Glyphosate exposure exacerbates neuroinflammation and Alzheimer's disease-like pathology despite a 6-month recovery period in mice.
J Neuroinflammation · 2024 · 21:316 · PMID 39633366 · 등급5 동물·현장 동물시험 · 비발암 건강영향 > 신경독성 · 사람 · AMPA
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배경: 미국(US)에서 글리포세이트계 제초제 사용은 1996년 글리포세이트 내성 작물 도입 이후 매년 증가해 왔으나, 뇌에 미치는 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없다. 최근 연구에서 글리포세이트에 14일간 노출된 C57BL/6J 마우스의 뇌 조직에서 글리포세이트와 그 주요 대사산물인 아미노메틸포스폰산(aminomethylphosphonic acid)이 검출되었으며, 이에 상응하여 뇌와 말초 혈장 내 염증성 사이토카인 종양괴사인자-$\alpha$ (TNF-$\alpha$)가 증가하는 것을 확인하였다. TNF-$\alpha$는 알츠하이머병(AD)과 같은 신경퇴행성 질환에서 상승하므로, 본 연구에서는 글리포세이트 노출이 AD 병태생리의 가속제 역할을 하는지 조사하고자 하였다. 또한, 글리포세이트와 아미노메틸포스폰산이 회복 기간 이후에도 뇌에 잔존하는지에 대한 검토도 필요하였다. 방법: 우리는 글리포세이트 노출이 대조군 마우스에서는 신경염증을 유발하고, AD 마우스에서는 이를 악화시켜 $\text{Amyloid-}\beta$ 및 타우 병리를 증가시키고 공간 인지 능력을 저하시킬 것이라고 가설을 세웠다. 따라서 4.5개월령의 3xTg-AD 마우스와 비형질전환(NonTg) 대조군 마우스를 글리포세이트를 0, 50 또는 500 mg/kg으로 매일 13주간 투여한 후 6개월의 회복 기간을 두었다. 결과: 6개월의 회복 기간에도 불구하고 아미노메틸포스폰산이 3xTg-AD 및 NonTg 글리포세이트 투여 마우스의 뇌에서 검출되었다. 글리포세이트를 투여한 3xTg-AD 마우스는 생존율 감소, 모리스 수중장애(Morris water maze)에서의 접촉 행동 증가, 아밀로이드성 처리 효소인 $\beta$ 분해효소(BACE-1)의 유의미한 증가, $\text{A}\beta\ 42$ 불용성 분획, $\text{A}\beta\ 42$ 플라크 부하량 및 플라크 크기, 그리고 인산화 타우($\text{pTau}$) (에피토프 Threonine 181, Serine 396, 및 AT8 (Serine 202, Threonine 205))의 증가를 보였다. 특히, 3xTg-AD와 NonTg 뇌 조직 모두에서 그리고 3xTg-AD 말초 혈장에서도 염증성 및 항염증성 사이토카인과 케모카인이 지속적으로 증가하는 것을 발견하였다. 결론: 종합해 볼 때, 본 연구 결과는 장기간의 회복 기간에도 불구하고 글리포세이트에 노출되는 것이 오래 지속되는 병리학적 결과를 유발함을 최초로 입증한 것이다. 글리포세이트 사용이 계속 증가함에 따라, 이 제초제와 그 대사산물이 인간의 뇌에 미치는 영향과 신경퇴행성 질환에서 관찰되는 기능 장애에 기여할 잠재력에 대해 더 많은 연구가 필요하다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate use in the United States (US) has increased each year since the introduction of glyphosate-tolerant crops in 1996, yet little is known about its effects on the brain. We recently found that C57BL/6J mice dosed with glyphosate for 14 days showed glyphosate and its major metabolite aminomethylphosphonic acid present in brain tissue, with corresponding increases in pro-inflammatory cytokine tumor necrosis factor-⍺ (TNF-⍺) in the brain and peripheral blood plasma. Since TNF-⍺ is elevated in neurodegenerative disorders such as Alzheimer's Disease (AD), in this study, we asked whether glyphosate exposure serves as an accelerant of AD pathogenesis. Additionally, whether glyphosate and aminomethylphosphonic acid remain in the brain after a recovery period has yet to be examined. METHODS: We hypothesized that glyphosate exposure would induce neuroinflammation in control mice, while exacerbating neuroinflammation in AD mice, causing elevated Amyloid-β and tau pathology and worsening spatial cognition after recovery. We dosed 4.5-month-old 3xTg-AD and non-transgenic (NonTg) control mice with either 0, 50 or 500 mg/kg of glyphosate daily for 13 weeks followed by a 6-month recovery period. RESULTS: We found that aminomethylphosphonic acid was detectable in the brains of 3xTg-AD and NonTg glyphosate-dosed mice despite the 6-month recovery. Glyphosate-dosed 3xTg-AD mice showed reduced survival, increased thigmotaxia in the Morris water maze, significant increases in the beta secretase enzyme (BACE-1) of amyloidogenic processing, amyloid-β (Aβ) 42 insoluble fractions, Aβ 42 plaque load and plaque size, and phosphorylated tau (pTau) at epitopes Threonine 181, Serine 396, and AT8 (Serine 202, Threonine 205). Notably, we found increased pro- and anti-inflammatory cytokines and chemokines persisting in both 3xTg-AD and NonTg brain tissue and in 3xTg-AD peripheral blood plasma. CONCLUSION: Taken together, our results are the first to demonstrate that despite an extended recovery period, exposure to glyphosate elicits long-lasting pathological consequences. As glyphosate use continues to rise, more research is needed to elucidate the impact of this herbicide and its metabolites on the human brain, and their potential to contribute to dysfunctions observed in neurodegenerative diseases.| 저자 | Bartholomew, S. K.; Winslow, W.; Sharma, R.; Pathak, K. V.; Tallino, S.; Judd, J. M.; Leon, H.; Turk, J.; Pirrotte, P.; Velazquez, R. |
|---|---|
| 저널 | Journal of neuroinflammation |
| 권·호·쪽 | 21(1), 316 |
| PMID | 39633366 |
| DOI | 10.1038/srep14562 |
| MeSH | Animals; Glycine; Alzheimer Disease; Mice; Glyphosate; Mice, Transgenic; Mice, Inbred C57BL; Herbicides; Neuroinflammatory Diseases; Male; Brain; Disease Models, Animal |