《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：Malathion-induced neurological alterations associated with dysregulation of RORγt/STAT3/IL-17 and FOXP3/STAT5/IL-10 pathways: potential neuroprotective effects of BCG
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本研究揭示了常用有机磷农药马拉硫磷通过打破促炎(RORγt/STAT3/IL-17/IL-22)与抗炎(FOXP3/STAT5/IL-10)通路间的平衡，诱导神经炎症、细胞凋亡和神经退行性病变，导致认知行为障碍。研究人员进一步发现，接种BCG疫苗可通过调节免疫反应、重塑该免疫稳态，有效逆转上述神经损伤，为防治有机磷化合物(OPC)神经毒性提供了一种具有转化潜力的免疫干预新策略。
解开农药毒性之谜：免疫失调如何损害大脑，以及一种旧疫苗的新发现
在现代农业生产中，有机磷化合物(OPC)被广泛用作杀虫剂，以其强大的效力抵御着各种害虫。然而，这些化学物质的使用也伴随着对人类健康的潜在威胁，特别是长期接触可能导致的神经功能障碍，甚至死亡。马拉硫磷(Malathion)就是其中一种代表性有机磷农药。人们早已知道，它通过抑制乙酰胆碱酯酶(AChE)，导致神经突触间隙的乙酰胆碱(ACh)过度积累，引发急性中毒症状。但最新的科学研究发现，其神经毒性的故事远比我们想象的更复杂。除了直接干扰胆碱能系统，慢性暴露还会导致氧化应激、免疫紊乱，并与阿尔茨海默病样的认知损害、小胶质细胞激活等神经炎症过程相关。这揭示了一个更深层次的问题：农药暴露引发的慢性神经损害，可能与我们身体内部的免疫系统失调密切相关。
我们的免疫系统是一个精妙的平衡体，尤其是其中的辅助性T细胞(T helper cells)家族。其中，促炎的Th17细胞和抗炎的调节性T细胞(Tregs)相互制衡，维持着机体的免疫稳态。转录因子RORγt (retinoic acid-related orphan receptor gamma-t)是Th17细胞分化的关键开关，它驱动白介素-17 (IL-17)和IL-22等促炎细胞因子的产生。而FOXP3 (forkhead box P-3)则是Tregs的“指挥官”，促进IL-10等抗炎因子的释放。信号转导与转录激活因子(STAT)3和STAT5则分别是这两个通路中的重要“信号兵”。一旦这个平衡被打破，身体便可能陷入慢性炎症的泥潭。那么，马拉硫磷是否会干扰这个关键的免疫天平？是否有可能通过某种干预来修复这种失衡，从而保护大脑免受其害？
来自国内研究团队的一项最新研究，正是为了回答这些问题。他们发表在《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》上的论文，深入探讨了马拉硫磷如何通过扰乱RORγt/STAT3/IL-17和FOXP3/STAT5/IL-10这两个核心免疫通路来诱发神经炎症，并创新性地评估了卡介苗(BCG, Bacillus Calmette-Guérin)这种经典结核病疫苗，在减轻这种神经炎症和神经损伤中的潜在保护作用。这项研究不仅揭示了农药神经毒性的一个新机制，也为寻找神经保护性疗法提供了令人兴奋的新方向。
研究是如何开展的？
研究人员采用了经典的动物实验模型，将大鼠分为对照组、马拉硫磷中毒组、BCG处理组和东莨菪碱处理组（作为抗胆碱能药物的对照）。他们首先通过腹腔注射给药28天建立模型，然后通过一系列实验方法来评估神经毒性及干预效果。主要技术方法包括：
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行为学测试：通过高架十字迷宫、强迫游泳、悬尾、Y迷宫、转棒和旷场实验，系统评估大鼠的焦虑、抑郁、认知和运动协调能力变化。
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组织病理学检查：使用苏木精-伊红(H&E)染色观察大鼠大脑皮质的组织形态学变化。
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分子生物学技术：
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使用实时定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)检测大脑皮质中FOXP3、RORγt、STAT3和STAT5的基因表达水平。
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使用酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测ACh、脑源性神经营养因子(BDNF)、IL-10、IL-17、IL-22、B细胞淋巴瘤-2 (BCL2)和BCL-2相关X蛋白(BAX)的蛋白浓度。
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使用免疫组织化学分析技术评估胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和白介素-1β (IL-1β)的蛋白表达水平。
研究揭示了哪些关键结果？
1. 行为学改变
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结论：马拉硫磷暴露导致大鼠出现显著的焦虑、抑郁样行为、认知和运动协调能力损伤。BCG处理能够有效改善这些行为异常。
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依据：在马拉硫磷中毒组，高架十字迷宫中停留在开放臂的时间减少，强迫游泳和悬尾测试中的不动时间延长，Y迷宫的自发交替率降低，转棒实验中跌落次数增多，旷场实验中的不动时间和停留在边缘区域的时间增加。而BCG处理组在这些测试中表现均得到显著改善。
2. 乙酰胆碱(ACh)和脑源性神经营养因子(BDNF)水平
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结论：马拉硫磷导致大脑中ACh水平升高（印证其AChE抑制作用），而BDNF水平降低。BCG处理能部分逆转这些变化。
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依据：ELISA检测显示，与对照组相比，马拉硫磷组ACh浓度显著升高，而BDNF浓度显著降低。BCG处理组与东莨菪碱处理组均能显著降低ACh水平并提升BDNF水平。
3. 组织病理学变化
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结论：马拉硫磷引起大脑皮质严重的组织损伤，包括神经元萎缩、核固缩、神经胶质增生和血管充血。BCG处理显著改善了大脑皮质结构。
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依据：H&E染色图像显示，对照组大脑皮质结构正常；马拉硫磷组则出现严重的神经元退行性变和神经胶质细胞异常。BCG治疗组的大多数神经元结构恢复正常，只有少数显示凋亡特征。
4. 胶质纤维酸性蛋白(GFAP)和白介素-1β (IL-1β)的表达
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结论：马拉硫磷显著增加了星形胶质细胞活化的标志物GFAP和促炎因子IL-1β的表达。BCG处理有效降低了它们的表达。
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依据：免疫组化显示，马拉硫磷组神经胶质细胞中GFAP的胞质阳性反应，以及神经元和神经胶质细胞中IL-1β的胞核阳性反应均显著增强。BCG组这两种蛋白的表达则显著减少。
5. 促炎信号通路(RORγt/STAT3/IL-17/IL-22)的影响
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结论：马拉硫磷激活了促炎信号通路，而BCG抑制了该通路的激活。
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依据：qRT-PCR和ELISA结果显示，与对照组相比，马拉硫磷组RORγt和STAT3的基因表达以及IL-17和IL-22的蛋白水平均显著上调。BCG处理组则显著下调了这些指标，效果与东莨菪碱组相当。
6. 抗炎信号通路(FOXP3/STAT5/IL-10)的影响
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结论：马拉硫磷抑制了抗炎信号通路，而BCG激活了该通路。
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依据：马拉硫磷组FOXP3和STAT5的基因表达以及IL-10的蛋白水平均显著下调。BCG处理则显著上调了这些抗炎相关因子，在提升FOXP3表达方面效果优于东莨菪碱。
7. 通路间平衡与凋亡指标
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结论：马拉硫磷破坏了促炎与抗炎通路的平衡（FOXP3/RORγt比值下降，STAT3/STAT5和IL-17/IL-10比值上升），并诱导了细胞凋亡。BCG恢复了这种平衡并发挥了抗凋亡作用。
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依据：马拉硫磷组促炎/抗炎通路的关键比值失衡，促凋亡蛋白BAX升高，抗凋亡蛋白BCL2降低，BAX/BCL2比值升高。BCG处理有效逆转了这些变化。
研究结论与深远意义
该研究系统性地阐明，马拉硫磷导致的神经毒性不仅是胆碱能过度兴奋的结果，其深层机制在于破坏了大脑中精密的免疫稳态。它如同一只无形的手，将免疫天平推向了促炎一侧：激活RORγt/STAT3通路，上调IL-17、IL-22和IL-1β，同时抑制FOXP3/STAT5通路，减少IL-10。这种失衡最终引发了星形胶质细胞激活、细胞因子风暴、神经元凋亡和神经退行性病变，并直接表现为一系列行为和认知障碍。
这项研究最具创新性和应用潜力的发现在于，作为一种已有百年历史、安全记录良好的疫苗，BCG展现出了强大的神经保护和免疫调节能力。它能够“拨乱反正”，重塑被马拉硫磷破坏的免疫平衡——抑制过度活跃的促炎通路，并增强保护性的抗炎通路，从而有效减轻神经炎症、改善大脑组织损伤、恢复行为功能，其效果在许多方面甚至不逊于或优于传统的抗胆碱能药物东莨菪碱。
这一发现的意义重大且深远：
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机制突破：为理解有机磷化合物（OPC）的慢性神经毒性提供了新的、基于免疫炎症的视角，揭示了RORγt/FOXP3免疫轴在此过程中的核心调控作用。
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治疗新策略：提出了一种全新的、基于免疫调节的治疗思路来对抗农药等环境毒素引起的神经损伤。BCG作为一种现成的、相对安全的免疫调节剂，其转化应用潜力巨大。
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“老药新用”：拓展了BCG疫苗的临床应用前景，不仅限于预防结核病或治疗膀胱癌，还可能用于治疗神经退行性疾病、神经炎症性疾病等更广泛的领域。
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公共卫生意义：为保护从事农业活动或长期接触低剂量农药的人群的神经系统健康，提供了潜在的科学依据和预防/干预方案。研究呼吁，未来需要进一步探索STAT3/STAT5抑制剂或激动剂等工具药物来验证该通路的精确作用，并将这些在动物模型中的发现推进到临床研究，以评估BCG在人类中的神经保护功效。
