《Biological Psychiatry》：Psychiatric risk implications from behavioral and neural effects of adolescent exposure to environmental insecticides: a systematic review of rodent studies
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青春期是一个敏感的神经发育时期，以支持认知发展、情绪和行为调节的脑回路重塑为标志。这些成熟过程增加了对包括杀虫剂等毒物在内的环境暴露的精神病易感性。流行病学研究表明青少年期杀虫剂暴露广泛，并越来越多地将其与精神病结局联系起来，然而其潜在的神经机制仍不清楚。临床
青春期是一个敏感的神经发育时期，以支持认知发展、情绪和行为调节的脑回路重塑为标志。这些成熟过程增加了对包括杀虫剂等毒物在内的环境暴露的精神病易感性。流行病学研究表明青少年期杀虫剂暴露广泛，并越来越多地将其与精神病结局联系起来，然而其潜在的神经机制仍不清楚。临床前研究可以阐明这些关联，并识别可能破坏神经发育并产生相应长期行为后果的杀虫剂诱导机制。在此，研究人员遵循PRISMA指南对啮齿动物研究进行了系统评价。50篇文章符合纳入标准，这些研究检查了在青春期早期（幼年）、中期和晚期（出生后第21-60天）暴露于杀虫剂后的神经毒性结局。结局被分为四个领域：神经认知、神经精神、神经生物学和一般神经毒性。使用SYRCLE偏倚风险评估工具评估偏倚风险。综合各项研究，青少年期杀虫剂暴露导致了学习和记忆损伤，并倾向于增加抑郁相关行为、改变运动活动并产生一般神经毒性效应。机制性发现强调了胆碱能和单胺能信号传导的破坏、氧化应激、神经免疫变化、细胞死亡和其他神经退行性过程。总之，研究结果表明青少年期杀虫剂暴露扰乱了多个神经系统，其行为后果与青少年发育和精神病风险相关。未来研究应模拟真实世界的暴露（例如剂量、时间），以更好地为青少年精神病易感性的转化理解提供信息。由于许多终生的神经精神疾病在青春期出现，识别可改变的环境暴露如何塑造风险，为防止和干预策略提供了机会，以改变疾病在整个生命周期的进程。
1. 引言
青春期是神经发育的关键窗口，其皮层和中脑边缘回路经历显著成熟，使得青少年大脑对外部应激源（包括环境毒物）的效应尤为敏感。神经精神疾病对个体影响巨大，其患病率在近几十年来有所上升，尤其是在儿童和青少年中。这凸显了理解疾病风险因素的重要性，其中环境因素，特别是环境毒物，对青少年心理健康下降的贡献受到越来越多的关注。杀虫剂是常用的环境毒物，主要通过抑制乙酰胆碱酯酶（AChE）、激动烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR）或影响电压门控钠离子（Na+）通道等机制作用于神经系统。流行病学证据表明，人类（包括青少年）普遍暴露于杀虫剂，其代谢物在全球90-100%的个体中被检测到。现有流行病学研究多关注妊娠期或童年早期的暴露，并与神经发育障碍风险增加相关。然而，新兴的人类证据也表明青春期是一个对杀虫剂易感的时期，暴露与青少年的认知和行为症状相关。目前仍存在一个知识空白，即尚不清楚青少年期杀虫剂暴露是否直接导致这些神经精神症状，如果存在因果关系，其机制为何。这限制了对高危青少年的预防和干预策略的发展。动物模型，特别是大鼠和小鼠，因其与人类相似的细胞编程和脑发育模式，是研究神经毒性影响和杀虫剂机制的重要工具。尽管已有大量研究关注妊娠期和新生期的暴露，但对青少年期暴露影响的系统性综述尚未进行。为了填补这一空白，本研究对考察青少年期杀虫剂暴露神经毒性影响的临床前啮齿动物研究进行了系统评价，旨在为保护年轻人的公共卫生政策和筛查实践提供信息。
2. 方法
本系统评价遵循PRISMA指南。研究目标是识别探究青春期期间杀虫剂暴露神经毒性效应的大鼠和小鼠研究。在本研究中，啮齿动物的“青春期”被宽泛地定义为从离乳（出生后第21天，PD21）到青年成年期（PD60）的时期，这大致相当于人类10至19岁的青少年发育阶段。文献检索在Embase、PubMed和Scopus数据库中进行。最初的检索识别出4024篇文献，更新后增加了234篇。去除重复后，对2989篇独特文献的标题和摘要进行筛选，随后对507篇文章进行全文筛选，最终有50篇符合纳入标准。数据提取聚焦于对照组和仅杀虫剂处理组在神经系统相关结局上的比较。结局被预先归类为四个领域：神经认知、神经精神、神经生物学和一般神经毒性，并按杀虫剂类别进行组织。使用SYRCLE的偏倚风险工具评估每项研究的偏倚风险，包括随机序列生成、基线特征可比性、分配隐藏、随机化饲养、实验者对药物治疗设盲、结果评估者设盲、不完整结局数据报告、选择性结局报告等十个领域。
3. 结果
共有50项研究符合纳入标准。偏倚风险评估显示，大多数研究报告了预先设定的结局，并分析了所有动物，但很少提供随机化、饲养、分配隐藏或盲法的细节。在实验设计方面，有机磷类杀虫剂是最常被评估的类别，其次是拟除虫菊酯、新烟碱类和有机氯类。大多数研究使用大鼠，关注雄性个体，采用口服或皮下给药途径。超过一半的研究在单次给药后测量结局，几乎所有研究都评估了短期效应。研究结果按四个领域总结如下：
3.1. 神经认知结局
12项研究测量了神经认知结局，定义为评估学习和记忆的行为测试。研究通常报告，在青少年期早期（PD21至约PD35）暴露于有机磷类、拟除虫菊酯类以及一项有机氯类杀虫剂，会损害学习和记忆功能。用于评估的任务包括莫里斯水迷宫、新物体识别、Y迷宫、恐惧和回避条件反射任务。然而，在青少年期（6周龄或PD21-60每日）暴露于新烟碱类杀虫剂并未损害神经认知功能，但相关研究仅有两项。
3.2. 神经精神结局
21项研究评估了神经精神结局，包括焦虑和抑郁相关行为、运动活动和其他行为。运动活动是跨杀虫剂类别研究最多的指标。有机磷类、氨基甲酸酯类和一项有机氯类暴露通常导致活动减少，但多项研究也报告了无效应，而单次拟除虫菊酯暴露（8周龄）无影响，重复给药（PD22-37或4-8周龄）则增加了活动。新烟碱类暴露未改变活动水平。这些混合发现表明，运动效应可能取决于总暴露剂量、杀虫剂类别以及暴露和评估时机。在抑郁相关行为方面，有机磷类和一项拟除虫菊酯类暴露通常增加强迫游泳或悬尾测试中的不动时间，尽管并非在所有剂量下都一致。一项新烟碱类研究报告不动时间减少。关于焦虑相关行为的发现则不一致。评估时机似乎影响有机磷类暴露的效果：青少年早期暴露后的延迟评估增加了焦虑相关行为，而短期评估则减少了焦虑相关行为，其他研究则未观察到效应。值得注意的是，传统上用于测量焦虑相关行为的任务（如高架十字迷宫开放臂时间增加）也可能反映了与冲动相关的行为，这种区分对于与人类注意缺陷多动障碍症状相关的杀虫剂暴露尤其重要。个别研究还显示，从青少年早期开始的杀虫剂暴露会导致与其他神经精神疾病相关的行为变化，如社会互动、攻击性和昼夜节律的改变，但一项拟除虫菊酯暴露研究未观察到筑巢行为的变化。
3.3. 神经生物学结局
40项研究测量了青少年期暴露的神经生物学结局。大多数研究关注有机磷类和氨基甲酸酯类，暴露通常开始并局限于青少年早期，报告了乙酰胆碱酯酶活性的一致下降以及胆碱能和单胺能信号传导在多个脑区的改变。单胺能系统包括多巴胺和血清素也受到拟除虫菊酯类和有机氯类研究的影响。跨杀虫剂类别，研究还报告了氧化应激、神经炎症（通过小胶质细胞或星形胶质细胞变化）以及神经退行性变化的证据，表明其对神经元和胶质细胞稳态的协同破坏。在一项全基因组评估中，青春期中期暴露于单一有机磷类杀虫剂改变了海马突触可塑性和RNA剪接等通路。
3.4. 一般神经毒性结局
18项研究测量了一般神经毒性结局，定义为癫痫发作、震颤和临床体征。大多数文章研究了有机磷类、氨基甲酸酯类或拟除虫菊酯类在青少年期的暴露，一致报告了癫痫发作、震颤、惊厥、神经肌肉功能改变和反射改变的发生。仅四项研究涉及新烟碱类或有机氯类，报告了有限或短期的神经毒性效应。值得注意的是，研究中使用了一系列剂量，神经毒性症状通常发生在较高剂量下。
4. 讨论
4.1. 研究发现与精神病障碍机制的相关性
4.1.1. 神经递质系统：胆碱能和单胺能神经传递
青春期是胆碱能和多巴胺能回路成熟的关键时期。啮齿动物研究一致报告前额叶皮层和纹状体中乙酰胆碱酯酶抑制，与暴露人类中观察到的外周胆碱酯酶抑制现象一致。杀虫剂还降低胆碱乙酰转移酶（ChAT）活性和毒蕈碱受体结合，并改变前额叶皮层、纹状体和脑干中多巴胺能、血清素能和去甲肾上腺素能通路的单胺能信号传导。体外研究中，杀虫剂对多巴胺能神经元具有直接毒性。这些发现共同支持杀虫剂诱导的胆碱能和多巴胺能信号传导破坏，这对青春期回路成熟至关重要。类似于新烟碱类作用的尼古丁，可诱导与精神病风险增加相关的持续性神经回路变化。
4.1.2. 炎症与神经炎症
越来越多的证据表明中枢和外周免疫系统参与精神病。杀虫剂似乎参与类似通路：啮齿动物研究表明，青少年期拟除虫菊酯暴露增加皮层和海马中的促炎细胞因子IL-1β、NF-κB和IL-1R1。外周免疫激活也可能通过损害血脑屏障完整性来影响大脑，这与慢性应激小鼠以及患有精神分裂症、抑郁症和自闭症谱系障碍的人类中观察到的结果一致。与此一致，青少年期有机磷暴露改变了皮层、纹状体和海马的血管系统，与血脑屏障通透性受损一致。胶质细胞参与免疫反应，并且是髓鞘形成、突触结构和功能以及神经元迁移的关键调节因子，在青春期特别影响前额叶皮层和纹状体的多巴胺能回路。昆虫剂暴露也可能破坏这些过程，因为青少年期有机磷暴露激活了杏仁核、海马和皮层中的星形胶质细胞和小胶质细胞。在人类重性抑郁发作期间也观察到小胶质细胞活化，在青少年慢性应激期间减少小胶质细胞介导的神经炎症可减少小鼠的神经元损伤和抑郁相关行为。因此，青少年期杀虫剂诱导的胶质细胞活化可能破坏关键的皮层-边缘回路发育，导致长期的认知和情绪调节变化。
4.1.3. 细胞应激
氧化应激已被广泛涉及衰老和神经退行性疾病的发病机制。最近，连同神经炎症，其诱导被认为是精神病的一个贡献因素，在青少年小鼠中抗氧化治疗可提供保护。氧化应激是一种被充分研究的杀虫剂作用机制，在本综述中，是青少年期暴露后的一致结局，包括在前额叶皮层、纹状体和海马中。这些发现与暴露于杀虫剂的儿童中观察到的氧化应激血清或尿液标志物增加的现象平行，体外研究也证明了杀虫剂暴露后星形胶质细胞、小胶质细胞和神经元中的氧化应激。
4.1.4. 神经退行性与细胞组成变化
杀虫剂暴露与神经退行性疾病相关。虽然这些疾病通常出现在生命后期，但动物研究表明青少年期暴露可能启动神经退行性过程。例如，青少年期有机磷暴露增加了杏仁核和海马中凋亡、坏死和自噬细胞的持久性氟玉C染色，慢性青少年期拟除虫菊酯或有机氯暴露诱导了海马和皮层中淀粉样蛋白-β、tau蛋白和其他与帕金森病、阿尔茨海默病相关的蛋白。这些变化是长期神经退行性风险的早期贡献因素还是更直接的精神病风险因素尚不清楚。青少年期暴露还导致细胞组成变化，包括皮层和海马中表达小白蛋白的中间神经元减少，以及海马神经元数量减少和可塑性标志物降低。这些中间神经元调节皮层活动，对注意力和认知至关重要，其功能障碍广泛涉及精神疾病，表明青少年期杀虫剂诱导的变化可能导致长期风险。
4.2. 所评述研究的局限性与未来研究的考虑
4.2.1. 性别差异
少于一半的评述文章同时包括雄性和雌性个体。虽然许多杀虫剂诱导的损害在两性间共享，但有些是性别特异性的。雄性在恐惧学习和癫痫发作严重程度上表现出更明显的缺陷，而雌性在较低剂量下即表现出效应。这些发现表明雄性对急性、严重结局的易感性更高，而雌性对较低剂量和延迟效应更敏感。然而，方法学上的差异性限制了得出广泛结论的能力，尽管性别差异在神经发育和神经精神疾病以及典型的青少年神经发育中具有重要意义。
4.2.2. 暴露方法学
研究发现杀虫剂种类和暴露方法多种多样。大多数文章基于致死剂量选择研究剂量，这适用于人类的急性中毒事件，但不能反映大多数青少年经历的低剂量、慢性真实世界暴露。未来的研究必须考虑模拟真实世界的暴露水平和途径。
4.2.3. 选择神经行为和神经生物学测量指标
在动物模型中选择和适当解释行为结局可能具有挑战性。在评述的研究中，研究人员使用了如强迫游泳和悬尾测试等任务，这些任务近年因其有效性有限而受到批评。对于具有明显运动/神经肌肉影响的杀虫剂，谨慎解释基于运动的测试尤为重要。未来的研究需要在多种范式中谨慎评估和解释行为。为了增强转化相关性，应使用与人类观察相关的啮齿动物任务。此外，研究发现使用组学技术测量神经生物学结局的研究有限。此类技术提供了对毒性机制的公正洞察和假设生成，并具有转化到人类研究的潜力。同样，识别出的电路水平研究有限，随着神经科学工具的进步，采用如体内电生理学和光纤光度测定等技术，可以阐明杀虫剂如何实时影响神经回路。
4.2.4. 暴露和评估年龄及局限性
本研究的检索策略可能未能识别所有相关研究，这也反映了定义啮齿动物“青春期”的更大挑战。研究人员无法得出关于青春期更具体暴露时间的结论，但随着未来研究提供更多证据，这一点将具有重要意义，因为毒性可能影响不同的神经发育过程，这取决于其发生的时间。例如，相对于青春期的暴露时间可能以性别特异性的方式导致明显不同的神经生物学和行为结局。大多数评述的研究在雄性青春期之前（PD45之前）进行暴露，此时杀虫剂可能与后期的修剪过程相互作用，如果有的话。此外，青少年期杀虫剂暴露的长期后遗症仍不清楚。总体而言，更清晰的跨物种神经发育阶段定义可以更准确地解释啮齿动物模型中的发现及其意义。
4.3. 知识差距和模拟真实世界暴露的必要性
几个研究空白需要更多研究来阐明杀虫剂对青少年精神病易感性的影响。一个核心研究需求是模拟真实世界的暴露，以实现转化洞察。低于监管机构指导原则的杀虫剂暴露水平仍可能随着时间的推移导致神经行为结局。为了解决这个问题，研究人员在设计动物研究的暴露方法时应参考人类暴露测量数据。另一个关键研究需求是纳入暴露组框架，该框架定义为个体在其一生中经历的所有暴露的总和以及这些联合暴露如何影响健康。本综述中的研究考察了单一杀虫剂的效应，但真实世界的暴露由组合的环境因素构成。这种暴露组框架已开始在精神病学研究中应用。与许多神经机制不明确的应激源不同，杀虫剂通过明确界定的靶点发挥作用，表明它们是探究特定神经生物学破坏如何导致精神病结局的有力工具。
5. 结论
青春期是对环境暴露的独特易感期，这凸显了理解普遍存在的环境污染物暴露如何破坏正常大脑发育并导致长期精神病结局的迫切需要。本研究对青少年期杀虫剂暴露的神经行为和神经生物学效应进行了系统评价，证明了与报告的人类结局一致的、与精神病相关的结局。此外，几个已识别的杀虫剂诱导的神经毒性机制可能破坏青少年大脑发育。虽然历史上关于杀虫剂的流行病学和动物研究都侧重于早期发育，但本研究提出青春期是另一个关键的神经发育窗口，并敦促对此阶段的精神病风险进行更多研究。推进对环境暴露机制的理解，可能为理解当前青少年心理健康危机中可改变的风险因素提供新见解。有了这样的洞察，我们可以设计更好的预防和缓解策略，以最大限度地减少精神健康障碍的负担。
