主食中的農(nóng)藥殘留，可誘發(fā)阿爾茨海默病
草甘膦是許多商業(yè)除草劑中的活性成分，是全球應(yīng)用較廣泛的除草劑。在小麥、水稻、玉米和大豆等作物中使用草甘膦的增加與阿爾茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）和其他神經(jīng)退行性疾病導(dǎo)致的死亡率增加呈正相關(guān)。此外，草甘膦暴露會增加血漿中的促炎細(xì)胞因子，尤其是TNFα（Tumor necrosis factor α）。草甘膦已被證明可以穿過血腦屏障，但尚未在體內(nèi)得到驗(yàn)證。
異常的TNFα信號傳導(dǎo)與許多病理有關(guān)，包括癌癥、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、牛皮癬、多發(fā)性硬化癥以及免疫、炎癥和神經(jīng)退行性疾病。在健康的大腦中，成年期TNFα的表達(dá)較低，而相比之下，成年神經(jīng)退行性疾病的大腦則表現(xiàn)出非常高水平的TNFα。神經(jīng)炎癥在AD發(fā)病機(jī)制中起著核心作用，而TNFα與AD的進(jìn)展密切相關(guān)。TNFα死亡結(jié)構(gòu)域通路在AD中逐漸激活并導(dǎo)致細(xì)胞變性。鑒于草甘膦暴露與體內(nèi)TNFα之間的關(guān)系，以及TNFα與神經(jīng)變性之間的聯(lián)系，必須確定草甘膦暴露導(dǎo)致大腦中TNFα水平變化。
2022年7月28日，亞利桑那州立大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在Journal of Neuroinflammation發(fā)表題為“Glyphosate infiltrates the brain and increases pro-inflammatory cytokine TNFα: implications for neurodegenerative disorders”的研究成果（圖1）[1]。研究結(jié)果表明草甘膦可穿過血腦屏障并滲入大腦，提高TNF-α和可溶性Aβ的表達(dá)，并以劑量依賴的方式破壞轉(zhuǎn)錄組，可影響AD等神經(jīng)退行性疾病。
圖1 研究成果（圖源：[1]）
此項(xiàng)研究以48只小鼠（雌雄各24只）為研究對象，探究草甘膦是否滲入大腦并提高4個(gè)月大C57BL/6J小鼠的TNFα水平。小鼠按性別和劑量分組（每籠3只小鼠）并通過口服管飼法接受125、250或500mg/kg/天的14天草甘膦處理。在給藥的終末一天收集小鼠尿液、血漿和腦樣本，并通過UPLC-MS和ELISA進(jìn)行樣本分析。原代皮層神經(jīng)元來源于APP/PS1幼崽淀粉樣蛋白生成，以評估Aβ40-42負(fù)荷和細(xì)胞毒性的體外變化。對C57BL/6J腦樣本進(jìn)行RNA測序以確定轉(zhuǎn)錄組的變化（圖2）。
圖2 研究設(shè)計(jì)（圖源：[1]）
結(jié)果發(fā)現(xiàn)：
01 草甘膦暴露導(dǎo)致大腦中同時(shí)檢測到草甘膦及其代謝物
草甘膦暴露劑量對腦草甘膦測量有顯著主效應(yīng)，增加劑量會導(dǎo)致大腦中草甘膦水平升高（P?<0.0001）。草甘膦主要代謝物氨基甲基膦酸（Aminomethylphosphonic acid，AMPA）在大腦中有劑量的顯著主效應(yīng)，與對照小鼠相比，250mg/kg和 500mg/kg劑量組在大腦中的AMPA表達(dá)更高。腦組織中的草甘膦和AMPA含量之間存在強(qiáng)烈的顯著正相關(guān)（r=0.9031，P<0.001），尿液和腦組織中草甘膦含量之間存在顯著的正相關(guān)（r=0.4879，P=0.0182）。這些發(fā)現(xiàn)表明，草甘膦暴露會導(dǎo)致大腦中同時(shí)檢測到草甘膦和AMPA，并且大腦中草甘膦的水平與尿液中檢測到的水平相關(guān)。
02 草甘膦暴露以劑量依賴性方式增加外周血漿和腦TNFα的水平
草甘膦暴露劑量對腦勻漿、海馬勻漿和皮質(zhì)勻漿的TNFα水平均有顯著的主效應(yīng)，且TNFα水平呈劑量依賴性增加。在大腦中，TNFα的表達(dá)與神經(jīng)毒性和細(xì)胞死亡有關(guān)，這些結(jié)果表明草甘膦暴露會以大腦區(qū)域特異性方式增加促炎細(xì)胞因子TNFα的水平。
03 腦草甘膦水平與外周血漿和腦TNFα水平相關(guān)
腦草甘膦和腦、外周血漿和尿中的TNFα水平均有顯著的正相關(guān)，尿草甘膦水平與外周TNFα相關(guān)，而腦草甘膦水平與外周血漿和腦TNFα水平相關(guān)。
04 APP/PS1衍生的原代皮層神經(jīng)元中的草甘膦暴露會增加可溶性淀粉樣蛋白β40-42的水平并降低細(xì)胞活力
Aβ水平是AD病理學(xué)的標(biāo)志。研究人員從APP/PS1幼崽中分離并鋪板原代皮層神經(jīng)元，并將它們與0μg/mL、10μg/mL、20μg/mL 或40μg/mL草甘膦共培養(yǎng)，并在24小時(shí)后從培養(yǎng)板中收集培養(yǎng)基并測量Aβ40-42的可溶性水平。研究發(fā)現(xiàn)Aβ40和Aβ42水平和細(xì)胞活力均對草甘膦有顯著的劑量依賴效應(yīng)。這些結(jié)果表明，當(dāng)使用源自APP/PS1小鼠的原代皮層神經(jīng)元進(jìn)行體外測試時(shí)，體內(nèi)大腦中檢測到的草甘膦暴露水平足以以劑量依賴性方式增加Aβ40-42水平并降低細(xì)胞活力。
05 草甘膦暴露導(dǎo)致劑量依賴性轉(zhuǎn)錄組失調(diào)
為了表征草甘膦暴露后轉(zhuǎn)錄組的變化，研究人員從小鼠腦中分離RNA，并在Illumina HiSeq 2500上通過100 bp雙端測序進(jìn)行測序。差異表達(dá)基因（Differentially expressed genes，DEG）的FDR截止值設(shè)置為5%。DEG的初始劑量回歸分析顯示226個(gè)基因以劑量依賴性方式顯著失調(diào)。為了檢查這些基因的功能概況，使用基因本體（Gene Ontology，GO）、Kegg和Reactome數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了通路分析。GO和Reactome分析顯示沒有功能富集，Kegg分析顯示一個(gè)通路富集了11個(gè)失調(diào)基因。隨后用于確定基因表達(dá)的細(xì)胞類型特異性變化的去卷積分析顯示少突膠質(zhì)細(xì)胞和GABAergic神經(jīng)元顯著富集。對少突膠質(zhì)細(xì)胞和GABA能神經(jīng)元進(jìn)行通路分析，發(fā)現(xiàn)少突膠質(zhì)細(xì)胞富集了四個(gè)生物學(xué)過程：中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘形成、中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的軸突鞘、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育和少突膠質(zhì)細(xì)胞發(fā)育。這些途徑中的DEG包括Abca2、Arhgef10、Cntn2和Plp1，所有這些都以劑量依賴性方式隨著草甘膦暴露顯著上調(diào)。Kegg和Reactome對少突膠質(zhì)細(xì)胞沒有顯著的結(jié)果，并且GABA神經(jīng)元沒有在任何途徑中富集。
此項(xiàng)研究表明草甘膦能夠穿透血腦屏障，滲入腦組織，并且導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子TNFα水平升高；此外，用體內(nèi)小鼠大腦中檢測到的相似草甘膦劑量劑量處理皮層神經(jīng)元時(shí)，能夠增加Aβ40-42水平和降低原代皮層神經(jīng)元體外細(xì)胞活力；大腦中的草甘膦與TNFα水平升高相關(guān)，這表明接觸這種除草劑可能會引發(fā)大腦中的神經(jīng)炎癥，這可能會導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病中出現(xiàn)的變化；RNAseq發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步支持了這一點(diǎn)，該發(fā)現(xiàn)顯示受TNFα水平升高影響的重要少突膠質(zhì)細(xì)胞過程失調(diào)。總的來說，鑒于很大一部分人可能會接觸到這種化學(xué)物質(zhì)，這些結(jié)果提高了人們對草甘膦接觸可能對大腦和人類健康造成的不利影響的認(rèn)識。
草甘膦暴露可能導(dǎo)致AD病理的早期發(fā)作或加速進(jìn)展。這種潛在聯(lián)系的影響將為玉米和大豆作物的草甘膦施用與AD導(dǎo)致的死亡人數(shù)增加之間的相關(guān)性提供因果支持。雖然本研究中使用的劑量高于典型的每日人體暴露量，但這些高劑量提供了有關(guān)草甘膦在AD中的潛在作用機(jī)制的寶貴信息；研究的另一個(gè)限制是使用草甘膦作為單一藥劑。常見的除草劑含有多種活性成分，此項(xiàng)研究專門針對草甘膦穿過血腦屏障和在大腦中的積累，還需要進(jìn)一步的研究來探索導(dǎo)致相關(guān)后果是否與復(fù)雜的配方有關(guān)。
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