神经系统的发育经历了诱导、增殖、迁移、分化、突触形成与神经元回路建立以及神经细胞死亡等一系列过程。彼此间紧密联系，有的互相重叠，其中任何环节发生错误都将损害整体功能，而铅几乎对每个环节都产生影响，严重者导致智力低下或痴呆。
1.对增殖和迁移的影响
增殖始发于人胚的第2周，部分小脑细胞出生后仍继续增殖。铅可以降低神经上皮细胞有丝分裂能力，抑制发育中神经元的增殖。Agcdi等(1971)在大鼠体内发现低剂量铅可致发育早期神经元对3H-胸嘧啶核苷(，3H-Td)的摄入量减少，增殖速度减慢，铅还选择性蓄积于海马部位，使海马细胞存活率降低。
经历了增殖过程后，新发育的神经元开始向神经管外周迁移。迁移对神经系统形态的发生有重要意义。铅对迁移过程的影响主要有两方面：
其一，铅通过改变N-CAM的粘基结构并与神经钙粘附分子上Ca2+、Zn2+位点结合，而干扰神经细胞迁移及以后的突触形成。Gegan CM等(1993)也发现血铅在200μg/L时，能明显延缓脑组织中N-CAM由胎儿型(高唾液酸)向成人型(低唾液酸)转变，使脑组织中各成分发育不同步。
其二，铅损害了神经星形胶质细胞的功能，使其不能在迁移过程中为神经元提供必须的“支架”。据实验报道，未成熟的神经胶质细胞对低铅相当敏感。铅可降低星形胶质细胞中谷氨酸合成酶和甘油磷酸脱氢酶mRNA的数量和表达，使其合成量减小，从而降低GFAP对细胞发育及其介导的神经元发育的作用。
2.对诱导和分化的影响
诱导发生在胚胎发育第3周，早于胎盘循环。诱导时期细胞表面的神经细胞粘附分子(N-cell adhension molecular，N-CAM)是一关键物质，在不同时间、空间，N-CAM基因表达不同，使细胞间粘附性不同。铅主要影响诱导的中、后期。铅可干扰N-CAM的基因表达，改变N-CAM的粘基结构，从而改变细胞粘着性，影响正常诱导。
分化与其它阶段有着重叠，是脑发育的重要环节之一。在此期间钙发挥着关键作用。铅通过与钙的相互作用而干扰分化过程。一方面铅通过占据电压依从性Ca2+通道而抑制Ca2+转运，从而产生毒性作用，且许多通道被铅占据后永久失活，使铅毒性具有不可逆性。另一方面，铅也与Ca2+竞争磷酸激酶或Ca2+调蛋白上Ca2+的结合点，使它们异常激活，干扰细胞正常代谢，使细胞分化受到损害。
3.神对突触建立与神经元回路形成的影响
突触联系是神经元回路形成的基础，任何突触连接的异常都可导致行为紊乱。铅可干扰突触形成、神经递质释放和信息传递，而造成行为异常、智力低下和学习记忆减退等。铅对递质作用有两大特点：第一，铅对神经递质作用与部位有关，如铅减少多巴胺合成和含量在中枢边缘系统表现明显，降低γ-氨基丁酸功能在基底结及小脑显得突出，抑制乙酰胆碱的作用则在皮质、海马区最显著。第二，铅对递质影响具有双时相性。即神经元去极后引起递质释放被抑制，静息时则出现自发性递质释放过程，从而导致各种功能紊乱。
现已知，铅可降低乙酰胆碱合成使小儿记忆减退，可减少多巴胺合成使各种条件强化反射形成滞后，铅可使γ-氨基丁酸和谷氨酸平衡紊乱而表现出神经兴奋性行为。近来发现，宫内铅暴露大鼠表现出多动、对疼痛刺激反应低下等异常行为，其脑中的β-脑啡肽减少。铅不仅影响递质释放，同时抑制了递质受体。实验发现，铅可以改变N-甲基-D-天门冬氨酸受体兴奋传递功能，影响可塑性学习，造成兴奋性中毒，表现出自主活动显著增加。
4.神经可塑性的影响
神经元和神经环路的可塑性是行为适应的生理基础。微观水平神经元突触、神经环路和微结构与功能变化，在宏观上表现为学习、记忆、行为表现及精神活动改变。实验发现，铅可以使幼年大鼠海马CA1区突触后长时程增强(LTP)发生率和平均突触后电位(PS)振幅率显著降低，PS降低幅率与铅浓度呈显著负相关。
国内学者也证明铅对海马CA1区、D区的突触后长时程抑制(LTD)可造成损伤。阮迪云等(2001)在大鼠海马的研究最早表明，铅可使突触在增强和减弱两个方向的调节能力都降低，从而使突触可塑性范围变窄。他们发现，铅处理后大鼠大脑海马回突触可塑性范围从129%减小到44%。在对海马神经细胞铅暴露的培养过程中发现，铅抑制海马回神经细胞信息输出突起的发生而增加信息接受突起的数目，同时使突起的形态变大变扁平。
早期铅暴露可使小猪小脑蒲氏神经元的树突分支和侧棘密度发生显著改变。出生后染铅毒，可降低大白鼠β-肾上腺素受体密底和改变环磷酸腺苷(cAMP)活性。铅对少突胶质细胞的毒性作用直接影响了髓鞘形成，从而导致神经传导和神经感觉发育障碍，Toew SAD(1980)发现，铅可显著降低新生鼠前脑的髓磷脂量，并与铅有剂量——反应依赖关系。
5.对基因调控、表达及细胞凋亡的影响
铅可直接干扰基因表达调控而影响脑发育。铅可与DNA、RNA分子结合，或造成某一部位断裂，损伤核酸分子，增加实验动物细胞的微核粒;可诱导酵母菌甲硫氨酸tRNA启动子和延伸因子在较远部位断裂;可抑制核酸修复酶如DNA聚合酶的功能，加重紫外线对DNA损伤。体外实验中，铅可增高脑组织中早反应基因c-fos、c-Jun的mRNA表达，并有量效与时效关系。Fos和Jun蛋白产物是真核细胞的主要转录因子，它们参与了铅对中枢神经系统学习记忆损害的毒性。Chakrolorti发现，铅可增加Ap-1蛋白的结合活性，增加Ap-1启动的转录过程，而增加了细胞凋亡。
神经元异常凋亡可导致脑发育异常。Bcl-2家族基因是与细胞调亡关系密切的一组相关基因，其中bcl-2和bax基因是一对正负调亡调节基因。牛玉杰等(2002年)发现，铅诱发大鼠脑细胞调亡与脑组织内bcl-2基因表达下调，bax基因表达上调，bcl-2/bax下降有关。逯晓波等(2002)也发现，染铅可能通过改变发育期脑组织细胞调亡相关基因bcl-2、细胞膜Fas蛋白表达使细胞数量改变，从而导致铅的发育神经毒性。
6.对脑发育过程中多种因子的调节作用的影响
脑发育过程有众多因子参与调节，如激素、氨基酸、微量元素、生物因子等。Huseman CA(1987)发现，铅可抑制促甲状腺素，导致神经细胞迁移延缓，不能及时到位，影响正常神经元回路形成;铅可使鸟氨酸蛋白合成减少，抑制细胞增殖;Bawmsly(1974)发现铅可以影响Zn++、Cu++等元素的胎盘转运，使许多依赖必需微量元素的酶及生物大分子失去正常生理活性，而产生毒性作用;铅还使神经生长因子(NGF)、类皮细胞因子、胰岛素样因子等许多促进神经细胞营养因子降低;铅可通过竞争神经钙粘着蛋白(Ncadherin)分子上的钙或锌的结合位点，延缓未成熟脑细胞的发育，导致神经系统结构异常，扰乱神经系统的正常发育。铅能与线粒体发生作用，影响细胞的能量供应。NGF分泌减少抑制了细胞有丝分裂和神经纤维生长，降低了细胞的合成酶活性，减少神经递质合成，并可损害NGF受体功能，直接造成神经细胞发育毒性。
总之，铅对发育期脑的神经毒性作用机制目前尚不十分清楚，可能是多因素相互作用的结果。
