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汽车废气和阿尔茨海默病之间可能存在联系

微小的污染粒子可以进入脑组织造成严重的损害,新研究发现。

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鉴于只有不到5%的阿尔茨海默症为家族遗传,环境很可能是造成此类疾病的主要原因。图片来源:Ruben de Rijcke

众所周知,铁对大脑细胞具有毒性,而磁性铁微粒(磁铁粒子)则被认为是导致神经功能障碍的原因之一。现在,我们首次证实人类大脑中存在有相当多的此类高活性粒子。

之前的研究表明,阿尔茨海默症患者大脑中磁铁粒子的数量要高于普通人,这些粒子可能与病情的发展有关。我们想知道,大脑中磁铁粒子数量的增长是否来自患者吸入的被污染的空气。

城市空气中存在着大量磁铁矿构成的圆形微粒(称磁性纳米微球),它们在高温下形成,冷却后凝结成富含铁的微粒。这些粒子直径从不到5纳米到超过100纳米不等(试比较,一个艾滋病毒的直径为120纳米),通常和其他金属污染粒子聚集在一起。

车辆是此类磁性纳米微球的一个主要来源,燃料燃烧(特别是柴油燃烧)、发动机缸体铁磨损以及刹车片摩擦生热都会产生这种纳米微球。除了一些专业设备,人们在室内生火或是打开密封性不佳的炉灶做饭或取暖时,也可能产生高浓度的磁性污染纳米粒子。

较大的磁性粒子直径可达10微米以上(约一颗云水滴的大小),来自工业源头比如发电站。但只有直径小于200纳米的磁性污染粒子才能通过鼻腔呼吸直接进入大脑,随后便可进入嗅球神经元细胞(Olfactory bulb)(见插图)。




血脑障壁是一道保护性的细胞墙,能够防止有害物质进入大脑,但它并不能防止此类通过鼻腔吸入的粒子。因此这些微粒能够相对畅通无阻地进入大脑。进入嗅球区域后,纳米粒子就能扩散到大脑其他部位,包括海马体和大脑皮层这些在阿尔茨海默症中受影响的区域。

大脑中的磁铁微粒可能会触发神经变性疾病。磁铁微粒中含有两种铁离子,分别为三价铁离子和二价铁离子。二价铁已经被证明是一种有效的催化剂,可催化产生活性极高的破坏性分子,名为“活性氧”。已知这种分子造成的脑损伤会
出现在阿尔茨海默症的早期阶段。

患病后,大脑中最关键的变化在于形成“老年斑”,即神经细胞之间的异常蛋白质团块。研究发现,磁性粒子与这些老年斑有着直接联系,且能够增加每个老年斑核心蛋白质的毒性。

为了研究来源于外部的磁铁微粒是否可能存在于人类大脑中,我们采用磁力、电子显微等技术检查了37具尸体的大脑样本。这些人生前都居住在墨西哥城或是英国的曼切斯特,死亡年龄从3岁到92岁不等。我们发现,很多磁性微粒含量极高的大脑样本都来自40岁以下的墨西哥城居民以及曼切斯特的老年人(死亡年龄超过65岁),其中墨西哥城的居民生前曾暴露在高度的空气污染之中,而曼切斯特的这些老年人生前则患有中度至重度的阿尔茨海默症。

这些大脑样本中的磁性粒子多为球形,其形状大小不同于人类和动物体内天然存在的磁性颗粒。这些磁性粒子直径大小从5纳米到150纳米不等,且经常与含有铂、镍和钴等其他金属的纳米粒子聚集在一起,这些金属并不天然存在于大脑之中。我们还使用一种酶将大脑中的磁性粒子提取出来,这种酶能够溶解脑组织,只留下完整的磁性粒子,随后再用磁铁将这些粒子吸出。这些粒子和空气污染中发现的磁性纳米微球有着惊人的相似之处。


鉴于只有不到5%的阿尔茨海默症为家族遗传,环境很可能是造成此类疾病的主要原因。磁性污染纳米粒子不但体积极小,对大脑具有毒性,且在污染空气中十分常见,所以我们应该对其进行研究,确定其是否具有造成阿尔茨海默症等脑部疾病的潜在风险。一旦发现此种粒子与人类健康确实存在联系,将对限制人类暴露于此类空气污染之中的立法工作带来重大影响。


英文原文刊载于对话网站

翻译:金艳

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