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草甘膦对细胞色素P450酶以及肠道微生物组生物合成氨基酸 的抑制作用——通向现代疾病的危途

时间:2018-12-08 04:00:46  来源:  作者:Anthony Samsel,独立科学家与顾问    Ste

编者按:
这篇译文是本博主邀请志愿者参与共同翻译完成的。感谢来自新浪微博的“@尚书泰誓”等朋友的热情参与。
论文的第1节主要由“@昵称怎么都被注册了”翻译,第2节和第3节主要由“@淡绿青莲”的朋友和“@旋风柴进”翻译,第4节由“@宰步龙”和“@旋风柴进”翻译,第5节、第6节由“@旋风柴进”翻译,第7节由“@午后阳光_9700”和“@旋风柴进”翻译,第8节由“@旋风柴进”翻译,第9节由“@No--Notion”和“旋风柴进”翻译,第10节由 “@No--Notion” 翻译,第11节以后主要由“@尚书泰誓”翻译,“@思关于”和“@Buntsuzn”参加了其中部分内容的翻译。由于博主安排方面的原因,少数内容有重复翻译的情况。“@旋风柴进”对全部译文进行了校对和统稿,对译文中发生的错误负主要责任。
鉴于这篇文章的复杂性和重要性,而翻译者大都不是专业翻译工作者,专业背景也有很大差异,更由于校译和统稿者水平所限,译文还存在不少错误和瑕疵,因此特别欢迎读者朋友们提出修改和改进的意见和建议。修改意见和评论请发至chaiweidong68@sina.com ,谢谢!


1.引言
西式饮食所用的食材,主要来源于工业化的农业种植,这种农业生产越来越多地采用了双组元系统的方式——双组元指的是基因工程的植物种子和有毒化学物质。通过基因工程向植物转入某些新的细菌基因,使得这些转基因作物能够相容地吸收这些毒性化学残留。研究表明,转基因作物中特有的新的细菌RNA与DNA能够提供对化学除草剂的抗性与其他的性状,但它们的生物学影响并未被充分认识。但是,本文仅限于讨论化学物质草甘膦的影响,它是全球目前使用最为广泛的除草剂。
草甘膦(N-膦酰甘氨酸),是农达除草剂的主要有效成分,农达在美国以及世界农业与草坪维护中的使用越来越多,在其专利已经过期之后尤其如此。目前,80%的转基因作物,特别是转基因玉米、大豆、油菜、棉花、甜菜以及最近的苜蓿草,都引入了对草甘膦有抗性的基因,从而具备所谓“抗农达”特性。人体摄入草甘膦后,仅有很少量(约2%)代谢为氨甲基膦酸(AMPA),其余大部分进入血液循环,最终通过尿液排出[1]。研究表明,1990年代中期以来,美国中西部河流的草甘膦污染急剧增加,说明从那时起在农业中越来越多地选择使用农达[2]。同时,现在一种流行的做法是在收割前喷洒农达除草剂作为干燥剂,这导致食物原料中的草甘膦残留进一步增加[3-5]。转基因行业声称草甘膦对哺乳动物几乎无毒[6、7],因此,即便从食物中摄入草甘膦也不成问题。他们甚至声称草甘膦的毒性低于阿司匹林[1、6]。这种情况的后果是,在食品生产中对食物中草甘膦残留几乎不进行检测。公开表态的少部分专家相信草甘膦的毒性比产业界所声称的更加严重,尽管其毒性只有在相当长的时间以后才会显现。因此,虽然对啮齿动物进行的短期研究未能显示明显的毒性[8],但是对啮齿动物更长时间接触草甘膦的研究则显示出肝与肾机能损害、致癌风险增加以及寿命缩短[9]。
据认为,草甘膦在植物中的作用机制是干扰莽草酸途径,它涉及基础芳族氨基酸、苯丙氨酸、酪氨酸与色氨酸的合成[10]。目前被接受的草甘膦无害的教条是基于,人和其他动物中不存在莽草酸途径,因此草甘膦对人类或者其他哺乳动物无害。然而,在人类的肠道细菌中却实际存在着莽草酸途径,通过与人类宿主之间的一体化符号生物学关系,它在人体生理中扮演着重要的角色,但迄今在很大程度上被忽略了[11-14]。除了帮助消化,肠道微生物群还能够参加维生素合成、对外源化学物质解毒,并且参与免疫系统动态平衡与胃肠道渗透性[14]。此外,饮食因素调制肠道的微生物群落成分[15]。少年发病的克罗恩氏病(节段性肠炎)等炎性肠疾病发病率,过去十年在西欧[16]与美国[17]显著增加。有理由认为草甘膦对肠道细菌的影响可能是造成这些疾病与症状的推动因素。
不仅如此,慢性接触草甘膦的雌鼠对乳腺肿瘤高度易感的事实[9]证明,还有其他情况也在发生。通过对文献的系统性研究,我们发现,看起来与西式饮食相关的许多健康问题都可以由生物学紊乱进行解释,而这些紊乱都可以归因于草甘膦的作用。这些疾病包括消化问题、肥胖、自闭症、阿尔茨海默病、抑郁、帕金森病、肝疾病与癌症等。尽管许多其他环境性毒素也可能与这些疾病和症状有关,本文相信草甘膦是具有最显著影响的环境性毒素,这要因为它的压倒性的广泛使用,以及由于被误认为低毒而在施用中缺乏谨慎操作。在本文中,我们论证了所有这些健康问题最近令人恐惧的急剧增加,都可以追溯到综合性的肠道生态失调、硫酸盐输送受阻,以及某些细胞色素https://baike.so.com/doc/6004290-6217271.html P450(CYP)酶的功能受到抑制。有清楚的证据证实,草甘膦干扰肠道细菌并抑制CYP酶类。草甘膦与硫酸盐传输的联系不那么直接,但是从生物物理学的基本原理能够做出合理的解释。
本文的其余部分,我们首先从相关文献中提供证据,揭示草甘膦是如何危害植物、微生物、两栖动物与哺乳动物的。第三节讨论由接触草甘膦造成的肠道生态失调在炎性肠病中的作用,及其与孤独症(自闭症)的关系。第四节阐述了,与草甘膦暴露相关联的酚类化合物的过量合成,代表着对自由态硫酸盐输送受损进行补偿的一种策略。第五节提供证据证明草甘膦抑制CYP酶。第六节解释了,血清色氨酸贫乏如何造成过胖,这种血清色氨酸贫乏是巨噬细胞对炎症反应而螯合的结果。第七节表明,极端严重的色氨酸贫乏可以导致营养吸收受损与神经性厌食。第八节综合总结了CYP酶在新陈代谢中发挥的所有作用。第九节讨论了草甘膦对与CYP-类似的内皮型一氧化氮合酶(eNOS)干扰的可能后果。第十节说明了,草甘膦的如何可能导致大脑有关功能失调,例如自闭症、痴呆、抑郁与帕金森病。第十一节提到潜在与草甘膦有联系的另外一些健康问题,包括生殖困难与癌症。第十二节讨论了草甘膦,特别在近些年里,污染了我们食品供应的已有证据。讨论之后,对本文的发现进行了总结并作出简要结论。
2.草甘膦的病理作用:对照研究
草甘膦是有机磷酸酯类化合物的一种,众所周知,它能够抑制5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶(EPSP合酶),即植物莽草酸途径中合成芳族氨基酸的限速步骤[18]。哺乳动物确实不存在莽草酸途径,但该途径却存在于藻类,古细菌,细菌,真菌,原核生物,单细胞真核生物[19]。事实上已经证明,玉米和大豆在接触草甘膦之后,其反应都会积聚过量的莽草酸[20]。然而,对于抗草甘膦胡萝卜和草甘膦敏感胡萝卜细胞系的研究发现,除了抑制芳香族氨基酸之外,草甘膦还具有多种其他的病理作用[21]。已经认定,除了异常低的色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸水平,对草甘膦敏感的细胞,其丝氨酸,甘氨酸和蛋氨酸水品也降低了50%至65%。蛋氨酸的减少会造成许多不良后果,因为蛋氨酸是必须从食品中摄取的一种主要的含硫氨基酸。此外,证据显示,对草甘膦敏感的细胞系中存在过量的氨,而对草甘膦习服的细胞系中则不存在。两种类型的细胞都能够容易地从培养基中吸收草甘膦,前8小时具有快速的线性吸收。这表明,从暴露于草甘膦的植物中获取的食物,一定含有草甘膦。
暴露于草甘膦的植物中含有过量的氨,这可能是由于苯丙氨酸解氨酶(PAL)活动增加,这种酶在植物、动物和微生物中都存在,它能够催化苯丙氨酸转化为反式—肉桂酸的化学反应,该反应释放氨[22]。在转基因烟草的研究中,证明芳香族氨基酸池规模的减小(只是接触草甘膦的直接后果),通过莽草酸途径造成代谢通量的强化,这导致PAL活性上升和绿原酸水平翻倍,绿原酸是与肉桂酸酯相关的多酚化合物。有研究指出,草甘膦对植物生长的迟滞影响,即使不全部是,也部分是通过诱导PAL活性来实现的[24]【译注:这说明,从机理上说,施用草甘膦会导致作物减产。】。生长受阻,既可能是受到衍生的酚类化合物的毒性影响,也可能是直接受到氨的毒性影响。对橄榄树的研究表明,总酚浓度和PAL活性有直接关系,表明PAL是酚类化合物的主要成因[26]。已经证明,草甘膦能够增加大豆幼苗[27]和玉米[28]的PAL活性。
在应激诱导的环境下,衍生自某些蛋白合成途径的次生代谢产物变得异常重要,并且酶调节在生产氨基酸和次级代谢产物之间引发了戏剧性的变化。一项对植物接触草甘膦和植物芳香蛋白质剥夺的对照研究发现了几个共同效应,但对草甘膦存在一个惊人的异常,它造成限速酶(限速酶是指整条代谢通路中催化反应速度最慢的酶,它不但可以影响整条代谢途径的总速度,还可以改变代谢方向)的合成增加了20倍,这种限速酶作用于黄酮类化合物的合成途径,是色氨酸合成途径的一个侧枝[29]。更普遍的是,有大量证据表明,草甘膦诱导植物[30]和微生物[31]的单酚类化合物以及多酚黄酮的合成,同时伴随着芳香族氨基酸供应耗尽。当胡萝卜暴露于高剂量的草甘膦时,会产生大量各种酚类化合物以及莽草酸[32]。其重要性将在第4节讨论硫酸盐输送时更清楚地说明。在暴露于草甘膦的植物中,发现莽草酸衍生的苯甲酸,原儿茶酸,没食子儿茶素、没食子酸酯等含量增加[29]。当暴露于草甘膦时,土壤中的固氮菌菌株会产生羟基苯甲酸类化合物[31]。这一外加的竞争性的生产酚醛和苯甲酸化合物的途径,可以很好地解释草甘膦芳对香族氨基酸合成的抑制。
即使是抗农达作物,在施用草甘膦后通常也会出现生长放缓的现象,这已被归因于草甘膦作为微量营养素螯合剂的作用。早期的研究已经证明草甘膦干扰大豆根部对二价阳离子钙和镁的摄入[33]。草甘膦严重减少大豆根部和叶部细胞所含线粒体的钙含量。由于镁也受到影响,而钾却不受影响,所以作者认为,这个特性可能适用所有的二价阳离子。最近更多的温室实验证明,对作物根部施用草甘膦,会减少这些作物种子中的钙、镁、铁和锰的含量[34]。有观点认为草甘膦附着和绑定了这些二价微量元素,减少了植物对它们的吸收。这些由草甘膦导致的二价微量元素的缺乏,会导致食物供应中二价微量元素的缺乏,最终导致那些食用草甘膦接触作物产品的人群对二价微量元素的缺乏。
已有证据证明草甘膦对牲畜和家禽肠道微生物的干扰。最近已提出,草甘膦可能是导致在过去十到十五年间德国所监测到的牛肉毒梭菌感染增加的一个重要的因素[35]。草甘膦已证实对肠球菌具有毒性,会杀死肠球菌,形成有利于毒梭菌种大量繁殖生长的肠道内的失衡环境。草甘膦也已被证实对家禽肠道生物群具有显著的不利影响。它会减少家禽肠道中的益生菌,增加致病性细菌数量[36]。高致病性沙门氏菌和梭菌菌株都被认为具有很高的耐草甘膦性,而像肠球菌,芽孢杆菌和乳酸杆菌之类的益生菌却对草甘膦非常敏感。由于肠球菌对梭菌菌株有抑制的功效,而草甘膦对肠球菌的毒性就引起了梭菌菌株的大量繁殖,最终导致禽畜疾病出现。
假单胞菌,一种机会性病原菌和耐抗生素的革兰氏阴性菌,已证实能够分解草甘膦,并产生合成氨基酸所需要的磷酸盐和碳元素,但这一反应会产生一种有毒的副产品:甲醛,它对神经具有毒性[37]。低含量的甲醛会引起神经元tau蛋白的淀粉状蛋白错折叠,形成那些类似于阿尔茨海默氏病症中所观察到的蛋白质聚集体[38]。
最近对草甘膦对大肠杆菌全基因组影响的研究发现,除了草甘膦对莽草酸途径的抑制作用之外,人类对它在饥饿代谢,能量消耗以及其它与基因有关方面的影响知之甚少[39]。比如,编码ATP合成酶的八个基因中的半数被下调,这提示线粒体ATP合成发生障碍。同时,与输入糖有关的编码基因上调,表示切换到厌氧发酵,产生了丙酮酸(效率低很多的溶液),而不是把葡萄糖完全氧化分解为二氧化碳和水。在对用草甘膦处理的土壤的研究中也同时出现了这种厌氧发酵的变化,该研究发现这种土壤中真菌总数在明显增加,而氧消耗明显抑制[40]。
通过给一个户外水围栏(近似自然状态)施放两种除虫剂和两种除草剂的实验显示,草甘膦(在这四种毒药中间)在消灭蝌蚪方面具有独特作用。在仅仅两周的施放期间,两个品种的蝌蚪完全灭绝,而第三种几乎完全消失,导致了蝌蚪物种丰富度的70%的下降[41]。其它牛蛙蝌蚪的实验显示先期接触过草甘膦的牛蛙蝌蚪在接触壶菌病的真菌病原体时成活率也有所下降[42]。因此可以认为,草甘膦可能是导致目前在世界范围内发生的青蛙数量下降的原因[43]。这也提示草甘膦会干扰胚胎发育,关于这个话题,稍后会继续讨论。
草甘膦一个更为隐蔽和危险的问题是,其对哺乳动物的毒性作用需要相当长的时间才会有明显的表现。将Wistar鼠放在含有人类用水允许最高剂量的草甘膦含量的环境中30-90日,实验结果表明增强的脂质过氧化物和谷胱甘肽过氧化物酶化活动,两者都是氧化应激反应的指标值[44]。对这些老鼠的长期研究显示,只有在通常为三个月期限的毒性实验完成之后,老鼠才开始出现明显的病状。在这个实验中,老鼠在整个生命周期被监控,并被喂以用草甘膦有选择性地处理过的转基因玉米或非转基因玉米[9]。长期接触农达的老鼠在它们的生命周期内出现了多种病症,包括雌性的大型乳腺肿瘤和雄性较多得的胃肠道,肝和肾方面的疾病。雄性患有皮肤癌和肝癌。雄性老鼠大多因为严重的肝肾功能衰竭而夭亡。其它实验显示口腔皮肤与加入草甘膦的饮用水接触会导致从老鼠血液和肝脏中取出的细胞的DNA损坏[45]。
研究人员发现,农达有时候比单纯的草甘膦毒性更大。这种差异是因为农达包括了一种可以大大加强草甘膦细胞毒性的表面活性剂[46]。具体而言,这种表面活性剂,TN-20,主要运用于以草甘膦为基础的除草剂里。人们研究了它在体外对草甘膦对老鼠细胞毒性的影响作用。结果表明,这种表面活性剂和草甘膦的联合使用导致线粒体的损坏、凋亡和坏死,而单独使用的情况下,这两种物质都不会产生这种效果。有研究认为TN-20干扰了细胞在摄入草甘膦时的细胞屏障的完整性。
对在发酵乳制品中常用的三种微生物所进行的研究显示,达农,而不是草甘膦,在农业推荐使用的低浓度的状态下抑制了微生物的生长[47]。这个结果显示了农达所用的辅助剂放大了草甘膦的毒性。同时作者认为,这也应该能解释近来生牛奶中微生物种类减少的情况。
人类皮肤如果长时间接触到草甘膦活性剂的除草剂,会出现局部的肿胀,水泡,渗液的伤口,随后是骨质疏松,神经系统损伤,并出现神经传导的迟钝[48]。 同样,口腔皮肤与草甘膦的接触会引起化学烧伤和口腔溃疡[49]。
3. 肠道微生态失调,自闭症和溃疡性结肠炎
现在已经确定自闭症谱系障碍(ASD)与肠道菌群失调之间存在关联[50], 而且实际上肠道菌群失调已被广泛认为是ASD的重要成因[51]。在自闭症患者的肠内可发现增多的短链脂肪酸和氨[52,53]。因为这些都是厌氧菌发酵的副产品,这表明存在梭状芽胞杆菌、拟杆菌和脱硫孤菌等厌氧菌在肠道里的过度繁殖。在自闭症儿童的粪便中也确实发现了超量的梭状芽胞杆菌[54]。厌氧菌发酵的副产品,如酚类、胺类、氨、硫化氢等都是对大肠有毒的物质[1,18]。自闭症和肝性脑病之间的关联已经被确定[55],其中的关键病理原因可能是血液中超量的氨。氨在与急性或者慢性肝功能障碍相关联的肝性脑病的病因中占有重要的作用[56,57]。据信,氨来源于包括大肠和小肠的肠道细菌[58]。受损的肝脏功能妨碍了泌尿系统对氨的解毒,因此,由草甘膦引起的PAL活动增强能够促成肠道中高氨血环境的形成,并在其后续病症的产生中起到重要作用[27,28]。
实际上,已有证据证明肠道微生物通过PAL从苯基丙氨酸产生氨[59]。一种特殊的老鼠表现型最近被识别,而这种表现型就是以肠道细菌的活动情况来定义的[60]。研究者认为这种表现型可以用通过PAL增加的苯基丙氨酸代谢途径来解释。此外,这种特殊的表现型也与通过一个与酪氨酸分解相关的途径的对甲酚过量合成有关。研究者进一步提出,已知的与自闭症相关的硫酸盐缺乏可能是因为肠道中的难辨梭状芽孢杆菌[63,64],为了解毒而产生的络氨酸所进行的对甲苯酚的硫化反应所过度消耗的硫引起的[61,62]。下一节中将解释,我们相信,对甲酚和其它酚类化合物是硫酸盐输送受损的结果,而不是原因。
难辨梭状芽孢杆菌是大肠炎的公认致病因素[65]。近年来,与难辨梭状芽孢杆菌相关的疾病,在北美的发病率大幅度提高,而这与炎性肠道疾病之间的关系,已经有了研究结果[66]对威斯康星州一家医院在2000年和2005年之间的患者进行的一项观察性研究表明,在2003年之前的肠炎疾病患者中难辨梭状芽孢杆菌感染几乎是不存在的,但其感染比例从2003年的4%提高到2004年的7%,到2005年已达16%。尽管有假设认为抗生素的使用干扰了肠道益生菌,但更令人信服的机理是草甘膦污染的加重导致了这种情况的发生。
已经发现了尿液中较高含量的对甲苯酚与比较低的硫化物残留与自闭症之间的联系[68]。对甲苯酚,通过难辨梭状芽孢杆菌一类的微生物的厌氧代谢而形成,是一种有害致癌物,同时也对中央神经系统、心血管系统、肺、肾脏和肝脏有害[69]。最近的一项研究发现,配方奶粉喂养的婴儿,其大肠微生物出现了难辨梭状芽孢杆菌的过量繁殖[70]。一项病例对照研究显示,由配方奶粉喂养的婴儿,其自闭症发病率明显高于母乳喂养婴儿的发病比例[71]。该研究未区分有机配方奶粉和非有机配方奶粉,但很显然,非有机大豆配方奶粉是被草甘膦所污染的,这种污染可导致自闭症和难辨梭状芽孢杆菌增加。尿路细菌代谢产物中的苯丙氨酸,如苯甲酸和苯乙酸以及酪氨酸(对-羟基苯甲酸和对羟基苯乙酸,苯甲酸和苯乙酸),被发现与几种不同的与肠道吸收功能损伤有关的疾病的发生有关,这些疾病包括包括腹腔疾病、囊性纤维化、未分类腹泻[72]。有研究者认为这些代谢物都是由肠道细菌产生的。在自闭症和精神分裂症患者的尿液中,含有相当于正常人尿液含量中300倍的异常高浓度的苯基丙氨酸代谢物[73],这很可能是梭菌属多种厌氧细菌的共同产物。在自闭症患者的尿液中也检测到异常高浓度的马尿酸含量[74]。马尿酸是苯甲酸的肝脏代谢物[75]。因此,发现了与各种消化系统疾病和神经系统疾病存在联系的一组不同的化合物,这表征着芳香族氨基酸合成发生偏移,而生成了对氧化苯衍生物。
有关研究令人信服地显示,有退化性自闭症特性的儿童,出现了肠上皮淋巴细胞侵润,这是一种粘膜炎症免疫病理症状[76]。这种对免疫系统细胞,如淋巴细胞和嗜酸粒细胞的侵润,是屏障功能受损之后的直接反应。在下一节会阐释,这种生态失调主要是由于对粘膜的硫供应受损引起的,这些有毒的酚化物既有助于弥补这种受损,同时也因为其氧化作用而引起炎症反应。
 
4. 硫酸盐输送障碍和苯酚合成
自闭症是一种包括社会技能缺损和神经发育延迟在内的疾病,近年来,已成流行趋势。根据美国疾病防控中心统计,美国现有2%的儿童可以列为自闭症患者。自1990年以来,人们认识到,硫氧化障碍和血浆中的硫含量偏低与自闭症有关,正如文献[77]所指出的:“这些研究结果表明,问题可能出在两个方面:一是硫酸盐的生成出现障碍,二是患病儿童体内形成的某种未知物质使得硫酸盐被很快消耗殆尽。”(p. 198)
在本节中,我们提出了关于草甘膦对植物和微生物体内芳香族氨基酸产生影响的新理论。我们的观点基于这一观察:草甘膦,一条很短的碳氮链,含有一个羰基团和一个磷酸盐团,它是一种很强的阴离子稳定剂(因无通用译法,Kosmotrope暂译为稳定剂),因为碳酸盐和磷酸盐都具有这一特性。硫酸盐也是一种稳定剂,而硝酸盐是一种离液剂(chaotrope,与Kosmotrope相对应,暂译为离液剂)。稳定剂和离液剂代表着霍夫迈斯特序列(又称感胶离子序)的两个极端[78,79],稳定剂会使蛋白质周围的水稳定结构并使蛋白质不溶解,而离液剂就会破坏水结构并溶解蛋白质。对过分暴露于草甘膦而急性死亡案例的研究表明,血液动力学方面的干扰,包括血管内分散的凝结物(DIC)和多种组织失效,与血浆中草甘膦的高浓度(80ml/L以上)有关[80]。我们认为这与草甘膦作为潜在稳定剂的效应有关,这种强有效的稳定剂导致血蛋白的“盐析出”并凝结,形成“非流动”状态。[81]
具有碳环并有适于附着硫酸盐的位置的分子(如酚类化合物),当稳定剂负荷提升时,适合用于通过血液流动输送硫酸盐。酚类化合物(如对甲酚)在肠道内很容易形成硫酸盐,这样在草甘膦存在的情况下,就有机会通过肝门静脉输送硫酸盐。这个碳环有助于分散负电荷,抵制硫酸盐形成水结构的特性,从而防止血管受到干扰。一个单酚可以重复多次发挥这种作用,因为硫酸盐可以通过酚硫磺转移酶被附着到结肠中的酚上,肝利用多种硫酸酶和多种硫磺转移酶将一半硫酸盐从酚传送到可用的基质上,典型的基质是异生物物质(xenobiotic)或固醇[82]。所以,酚可以提供去除异生物质和胆汁酸毒性并产生各种固醇硫酸盐所必需的硫酸盐,也负责向胰腺提供硫酸盐,以便合成粘多糖,并和腺泡细胞生成的蛋白酶一起释放到结肠中去[83]。
在这种情况下,草甘膦本身,由于它具有稳定剂的特性,破坏了游离硫酸盐的输送,因此芳香族氨基酸被氧化为各种酚类化合物,作为对游离硫酸盐输送受损的弥补。不幸的是,一旦不能被硫酸化,酚类就变成有毒的,他们通过单电子转移,与磷脂和DNA发生破坏性反应[84]。
虽然黄酮类化合物通常被认为是对健康有益的,其作用的生物学机制尚不明确。文献[85]指出:“胃和肠道的微生物代谢的潜在作用往往被过于忽视了”。这些作者提出,单酚类衍生物可能是结肠的肠道菌群通过黄酮类化合物的环裂而产生的。因此,通过这个过程,类黄酮可以促进把硫酸盐输送到到肝脏。此外,黄酮类化合物本身既可以被葡醛酸化(glucuronylated),也可以被硫酸化,[85,86],尤其是在4'-OH的位置[87],所以,他们可以不被分解而直接用于硫酸盐输送。事实上,可以推测,对暴露于草甘膦的植物而言,黄酮类化合物的大量合成,正是因为它在硫酸盐输送中所起到的作用,而色氨酸则是其所付出的代价[29]。因为它们比一元酚的毒性更低,因此在草甘膦干扰的情况下,黄酮类化合物对硫酸盐的输送更具有吸引力。

图1. 草甘膦污染肝门静脉条件下,可用于从肠道到肝脏的硫酸盐输送循环过程示意图。由芳香族氨基酸衍生的酚类化合物可以在肠道和肝脏之间来回循环,从食道到肝脏的过程中被硫酸盐化,从肝脏到肠道的过程中被葡糖醛酸化(glucuronidated)。最终,硫酸盐还原细菌(sulfate reducing bacterium)能够代谢苯酚,而使硫酸盐被消耗。
在体外试验中,草甘膦能够同时抑制碱性和酸性磷酸酶的活性[88],这一事实,以及在藻类的胞外碱性磷酸酶的合成[89],都表明,在植物中当草甘膦存在时,磷酸盐面临着与硫酸盐相同的问题:生产自由磷酸盐的磷酸酶活性被抑制。有趣的是可以注意到,即使在缺乏维生素B6补充的条件下,自闭症患者的血清磷酸吡哆醛(维生素B6)也会升高[90]。尽管这样,已经证明补充B6可以减轻自闭症症状[91,92]。可以推测,在草甘膦存在的条件下,维生素B6可以被用于安全地输送磷酸盐。与苯酚对硫酸盐分配电荷的方式相类似,环吡哆醛把负电荷分布到磷酸盐阴离子上,从而使磷酸盐能够以非稳定剂的形式(non-kosmotropic form)被输送。
草甘膦的稳定剂效应的影响可以通过血液中的离液剂的缓冲被抵消,这可能是在自闭症患者体内观察到的氨[93]和各种氮的氧化物水平提高的一个因素,氮的氧化物包括一氧化氮、亚硝酸盐、硝酸盐[94-96]。
因此,自闭症与以下因素相关:肠道生态失调[50,51],伴随着硫酸盐代谢障碍的血液中自由硫酸盐水平的显著降低(只有正常水平的三分之一)[63,97-101],一氧化氮的过量合成[94-96],能够生产苯酚等的细菌,如难辨梭状芽孢杆菌的过度生长[101],尿液中有毒的对甲酚等酚类水平的提高,[68]。自闭症还与硫酸化能力下降有关,这导致对乙酰氨基酚的解毒能力受损,并与硫酸盐生物利用度不足相一致。酚磺基转移酶基因的遗传缺陷与自闭症相关[77],在草甘膦污染条件下,这种酶变得更加重要。所有这些观察结果,都可以通过草甘膦对肠道细菌和血液流动的影响而得到合理解释。
结肠炎和克罗恩病均与硫酸盐在肠道中的耗尽有关[102],而这可能与草甘膦污染引起的硫酸盐输送受阻有关。与自闭症[103]相关,发现了过量生长的硫酸盐还原菌,脱硫弧菌(Desulfovibrio)。硫酸盐还原菌可以利用脂族和芳族烃作为电子供体,因此在对毒性酚类化合物的解毒过程中发挥重要作用[104-108]。因此,脱硫弧菌在肠道中可以通过代谢酚类化合物同时损耗游离硫酸盐而起到双重作用,在草甘膦污染条件下如果允许其(脱硫弧菌)进入血液流动则造成问题。因此我们假设,在脉管系统中存在草甘膦污染的情况下,芳香族氨基酸被衍生成为酚类化合物而可以安全地从食道向肝脏输送硫酸盐。然后肝脏把硫酸盐转移到另一代谢物如类固醇,然后通过被葡糖醛酸化的胆汁酸将苯酚回送到消化系统进入另一回合。可能经过多个回合,苯酚做种由硫酸盐还原菌在结肠里被代谢。这一概念和过程见图1。
 
5.草甘膦抑制CYP酶的证据
草甘膦抑制CYP酶的证据来自几个方面。有研究显示草甘膦对芳香化酶的抑制(将睾酮转化为雌激素的CYP酶),以及草甘膦能够强化视黄酸,这是通过抑制催化其分解代谢的CYP酶而实现的。最后,有研究直接表明,草甘膦给能够抑制植物和动物体内的解毒CYP酶。
两项研究指向芳香化酶活性[109,110]的中断。文献[109]指出,低至10ppm以下的草甘膦,能够扰乱人类肝脏HepG2细胞芳香化酶的活性,这是公认的行之有效的用于研究外源毒性的细胞系。文献[110]指出,即使暴露于极低浓度的草甘膦,即推荐农业应用浓度的1%浓度的草甘膦,人胎盘细胞中的芳香化酶的活性也受到破坏。此外还发现,即使是少量的农达中存在的佐剂,也可大大增强草甘膦上述效应,这可能是因为佐剂使得草甘膦更易于影响与膜结合的蛋白质。牡蛎幼虫的实验研究发现,农达引发毒性的浓度,甚至低于草甘膦引发毒性浓度的1/20,这表明农达中的佐剂对草甘膦毒性有巨大的放大效应[111]。
视黄酸在胚胎发育过程中起着关键的作用,其精细调节的浓度水平对发育阶段施加影响[112]。根据来自使用草甘膦除草剂的地区出生的神经缺陷和颅面畸形患儿的报告,一组研究人员研究了低剂量草甘膦(商业化草甘膦除草剂的1/5000的稀释剂,即0.02%浓度)对非洲爪蛙胚胎和鸡胚[113]的影响。被草甘膦处理的胚胎发生了高度异常:青蛙胚胎发育成颅畸形的蝌蚪,鸡胚则发生小头畸形。研究人员追踪发现,这种现象源于内源性视黄酸(RA)活性增强,而同时施用RA拮抗剂则能够防止畸形。
CYP酶的抑制能够解释这种RA活性增加。已发现CYP家族的一个新成员,由维甲酸诱导并参与其代谢[114,115]。它存在于哺乳动物的胚胎和大脑。因此,如果这种酶被草甘膦所抑制,则解释了所观察到的草甘膦在胚胎发育过程对视黄酸水平的提高作用。
1998年进行的一项研究表明,草甘膦抑制植物中的细胞色素P450酶[116]。 CYP71s是CYP酶中的一类,它们在对苯化合物的解毒方面发挥作用。已观察到草甘膦对它的抑制作用,CYP71B1l是从一种叫做菥蓂的植物中提取的酶,该实验涉及含有大肠埃希氏菌的重组系统,其中细菌膜融合所表达的CYP71B1l融合蛋白是与细胞色素P450还原酶所融合的。在不同浓度的草甘膦环境下,测定了该融合蛋白在水解苯并(a)芘中的活动水平。 在15微摩尔草甘膦浓度下,酶的活性降低了4分之3,35 微摩尔草甘膦浓度下,酶的活性被完全消除。抑制的作用机制涉及草甘膦中的氮基团与酶中的血红素团的亲和。
一项更为引人注目的研究显示了草甘膦对哺乳动物和植物的影响,该实验涉及用两星期灌胃给予大鼠草甘膦[117]。观察到了肝细胞色素P450活性水平的降低。后文将看到,CYP酶在肝脏中起着许多重要作用。可以合理地认为,草甘膦能够作为对人类致癌的亚硝胺暴露源而导致肝癌。在亚硝酸钠[118]处理的土壤中,会发生草甘膦的N-亚硝基化反应,已经证明植物能够吸收亚硝基化产物[119]。暴露于致癌物质亚硝胺的雌性Wistar大鼠,其肝脏的癌前病变和肿瘤,均显示参与对外来物质解毒的某些CYP酶的水平降低了,包括NADPH-细胞色素P450酶和谷胱甘肽转移酶[120]。因此,这可以解释草甘膦降低肝脏CYP酶的生物利用度的机制。
草甘膦是一种有机磷农药。对人类肝细胞的CYP酶活性的抑制,是常被用作农药的有机磷[121]的一个公认的特性。文献[122]表明,有机磷能够上调核受体构雄烷受体(CAR),这是CYP活性的关键生物调节剂。这导致CYP2的mRNA的合成增加,这可能是对是毒素抑制CYP酶活性的一种弥补。CYP2对于外源物质的解毒起着重要作用[123]。
从2006年左右开始,在美国发生了惊人规模的蜜蜂死亡现象,研究人员仍在努力查找造成蜂群灭绝的原因[124]。由于草甘膦的用量也在同一年达到了创纪录的水平,并从那时起持续增加,既然无助于消减蜂群崩溃紊乱,草甘膦可能加剧蜜蜂所遭遇的困境。虽然相关性并不等于因果关系,有强烈的证据表明草甘膦可能会干扰蜜蜂抵抗其他环境毒素的能力。乍一看,杀虫剂可能更值得怀疑,因为蜜蜂毕竟是一种昆虫。然而,蜜蜂有一种与生俱来的抵抗大多数农药的能力,但不幸的是这种能力取决于几种CYP酶。例如,由CYP酶介导的代谢解毒有助于显著提高蜜蜂对拟除虫菊酯类杀虫剂的耐受性[125]。因此,草甘膦对CYP酶的抑制,预示着暴露于草甘膦环境的蜜蜂,在草甘膦协同作用下,对杀虫剂变得格外脆弱。2005年在阿尔伯塔省(加拿大)进行的一项研究发现,与有机油菜相比,在转基因油菜地里的野生蜜蜂的丰度及其高度相关的授粉均显著下降[126],而对于用农达处理过的非转基因油菜籽,蜜蜂的减少则处于中间水平。一项对暴露于草甘膦和/或农达&reg;的蜜蜂的对照研究发现,接触草甘膦的蜜蜂表现出显著较高的死亡率(P<0.001)[127]。新烟碱类杀虫剂,如吡虫啉和噻可以杀死蜜蜂,曾被认为与蜂群衰竭失调有关[128]。然而,这种毒性作用更可能是与草甘膦协同作用的,当除草剂污染的花粉被蜜蜂咽下时这种情形就会发生。草甘膦是有机磷,和人类自杀中毒的研究已经证明,有机磷摄入会大大增强摄入的新烟碱类杀虫剂毒性,[129]。
6.通往肥胖的途径
前文已经建立了草甘膦通过对肠道细菌的影响而导致硫酸盐耗尽并进而导致发炎性肠道疾病的机理,现在讨论“漏肠综合征”作为其结果的可能后果。已经有人提出,有机和无机化学品产量的指数型上升,与当前全球范围内肥胖症流行可能存在因果关系,即由于改变身体的化学反应而促进体重增加[130]。这些化学物质在高暴露水平下会造成体重减轻反而更容易理解,但是对草甘膦,通过在植物和微生物激活色氨酸耗损,则可以解释这一明显的矛盾。草甘膦对肝脏的CYP酶的影响更深化了问题的复杂性,因为它损害肝脏的解毒能力,而环境中人造化学物的污染显然越来越严重。在本节中将解释草甘膦是如何通过耗竭色氨酸的生物利用度而导致肥胖。在第6章中,我们将提供证据来证明,在没有肥胖的条件下,极端的色氨酸枯竭可导致肠道屏障的严重损害,导致消瘦和厌食,这是由于无法透过受损的肠道屏障输送至关重要的微量营养素。
色氨酸是一种必需的氨基酸,而哺乳动物细胞不能合成色氨酸。血清色氨酸耗竭导致大脑中的5-羟色胺和褪黑激素枯竭[131]。由于5-羟色胺(来自色氨酸)是一种有效的食欲抑制剂[132],于是5-羟色胺的缺乏会导致暴饮暴食和肥胖。正如我们已经看到的,草甘膦对色氨酸供应的破坏,既可以作用于基于植物的食物源,也可以通过破坏肠道细菌对色氨酸的合成来实现,这两者都是草甘膦的直接效果。草甘膦影响下,所观察到的色氨酸衍生的多酚类黄酮类化合物的合成的增长高达20倍,强有力地证明了色氨酸合成受损[29]。
色氨酸在体内有几个重要的作用。通常,膳食色氨酸(除了作为蛋白质合成的必要原料)由肝脏吸收,之后,或者完全代谢产生ATP,或者通过色氨酸双加氧酶(TDO)和吲哚胺双加氧酶(IDO)的酶促作用进行处理,藉由某种涉及犬尿氨酸和喹啉作为媒介的代谢途径,产生ATP合成和DNA修复所需要的重要辅助因子NAD+[133](见图2)。所有未被肝脏吸收的色氨酸都在血液中循环,其输送跨越血脑屏障(BBB)。它变成神经递质5-羟色胺和褪黑激素的(唯一)合成前体[131]。血液流动中,色氨酸对竞争的蛋白质之间的低比率,导致跨越血脑屏障的色氨酸输送减少,随即减少了大脑中和褪黑素的合成。因此,低的血清色氨酸水平转化为体重增加的倾向,这是5-羟色胺信号被抑制的结果[132]。

 
图2.人体内色氨酸途径,以及草甘膦对色氨酸生物利用度的负面影响。
IDO:吲哚胺双加氧酶;
TDO:色氨酸加氧酶;
G:草甘膦。
然而,在炎症条件下,作为对诸如细菌细胞壁中的脂多糖(LPS)一类的病原因素刺激的反应,色氨酸被炎症部位的淋巴组织转化为犬尿氨酸,并由原位的巨噬细胞和嗜中性粒细胞[135 -137]贮存起来。因此,可以预期,肠道内的炎症会直接导致血清色氨酸耗竭,从而进一步降低肝脏对色氨酸的生物利用度。巨噬细胞之所以需要与犬尿氨酸螯合,有数个原因,其中最重要的一条,可能是为了确保NAD +被耗尽后重新再生所需要的局部资源,再生NAD 是通过多(PARP)聚合酶,去合成聚-ADP核糖(ADP-ribose)[138-140]。聚-ADP核糖在DNA被破坏后的DNA修复机制中是不可或缺的,它由对抗感染的巨噬细胞所释放的活性氧,氮物质(ROS和RNS)所诱导,包括超氧化物,一氧化氮,以及它们的反应产物过氧化亚硝酸盐。超氧化物是从动脉壁中的氧所诱发的,电子从细胞内的NADPH转移到氧,其合成是杀死入侵的病原体所必不可少的,但多重暴露也会导致组织损伤。
无论是炎性细胞因子干扰素-γ(IFN-γ)和超氧化物自身,都诱导氧酶IDO的合成,而IDO通过用超氧化物去打破色氨酸的吡咯环实现对超氧化物的解毒[141]。细胞核内的DNA是对超氧化物暴露是极其脆弱的,因其可能会导致链断裂。借助IDO从色氨酸合成犬尿氨酸,能够补充被PARP活动所耗尽的NAD +和NADP +的供应,PARP活动是DNA修复过程中的一部分。
研究证实,血清色氨酸水平低与肥胖[142,143]有关。文献[143]中,在24小时内对血浆色氨酸水平进行多次监,可以确认,与对照组相比,肥胖症患者体内血清色氨酸水平被逐渐压低,而其他竞争性的大中性氨基酸的水平则在升高。即使通过强烈的节食使体重降低后,该病变仍然存在。
在最近的一项实验里,把从肥胖患者肠道内能产生毒素的菌株移植到无菌的消毒的小鼠肠道里,展示了肠道细菌产生的过量内毒素具有怎样的戏剧性的增肥效果[144]。在为期16周的试验期间,也给以高脂肪的饲料,这些老鼠变得肥胖,同时这种肥胖还伴随着低度的慢性炎症。对照组的不含毒素菌株的老鼠使用同样的饲料,没有发生肥胖。据推测,用于脂肪运输而生产的乳糜微粒,成为把内毒素输送到血清的工具,之后再输送到肝脏和身体的脂肪,因为炎性细胞因子被发现主要存在于肝脏和附睾脂肪垫,而不是在髂骨。由于草甘膦能够诱发肠道细菌向毒素生产菌株的转变,这种效应能够解释高脂肪饮食与肥胖的联系[145]。
美国肥胖症的流行始于1975年,这与草甘膦进入食物链的时间同步,并且肥胖症发病率伴随农业生产中草甘膦用量的增加而稳步上升(见文献[146]图1)。虽然美国肥胖者每年都越来越多[147,148]这一事实已经成为常识,但相比之下另一个事实则少为人知,即,在世界的其他地方,肥胖症随着草甘膦的使用而同步上升[149]。例如,南非在所有非洲国家中具有最高的肥胖症发病率[150],同时南非恰恰是从20世纪70年代开始就最大力引进使用草甘膦的非洲国家,而且南非对采用转基因技术的作物很少进行监管[151,152]。据世界卫生组织统计[153],1972年英国只有2.7%的成年人为肥胖者,这一数字在1999年上升到25.8%。今天,三分之二的英国公民超重或肥胖。
7.通向炎症性肠病和神经性厌食症的途径
我们已经了解到色氨酸的损耗如转化成为多酚类黄酮以及大量被巨噬细胞摄取会引起肥胖,这些都是在ROS和RNS过量的情况下保证DNA修复正常进行所需要的。随后5-羟色氨酸合成过程受阻会导致暴饮暴食行为。这里,我们认为,在没有足够的脂肪储存去消化毒素和提供甾醇硫酸盐的情况下,严重的色氨酸缺乏会导致机体由于抗菌肽释放受阻而无法控制微生物的侵袭。矛盾的是,这又可能会引起神经性厌食症,由于消化系统重度发炎,病原通过漏肠上皮入侵,接着引起不受控制的腹泻,最后引起厌食症。
脂肪为防止胃肠道炎症提供保护,部分是因为脂肪组织可以储存毒素,减轻炎症对肠道屏障的损伤。然而,更重要的原因则可能是脂肪组织直接供应硫酸化类固醇的能力。能够使5 - 羟色胺硫酸盐化从而失活的磺基转移酶,在许多组织都存在,包括脑,心,肝,肺,肾和脾[154]。硫酸供应不足可能会损害这一功能,导致贫乏的5 - 羟色胺调节。在血清中, 5 - 羟色胺和甾醇硫酸盐的水平之间存在有趣的关系。除了硫酸胆固醇以外,硫酸脱氢表雄酮是血清中最突出的甾醇硫酸[155]。自闭症患者的硫酸脱氢表雄酮水平5 - 羟色胺水平均异常低[156]。血清硫酸脱氢表雄酮水平与内脏脂肪呈负相关,[157],硫酸脱氢表雄酮的补充供应可以使病态肥胖的妇女在绝经后体重减轻[158]。我们推测,硫酸脱氢表雄酮水平可以作为硫酸盐生物利用度的激素信号,低的生物利用度低导致低的5 - 羟色胺,并诱发暴饮暴食以产生内脏脂肪。内脏脂肪是硫酸雌酮的一个来源[159],我们推测,它可以一定程度上弥补硫酸脱氢表雄酮的不足,减轻肾上腺产生甾醇硫酸盐的负担。这也将减少输送硫酸盐对酚的需求,因此减轻炎性肠道疾病,恢复动态平衡。
一项重要研究阐明了导致发炎性肠道紊乱的过程,该试验采用的是雄性ACE2基因敲除小鼠(ACE2 / Y)[13]。ACE2能够激活肠道上皮细胞色氨酸转运体的表达。因此,这些试验鼠都严重缺乏色氨酸。当暴露于葡聚糖硫酸钠时,与对照组小鼠相比较,它们结肠炎发作反应更为严重,并导致炎性细胞浸润增强,增加肠道出血,严重腹泻,体重减轻等。进一步的一系列实验发现,故意给对照组小鼠喂食严重缺乏色氨酸的饲料后,小鼠也被激发出了一系列类似的反应。已经证实,急性反应与由巨噬细胞的抗微生物肽的合成受损有关,其介导则是受损的哺乳动物雷帕霉素靶(mTOR)的信号。可以理解,色氨酸的严重缺乏可以导致在巨噬细胞内的蛋白质合成受限,而阻止抗微生物肽的合成。此外,肠道细菌的分布, ACE2-/ Y型和色氨酸剥夺都能够深刻影响肠道细菌的分布。
因此,草甘膦对植物和微生物色氨酸合成的干扰,可导致严重的色氨酸缺乏,进而导致极端的炎性肠道疾病,因炎症、出血和腹泻而严重损害通过肠道吸收营养物质的能力。这很好地解释了最近观察到的炎症性肠病的惊人增加[16,17,160]。
8.细胞色素P450酶
细胞色素P450(CYP)酶是一组多元而古老的一类酶,可以追溯到30亿年前,它们在植物,动物和微生物的生物学中扮演重要的角色[161]。这些酶参与对从药品到环境化学物质到内源性生物活性分子的氧化、过氧化和减少[123]。
人类有至少18类不同的CYP族,被列为了一系列用数字标识的“CYP”酶。
人类肝脏中的CYP1,CYP2,CYP3,和CYP4等P450酶对许多外源性物质的解毒是必不可少的 [162]。CYP5和CYP7对肝脏中的胆固醇合成水溶性胆汁酸是必不可少的。胆汁酸作为强大的清洁剂,可以帮助脂肪的消化,同时有助于氧化型胆固醇的分解。CYP7B1如果发生功能削弱的突变,会导致儿童肝功能衰竭,并伴有高含量的血清氧化型胆固醇[163]。
胆固醇和维生素D3的合成与降解均有赖于不同的CYP酶。醋酸转换成甾醇的过程需要至少7种CYP酶。醇14α-desmethylase(CYP51A1)是胆固醇合成的关键。肝脏内两种CYP酶负责催化25 - 羟基化的维生素D3变成其活性形式,另外两种CYP酶催化维生素D3在肝脏的分解[164,165]。
美国的维生素D缺乏症变得越来越多。一项全国健康和营养调查(NHANES)数据表明,对血清25 - 羟维生素D水平的研究发现,与1988年到1994年的数据相比,2001至2004年间的维生素D3水平大幅下跌[166]。虽然这个问题的部分原因是过于激进的避免日晒的做法,但是草甘膦对CYP蛋白的功能干扰,能够破坏肝脏中维生素D3的激活。
几种CYP酶参与类固醇合成。细胞色素P450氧化还原酶缺乏症(POR)是一种新发现的类固醇障碍[167]。五种至关重要的脂质激素,醛固酮,雄烯二酮,皮质醇,皮质酮和脱氢表雄酮(DHEA),是由肾上腺,睾丸和卵巢以及肾上腺皮质产生的。所有类固醇激素都是由胆固醇借助CYP酶而产生的,包含在线粒体内膜。这些类固醇的亲脂性,使它们能够跨越双层脂质扩散。
CYP19A1(芳香酶),已证实会被草甘膦所抑制[109,110],其功能是将雄性激素前提转变为雌激素。
在抑郁症患者大脑中发现,芳香化酶合成被抑制了[168],从而导致了与此症状关联的所谓“超级男性”模式[169]。
使维甲酸代谢分解,因此,对CYP26A1的抑制会导致维甲酸生物利用度过度。 CYP26A1是被神经细胞分化过程中的维甲酸诱发的,其作用导致维甲酸退化,这是发育中神经元走向成熟的一个必要的步骤[114]。芳香烃受体(AHR)基因诱导CYP1B的表达,导致维甲酸退化。AHR基因敲除小鼠的肝脏中积聚了过量维甲酸[170]。因此,如果肝的CYP1B表达被草甘膦所打乱,会导致维甲酸过量。维甲酸抑制硫酸胆固醇的合成,而这是合成胆汁酸的重要步骤[171];因此,肝脏中的过量维甲酸会影响胆汁酸的合成,并使脂肪代谢受损。
CYP7A1基因的突变,与血清低密度脂蛋白浓度高、肝脏胆固醇含量高以及胆汁酸排泄不足等相关[172]。人类CYP7B1基因突变,会导致胆汁酸合成缺陷和痉挛性截瘫,涉及脊髓髓鞘受损,以及控制的运动障碍。药物氯吡格雷(波立维),用于心血管手术后抑制危及生命的的支架内血栓形成,依赖于一种肝脏CYP酶CYP2C19将其转化为活性代谢产物。如果这种CYP酶发生损及功能的突变,则患者手术后会面临显著的不良反应的风险[173,174]。
来源于食物,或作为饮水污染物的草甘膦,有可能以高浓度直接从消化系统通过肝门静脉到达肝脏。可以预计,草甘膦会破坏肝脏中许多不同的CYP酶,这些酶在肝脏中具有生物活性,参与胆固醇的合成和代谢,维生素D 3的合成和代谢,外源物的解毒,以及维甲酸的调控。
草甘膦可以随着血液流动而被输送,从而干扰任何其接触到的CYP酶。其中有两种酶特别值得关注,一个是调节凝血的(血栓素A2合成酶CYP5A1),一个是调节出血(前列环素合成酶CYP8A1)的。 CYP5A1刺激血小板聚集,,而CYP8A1抑制血小板聚集。老人经常面临不稳定的出血和凝血,导致弥散性血管内凝血(DIC)和危及生命的血液不稳定[175],这些都可能是由于这两种酶的功能受损而导致的。
9.草甘膦对eNOS功能障碍的潜在作用
行文至此,本文已经提出了一种合理的论点,可以合理地解释草甘膦破坏肠道菌群,而导致炎症、色氨酸耗竭以及随后的肥胖,或者在极端的情况下,神经性厌食。我们还讨论了许多CYP酶的作用,并提出了草甘膦对CYP表达的干扰可能导致许多现代常见病,如维生素D3的缺乏和凝血异常。
内皮型一氧化氮合酶(eNOS)是儿CYP家族的一个孤立成员。它存在于合成一氧化氮(NO)的血管内皮细胞中,能够诱导血管松弛,从而加强血液流动[176]。 eNOS和CYP酶都是血红素 - 巯基蛋白,拥有相同的氧化还原的伙伴,一种黄素蛋白还原酶。但是,不像其他的CYP酶,eNOS的需要四氢生物蝶呤(BH4)作为合成一氧化氮的辅助因子,而CYP家族的任何其他成员都不能够合成一氧化氮。
最近有研究者提出,eNOS的是一种两用酶,当它与细胞质中的钙调蛋白结合时,它产生一氧化氮,当它与等离子体膜的小窝蛋白结合时,它生产硫酸盐。虽然没有其他CYP酶能够产生一氧化氮,但它们能够氧化硫[178],这是它们对含硫药物解毒功能的一个重要方面。红血细胞包含eNOS的膜结合,这给研究人员出了一个难题,因为红细胞合成一氧化氮会适得其反,由于它与血红蛋白反应活性很高,会形成亚硝基化合物,而损害氧的输送。事实上,红细胞确实存在某种机制,能够把底物L-精氨酸维持在一个非常低的浓度。然而,非常合理的是,红细胞利用eNOS的产生硫酸盐,然后与胆固醇结合形成胆固醇硫酸盐,这大量存在于红细胞质膜,在那里它具有稳定作用。
草甘膦的一个重大不利效应是,它破坏eNOS在内皮细胞合成硫酸盐。这种效应加重了由于肠道屏障受损而得以侵入的致病细菌所引发的炎症。事实上,这两种效应存在协同作用,因为eNOS功能障碍导致的硫酸盐耗尽,会进一步损害肠道屏障,而那里由于运输问题已经存在着硫酸盐短缺。由于其与CYP酶的同源性,预计eNOS很容易受到草甘膦干扰,但仅针对其硫酸盐合成功能。其结果将是超氧化物接触所导致的血管内皮损伤,伴随着硫酸盐缺乏。我们推测,这种破坏草甘膦对哺乳动物毒性的一个迄今被大大低估的组成部分。
如果,如同[177]所提出的,红细胞使用eNOS的生产硫酸盐,然后硫酸盐与胆固醇结合生产硫酸胆固醇,这不同于胆固醇本身,是两亲性的。红细胞已准备就绪,同时把胆固醇和硫酸盐输送到人体组织,向它们提供这些必需的营养物质。[177]进一步提出,在eNOS催化下,血管内皮细胞产生的硫酸盐,使用超氧化物作为氧化剂,该反应由日光曝晒作为催化,而硫酸盐可以作为向糖萼供应补充硫酸盐,而糖萼是由高度硫酸化多糖构建的。内皮糖萼硫酸盐不足的积累会导致显著的血管功能障碍[179]。在日照充足地区,结肠炎不那么普遍[180],这表明太阳光通过增加供应硫酸盐改善了肠道健康。
草甘膦摄入人体后很容易进入血管,因此红细胞里和内皮墙上的膜结合的eNOS,高度易感于草甘膦对P450酶活性位置的破坏效应。随着时间的推移,这会导致胆固醇和硫酸盐的缺乏,并表现为多种疾病症状。这也解释了eNOS以“解耦”模式合成超氧化物的病理[181],该病理随后导致ROS炎症和随后的血管内皮功能障碍。我们推测,草甘膦阻止了超氧化物对硫酸盐的氧化,从而使之成为动脉壁的破坏剂。
9.1  溶酶体功能障碍
[177]中提出,可以预计,长期eNOS的合成硫酸盐障碍,会导致溶酶体功能障碍。溶酶体是细胞的“消化系统”,需要大量的细胞膜胆固醇,既防止氢离子的泄漏,也保护膜脂质免受氧化损害。溶酶体亦取决于由硫酸乙酰肝素蛋白多糖(HSPGs)衍生的内在的硫酸盐,去催化水解酶。与受损硫酸乙酰肝素动态平衡有关的溶酶体贮积病相关的严重神经功能障碍症,证明了硫酸盐对溶酶体功能的重要性[182]。
越来越明显,溶酶体功能障碍是在阿尔茨海默氏症和帕金森氏病[183],以及在心血管疾病[184]和心脏衰竭[185]等的重要因素。在溶酶体进程中,线粒体通常被不断打破和更新,而当这些受损时,大块的衰老的线粒体成为活性氧的来源,这会导致和加重神经元损伤。心肌细胞,如神经细胞,是长寿命的有丝分裂后细胞,它们特别易感于溶酶体功能障碍[186]。
9.2. 四氢生物蝶呤
研究文献指出,辅酶四氢生物蝶呤(BH4)作为一个重要的成员参与eNOS的功能[187,188]。BH4能够把eNOS里的血红素铁转移成高自旋态,同时加强精氨酸绑定,从而催化eNOS对一氧化氮的合成[187]。从其基板GTP合成BH4是由IFN-γ诱导的,而IFN-γ反过来又是由细菌脂多糖(LPS)诱导的 [189]。因此,细菌感染将会诱发eNOS的合成一氧化氮。然而,过量的外源性一氧化氮(如同细菌感染过程中发生的iNOS合成的一氧化氮)会导致eNOS合成一氧化氮的减少,与此同时超氧化物的合成则增加,其后果可导致用吸入一氧化氮治疗先天性心脏病的婴儿发生重症高血压 [187]。超氧化物与一氧化氮反应会产生剧毒的过氧化亚硝酸盐(ONOO-),一种强力抗菌剂,很可能是一个关键因素。随后对BH4的氧化,破坏其作为辅助因子的功能[188],并导致“eNOS解偶”,导致超氧化物合成的高破坏性的反馈回路。
我们推测,草甘膦对P450活性位点的亚硝基化,在膜的胞膜窖位点的封闭环境中,阻断了eNOS合成硫酸盐的能,因此需要另一种替代方法来合成硫酸盐,并使细胞暴露于ROS。该方法,如[177,190]所述,涉及半胱氨酸硫内酯的氧化,并由抗坏血酸(维生素C)和视黄酸(维生素A)所催化。由于草甘膦通过抑制CYP酶对维甲酸的代谢[115],而提高了维甲酸的生物利用度,这将有利于促进从半胱氨酸硫内酯在动脉壁合成硫酸盐的反应,该替代反应同时还需要消炎剂,即超氧化物,随着时间的推移,超氧化物会破坏动脉壁,导致血管内皮功能障碍和心血管疾病。
血清同型半胱氨酸升高,是多重疾病的危险因素,包括心血管疾病[191],心脏衰竭[192],老年痴呆症[193],肾功能衰竭[194,195]。我们认为,含硫氨基酸发生偏向而合成同型半胱氨酸,以供应动脉壁中的超氧化物合成硫酸盐所急需的基板。这也解释了与动脉粥样硬化相关的动脉壁中的炎症[196]和草甘膦引起的蛋氨酸不足,由于蛋氨酸作为同型半胱氨酸合成的基板而被耗尽。
10.大脑的混乱
五羟色胺是种重要的控制人的情绪、食欲,睡眠的神经递质,人的抑郁[197]、自闭[198]、老年痴呆[199,200]与肥胖[132]都与五羟色胺的内在失衡有关。我们已经知道草甘膦如何诱导色氨酸生成类黄酮,且使巨噬细胞通过IPO吞没色氨酸生成犬尿素,这可以解释大脑中的五羟色胺水平为何降低。缺乏维生素D3同样可造成情绪失控,并被认为是影响季节性情绪失调的关键因素,这种疾病表现为冬天时情绪尤为低迷[201]。氨和锌的过度缺乏也致使人得精神疾病,尤其是老年痴呆症、多动症,和自闭症。DNA甲基化抑制也是精神疾病的诱因,并且草甘膦对甲硫氨酸的消耗加剧了此种缺陷。接下来,我们将详细论述五羟色胺减少、氨过量、锌不足和甲基化抑制对精神疾病的影响。
10.1五羟色胺,情绪失控,与自闭
五羟色胺的输送短缺导致不同程度的情绪失控。重型抑郁症常伴随着免疫系统的活化,“炎症性与神经变性假说”已被用于描述此种现象[202]。阻碍细菌生成脂多糖的而表现出的细胞激素和免疫球蛋白的增加,导致作为抑郁症特征之一的肠渗透性增强[203]。抑郁症和睡眠不好的病人的血清中含有较低水平的色氨酸,以及炎症性的血清标志物如白介素-6和白介素-8 [204]。选择性五羟色胺重吸收抑制剂(SSRI’s)是一种广泛使用的治疗抑郁症的药物:它们的作用机理是破坏突触对五羟色胺的重吸收,有效地增加了神经元信号对五羟色胺的生物利用度。这足以表明突触内缺乏五羟色胺是导致抑郁的重要因素。事实上,色氨酸的摄入减少会使已在复原的抑郁患者疾病复发[197]。
五羟色胺转运体基5-HTT的短缺,能够使人产生反社会的失常人格和暴力行为[205]。自1990年起,美国校园暴力死亡的比率显著增加[206],这可能是草甘膦通过降低五羟色胺的生物利用度造成的。大脑中五羟色胺功能失调是已知的导致人有攻击、暴力和犯罪行为的因素[207]。印度农民采用了西方的农业生产方式,广泛使用农达之后[208],自杀率显著升高。虽然有人提出他们自杀是由于经济压力,但自杀受害者的大脑中普遍含有较少的五羟色胺[209],因此有理由认为,通过草甘膦对色氨酸的消耗,导致五羟色胺减少,进而对印度农民的高死亡率起到重要作用。
已证实强迫症和自闭症都与五羟色胺转运体基因的突变有关[210]。一项将40名患先天婴儿自闭症的孩子和正常孩子作对照的研究结果显示,自闭症儿童血清中的中性氨基酸中色氨酸占比明显不足[211]。35﹪的自闭症孩子至少低于对照组平均水平两个标准差。显而易见,食入的色氨酸的减少加剧了自闭的被试者的焦虑和重复性的仪式性行为[198],这被认为是五羟色胺合成不足引起的。研究者研究了含有五羟色胺转运体缺陷基因的小白鼠,结果表明,缺陷基因导致大脑中五羟色胺为神经元间传递信号的生物利用度减低,并且证实基因改造的小鼠表现出类自闭症的行为[212]。这充分表明大脑中五羟色胺供应的减少是自闭者的一个特征。
由五羟色胺生成的褪黑激素,是由松果腺分泌的,且主要在夜里分泌,是有效的抗氧化剂和氧化还原反应的调节因子[213,214]。它对于老化以及像帕金森与老年痴呆等许多神经变性的症状,所起着神经保护的作用,可能主要来自它的抗氧化功能[215-218]。如前所论,由于作为基质的色氨酸被消耗,进而退黑激素合成减少,草甘膦将破坏抗氧化物的保护作用,这结论是可以料知的。因为N-乙酰-5甲氧基色胺也是睡眠周期的调节因子,故而它的供应的破坏将导致睡眠障碍。
10.2  氨,自闭与老年痴呆
如前所述,草甘膦通过激活PAL(苯丙氨酸解氨酶)[22]增加了易感植物中的氨的合成,且肠道微生物可在草甘膦的作用下通过增加PAL的合成生成过量的氨。曾进行了一个自闭者和肝性脑炎之间的对照实验,结果显明,在两个病例中,大脑里的氨都有毒害作用[219,220]。有人提出,氨在老年痴呆的致病源中占有决定性的席位[221]。因此,在草甘膦的作用下,由肠道微生物合成的过量的氨是自闭症和老年痴呆的病因之一。
10.3 缺锌之伤
缺锌是全球性的主要的问题,在发展中国家尤为突出,因为他们对如海鲜等富含锌的食物的摄入不足,且过多摄入肌醇六磷酸,两者都导致缺锌[222]。肌醇六磷酸,发现于许多坚果和谷类中,与矿物质结合在一起以致阻碍它们的吸收。乳酸杆菌和其他肠内有益菌生成肌醇六磷酸酶,此酶可催化磷酸盐从肌醇六磷酸中游离出来,且改善肠道对重要的矿物质如铁和锌的吸收[223]。因为草甘膦减少了这些肠内有益菌,以致肌醇六磷酸螯合的几率增大。这也可能是为防止游离磷酸盐过度消耗的措施,因为在草甘膦的存在条件下,磷酸盐的转运失常。另一影响缺锌的因素可能是草甘膦自身可以螯合二价阳离子。缺锌增加了婴儿和少年罹患腹泻、肺炎和疟疾的风险。
锌是人脑中含量最丰的微量金属[224]。大部分淀粉样-β退化酶都是锌蛋白酶,且锌也在淀粉样前体蛋白的“去淀粉样”的过程起重要作用。因此,大脑缺锌可能导致淀粉样-β的累积,而淀粉样-β的累积是老年痴呆症发展中的关键一环。另外自闭症[225]和ADHD[226,227]也与缺锌有关。锌连同一种叫谷氨酸神经递质被释放入突触,并且随着年龄的增长,锌对于记忆功能和突触健康的维护是必不可少的[228]。在[225]中,在对自闭症孩子的头发进行光谱分析时,发现其中锌的水平极低。在[226]中,硫酸锌的补充物改善了过动症的症状,这归功于硫酸盐和锌的补充。
文献[229]提出,缺锌连同过量接触铜可能是导致老年痴呆的关键因素。一项在南非进行的研究显示,除非VA与VD同时补给[230],否则锌的补充物无力使缺锌的老年痴呆病人提升其锌的等离子体水平。因此,缺乏VD3(可能由草甘膦对环磷酰胺酶的消耗有关)可能阻碍锌的吸收,并使其对组织的供给进一步下降。
10.4 甲基化抑制
已经发现了甲基化抑制和自闭症[231],老年痴呆[232]的关系,这是由基质甲硫氨酸的供给不足造成的。人体细胞不能合成甲硫氨酸,它多是由肠内微生物合成的,例如经由半胱氨酸的转硫途径,或者经由无机硫磺从头合成的途径[233]。草甘膦已被证明对植物中的甲硫氨酸合成有显著危害[21],因此可以推测它对肠道微生物有相似的作用,这种作用能降低人体中甲硫氨酸的生物利用度。当内皮型-一氧化氮合成酶催化硫酸盐的合成减少时,同型半胱氨酸通过给内皮细胞壁提供硫酸盐而消耗,而通过转硫途径生成的甲硫氨酸正是同型半胱氨酸的前体物,故而甲硫氨酸也减少了,由此而造成的甲硫氨酸的减少是致使甲基化抑制的另一因素。因为甲硫氨酸是甲基化途径中甲基组的来源,故而草甘膦能直接导致甲基化抑制。
10.5 分子拟态和多发性硬化症
已经证实炎症性肠病发生率的增长和多发性硬化两者的联系[234]。这可以用一个假说解释,即肠道微生物渗入脉管系统引起免疫反应,且髓鞘通过分子拟态引起的自身免疫遭到破坏。一个系统的检索,将所有已知的细菌和病毒药剂组成的序列,和三种已知的能致脑炎的多肽作了比较,可被识别的相匹配的拟态分子主要在肠内微生物[235]。这就能解释了为何多发性硬化症没有注射药剂,但也暗示了最近多发性硬化症的高发生率可能追溯到炎症性肠病[236],并由此追溯到草甘膦。
10.6 多巴胺和帕金森症
由于多巴胺是由酪氨酸和它的前体物苯基丙氨酸合成的,在植物和微生物中草甘膦消耗酪氨酸和苯基丙氨酸,并使他们在人类饮食中的生物利用度减少。已经证实酪氨酸和苯基丙氨酸的减少诱导多巴胺在脑中浓度减少[237]。大脑黑体中多巴胺信号的减少是帕金森症的关键特征,并且帕金森和接触杀虫剂有关,例如除草剂百草枯[238],尽管,据我们所知,草甘膦还未在这个层面上被研究。然而,接触了草甘膦的线虫的大脑中的一定区域的神经系统发生了病变,这个神经系统和人的黑质纹状体的多巴胺系统非常接近,而多巴胺系统正和帕金森症有关[239]。
大脑缺乏硫酸盐和帕金森氏症、老年痴呆和肌萎缩性脊髓侧索硬化症有关[240]。上文已证实草甘膦破坏硫酸盐从肠到肝脏的传递,并且可能通过动脉管、红血球和血小板中的内皮型一氧化氮合酶干扰硫酸盐的合成,久而久之使所有组织的硫酸盐极度缺乏。这将加剧老年人这些致命性的疾病,而这些疾病的发病率当前正在上升。
11. 其他对健康的不利影响
在这一部分我们将简要提及几种其他的病状:有理由怀疑草甘膦对当前某些疾病发生率的上升中起着重要作用。这些疾病包括肝病、癌症、精神萎顿以及发育和生育障碍。
11.1.肝病
对脂肪肝而言,TNF-α一类的细胞活素(Cytokines)是关键的发病因素,这一疾病已经成为全球范围越来越严重的公共健康问题[241]。在极端病例中,肝病会发展成为非酒精性脂肪肝炎(NASH),进一步发展为肝硬化和肝功能衰竭。细胞活素会诱发损害肝脏的炎症。TNF-α能够阻断胰岛素发挥作用[242,243],细胞活素则可导致肝脏脂肪过载以及肝组织纤维化。草甘膦在诱导细胞活素中所起的作用在本文中已经做了详细介绍。肥胖症与脂肪组织中的膜关联TNF-α细胞活素的过度表达有关。[244]。
11.2. 发育和生育
硫酸胆固醇在受孕中发挥重要作用,而精液中高浓度锌元素在男性生殖系统中的作用也十分重要。草甘膦导致的这两种营养物质生物利用度的降低,会导致不孕不育症。更为严重的是,草甘膦对CYP蛋白活性的抑制会打断类固醇的生成。同时,炎症会导致活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)过度暴露的风险,损害细胞复制过程中的DNA,从而扰乱胚胎发育。草甘膦还可以通过胎盘影响胎儿。作为一种威胁孕妇和胎儿生命的严重症状,怀孕后期的先兆子痫在美国的发生率不断上升。已经有证据表明这与硫酸盐的供应障碍有关,其直接元凶就是草甘膦。总而言之,接触草甘膦会导致各种不孕不育问题。
据世界银行数据,阿根廷的生育率已从1978年的峰值3.39稳步下降,在20世纪最后的5年中加速下降。虽然社会压力可以部分解释出生率下降,但是很可能草甘膦一类的环境因素的作用也不容忽视。1994年FDA(美国食品及药品管理局)批准抗农达转基因大豆在北美上市,两年之后阿根廷政府也跟进。1996年之后,阿根廷的抗农达转基因大豆以农业上史无前例的速度扩张:平均每年新增200多万英亩的抗农达大豆种植面积。阿根廷现在90%的大豆用于出口,而抗农达大豆已成该国单一种植作物,简直是摇钱树。
巴西的生育率在过去的几十年中也急剧下降,已经从平均每个妇女6个子女下降到不到2个,比美国还低。巴西是继阿根廷之后全球第二大抗农达大豆生产国和出口国。为了提高产量(译者注:实际上转基因大豆的产量低于传统大豆,但转基因产业一直在炮制转基因增产的神话),巴西从上世纪90年代中期就完完全全接受了抗农达转基因大豆。由于抗草甘膦转基因大豆的大面积种植,巴西的抗草甘膦野草也不断进化,抗药性越来越强,规模越来越大,近来不得不加大草甘膦使用剂量[250],而巴西出生率的快速下降也恰恰发生在这一时期。而且在过去20年间,巴西的早产儿发生率稳步上升,尽管其原因目前还很复杂难以确定。举个例子,在巴西的佩勒塔斯市,早产儿发生率已经从1982年的6%上升到2004年的的15%[251]。不难理解,草甘膦污染加重了这个问题。而这一现象与一项对安大略州的农业人口的研究结论是一致的:怀孕期间任何阶段的草甘膦暴露均与妊娠晚期自发流产风险上升有统计学意义上的显著相关性。[252]
西欧的出生率几十年来一直在下降,德国现在是平均每个妇女1.36个孩子。根据2011年的政府统计, 2007年起美国的生育率从也开始下降了,现在是平均每个妇女1.9个孩子。[253]
睾丸间质细胞产生睾丸酮,对男性生殖功能有重要作用。类固醇激素合成急性调节蛋白 (以下简称StAR),是一种调节类固醇激素生成速度的蛋白质。在最近的小鼠睾丸细胞间质瘤的体外研究实验中发现,农达会干扰StAR蛋白的表达,因此会干扰睾丸酮的合成[254]。研究发现,即使是非常低的环境草甘膦剂量,也会干扰睾丸酮的合成;而更高剂量的草甘膦则导致小鼠睾丸间质细胞的坏死和凋亡。
在上述体外实验中[255]还研究了不同杀虫剂和除草剂对睾丸间质细胞的黄体酮合成的影响。比较了八种不同的杀虫剂(Ammo&reg;, Banvel&reg;, Cotoran&reg;, Cyclone&reg;, Dual&reg;, Fusilade&reg; and Roundup&reg;),发现仅有农达Roundup&reg; 会破坏细胞合成黄体酮的能力,依剂量多少能够减少多达94%黄体酮的合成量,而并不减少总的蛋白质合成量。
对类固醇生成,除了StAR之外,侧链裂解酶(P450scc)也是必不可少的。文献[255]的作者发现农达能够同时抑制P450SCC和StAR的活性。通过正式定量测算,农达使StAR蛋白减少90%,使P450scc酶下的活性下降71%。需要注意的是,草甘膦单独作用并不能减少类固醇合成,这表明农达中的一种或多种其他佐剂与草甘膦一起协同作用,才能够抑制其合成水平。例如,这些佐剂通过类似表面活性剂的作用使得草甘膦透过细胞膜进入细胞内部,或者这些佐剂自身就能阻碍类固醇合成。StAR不仅在生殖器官合成类固醇激素中发挥着重要作用,而且在肾上腺中发挥着重要作用。因此,接触农达不仅对生育能力有着不利影响,而且会损害肾上腺中糖皮质激素和盐皮质激素的合成。
海胆是研究发育过程中细胞有丝分裂的通用模型。在细胞有丝分裂中,DNA损害或者复制错误(例如过度的ROS和RNS暴露)将导致在某些关键点如G1、S、G2等细胞分裂周期阶段的细胞周期停滞[256]。细胞周期依赖性蛋白激酶(简称CDKs)是这些关键点的调节者,指示细胞分裂向下一阶段过渡。在海胆胚胎实验中,草甘膦和农达中其他佐剂一同发挥作用,使细胞分裂从阶段G2到阶段M的过程发生滞后[257,258]。CDK1,作用于细胞分裂周期蛋白B(cyclin B),普遍地调节着细胞分裂周期M阶段。在体外实验中已经发现农达就是通过活的有机体中15-去磷酸化酪氨酸来迟滞CDK1/cyclin B的激活作用来调节细胞分裂M阶段的。这可能就是农达干扰细胞分裂周期进程的方式。
11.3. 癌症
草甘膦尚未被公众认为是一种致癌物质,但对有草甘膦职业暴露的专业杀虫作业者的样本研究中,却揭露出,事实上该群体多发性髓质瘤的风险很高[259]。骨髓瘤与引起DNA损伤的物质有关,而DNA损害又是长期发炎性物质暴露的后果[259]。这些炎性物质,我们已经论证过了,就是由草甘膦作用于肠道微生物群还有抑制CYP活性所产生的。作为聚腺苷二磷酸核糖底物(底物,亦作酶作用物)的贫化色氨酸也会导致DNA损伤。
多发性骨髓瘤是美国每年15%的淋巴造血组织癌病例以及2%的全部癌症死亡病例的元凶。这些症候包括骨质坏死、高血钙症、贫血、肾损害以及越来越脆弱的炎症易感体质。肥胖症是个已知的风险因素,草甘膦则能通过引起肥胖以间接的方式增加疾病风险。
事实上所有的多发性骨髓瘤都涉及到同一个基因的失调,那就是细胞周期蛋白基因D(cyclin D gene)。该基因的过度表达会使细胞偏离正常的细胞周期控制,并可能转化为恶性表现型。草甘膦抑制细胞周期蛋白依赖激酶这一事实,是引致底物(酶作用物)细胞周期蛋白基因D病理性过度表达的因素。
另一种与草甘膦暴露关系密切的癌症是乳腺癌。强有力的证据来自对整个生命期内用含有草甘膦的食物喂养老鼠的研究[9]。该研究前文已做介绍:一些雌鼠死于大块乳腺肿瘤。近年来,美国妇女的乳腺癌发生率急剧上升,基本上每三个妇女中就有一个在有生之年内会患乳腺癌。
 
 
乳腺癌患病风险与CYP基因CYP1A2和硫酸基转移酶基因SULT1A1的多态性有关,而这又与雄性激素和雌性激素的异变表达有关,与之相伴的还有绝经前的乳腺密度增加(这是乳腺癌的一个风险因素)。参考文献[263]表明硫酸盐化能力的削弱会导致性荷尔蒙代谢变缓,进而乳腺密度提高,以及罹患乳腺癌的风险增加[264]。这表明,草甘膦对CYP1A2和/或硫酸盐生物利用度的干扰破坏能够导致类似上述后果。较高的身体质量指数(BMI)与绝经期前妇女CYP1A2的低活性相关(p=0.03)[265],而且,正如我们所观测到的,CYP1A2低活性反映了草甘膦对CYP酶组的抑制,这种抑制与草甘膦对色氨酸的耗竭所引起的致肥胖影响以及对eNOS合成硫酸盐的干扰有关。
 
绝经后肥胖妇女比瘦一些的妇女罹患乳腺癌的风险要高些[266]。对暴露于7,12 - 二甲基苯并蒽(一种会导致老鼠乳腺癌的致癌性化学物质)的朱克鼠(Zucker rat)的研究表明,与瘦老鼠相比,肥胖的老鼠更容易患癌,研究结束时,有68%的肥胖老鼠得肿瘤,而瘦老鼠仅有32%[267]。皮下脂肪表达了芳香化酶,这种表达的增加已被证明能够通过增加雌性激素的合成而导致罹患乳腺癌的风险增加[268,269]。而炎症会增加乳腺和脂肪组织中芳香化酶的表达。我们已经证明草甘膦能导致发炎,这又一次说明了草甘膦与乳腺癌之间的联系。
 
11.4 恶病体质
    恶病体质(肌肉萎缩等)是一种由于癌症、艾滋病、或者其他慢性炎性疾病导致的常态身体衰弱综合征。肌肉群大面积消融是由快速蛋白质水解导致的,而这一过程通过蛋白酶体途径发生的———在肌肉消融前泛素与特定蛋白质发生耦合反应。泛素耦合反应由TNF-α激发,由此促进肌肉消解。参考文献[271]表明TNF-α能通过促细胞分裂酶原促激酶(MAPK)提高骨骼肌中泛素连接酶基因atrogin1/MAFbx的表达。因此,由草甘膦暴露导致的发炎反应引起的TNF-α基因表达过度是恶病体质的一个致病因素。

12. 食物中的草甘膦
    1974年草甘膦在美国的成功商业化运用使这种除草剂风靡全球,很大程度上是由于人们忽视了其人体毒性。草甘膦在2000年的非专利化,使得成本大为降低,全球开始使用草甘膦的通用化产品。据估算,现在全球有90%的转基因作物有草甘膦抗性。显然,具有草甘膦抗性的杂草已成为一个十分棘手的问题,为此在种植抗农达品种的情况下不得不提高草甘膦的用量以对付杂草。
表 1. 美国农业年度草甘膦用量估算表,估算单位:100万英镑。数据来源:美国环境局[272]
                   美国草甘膦用量(估算区间单位:100万英镑)
       Year       2001        2003       2005        2007
   Range     85–90      128–133    155–160    180–185
今天,美国人每年在农场和花园喷洒一亿多磅农达,这是孟山都公司最受欢迎的化学制剂。根据美国环保局最近统计数据[272],美国现在占世界除草剂市场的25%。草甘膦于1974年首次注册登记,自2001年之后已经成为美国使用最多的除草剂,使用总量自那之后正如表1中那样稳步提升。2007年是可查数据的最早年份,当年美国草甘膦使用量据估计在1.8到1.85亿磅之间,比6年前翻了一倍。【译者注,2008年以后的草甘膦用量,似乎被人为隐匿,十分蹊跷。】
西式饮食已经成为一种工业化农业中所使用的毒性化学物质的输送系统。西式饮食主要由玉米、小麦、大豆、蔗糖为原料的加工食品构成,这些食品的大量消费使农业中使用的有毒化学物质从田间带到了餐桌。这些化学物质包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂,比如草甘膦等,污染了整个饮食系统。在过去十年间,美国大量采用了由孟山都公司生产的抗农达农作物,具体的,就是大豆、甜菜、玉米这些食品工业需要的农作物原材料。最近Ⅱ-型糖尿病急剧上升值得警惕,这种糖尿病与过量摄入玉米果糖糖浆有关。而这种糖浆在过去十年中产量提升到史无前例的程度。这种精炼糖现在往往是从使用过草甘膦的转基因玉米种提炼出来的。现在转基因棉花也利用的越来越多,它作为棉籽油的原料之一,炸出来的油脂由于成本低廉,在土豆条等加工食品中广泛使用。在最近一次草甘膦敏感型大豆和抗草甘膦大豆的对比研究中发现抗草甘膦大豆作物叶子对草甘膦的吸收要比敏感型要高些。我们可以推论,与非转基因作物相比,这些转基因作物会在以其为原料的加工食品中产生富集程度更高的草甘膦。【译者注,我国糖尿病发病率的急剧上升,与转基因产品大量进入我国发生在同一时期。】
养殖业为大部分非农业人口提供食物性动物蛋白。牛、猪、羊、山羊、鸡甚至鱼虾等的养殖,都使用被除草剂污染了的转基因粮食和饲料。这样一来,蛋、黄油、奶酪、牛奶等动物产品都被这些化学残留物质污染了。谷物和蔗糖作物中草甘膦残留量最高。除草剂不仅仅使用在抗农达作物上,而且,正如前面提到的,也用作为甘蔗、小麦、抗农达甜菜、菜籽、棉籽等作物的收获前除湿剂(干燥剂)。
由于之前“草甘膦对人体无害的错误认识”大行其道,有关食物中草甘膦含量的数据难以获取。美国农业部杀虫剂数据计划是一个志愿计划,该计划随机检测食品中农业化学残留物含量。用以研究的最近数据是2010年度的,于2012年5月公布,里面有各种普遍使用农药数据,但却排除了草甘膦和草铵膦(另外一种有机磷酸盐肥料)。地球上最为广泛使用的除草剂残留量数据并不可得,但有趣的是,有关阿特拉津以及其他类型除草剂的信息却都可以获得。与美国农业部交流后,发现由于缺乏监控,没有相关数据可供使用。但是,在2013年,美国农业部将第一次对草甘膦残留量信息发布少量数据,数据仅仅针对大豆。他们解释说由于缺乏项目资金导致了相关数据不可获得。
最近,由于使用量和使用频次增加,草甘膦残留量也在上升,这又反过来导致杂草的抗药性增强。结果就迫使化学剂生物技术产业要求批准更高的药物残留标准。1999年,欧盟和英国把大豆最大草甘膦允许残留量从0.1ppm提高到20ppm。美国和阿根廷均向欧洲市场供应含草甘膦的大豆,可以预见美国也会将最大允许残留量提高到类似水平的。
欧盟现行小扁豆草甘膦残留量标准为不超过0.1mg/kg,但产业界提议试图将标准提高100多倍到10mg/kg,或者15mg/kg。这并非处于安全考虑,而是出于随着除草剂作为收获前除湿剂使用,残留量预期会上升。这个行动不可避免地无视可能对公共健康产生的影响,摄取草甘膦残留物对动物健康的影响同样被忽视了。现行的饲料农药残留标准与人类的标准完全不一致。动物食草和饲料的最大残留量标准分别为300和400ppm。显然环境保护局标准被全球产业大规模忽略了,而这是以公众健康和环境为代价的。

13. 讨论
草甘膦作为美国农业中使用最广泛的除草剂,现在在全球的使用也与日俱增。其使用量在过去10年中显著上升,原因如下:(1)2000年该产品专利到期,生产成本大幅下降;(2)采用了抗草甘膦毒性的转基因作物能在仅仅损失一点产量的情况下增加草甘膦用量。孟山都大力鼓吹草甘膦对人体微毒,使农民在种植作物时缺乏起码的谨慎。
最近,美国自闭症诊断率上升值得警惕。我们已经提到过自闭症是一种慢性低等级脑病,在大脑中发生的一系列事件,就是一种使供应给大脑的严重耗竭的硫酸盐得以更新。我们已经确定了肠道失调会产生氨,进而引起脑病变反应。我们也已经指出了草甘膦就是众多环境毒素中可能引起肠道失调和硫酸盐耗竭的物质之一。对有关草甘膦文献的回顾毫无疑问的确定了这一怀疑:草甘膦是导致自闭症最为显著的环境毒素。草甘膦普遍存在于我们的食物中,但大多数管理者认为它无毒,使得人们难以注意到这一事实。草甘膦的关键性病例生物学影响就是——破坏肠道微生物群,损坏硫酸盐循环,干扰CYP酶活性——这很容易解释自闭症所具有的特征。
发育免疫毒性这个名词用来描述发生在生命早期的永久性免疫功能篡改,这种篡改会导致以后过敏症、哮喘以及自体免疫疾病[278-280]。以上文献的作者认为产前或者生命早期暴露于环境毒素会导致一种包括高炎性反应、细胞激素体系的破坏这样的表现型,他们还认为生命早期的环境毒素的过度暴露与今天观察到的问题情况有关。很明显,这些问题常常与自闭症相联系。
与现在流行的草甘膦对人体相对无害的错误观点相反,现有证据足以说明草甘膦是导致现今流行于西化社会中多种慢性疾病和症状的重要因素。除了自闭症外,这些疾病包括肠炎等胃肠道疾病、慢性腹泻、结肠炎、克罗恩氏病、肥胖病、心血管疾病、抑郁、癌症、恶病质、阿尔兹海默病、帕金森病、多发性硬化、肌萎缩侧索硬化,以及其他一些疾病。显然,草甘膦并非是唯一的导致这些疾病的环境毒素,但是从逻辑上讲,通过人体系统的作用,草甘膦破坏肠道微生物群、损坏血液中硫酸盐和磷酸盐的循环、干扰CYP酶的活性,肯定会导致这些疾病的发生。并且,草甘膦会破坏身体对其他环境毒素的解毒能力,这就加强了环境毒素的毒副作用。基因肯定在这些易感性中有重要作用,但是基因影响的更多是因草甘膦暴露的而发展出哪些症状,而不是泛泛地影响全部这些症状。
我们已经解释过了导致血清素缺乏以及之后的病状的一系列事件的逻辑过程。这一过程始于草甘膦破坏肠道细菌色氨酸的生物合成,及其进一步被渗透入肠组织以清除有致病细菌释放的脂多糖累类物质的毒性的巨噬细胞所隔离。这种致病细菌的过度繁殖正是由草甘膦引起的。血液硫酸盐运输能力以及eNOS合成硫酸盐能力的受损会导致肠道中硫酸盐的耗竭。肠道细菌群的破坏、必要的硫酸盐运输有毒酚醛树脂化合物暴露、黏多糖硫酸盐供应缺乏,这些都会导致肠胃综合症,而这又是幽闭症的共同症状。证据显示草甘膦通过以下途径干扰发育:抑制芳香化酶的生物合成、干预视黄酸的分解、干预CDKs和硫酸盐供应。草甘膦也是影响现在流行的维生素D3缺乏病的因素之一,它会干扰激活肝脏中这种荷尔蒙的CYP酶组的活性。草甘膦分子离液序列低这一特性和其对血液中CYP酶组的破坏结合在一起,能导致过量的脑血栓和脑出血。这是现今老龄人不得不面对的共同问题。
我们提出了以下观点:草甘膦对CYP孤酶、eNOS的硫酸盐合成的破坏导致了血液和所有组织中胆固醇和硫酸盐的普遍缺乏。前文中,我们已经描述了eNOS合成硫酸盐被破坏将导致糖尿病和心血管疾病。草甘膦引致肠道细菌过量生物合成氨、吸收受阻导致锌元素耗竭、作为基底物质的色氨酸的失调导致血清素的耗竭、作为基底物质的酪氨酸生物合成受损导致的多巴胺耗竭、由于激活维生素D3合成的CYP酶组活性受损而导致的维生素D3的耗竭、硫酸盐合成受到干预而导致的硫酸盐耗竭,这些都能导致多种大脑疾病,包括幽闭症、阿尔兹海默病(老年痴呆症)、儿童多动症、帕金森病、多发性硬化病和肌萎缩侧索硬化病。
全世界范围内,不同国家的低出生率或者不断下降的生育率、日益增多的肥胖问题与越来越多的使用草甘膦之间的关系几乎是一致的。考虑到在本文中已经讨论过的原因,可以认为草甘膦与这些趋势间是有关系的,而且草甘膦使用与幽闭症和乳腺癌之间有强相关关系。应当运用正式的流行病学方法以更加密切的研究这些问题。
我们认为当务之急是全球各个政府联合起来发起设立起一个有效的基金用以支持对评估草甘膦长期影响的独立研究。其他一些研究者应当复现文献[9]中终身草甘膦暴露的小鼠肿瘤发生及夭亡的研究结果。参考文献[35]中对鸡肠道微生物群的研究也应当在其他物种上重现实验,并且参考文献[39]对大肠杆菌的基因序列的研究也应当在其他普通肠道细菌上重新研究实验。正如生物物理学定理预期到的那样,草甘膦通过其离液序列低的特性破坏硫酸盐的传输这一创新观点,需要在不同物种间作专门研究,加以验证。这可以通过有甘膦暴露组与对照组间血液中的自由硫酸盐水平的对比试验完成。文献[126]中对草甘膦对蜜蜂的影响的研究应当由其他研究人员重新试验,并且进一步研究先前的草甘膦暴露对蜜蜂抗杀虫剂性的影响。还应当运用更加精确高效的方法检测食物(文献[0,283]中的食物)以及水(文献[284]中的水)中的草甘膦残留量,这些方法然后也应当用在检测其他食品当中。我们认为,从转基因作物中提炼的植物油如菜籽油、大豆油、玉米油、棉籽油以及大豆蛋白、甜菜蔗糖、高果糖玉米糖浆等,是至关重要的——这些都是加工食品的不可或缺的原材料。草甘膦也极大可能出现在肉类、鸡蛋、奶酪及其他奶制品中——这些产品都是从喂养草甘膦污染的牧草、苜蓿、玉米、大豆的动物身上得到的。

14. 结论
本文详细讨论了农达除草剂的活性成分草甘膦对人体的毒副作用,论证了草甘膦是如何危害肠道微生物群的,是如何抑制细胞色素酶组P450的活性的,是如何可能削弱硫酸盐的输送的,合理地解释了现代工业化世界中流行的绝大部分疾病和症状的发生发展机理。草甘膦的危害具有一定的潜伏期,因而其长期效应往往并不立即显现出来。草甘膦通过其生物致病作用,引起的病理学反应包括炎性肠疾、肥胖症、抑郁、儿童多动症、幽闭症、阿尔兹海默病、帕金森症、肌肉萎缩侧索硬化、多发性硬化症、癌症、恶病质、不孕不育、发育畸形。草甘膦还与其他一些因素一起起协同作用,比如缺乏日照、某些重要元素比如硫、锌等摄入不足,草甘膦能够削弱对一些外源有毒物质的解毒作用。
在此我们已经研究了草甘膦的毒副作用,及其世界范围的对人体健康的不利影响,因此,当务之急是进行更多的独立研究已验证本文得出的结论,如得到证实,应当立即采取行动,彻底地限制草甘膦在农业中的使用。草甘膦在我们的食物中普遍存在,与之前所认为的无毒性相反,事实上它可能是在我们环境中最具生态破坏力的化学物质。

致谢:
这项工作由中国台湾台北广达电脑提供部分资金支持,并由Qmulus Project赞助。在此感谢三位论文评审专家,他们对本文提供了中肯的建议,使论文大有改进。
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(因博文字数限制,无法一次把参考文献列全,参考文献待续)
 
 


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