《Environmental Pollution》：Chlorpyrifos-induced autism and depression-like behaviors are ameliorated by trehalose: Integrating network pharmacology and toxicology analyses and animal experiments
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研究探讨了氯代吡啶磷酸（CPF）孕期及哺乳期暴露对自闭症谱系障碍（ASD）的潜在影响，并通过网络药理学和毒理学分析发现，海藻糖（Tre）可通过抑制mTOR相关自噬和TLR4相关坏死信号通路减轻CPF诱导的ASD相关行为及海马体损伤。动物实验验证了Tre对CPF致ASD模型的改善作用。
作者：宋书书、魏青豪、涂颖、周顺、周娇娇、陶俊燕、陈云、周浩、尤明丹
单位：贵州医科大学公共卫生学院，教育部环境污染监测与疾病控制重点实验室，中国贵州贵阳市561113
摘要
妊娠和哺乳期间接触有机磷农药氯吡硫磷（CPF）会增加自闭症谱系障碍（ASD）的风险。作为一种神经发育障碍，ASD常伴随抑郁症出现，加剧受影响个体的社会隔离感。海藻糖（Tre）是一种天然存在的非还原性糖类，具有神经保护作用。然而，其对抗CPF引起的ASD和抑郁样行为的保护机制尚不明确。本研究旨在通过网络药理学和毒理学分析，探讨Tre发挥保护作用的机制。在动物实验中，给妊娠和哺乳期间接触CPF的后代小鼠施用海藻糖。行为评估显示，海藻糖减轻了CPF引起的重复性和刻板行为、社交缺陷及抑郁样行为。网络药理学和毒理学分析结果及动物实验结果支持这样的观点：哺乳动物雷帕霉素靶点相关的自噬和TLR4相关的坏死性凋亡信号通路可能参与了海藻糖对CPF引起的海马损伤的保护作用。这项研究为了解环境化学物质相关神经发育障碍的潜在保护作用提供了有价值的信息。
引言
自闭症谱系障碍（ASD）的特点是社交沟通困难、兴趣范围狭窄以及重复性或仪式性行为（Lord等人，2018年），并被认为是一种终身性疾病（Gotham等人，2014年；Upadhyay等人，2021年）。2025年，美国疾病控制与预防中心发布报告称，约1/31的8岁儿童被诊断为ASD，患病率约为3.22%（Shaw等人，2025年）。ASD通常在儿童早期被诊断出来（Chan等人，2020年），但进入青春期时常伴随抑郁症等共病心理问题的出现（Rai等人，2018年）。由于ASD患者的沟通障碍，抑郁症状常常被低估；然而，其抑郁患病率仍显著高于普通人群，导致自杀意念和行为的风险增加（Chandrasekhar和Sikich，2015年）。仅靠基因突变无法解释ASD患病率的快速上升。越来越多的研究表明，环境污染可能是ASD的主要原因（Balalian等人，2024年；Love等人，2024年；Tartaglione等人，2024年）。西班牙的一项横断面流行病学研究涉及2,821名ASD儿童，发现农药使用量较大的地区的ASD患病率高于使用量较小的地区（Roman等人，2024年）。新兴的流行病学调查和实验研究表明，妊娠和哺乳期间接触环境毒素（包括农药）可能增加后代的ASD风险。
氯吡硫磷（CPF）是一种广泛使用的有机磷农药（Ubaid Ur Rahman等人，2021年）。它不仅用于水果和蔬菜的杀虫，还广泛应用于住宅区的害虫防治（Dereumeaux等人，2020年）。最近，《斯德哥尔摩公约》将CPF列为持久性有机污染物，计划从2026年起全球禁止其生产和使用（Programme，2025年）。CPF具有多种毒性作用，包括基因毒性和发育毒性（European Food Safety等人，2020年；Tesi等人，2025年）。因此，在过去十年中，欧洲和北美的监管机构逐步禁止或限制其在农业和家庭中的使用。尽管有监管限制，但由于历史应用和化学稳定性，CPF仍存在于环境介质中。美国的生物监测研究在农业区的空气颗粒物和家庭灰尘样本中检测到了可量化的CPF残留（Gibbs等人，2017年）。由于CPF在土壤、大气颗粒物和水生系统中的持久性，其主要通过胃肠道吸收进入人体（Wang等人，2016年）。CPF及其主要氧化代谢物在人类生物样本（包括尿液、血浆和母乳）中可被检测到（Brahmand等人，2019年；Deepika等人，2022年；Wang等人，2016年）。
妊娠和哺乳对后代中枢神经系统（CNS）的发育至关重要。这些时期接触环境污染物可能导致CNS功能障碍，增加发育障碍的风险（Payne-Sturges等人，2023年）。CPF可通过胎盘屏障影响胎儿（Joly Condette等人，2015年），并能够穿透血脑屏障进入CNS，改变大脑结构和功能（Miller等人，2021年）。孕期接触CPF可能导致胎儿发育缺陷，以及认知能力和语言技能受损（Chiu等人，2021年）。流行病学和动物研究表明，在神经发育的关键时期接触低剂量CPF会导致多种有害的神经损伤，包括ASD、认知障碍和注意力缺陷多动障碍（ADHD）（Dalsager等人，2019年；Fage-Larsen等人，2024年；Perez-Fernandez等人，2022年；von Ehrenstein等人，2019年）。自噬是一种通过溶酶体降解和回收受损细胞器、错误折叠的蛋白质和病原体的过程，对维持细胞稳态至关重要（Mizushima和Komatsu，2011年）。调节自噬缺陷可能用于治疗某些疾病。值得注意的是，哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）信号的过度激活已被认为会干扰ASD患者的大脑自噬（Tang等人，2014年）。此外，动物模型研究表明，CPF暴露会导致海马区自噬相关蛋白的表达改变（Seth和Chopra，2022年）。
海藻糖（Tre）是一种天然存在的非还原性二糖，1832年首次从黑麦中提取，后来在细菌、真菌、植物和许多无脊椎动物中被发现，但在哺乳动物中未发现（Arguelles，2014年）。作为一种生物保护剂，海藻糖能保护细胞免受多种环境侵害。其对自噬的影响显著，使其成为治疗包括亨廷顿病、阿尔茨海默病和帕金森病在内的神经退行性疾病的潜在候选物质（Rusmini等人，2019年）。值得注意的是，坏死性凋亡在多种神经退行性疾病的发病机制中起重要作用（Faergeman等人，2020年）。最近的研究表明，自噬受损与神经发生过程中的坏死性凋亡增加有关（Jung等人，2020年）。然而，海藻糖在神经发育障碍中的作用尚未得到充分研究。海马是大脑中处理感觉、运动和动机信息的重要区域，在神经发育阶段对神经障碍（包括ASD、ADHD和认知衰退）的发病起着关键作用（Banker等人，2021年；Goncalves等人，2016年）。
因此，本研究利用网络毒理学和药理学分析，以及分子对接和动态模拟，预测CPF暴露和海藻糖治疗对神经行为反应、信号通路和相关靶基因的潜在影响。同时，采用小鼠模型验证生物信息学分析预测的关键生物过程和通路，并探讨海藻糖缓解CPF引起的神经发育损伤的机制。该研究整合了网络药理学和毒理学分析与实验验证，以阐明外源物质-生物相互作用的分子机制，并揭示海藻糖在减轻CPF引起的神经发育损伤中的治疗潜力。
部分内容摘录
预测CPF、海藻糖和疾病的共同靶点
从CTD数据库中获取了与CPF相关的靶点
网络药理学和毒理学分析确定海藻糖缓解CPF引起的ASD样行为的潜在靶点
为了预测海藻糖是否对CPF引起的自闭症样行为有缓解作用，我们进行了网络药理学和毒理学分析（图1）。首先从PubChem数据库获取CPF的初始三维结构（图1A），然后在CTD数据库中筛选相关精神障碍。从CTD数据库中确定了前六种相关疾病（图1B）。对海藻糖也采用了相同的分析方法（图1C和D）。结果表明，海藻糖能够缓解ASD样行为。
讨论
ASD涵盖了一系列神经发育障碍，常与其他神经系统疾病（如抑郁症）共存（Hirota和King，2023年）。最新研究表明，孕妇在妊娠和哺乳期间接触环境污染物是儿童患ASD的重要风险因素（Balalian等人，2024年；Love等人，2024年；Tartaglione等人，2024年）。最近，CPF被列为持久性有机污染物
结论
海藻糖改善了妊娠和哺乳期间接触CPF的后代小鼠的行为，这些行为类似于ASD和抑郁症患者的表现。此外，海藻糖还减轻了海马损伤并降低了突触密度。其保护机制可能与其抑制CPF引起的自噬-溶酶体功能障碍有关，这一过程与mTOR信号通路和坏死性凋亡相关。这种抑制作用可能解释了海藻糖的神经保护效果
CRediT作者贡献声明
周浩：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。
周顺：方法学、实验研究。
周娇娇：可视化、方法学。
陶俊燕：撰写、审稿与编辑。
陈云：撰写、审稿与编辑。
宋书书：撰写初稿、可视化、方法学、实验研究、正式分析。
魏青豪：可视化、方法学、实验研究、正式分析。
涂颖：可视化、方法学。
尤明丹：撰写、审稿
利益冲突声明
作者声明没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（资助编号82260630和82304096）、贵州医科大学的优秀青年人才计划（资助编号2023/108）以及贵州省自然科学基金（资助编号ZK 2022396）的支持。
