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1、神经毒理学基本知识及实验方法神经系统生理结构简介中枢神经系统与外周神经系统细胞及其附属器神经系统信号传递神经递质血-脑和血-神经屏障中枢神经系统与外周神经系统细胞及其附属器神经细胞及胶质细胞Astrocytes - star-shaped cells that help support the nutritional, immunological, and structural requirements of neurons. Oligodendrocytes - cells responsible for making the insulation of neurons called mye
2、lin, a substance critical to the effective transmission of nerve impulses. Ependyma cells that line the brains system of ventricles, spaces that hold the fluid that bathes the brain. Microglia - cells that are activated by injury, infection, or degeneration to produce inflammation, remove dead tissu
3、e, and help fight infections. 细胞及其附属器神经系统信号传递神经系统信号传递神经递质递质的释放递质的种类 乙酰胆碱 去甲肾上腺素 - 氨基丁酸（GABA） 氨基乙酸 谷氨酸 天冬氨酸 NO血-脑和血-神经屏障保护神经系统免受某些神经毒物的毒性作用血-脑屏障（blood-brain barrier, BBB）血-神经屏障（blood-nerve barrier, BNB） 外周神经被两层结缔组织鞘膜，即神经束膜和神经外膜所覆盖，并于神经内膜相互交织。BNB由神经内膜中的血管与神经外鞘的扁平细胞提供支持。它的作用不如BBB，因而背根神经节一般较CNS中的神经细胞对神经
4、毒物更为敏感。血-脑和血-神经屏障神经毒物神经毒物 神经毒物可泛指引起机体神经系统功能或结构损伤的外源性的物理、化学或生物因素。 外源性的化学物引起的神经毒性是损伤机体神经系统的主要因素，污染环境后会持续存在于我们的生产和生活环境中现有神经毒物分类现有神经毒物分类按理化性质、用途1.金属类2.溶剂类3.气体类4.农药类5.药物6.天然毒素按毒作用靶器官1.神经细胞毒物2.神经髓鞘毒物3.神经轴索毒物4.神经递质毒物 请参考：http:/ 干扰易兴奋细胞膜的功能 干扰细胞能量的产生 与生物大分子结合 与蛋白质结合 与核酸结合 与脂质结合膜自由基损伤 细胞内钙稳态失调 选择性细胞死亡 体细胞非致死
5、性遗传改变 诱发凋亡 神经毒性作用机制神经递质与神经毒性通道与神经毒性受体信号转导与神经毒性神经胶质细胞与神经毒性细胞骨架与神经毒性神经递质与神经毒性神经递质释放依赖于许多生物化学和电化学活动的协调作用，不仅与突触前神经元的动作电位有关，还包括钙动员和突触前神经末梢递质储存囊泡与质膜的融合、融合后囊泡中的神经递质被释放到突触间隙、与突触后膜上高度特异性受体结合将化学信息再转换成电信号或调控其他神经化学活动等一系列活动。毒物可通过干扰递质合成酶活性或递质前体物质的利用影响神经递质合成；可通过影响囊泡中神经递质的储存或释放、影响神经递质灭活或清除（重摄取或递质分解酶）、干扰神经递质与受体作用或毒物
6、本身直接与受体结合等作用影响神经系统正常功能。神经递质与神经毒性例：有机磷和氨基甲酸酯类杀虫剂选择性抑制乙酰胆碱酯酶活性，从而抑制乙酰胆碱递质的灭活，造成突触间隙大量乙酰胆碱递质堆积，过度刺激突触后膜上的相应受体，使突触后神经元正常活动受到影响，产生一系列中毒症状。最强的脊椎动物神经递质释放激动剂之一的黑寡妇毒素(latrotoxin)可引起囊泡内的神经递质暴发性非特异释放，随之破坏神经末梢。可卡因和它的同类物通过抑制多巴胺和其他单胺的突触重吸收提高突触间隙多巴胺递质浓度。乙醇影响儿茶酚胺类递质释放、吸收和代谢，并刺激GABA受体活性。肉碱毒素阻断神经肌肉接头处的神经递质乙酰胆碱的释放，引起迟
7、缓性瘫痪。破伤风毒素阻断脊髓抑制性神经元产生的氨基酸类神经递质释放，导致肌肉强直，进一步发展为致死性僵硬和痉挛性抽搐。一些动物毒素如金环蛇毒素作用于突触前，通过特异的减少递质的释放以阻断神经肌肉传递从而致使从而致使运动终板对神经刺激不起反应。通道与神经毒性Na+通道 河豚毒素(tetrodotoxin, TTX)能阻断Na+通道电导的升高，破坏动作电位的生成。 拟除虫菊酯类杀虫剂和DDT引起神经元电压门控Na+通道关闭延迟，神经元反复持续去极化造成神经系统过度兴奋，表现为运动失调、惊厥抽搐、振颤、易激惹和手舞足蹈综合症等。 局部麻醉药普鲁卡因和可卡因对Na+通道和K+通道均有阻断作用。通道与神
8、经毒性Ca2+通道 Ca2+通道在神经和肌肉活动中（包括神经递质和激素释放、动作电位的生成和兴奋性收缩偶联等）发挥着重要作用，因此是许多治疗药物、神经毒素和神经毒物的潜在作用靶部位。传统上将电压依赖性Ca2+通道分为四型，即T-型、L-型、N-型和P-型 杀虫剂胺菊酯阻断成神经细胞瘤细胞和窦房结细胞的T-型Ca2+通道。 辛醇选择性阻断下橄榄体神经元T-型Ca2+通道，在成神经细胞瘤细胞中阻断T-型和L-型Ca2+通道。 铅是一种较强的N-型Ca2+通道非选择性阻断物。受体信号转导与神经毒性受体 受体可被看作是能与毒物发生高亲和性反应并产生特殊效应的大分子。 毒物分子可模拟内源性配基，引起激动
9、剂样作用。 毒物分子可能结合于受体，但并不引起激活效应，而是阻断内源性配基的作用（即拮抗作用） 毒物可能对受体产生变构效应。如有些毒物不是结合于内源性配基的同一位点，而是结合于生物大分子的相邻部位，这种作用可引起构象变化而影响受体与神经递质的结合。 由谷氨酸传递的神经毒性被称为兴奋毒性（excitoxicity）。信号转导因子 神经毒物除了可影响受体以外，还可以影响细胞内信号转导因子如Ca2+ 、肌醇磷酸酯、蛋白激酶等。 即早反应基因c-fos的表达被认为是神经毒性的潜在标记。 有机氯杀虫剂林丹柯引起大脑皮层和海马的c-fos的表达，并具有剂量效应关系。 接触丙烯酰胺的大鼠脑组织也发现c-fo
10、s和c-jun表达增加。 神经胶质细胞与神经毒性星型胶质细胞在许多神经毒性损伤中既有防御作用又有促进作用。 如，在中枢神经系统谷氨酸稳态研究中，星型胶质细胞在兴奋性神经递质谷氨酸代谢中具有重要作用：星型胶质细胞具有高亲和性谷氨酸递质摄取系统，它们可通过谷氨酸重摄取或经谷氨酰胺合成酶催化作用将谷氨酸代谢为谷氨酰胺，调节控制细胞外谷氨酸水平。星型胶质细胞还可直接引起中枢神经系统损伤。星型胶质细胞中的谷氨酸-谷氨酰胺通路是脑组织中谷氨酸递质的微型储备库。星型胶质细胞肿胀会引起递质释放。细胞骨架与神经毒性细胞骨架是轴浆运输本身所固有的结构成分，也是一个易感位点。神经毒理学研究方法神经学检查脑神经运动功
11、能检查反射性检查步态异常检查神经毒理学研究方法形态学检查神经元胞体神经元核周体轴突的近端或远端髓鞘星型胶质细胞内皮细胞神经毒理学研究方法电生理检查外周神经：运动神经传导速度的测定、感觉神经传导速度和动作电位测定、慢纤维传导速度的测定等肌电图：将电极探针插入肌肉，在静息和肌肉收缩时，记录和检查肌肉的电活动。 神经毒性作用可表现为：异常的插入性活动；静息肌肉的自发性电活动；随意性肌肉收缩期间，运动单位出现干扰图形。神经毒理学研究方法生化检查糖代谢过程中涉及的酶系统蛋白质合成亚细胞结构髓鞘成分神经系统特殊位点的神经递质水平通过使用促效剂和拮抗剂，观察神经递质受体的结合情况。神经毒理学研究方法行为检查
12、（大鼠或小鼠精神行为初步测试项目）神经行为功能测试神经行为功能测试 行为测试行为测试感觉感觉 视觉、嗅觉、本位感觉、听觉视觉、嗅觉、本位感觉、听觉 定位定位 痛觉痛觉 甩尾甩尾 空间定位（方向）空间定位（方向） 翻正反翻正反射射运动运动 自发性动作自发性动作 AutomexAutomex活动活动 肌肉无力肌肉无力 前肢抓物、后肢伸肌试验前肢抓物、后肢伸肌试验认知能力认知能力 学习与保持能力学习与保持能力 一路一路式回避法式回避法 多步式回避多步式回避情感反应情感反应 反应性反应性 对阵风的惊异性对阵风的惊异性 对新奇环境的应激性对新奇环境的应激性生理完善性生理完善性 体温调节体温调节 体重体重
13、 进食与饮水情况进食与饮水情况 主要部位体温主要部位体温神经毒理学研究方法行为检查（大鼠或小鼠精神行为二级测试项目）神经行为功能测试神经行为功能测试 行为测试行为测试感觉感觉 视觉、嗅觉、听觉视觉、嗅觉、听觉 操作心理生理测试操作心理生理测试 痛觉痛觉 滴定操滴定操作测验作测验 空间定位、本位感觉空间定位、本位感觉 T T迷宫辨别迷宫辨别 味觉味觉 味觉辨味觉辨别别运动运动 自发性动作自发性动作 每日节律，模每日节律，模仿性仿性 肌强度肌强度 操作反应操作反应力力 振颤振颤 光谱分光谱分析析认知能力认知能力 学习与保持能力学习与保持能力 自动成形自动成形 暂暂时辨别时辨别 重重复获得试验复获得试验情感反应情感反应 CNSCNS兴奋性兴奋性 大脑自身刺激大脑自身刺激 厌厌恶阈值试验恶阈值试验生理完善性生理完善性 体温调节体温调节 昼夜节律昼夜节律 周周期性期性 主主要趋势测定要趋势测定神经性毒剂毒理作用中枢神经系统功能紊乱 呼吸衰竭 抑制呼吸中枢 呼吸肌麻痹 气体交换受阻 循环衰竭 心脏中枢抑制 心输出量减少 平滑肌收缩 腺体分泌增加 运动系统功能障碍
