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编号:10260799
氰戊菊酯和辛硫磷对大鼠中枢谷氨酸及γ-氨基丁酸免疫阳性细胞的影响
http://www.100md.com 《卫生研究》 2000年第1期
     作者:王心如 吴建平 肖杭 石云 戴晓青 何凤生

    单位:王心如(南京医科大学毒理学研究所,南京 210029);吴建平(南京医科大学毒理学研究所,南京 210029);肖杭(南京医科大学毒理学研究所,南京 210029);石云(南京医科大学毒理学研究所,南京 210029);戴晓青(南京医科大学毒理学研究所,南京 210029);何凤生(中国预防医学科学院劳动卫生与职业病研究所,北京 100050)

    关键词:氰戊菊酯;辛硫磷;谷氨酸;γ-氨基丁酸

    卫生研究000101 摘要:为深入探讨拟除虫菊酯和有机磷混配农药对中枢神经系统的毒性作用及其机制,通过免疫组织化学和显微图象分析方法观察了大鼠经氰戊菊酯(20mg/kgBW)、辛硫磷(160mg/kgBW)、氰戊菊酯+辛硫磷(180mg/kgBW,1∶8等毒配比)灌胃染毒24小时后中枢神经组织中谷氨酸(Glu)和γ-氨基丁酸(GABA)免疫阳性细胞(IRC)的变化。结果显示,氰戊菊酯组、氰戊菊酯+辛硫磷组大鼠大脑皮层、海马、纹状体等部位Glu的IRC数目(N)减少,阳性细胞面积比(Aa%)和积分光密度(IOD)呈现不同程度的降低,而GABA的IRC各观察参数值均呈现不同程度的升高;氰戊菊酯组与氰戊菊酯+辛硫磷组各参数值之间未见显著性差异;与对照组相比,单独辛硫磷组各观察参数值亦未见显著性变化。本次研究结果提示,Glu、GABA递质功能紊乱可能在拟除虫菊酯神经毒性中具有重要意义;在对Glu和GABA作用的影响上,拟除虫菊酯和有机磷之间无协同作用。
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    中图分类号:Q593.2 R594.4 文献标识码:A

    文章编号:1000-8020(2000)01-0001-03

    Effects of fenvalerate and phoxim insecticides on glutamate and gamma-aminobutyric acid immunoreactive cells in the central nervous system of rats

    Wang Xinru, Wu Jianping, Xiao Hang, Shi Yun, et al.

    (Institute of Toxicology Nanjing Medical University, Nanjing 210029,China)
, 百拇医药
    Abstract:In order to study the neurotoxic effect and the mechanism of fenvalerate and phoxim insecticides, rats were orally treated with fenvalerate(20mg/kgBW),phoxim(160mg/kgBW)and fenvalerate (20mg/kgBW)plus phoxim (160mg/kgBW). The glutamate (Glu) and gamma-aminobutyric acid(GABA)immunoreactive cells of the central nervous system of rats were observed by immunohistochemical method. The results showed that the total number, percentage of positive area and integral optical density of Glu immunoreactive cells in cerebral cortex, hippocampus and striate exhibited a characteristic decrease in the groups fed with fenvalerate and fenvalerate plus phoxim, while those of GABA were enhanced to certain extents. No obvious changes in Glu or GABA were observed in the phoxim group as compared with the controls, and no significant difference was observed between the fenvalerate group and the fenvalerate plus phoxim group. The results suggest that the disturbance of Glu and GABA metabolism may play an important role in the development of pyrethroid neurotoxicity, and there is no interaction between phoxim and fenvalerate pesticides on Glu and GABA activities.
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    Key words:fenvalerate, phoxim, glutamate, gamma-aminobutyric acid

    不同种类的农药混配使用,具有提高杀虫效果、降低或延缓农业害虫抗药性产生的作用。目前,混配农药种类多,使用广泛,所造成的危害也日趋严重,但混配农药对哺乳动物毒作用影响机制不清楚。拟除虫菊酯和有机磷都具有神经毒性,研究表明拟除虫菊酯除影响Na+通道外,还可作用于中枢系统谷氨酸(Glu)和γ-氨基丁酸(GABA)递质信号系统[1],而部分有机磷对Glu和GABA系统亦有一定的作用[2]。本研究采用农业上常用的氰戊菊酯及辛硫磷混配农药,通过免疫组织化学方法,观察其对中枢系统Glu和GABA递质的影响,以深入探讨混配农药神经毒性作用机制。

    1 材料与方法

    1.1 试剂与仪器
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    氰戊菊酯及辛硫磷(80%,江苏省南通农药厂);多聚甲醛,戊二醛(Beohringer-Mannheim);Glu及GABA单抗(Sigma);SABC试剂盒(武汉博士德);其它试剂均为国产分析纯。震动切片机(江苏泰兴);Nikon UFX-Ⅱ型自动曝光显微照相系统;MPLAS-500多媒体彩色病理图象分析系统。

    1.2 动物中毒模型的建立

    雄性SD大鼠20只(体重160~180g),随机分为4组,每组5只。辛硫磷、氰戊菊酯均用玉米油溶解,以各自LD50的1/10剂量灌胃:对照组(玉米油10 ml/kgBW);氰戊菊酯(20 mg/kgBW);辛硫磷(160 mg/kgBW);氰戊菊酯+辛硫磷(按1∶8配比,180mg/kgBW)。染毒24h后处理动物。

    1.3 脑组织的固定和切片

    大鼠经0.4%戊巴比妥钠溶液(40 mg/kgBW)腹腔注射麻醉后,固定在手术板上,暴露胸腔,经左心室升主动脉插管,快速推注250 ml 4℃预冷的生理盐水,然后滴注2%多聚甲醛固定液(0.1 mol/L磷酸缓冲液,pH7.4,含1%戊二醛)500ml。调节滴速,先快后慢,持续约1.5h。滴注结束后,开颅取出完整的大脑,去除脑干及小脑,将修整后的脑块放入不含戊二醛的上述固定液中固定4h以上,然后用0.1 mol/L PBS冲洗干净,用振动切片机在背侧海马最大断面处,做冠状切片,片厚30μm,PBS接片。
, 百拇医药
    1.4 免疫组化染色(SABC法)

    切片用PBS冲洗5min×3;室温下,0.2%Triton X-100浸泡切片30min;PBS冲洗5min×3;用含0.3%H2O2和0.1%甲醇的PBS,灭活内源性过氧化物酶30min;PBS冲洗5min×3;1∶50正常羊血清,37℃封闭1h;1∶1000的Glu或GABA单抗,4℃反应72h,每天取出,在37℃摇床中摇动20min;PBS冲洗5min×3;二抗(1∶100),37℃1h;PBS冲洗5min×3;ABC(1∶100),37℃1h;PBS冲洗5min×3;DAB/H2O2(0.05%/0.01%)显色5min;贴片,脱水,透明及封片。

    1.5 显微照相及图象分析

    对切片进行图象分析。所有切片放大100倍。每只动物取2张切片,分别对顶叶大脑皮层、海马CA3和齿状回DG、纹状体等部位Glu及GABA阳性细胞进行分析。每部位取2个视野。测量窗面积为171 514μm2,分别测量阳性细胞数(N)、阳性细胞面积比(Aa%)和阳性细胞积分光密度(IOD)。
, 百拇医药
    1.6 资料统计分析

    用SigmaStat for Window95建立数据库,各组数据首先进行方差齐性检验,然后进行单因素ANOVA,组间达显著性水平者进行Student-Newman-Keuls检验。

    2 结果

    2.1 氰戊菊酯及辛硫磷对大鼠中枢Glu免疫阳性细胞的影响

    Glu免疫反应阳性细胞广泛分布于大脑皮层、海马回、齿状回等部位。阳性细胞胞体呈锥形、圆形、椭圆形,有一个或多个突起,有些突起有分支。氰戊菊酯组与正常对照组相比,大脑皮层、海马CA3、齿状回DG及纹状体阳性细胞数、阳性细胞面积比和积分光密度均呈现特征性的减少或降低(见图1、2),氰戊菊酯组与氰戊菊酯+辛硫磷组相比差异无显著性,而单独辛硫磷组Glu免疫反应阳性神经元与对照组相比,差异亦无显著性(见表1)。从细胞形态结构上看,各染毒组突起分支的着色减弱最为明显,突起分支数量减少。
, 百拇医药
    图1 对照组大鼠大脑皮层Glu免疫阳性细胞,可见细胞染色较深,突起丰富(×400)

    图2 氰戊菊酯组大脑皮层Glu免疫阳性细胞,细胞染色较浅,突起明显减少(×400)

    表1 氰戊菊酯及辛硫磷对大鼠中枢Glu免疫阳性细胞的影响(±s,n=5) 部位

    参数

    对照组

    氰戊菊酯组

    辛硫磷组

    辛硫磷+氰戊菊酯组
, 百拇医药
    F

    P

    大脑皮层

    N

    327.0±60.0

    197.0±45.0(2)

    335.0±85.0

    201.0±72.0(2)

    6.46

    0.0045

    IOD

    38.5±6.8
, 百拇医药
    23.2±6.1(2)

    32.4±6.2

    25.1±5.2(2)

    6.63

    0.0040

    Aa%

    10.9±1.8

    6.2±1.6(2)

    11.7±3.4

    6.1±2.0(2)

    8.38
, 百拇医药
    0.0014

    海马CA3

    N

    200.0±31.0

    135.0±34.0(1)

    214.0±42.0

    137.0±49.0(1)

    5.46

    0.0089

    IOD

    51.5±7.3

    36.5±6.6(2)
, 百拇医药
    57.8±10.6

    39.6±6.9(2)

    7.79

    0.0020

    Aa%

    35.7±6.5

    29.2±6.5

    36.7±8.9

    30.7±9.2

    1.09

    0.3809

    海马DG
, 百拇医药
    N

    259.0±63.0

    267.0±50.0

    277.0±68.0

    257.0±61.0

    0.11

    0.9521

    IOD

    42.0±8.0

    27.8±6.4(1)

    40.6±6.4

    30.7±8.8
, 百拇医药
    4.49

    0.0181

    Aa%

    24.7±7.7

    22.6±4.7

    23.7±5.1

    21.8±4.4

    0.25

    0.8595

    纹状体

    N

    230.0±46.0

, http://www.100md.com     194.0±44.0

    211.0±35.0

    188.0±47.0

    0.95

    0.4392

    IOD

    12.1±3.1

    10.1±2.2

    11.2±3.7

    9.3±2.4

    0.89

    0.4673
, http://www.100md.com
    Aa%

    8.8±2.4

    7.8±2.1

    8.8±1.8

    7.1±2.0

    0.80

    0.5124

    注:与对照组比较(1)P<0.05 (2)P<0.012.2 氰戊菊酯及辛硫磷对GABA免疫阳性反应神经细胞的影响

    GABA阳性反应神经细胞散在分布于大脑皮层、海马回、齿状回各层,阳性细胞呈圆形、卵圆形、三角形等,有的细胞有一至多个突起。与对照组相比,氰戊菊酯染毒组大鼠大脑皮层、海马回CA3、齿状回及纹状体部位GABA阳性细胞积分光密度明显增强,阳性细胞数增多并以大脑皮层增多明显,且差异有极显著性意义(P<0.001)(见图3、4)。氰戊菊酯+辛硫磷组同氰戊菊酯组相比,各参数间差异无显著性意义,单独辛硫磷组与对照组间差异亦无显著性意义(见表2)。
, 百拇医药
    表2 氰戊菊酯及辛硫磷对GABA免疫阳性细胞的影响(±s,n=5) 部位

    参数

    对照组

    氰戊菊酯组

    辛硫磷组

    辛硫磷+氰戊菊酯组

    F

    P

    大脑皮层

    N

    87.0±18.0
, 百拇医药
    126.0±27.0(2)

    93.0±28.0

    126.0±29.0(1)

    3.27

    0.0049

    IOD

    23.2± 4.4

    43.3±7.7(3)

    24.8± 3.9

    46.0±10.0(2)

    14.80
, 百拇医药
    0.0001

    Aa%

    1.9± 0.3

    2.7±0.7

    1.7± 0.3

    2.7± 0.7

    4.77

    0.0146

    海马CA3

    N

    48.0±21.0

    48.0±15.0
, 百拇医药
    45.0±15.0

    57.0±21.0

    0.41

    0.7512

    IOD

    22.0± 4.2

    27.7±7.1

    24.8± 8.5

    28.2± 10.9

    0.64

    0.6022

    Aa%
, 百拇医药
    1.1± 0.3

    1.2±0.6

    1.2± 0.4

    1.2± 0.30

    0.16

    0.9248

    海马DG

    N

    102.0±27.0

    114.0±33.0

    117.0±24.0

    108.0±27.0
, 百拇医药
    0.28

    0.8366

    IOD

    21.4± 5.7

    32.0±6.3(1)

    25.5± 5.9

    32.4± 7.2(1)

    3.57

    0.0378

    Aa%

    2.0± 0.5

    2.8±0.7(1)
, 百拇医药
    2.2± 0.4

    2.9± 0.8

    3.01

    0.0609

    纹状体

    N

    57.0±21.0

    66.0±24.0

    69.0±21.0

    68.0±16.0

    0.34

    0.7896
, 百拇医药
    IOD

    19.7± 2.9

    26.5±5.6(1)

    18.4± 5.0

    27.1± 6.2(1)

    3.95

    0.0278

    Aa%

    2.2± 0.9

    2.2±0.6

    2.1± 0.6

    2.1± 0.3
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    0.04

    0.9884

    注:与对照组比较(1)P<0.05 (2)P<0.01 (3)P<0.001

    图3 对照组大鼠大脑皮层GABA免疫阳性细胞

    细胞较小,密度降低(×400) 图4 氰戊菊酯组大脑皮层GABA免疫阳性细胞,细胞体积大,密度增强(×400)

    3 讨论

    Glu和GABA是中枢神经系统内一对重要的兴奋性和抑制性神经递质,它们对维持神经细胞兴奋-抑制平衡稳定具有极为重要的作用。一般认为,化学物质兴奋性神经毒性同兴奋性氨基酸递质过度刺激其受体或抑制性氨基酸递质功能低下密切相关[3]。拟除虫菊酯类杀虫剂兴奋性神经毒性与Glu或GABA递质紊乱之间有无关系,尚无明确的定论。个别研究认为拟除虫菊酯中毒动物脑和脊髓组织中兴奋性氨基酸增加,并与中毒症状的发生发展有关,但主要是天冬氨酸含量增加[4]。另外本研究也观察到氰戊菊酯染毒后Glu阳性细胞分支突起的着色减弱较为明显,而突起中Glu含量降低主要是递质过度释放所致。因而提示,递质过度释放是造成拟除虫菊酯所致Glu阳性细胞数目和含量降低的重要原因。
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    本研究中单独辛硫磷对Glu含量影响不显著,其原因可能说明递质自发性释放增加并不足以影响到细胞中Glu含量。另外也不排除本研究所用有机磷的种类、剂量的影响。

    由于Glu和GABA之间存在着相互转化的代谢循环。GLu在谷氨酸脱羧酶作用下,转化为GABA。氰戊菊酯、氰戊菊酯+辛硫磷组大鼠大脑皮层、海马锥体细胞层及齿状回颗粒细胞层GABA免疫阳性细胞数目增加,强度加深,分布区域与对Glu的影响较一致,但作用相反,提示GABA的变化可能与Glu有关。本研究观察到氰戊菊酯和辛硫磷在按等毒配比条件下,混配组对Glu和GABA递质含量的影响与单独氰戊菊酯组作用无明显差异,提示氰戊菊酯和辛硫磷在对Glu和GABA的影响上无协同作用,氰戊菊酯和辛硫磷毒性之间的相互作用与其对Glu和GABA递质系统的影响无关。

    基金项目:国家“九五”医学科技攻关资助项目(No.96-906-04-11);江苏省卫生厅科技发展基金(No.H97-16)
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    作者简介:王心如,男,教授

    参考文献

    1,Narahashi T. Neuronal ion channels as the target sites of insecticides. Pharmacol Toxicol,1996,79(1):1—14

    2,Singh AK, Drewes LR. Neurotoxic effects of low-level chronic acephate exposure in rats. Environ Res,1987,43(2):342—349

    3,Kalloniatis M. Amino acids in neurotransmission and disease. J Am Optom Assoc, 1995,66(12):750—775

    4,谢卓丘,童英,冯致英,等.溴氰菊酯对大鼠脊髓中氨基酸递质含量的影响.卫生毒理学杂志,1987,1(1):12—14

    (1999-06-01收稿), 百拇医药