摘要：草甘膦是許多商業除草劑中的活性成分，是全球應用最廣泛的除草劑。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）和其他神經退行性疾病導致的死亡率增加呈正相關。此外，草甘膦暴露會增加血漿中的促炎細胞因子，尤其是TNFα（Tumor necrosis factor α）。草甘膦已被證明可以穿過血腦屏障，但尚未在體內得到驗證。

異常的TNFα信號傳導與許多病理有關，包括癌癥、類風濕性關節炎、牛皮癬、多發性硬化癥以及免疫、炎癥和神經退行性疾病。在健康的大腦中，成年期TNFα的表達較低，而相比之下，成年神經退行性疾病的大腦則表現出非常高水平的TNFα。神經炎癥在AD發病機制中起著核心作用，而TNFα與AD的進展密切相關。TNFα死亡結構域通路在AD中逐漸激活并導致細胞變性。鑒于草甘膦暴露與體內TNFα之間的關系，以及TNFα與神經變性之間的聯系，必須確定草甘膦暴露導致大腦中TNFα水平變化。

2022年7月28日，亞利桑那州立大學研究團隊在Journal of Neuroinflammation發表題為“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，并以劑量依賴的方式破壞轉錄組，可影響AD等神經退行性疾病。

圖1 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（圖源：[1]）

此項研究以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。在給藥的最后一天收集小鼠尿液、血漿和腦樣本，并通過UPLC-MS和ELISA進行樣本分析。原代皮層神經元來源于APP/PS1幼崽淀粉樣蛋白生成，以評估Aβ40-42負荷和細胞毒性的體外變化。對C57BL/6J腦樣本進行RNA測序以確定轉錄組的變化（圖2）。

圖2 在小鼠腦組織中可檢測到草甘膦及其主要代謝物（圖源：[1]）

結果發現：

草甘膦暴露劑量對腦草甘膦測量有顯著主效應，增加劑量會導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，與對照小鼠相比，250mg/kg和 500mg/kg劑量組在大腦中的AMPA表達更高。腦組織中的草甘膦和AMPA含量之間存在強烈的顯著正相關（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（r=0.4879，P=0.0182）。這些發現表明，草甘膦暴露會導致大腦中同時檢測到草甘膦和AMPA，并且大腦中草甘膦的水平與尿液中檢測到的水平相關。

草甘膦暴露劑量對腦勻漿、海馬勻漿和皮質勻漿的TNFα水平均有顯著的主效應，且TNFα水平呈劑量依賴性增加。在大腦中，TNFα的表達與神經毒性和細胞死亡有關，這些結果表明草甘膦暴露會以大腦區域特異性方式增加促炎細胞因子TNFα的水平。

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，尿草甘膦水平與外周TNFα相關，而腦草甘膦水平與外周血漿和腦TNFα水平相關。

Aβ水平是AD病理學的標志。研究人員從APP/PS1幼崽中分離并鋪板原代皮層神經元，并將它們與0µg/mL、10µg/mL、20µg/mL 或40µg/mL草甘膦共培養，并在24小時后從培養板中收集培養基并測量Aβ40-42的可溶性水平。研究發現Aβ40和Aβ42水平和細胞活力均對草甘膦有顯著的劑量依賴效應。這些結果表明，當使用源自APP/PS1小鼠的原代皮層神經元進行體外測試時，體內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水平并降低細胞活力。

為了表征草甘膦暴露后轉錄組的變化，研究人員從小鼠腦中分離RNA，并在Illumina HiSeq 2500上通過100 bp雙端測序進行測序。差異表達基因（Differentially expressed genes，DEG）的FDR截止值設置為5%。DEG的初始劑量回歸分析顯示226個基因以劑量依賴性方式顯著失調。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數據庫進行了通路分析。GO和Reactome分析顯示沒有功能富集，Kegg分析顯示一個通路富集了11個失調基因。隨后用于確定基因表達的細胞類型特異性變化的去卷積分析顯示少突膠質細胞和GABAergic神經元顯著富集。對少突膠質細胞和GABA能神經元進行通路分析，發現少突膠質細胞富集了四個生物學過程：中樞神經系統髓鞘形成、中樞神經系統中的軸突鞘、神經膠質細胞發育和少突膠質細胞發育。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。Kegg和Reactome對少突膠質細胞沒有顯著的結果，并且GABA神經元沒有在任何途徑中富集。

圖3 草甘膦暴露增加Aβ40-42并增加體外細胞死亡。來源于APP/PS1幼鼠原代皮層神經元經培養。

此項研究表明草甘膦能夠穿透血腦屏障，滲入腦組織，并且導致促炎細胞因子TNFα水平升高；此外，用體內小鼠大腦中檢測到的相似草甘膦劑量劑量處理皮層神經元時，能夠增加Aβ40-42水平和降低原代皮層神經元體外細胞活力；大腦中的草甘膦與TNFα水平升高相關，這表明接觸這種除草劑可能會引發大腦中的神經炎癥，這可能會導致神經退行性疾病中出現的變化；RNAseq發現進一步支持了這一點，該發現顯示受TNFα水平升高影響的重要少突膠質細胞過程失調。總的來說，鑒于很大一部分人可能會接觸到這種化學物質，這些結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識。

草甘膦暴露可能導致AD病理的早期發作或加速進展。這種潛在聯系的影響將為玉米和大豆作物的草甘膦施用與AD導致的死亡人數增加之間的相關性提供因果支持。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草甘膦在AD中的潛在作用機制的寶貴信息；研究的另一個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，還需要進一步的研究來探索導致相關后果是否與復雜的配方有關。

[1] Winstone JK, Pathak KV, Winslow W, et al. Glyphosate infiltrates the brain and increases pro-inflammatory cytokine TNFα: implications for neurodegenerative disorders. J Neuroinflammation. 2022 Jul 28;19(1):193. doi: 10.1186/s12974-022-02544-5. PMID: 35897073; PMCID: PMC9331154.