综述：环境神经毒性污染物在脊椎动物系统中的新兴前景和后果

《Discover Toxicology》：Emerging prospects and consequences of environmental neurotoxic pollutants in the vertebrate system

本文综述了环境神经毒性污染物（如重金属、农药、工业化学品）对脊椎动物神经系统健康的影响及其作用机制，涵盖从分子水平的神经传递干扰、氧化应激、神经炎症到种群水平的认知缺陷、运动障碍和神经发育异常。文章系统探讨了污染物在鱼类、两栖类、爬行类、鸟类及哺乳动物中的生物积累效应与生态风险，并评述了当前用于评估神经毒性的分子生物标志物、神经成像技术和行为学检测方法。最后，作者强调了通过神经保护干预（如抗氧化疗法）和加强环境法规以降低排放的必要性，并展望了连接毒理学、生态学和公共健康的跨学科研究前景。

　　

引言

“神经毒素”是一类特异性靶向神经系统的毒素，会损害神经细胞并扰乱神经功能。过去几十年来，环境神经毒性污染物显著增加，对个体构成严重的健康威胁。研究表明，人类脑组织中的微塑料水平在八年内增加了50%，尤其影响到痴呆症患者。铅（Pb）、甲基汞（As）和砷（Hg）等最著名的环境毒物主要通过神经毒性发挥其有害作用。神经毒素通过攻击神经元及其信号通路来干扰神经系统的运作，其作用机制包括干扰神经传递、离子通道功能和线粒体功能，从而导致神经元损伤或死亡。

神经毒性污染物的多样化

神经毒性污染物是指损害神经系统、损害脑功能、认知和运动技能的物质。根据其化学成分和来源，可分为以下几类：

1. 1.
   重金属：如铅（Pb）、汞（Hg）、砷（As）和镉（Cd），它们破坏脑功能并在体内蓄积。
2. 2.
   除草剂和杀虫剂：如有机磷类、氨基甲酸酯类和有机氯类农药，影响神经传递和大脑发育。
3. 3.
   工业化学品：如多氯联苯（PCBs）、多溴二苯醚（PBDEs）和二恶英，可导致严重的神经系统疾病。
4. 4.
   空气污染物：如细颗粒物（PM_2.5、PM₁₀）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO_x）和二氧化硫（SO₂），通过引发炎症和氧化应激影响大脑健康。
5. 5.
   食品和水污染物：如双酚A（BPA）、全氟烷基物质（PFAS）、氰毒素和过量氟化物，通过摄入进入人体。

这些污染物的来源、效应和环境影响的示意图清晰地展示了其对生态系统的多重威胁。

同时，砷污染通过水生生态系统和食物链移动的环境影响图，强调了生物放大作用对人类健康的风险。

神经毒性污染物所致损伤的生物力学

毒素由多种来源产生，作为一种生存策略，旨在改变其他物种的生理机能。神经毒素是最强效的毒素之一，由于神经系统在动物生理学中的关键作用，其主要靶向神经系统。即使是少数神经元中微小的生化改变，也可能导致显著的行为和生理紊乱。神经毒素对其机制的分子水平研究，继续完善了我们对突触功能和神经元恢复力的认识。神经毒性污染物暴露对大脑造成的神经学后果示意图，左半球（红色）代表认知和心理损伤，右半球（蓝色）突出运动和神经退行性效应。

神经毒素对脊椎动物系统的影响

对鱼类的影响

神经毒性污染物对鱼类生态系统产生不利影响。鱼类极易吸收、解毒和积累重金属，是监测水生生态系统的优秀生物指示剂。重金属可以通过半透膜的离子交换、呼吸时的水吸收或摄食进入鱼体，并在不同部位积累。铅（Pb）对鱼类的细胞和分子通路影响示意图，展示了其导致氧化应激、破坏细胞信号传导和干扰离子运输的机制。

砷（As）毒性对鱼类的多重生理和发育影响示意图，强调了其对细胞结构、生长、免疫、氧化应激和繁殖成功的广泛危害。

铜（Cu）对不同水生环境中的鱼类也具有毒性，其作用机制包括干扰离子调节、诱导氧化应激和行为改变。

对两栖动物的影响

神经毒素，如农药和铅、砷等重金属，对两栖动物种群有显著影响，导致行为异常、神经发育缺陷和种群数量下降。研究显示，1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶（MPTP）和新烟碱类杀虫剂吡虫啉能在两栖动物模型中引发类似帕金森的症状和行为改变，并能穿过血脑屏障（BBB）在大脑中生物积累。杀虫剂甲萘威（Carbaryl）会抑制乙酰胆碱酯酶（AChE），影响蝌蚪的免疫反应和基因表达，并改变物种间的竞争和捕食关系。

对爬行动物的影响

全氟辛烷磺酸（PFOS）和多氟烷基物质（PFASs）等工业化学品对爬行动物构成威胁。研究表明，PFOS能在野生鳄龟体内显著生物积累，并与氧化应激标志物升高相关。暴露于PFAS的淡水龟表现出代谢紊乱、肠道菌群改变，并且母体能够将化学负荷转移给后代，影响其卵的生物化学和发育。

对鸟类的影响

铅、汞和有机磷酸酯杀虫剂等神经毒素严重影响鸟类的中枢神经系统、行为和繁殖。铅中毒会损害神经传递，导致共济失调、震颤甚至死亡。汞暴露会损害认知功能和运动协调。有机磷酸酯会抑制乙酰胆碱酯酶活性，导致麻痹和生存率下降。研究发现，持久性有机污染物（POPs）混合物和PFOS会干扰鸟类小脑颗粒神经元（CGNs）的发育神经毒性，其机制涉及N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDA-R）介导的钙内流和氧化应激。铅暴露还会导致野生大山雀雏鸟DNA甲基化谱的改变，并损害雄鸟的生殖健康，如精子活力下降和抗氧化防御减弱。

对哺乳动物（包括人类）的影响

神经毒性污染物可通过直接和间接途径损害哺乳动物（包括人类）的神经系统健康。直接效应是污染物直接与神经系统相互作用，导致神经功能损伤或紊乱。间接效应是污染物影响其他身体系统，进而波及神经系统。慢性暴露于汞、铅等神经毒素与帕金森病（PD）、阿尔茨海默病（AD）等神经退行性疾病以及儿童发育障碍相关。暴露于农药等神经毒性化学物质可能与注意缺陷多动障碍（ADHD）、自闭症谱系障碍（ASD）等行为和认知障碍有关。

结论

环境神经毒性污染物对脊椎动物构成了广泛且严重的威胁，其影响从分子、细胞层面延伸至个体行为、种群动态乃至整个生态系统。这些污染物通过干扰神经传递、诱导氧化应激和神经炎症、引发生物积累和生物放大等多种机制损害健康。鉴于其在生命早期暴露可能导致持久的神经行为障碍，当前的风险缓解工作聚焦于神经保护干预和加强环境法规。未来的研究必须采用连接毒理学、生态学和公共卫生的综合性、跨学科方法，以更好地应对环境神经毒性物质带来的复杂挑战，为保护野生动物和人类群体制定有效政策提供基础。