增加、中心区域停留时间减少、Y 迷宫交替次数减少、识别物体能力减弱,表现出明显的抑郁样行为59、焦虑样行为60和认知障碍61,有研究也报道围产期暴露于低剂量的双酚 A 可增强幼年小鼠的恐惧记忆62。秀丽隐杆线虫胚胎暴露于双酚 S,会损害成虫非联想学习且与双酚 A 作用方式相似。亲代接触双酚 F 会显著改变后代的行为,导致焦虑和抑郁状态的增加63。2.1.2 影响神经发育神经系统异常是双酚类污染物影响生物行为的主要上游机制,根据现有报道双酚类污染物的神经毒性主要包括神经发育异常、干扰神经传递、神经炎症、细胞凋亡和氧化损伤等(表 2)。大量哺乳动物研究表明双酚类污染物可诱导神经元可塑性变化、神经元发育异常,进而引起认知功能障碍等症状64-65。斑马鱼暴露于双酚 S 会诱导下丘脑神经发生,并可能干扰早期大脑发育56。运动神经元绿色荧光转基因斑马鱼试验表明,双酚 F 可抑制斑马鱼胚胎外周神经元发育66。Gu 等67研究发现,双酚 S 短期暴露,可引起斑马鱼仔鱼视网膜结构改变,并伴随神经发育相关基因表达下调。慢性双酚 A 暴露后,绿色荧光标记 GnRH3 转基因青鳉鱼仔鱼前脑中神经元细胞体积明显减小,并伴随仔鱼活跃度显著下降68。双酚 A、双酚 S、双酚 F 和双酚 AF 会影响斑马鱼早期中枢神经系统的发生54。除抑制神经发育外,低剂量的双酚 A 和双酚S 被发现能够促进斑马鱼下丘脑区域的神经元发生,并进一步引起仔鱼出现类焦虑行为56。表 2 双酚 A 及其典型替代物对不同神经毒性靶点的影响Table 2 Effects of bisphenol A and its typical alternatives on different neurotoxic targets模式生物Model评价指标Indicator暴露浓度Exposureconcentration观测时期ObservationperiodBPABPFBPSBPAF参考文献References斑马鱼Zebrafish下丘脑神经发生Hypothalamic neurogenesis谷氨酰胺Glutamine多巴胺Dopamine5-羟色氨酸Serotonin5-羟基吲哚乙酸5-HIAA乙酰胆碱Acetylcholine中枢神经系统神经发生Central nervous system neurogenesis运动神经元轴突长度Motor neuron axon length初级运动神经元轴突长度Axon length of primary motoneurons次级运动神经元轴突长度Axon length of secondary motoneurons0.0068 mol L-1200 g L-1200 g L-10.5、5 mg L-115 mol L-15 dpf6 dpf72 hpf36 hpf72 hpf27 hpf48 hpf+-+-56545253第 3 期刘再腾等:双酚 A 及其替代物对肠-脑调节的潜在影响及相关机制研究进展165 续表2模式生物Model评价指标Indicator暴露浓度Exposureconcentration观测时期ObservationperiodBPABPFBPSBPAF参考文献References小鼠Mouse去甲肾上腺素Norepinephrine-氨基丁酸-aminobutyric acid谷氨酸Glutamate5-羟基吲哚乙酸5-HIAA5-羟色氨酸Serotonin多巴胺Dopamine单胺氧化酶 B 活性MAO-B activity500 g kg-116 周/14 周16 weeks/14 weeks250 ng kg-14 9 周4 9 weeks250 ng kg-19 周9 weeks+-696260大鼠Rat氧化应激Oxidative stress半胱天冬酶-3 活性Caspase-3 activity运动神经元的大小The size of the motoneurons多巴胺和血清素相关基因Dopamine and serotonin-related genes250 mg kg-18 周8 weeks5、50、500、5 000 g kg-128 d10 g kg-121 d+-+-+-+-617770大鼠胎儿下丘脑细胞Hypothalamus cellsof fetal rat下丘脑神经元发育Development ofhypothalamic neuron100 nmol L-110 d+78小鼠海马(HT-22)细胞系Hippocampal cellline(HT-22)细胞活性Cell activity100、200、400、600、800、1 000 mol L-124 h-细胞凋亡Apoptosis200 mol L-11 h+74人谷氨酸能神经元Humanglutaminergicneurons活性氧/活性氮ROS/RNS一氧化氮合酶Nitric oxide synthase0.1、1.0、10 mol L-114 d+75注:BPs 表示双酚类物质,BPA 表示双酚 A,BPF 表示双酚 F,BPS 表示双酚 S,BPAF 表示双酚 AF,dpf 表示受精后日龄,hpf 表示受精后小时龄,-表示下调,+表示上调;+-表示存在多种指标,部分上调、部分下调。Note:BPs stands for bisphenols;BPA stands for bisphenol A;BPF stands for bisphenol F;BPS stands for bisphenol S;BPAF stands for bisphenol AF;5-HIAA stands for 5-hydroxyindoleacetic acid;MAO stands for monoamine oxidase;ROS stands for reactive oxygen species;RNS stands for reactive ni-trogen species;dpf means days post fertilization;hpf means hours post fertilization;-means negative feedback;+means positive feedback;+-indicatesthe presence of multiple indicators,some of which are up-regulated and some of which are down-regulated.2.1.3 干扰神经传递神经传递是双酚类污染物影响神经系统的一个重要途径,主要表现为干扰神经递质水平及相关的信号传导。围产期暴露于低剂量的双酚 A 可增强幼年小鼠的恐惧记忆和 5-羟色胺能系统,并增加幼年雌性小鼠中脑、脑桥、延髓、海马体和纹状体中的血清素代谢物 5-羟基吲哚乙酸(5-HIAA)水平62。Ogi 等69调查了产前和哺乳期双酚 A 暴露对神经递质去甲肾上腺素、-氨基丁酸和谷氨酸的影响,结果表明,产前和哺乳期暴露于低剂量双酚 A 可能会调166 生态毒理学报第 18 卷节去甲肾上腺素、氨基丁酸和谷氨酸系统,从而导致行为改变。双酚 A、双酚 F 和双酚 S 对 5-还原酶和多巴胺-5-羟色胺系统相关的基因在幼年雌性大鼠前额叶皮层中的表达具有显著影响70。除哺乳动物外,以斑马鱼为模型的研究也获得了类似的结果。Naderi 等71发现双酚 A 和双酚 S 自胚胎期起低浓度长期暴露会引起斑马鱼大脑中氯化物转运蛋白编码基因,以及氨基丁酸和谷氨酸合成、储存、运输和信号传导相关基因的 mRNA 表达水平改变。双酚 A、双酚 S、双酚 F 和双酚 AF 在斑马鱼早期生命阶段暴露,会显著影响 5-羟色胺能系统、犬尿素能系统、多巴胺能系统和胆碱能系统相关神经递质水平和代谢,其中双酚 AF 表现出最强的神经毒性54。2.1.4 诱导神经损伤双酚类污染物诱导的神经损伤有多种类型,其中神经炎症和细胞凋亡是 2 个重要途径。Takahashi等72报道,双酚 A 可通过激活小鼠端脑区的小胶质细胞引起神经炎症反应,进而导致小鼠行为异常。离体研究发现双酚 A 和双酚 AF 暴露可显著促进小鼠海马区细胞凋亡73-74。Yuan 等52发现,双酚 F 可通过激活斑马鱼仔鱼脑部小胶质细胞引起炎性反应,促进脑部细胞凋亡,并抑制仔鱼行为活性。一氧化氮异常代谢引起的氧化损伤是神经毒性的另一诱发因素,基于人谷氨酸能神经元的研究发现,双酚 A暴露会引起一氧化氮合酶 iNOS 和 nNOS 及 3-硝基酪氨酸含量上升,并产生大量的活性氮(RNS)和活性氧(ROS),进而引发神经毒性75。此外,近年来有研究发现双酚 A 在离体条件下可导致类神经退行性症状,如诱导 淀粉蛋白含量、促进 Tau 蛋白磷酸化等76;流行病学研究同样发现双酚 A 接触与帕金森综合征和阿尔兹海默症等神经退行性疾病的发生有关,但相关机制尚不明确48。2.2 肠道代谢干扰效应(Intestinal metabolic disrup-ting effects)消化系统是双酚类污染物的敏感靶点,双酚 A可直接影响肠道消化和肝脏,胰岛代谢79-81。此外,双酚 A 已证明能够改变斑马鱼的糖脂代谢并诱导肥胖82-84。不幸的是,双酚 S、双酚 F 和双酚 AF 等替代物也逐渐被证实具有类似的代谢干扰效应。2.2.1 干扰肠道功能