空氣污染或增加罹患阿茲海默風險-論文推薦
提到磁鐵（magnetite）或 Fe3O4我們都不陌生，小時候玩過吸鐵石，中學做過細鐵絲在氧氣中燃燒的實驗，然後還學過煉鐵的化學原理。所以磁鐵存在於礦山或鋼鐵相關企業中理所當然，但你會相信它也會出現在了人的大腦中嗎？這又意味著什麼呢？
近日，英國蘭卡斯特大學的 Barbara A Maher 教授等人採用高分辨透射電子顯微鏡 HRTEM、電子能量損失譜 EELS 和能量色散 X 射線譜 EDX 等技術，分析了墨西哥城（29例，3-85歲，2名女性）和英國曼徹斯特（8例，62-92歲，5名女性，大部分患有AD）兩地37份人大腦組織，發現其中存在磁鐵納米顆粒，而且含量高達到0.2-12 ppm。（論文信息見文末）
Maher教授。圖片來源：University of Lancaster
已有研究表明，大腦中存在的納米磁鐵顆粒會引發細胞對外界磁場響應，此外納米磁鐵顆粒還與衰老、神經退行性疾病相關，特別是阿爾茲海默氏症（Alzheimer』s disease，AD）。AD 是以進行性認知功能障礙和記憶損害為特徵的神經退行性疾病，俗稱老年痴呆症。它的特徵為大腦組織出現老年斑（senile plague），主要成分為 β 澱粉樣蛋白（amyloid β-protein，Aβ）、神經原纖維纏結（neurofibrillary tangle，NFT）和基底前腦膽鹼能神經元（basal forebrain cholinergic neurons）丟失。
AD老年斑和β-澱粉樣蛋白。圖片來源：alz.org
β-澱粉樣蛋白能響應氧化還原性的過渡態金屬離子如 Fe2+離子，產生破壞性的活性氧 ROS 損傷大腦。在 AD 老年斑和和神經纖維纏結中均發現了納米磁鐵顆粒。體外實驗還發現納米磁鐵顆粒增強 β-澱粉樣蛋白的毒性。雖然20幾年前科學家就發現大腦中含有納米磁鐵顆粒，但當時認為是一些生物信號的起源。Maher 的研究發現人類大腦中的磁鐵顆粒來自外界，而不是自身的內源性物質。她將腦組織中的納米磁鐵提取出來進行表徵，從形態分析來看，這些納米磁鐵顆粒的表面紋理、粒徑、粒徑分布，不像是由生物作用生成的，而與高溫生成的鐵磁性微球更類似。它們大部分呈圓形或球形，直徑在10-150nm之間。
左：曼徹斯特的腦組織提取物 右：蘭卡斯特街道空氣中的納米磁鐵顆粒 圖片來源：PNAS
現在問題來了，這些外源性納米磁鐵顆粒怎麼進入大腦組織的呢？要知道血腦屏障通常很難跨越。研究發現，大腦中的納米磁鐵顆粒主要來源於無處不在的空氣污染物細微顆粒（particulate matter，PM），其中大家經常提到的PM2.5指環境空氣中空氣動力學當量直徑小於等於 2.5 μm的顆粒物，也稱細顆粒物、可入肺顆粒物。以作者所在的蘭卡斯特為例，路邊空氣中含有約2.01 X 108/m3個50 nm 大小的磁鐵顆粒。空氣污染中的細顆粒物，尺寸分布更廣從小於5 nm到大於1 μm，其中小於200 nm的納米磁鐵微粒可以突破受損的嗅覺單元沿著嗅神經直接進入大腦。這樣也和 Maher 分析的人體大腦組織相符，在這37例樣品中，雖然英國老年人的納米磁鐵顆粒含量普遍較高，但含量和跟年齡相關性不大，倒與生活環境密切相關，樣品中含量最高的是墨西哥城一名32歲的男性，而墨西哥城的 PM2.5年均濃度大於25 μg/m3。現在還不清楚阿爾茲海默症的發病起因，僅有不到5%與遺傳相關，這就意味著環境因素或基因/環境相互作用在誘發或促進阿爾茲海默症。Jung 等曾經發現在台灣地區PM2.5含量為4.34 μg/m3的環境中生活9年，AD的發病率增加138%。
生活中的納米磁鐵顆粒來源於工業生產和交通運輸，特別是柴油發動機；室內污染來自於印表機、壁爐和烹飪中使用的炊具。
儘管如此，佛羅里達大學的 Jon Dobson 仍提醒大家，「磁鐵或者其他含鐵化合物現在還沒有和阿爾茲海默症建立必然因果聯繫。」
2. http://cen.acs.org/articles/94/i36/Air-pollution-derived-magnetic-nanoparticles.html
論文基本信息
題目Magnetite pollution nanoparticles in the human brain
作者Barbara A. Mahera,1, Imad A. M. Ahmedb, Vassil Karloukovskia, Donald A. MacLarenc, Penelope G. Fouldsd, David Allsopd, David M. A. Manne, Ricardo Torres-Jardónf, and Lilian Calderon-Garciduenasg,h
Author Affiliations
發表日期July 25, 2016
摘要We identify the abundant presence in the human brain of magnetite nanoparticles that match precisely the high-temperature magnetite nanospheres, formed by combustion and/or friction-derived heating, which are prolific in urban, airborne particulate matter (PM). Because many of the airborne magnetite pollution particles are
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