解密百草枯的致毒机理
农药「百草枯」到底是一种什么原理，不是应该只是除草吗？为什么喝一口就救不过来？百草枯，除了农药科研人员及企业，最熟悉它的恐怕只有农民和医生。对农民伯伯来讲，这是一种神奇的农药，快速高效，有了它便高枕无忧；但对于救死扶伤的白衣天使而言，百草枯就是地狱使者，无药可解，十有九死。这一致命的弊端终结了百草枯的“辉煌之路”，国家农业部、工业和信息化部、质检总局联合发文宣告自年7月1日起停止百草枯农药在国内的销售和使用，包括水剂、可溶粒剂、可溶胶剂等所有剂型及含有百草枯的复配制剂。百草枯的委屈无奈又如何解答，跟着小编一起解读百草枯的“短暂旅程”。
百草枯，神奇疗效的药水
年百草枯（Paraquat，PQ）在英国首次上市，作为世界第二大除草剂，已为中国农业服务30余年。因其神奇的疗效，也被冠以数多名称如克芜踪、对草快等，或者专业点，称为1-1-二甲基-4-4-联吡啶阳离子盐（如图1）。
图1百草枯有效成分结构式
除草机理PQ分子极易溶于水，因此可迅速穿过植物器壁，直达绿色组织叶绿体---植物光合作用的殿堂。正常的光合反应（如图2）有序进行，而PQ的入侵直接夺去属于NADP的电子，反应产生百草枯自由基PQ.+。由此，PQ兵分两路拦截光合反应进程，一方面阻碍NADPH的生成，暗反应中断；另一方面，PQ.+径直与O2结合，产生超氧自由基O2.-直接诱发植物体内产生脂自由基，分解不饱和脂肪酸，破坏光合膜系统；此外O2.-还可产生H2O2和毒性更大的羟自由基.OH，引起更大危害。而植物体内虽有酶保护系统（如SOD和CTS）可消除这些自由基，但在PQ2+作用下，自由基生成速度远远超过消除，毒害不断出现，植物最终死亡。
图2绿色植物光合作用及PQ反应
由PQ对绿色植物的作用机理可以看出，作为农药除草剂，PQ具有速效、广谱的优点，同时对农作物无副作用，接触土壤后迅速失活，能有效保持土壤肥沃度，能否找到百草枯的替代农药仍然是现今研究的重点。
百草枯，“出手不失手”
也许前期宣传中百草枯对环境无毒的优点不幸误导了无辜群众，低毒一度成为人们定义百草枯的标签。当它因此成为自杀人士与世决绝的工具时，狰狞扭曲的面部表情，溃烂不堪的口腔食道也是一场悲剧；医生捶胸惋惜，束手无策；而故事的主角也再次经历一场浩劫，洗胃，血夜透析，最终带着纤维化的肺（如图3），眼睁睁的体会着空气的稀薄呼吸衰竭而死，人财两亡。然而正常的接触并不会对人体造成伤害，口服才是PQ高致死率的主要贡献者，只要你“不失口”，也不会有“千古恨”的痛苦。
图3人体肺部纤维化
百草枯的致毒机理剧毒、无解、高致死率三个特性给百草枯点缀了神秘，而其致毒机制也广被人们研究，大剂量PQ中毒机理还是比较明确，通俗的来说，PQ分子沿着消化道进入人体，隐身在血液中到达全身不同的器官，“咬定组织不放松”，用强氧化武器来迫使细胞凋亡，最终器官衰竭；而由于肺部不能区别PQ和正常分子，成为PQ重击的区域，畅通无阻并开启一系列破坏行为，抢夺电子，生成过量的自由基，并能瞬时复原循环战斗，因此百草枯中毒患者多出现肺纤维化，呼吸衰竭。
具体来讲，腐胺分子（Putrescine）就是拥有肺泡细胞通行证的“合法公民”，而PQ分子恰巧拥有与其相似的结构，N原子空间距离相近，因此肺泡I型细胞和II型细胞中腐胺的承运系统就主动迎接，并蓄积大量PQ分子。成功潜入的PQ分子开始伺机破坏，细胞中的“重要工程”氧化还原反应（RedoxCycling）就是其主要目标。PQ利用还原型辅酶Ⅱ（NADPH）变身成为一个氧化自由基，并攻击氧化氧分子恢复自身，产生毒性的过氧根离子，进而诱发形成过氧化氢、游离羟基，加剧脂质过氧化反应，损坏肺泡细胞膜引起细胞炎，极易被成纤维细胞侵入，使肺组织弹性下降，肺活动受限，呼吸困难。
图4百草枯致毒机制。(1)PQ及腐胺分子；(2)假定累加的受体电荷最小间距约0.5nm；(3)PQ的氧化还原循环；(4)游离羟基引发的脂质过氧化反应；(5)H2O2在谷胱甘肽还原酶和过氧化物酶作用下利用NADPH的解毒过程
由此看来，PQ参与的氧化还原过程是导致人体中毒的根本原因。一旦参与到人体的循环过程中，将消耗细胞NADPH，集聚大量的超氧阴离子，同时活跃的氧自由基引发的脂质过氧化反应都导致中毒症状的出现。
1氧自由基损伤百草枯具有强氧化性，活化过程中形成过量超氧化阴离子及过氧化氢，低氧环境刺激肺血管内皮分泌，造成微小动静脉收缩，肺部血液循环受阻，加剧肺纤维化形成。而另一方面，PQ能攻击DNA分子发生还原反应，并通过将电子传递给氧自由基恢复为原来的阳离子，持续循环过程，这也是区别于其他农药的特殊点。
图5模拟百草枯和DNA的电催化还原反应
2炎症反应百草枯强烈的刺激和腐蚀性能造成机体一系列应激反应，如加速分泌ET等炎症介质，进一步释放氧自由基、水解蛋白酶等产物，导致恶性循环，加重机体损伤。
3酶失衡参与氧化还原循环的一些列蛋白酶，如NADPH、超氧化物歧化酶、心肌酶等活性超出正常范围，也是导致早期中毒死亡的重要因素之一。
4基因表达如图6所示，PQ能通过诱发氧自由基的形成，从而改变转录因子结构、蛋白形态以及DNA甲基化状态，影响相关基因的转录表达。
图6Maneb及PQ影响神经相关基因的转录调节异常(1)诱发活性氧产生；(2)转录因子亚硝基化；(3)蛋白未折叠并集聚，如α-突触核蛋白；(4)异常磷酸化引发细胞凋亡和神经元死亡；(5)α-突触核蛋白可以直接绑定DNA并改变DNA甲基化.(6)综合上述因素影响神经相关基因的转录.
百草枯saygoodbye百草枯的功与过一直备受争议，剧毒特性不能遮挡它对农业发展的贡献，而其在市场中的被迫告别也提醒我们：在这场人类与农药的抗争中，我们承担着什么角色，我们应该做些什么。最后期待能早日找到代替百草枯的优秀农药重新造福人类。
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