渾濁空氣或可導致阿爾茨海默氏病

空氣污染可能損傷大腦。圖片來源：David McNew

在一個距離高速公路約100米的停車場中，一輛白色拖車上的巨大鋁管引人注目。這隻鋁管每分鐘能吸收數百升由30多萬輛汽車和柴油卡車排放的廢氣。

而年輕的化學工程師Arian Saffari則蜷縮在拖車裡，將收集到的氣體注入一個複雜的過濾系統。這些廢氣中包含了硫酸鹽、硝酸鹽、銨、炭黑和重金屬顆粒，這些微粒比人類頭髮絲直徑小200倍。

在南加利福尼亞大學（USC）Constantinos Sioutas實驗室中工作的Saffari表示，這些微粒由於過小，無法被很多空氣污染監測設備精確測量。

這些直徑通常小於0.2μm的「超微」顆粒被劃分至俗稱PM2.5的粒徑範圍內。而PM2.5這一空氣污染物級別涵蓋了直徑2.5 μm及以下的微粒。在談到毒性時，微粒的尺寸顯得尤為重要：直徑越小，越容易接觸到細胞，因此氧化壓力的程度也就越高，其結果是會產生化學活性分子，比如某些能夠破壞DNA及其他細胞結構的過氧化物。

是否存在聯繫？

吸入超微顆粒污染物已被確定是一種健康風險，因為它能夠引發諸如哮喘、肺癌等疾病，最近甚至還發生了引發心臟病的案例。而且，越來越多的證據表明它還能傷害大腦，加速認知老化，甚至可能增加阿爾茨海默氏症及其他痴呆症的患病幾率。

目前空氣污染與痴呆症之間是否存在聯繫仍有爭議，甚至該觀點的支持者也提出警告，表示需要進一步研究證實兩者之間的因果關聯，並要清楚微粒是如何進入大腦並在裡面興風作浪的。

然而，越來越多的流行病研究、動物模型和人類腦部造影的最新發現，以及能模擬暴露在PM2.5環境中的高精尖技術，全部將警報升級。事實上，一項長達11年的流行病研究顯示，生活在高出PM2.5標準值環境中的老年女性罹患痴呆病的幾率高於正常環境兩倍。（標準值是由美國環境署給出的12 μg/m3的限值。）USC凱克醫學院流行病學家陳居泉（音譯）表示，如果這個調查結果在普遍人群中被證實了，那麼世界範圍內大約21%的老年痴呆病的誘因將歸咎於空氣污染。

另一項研究則加深了人們對該問題的關注，加拿大多倫多大學研究人員在《柳葉刀》期刊上的報道稱，在安大略省，有將近660萬人住在主路附近50米的範圍內，與距主路150米遠的地方相比，該範圍內細顆粒污染物濃度通常要高出10倍，這部分人群罹患痴呆症的概率比住在距主路200米遠的人群高出了12%。

印第安納大學神經系統科學家Michelle Block提醒大家，儘管目前對這個領域的研究尚處於初期，但對於不斷鑽研污染與人類大腦之間是否存在聯繫的研究人員來說，這仍是一個「令人激動的時刻」。並且如果這個調查結果被證實了，也許能夠幫助公共衛生專家大幅降低阿爾茨海默氏症患病幾率，給目前這個仍無法治癒的嚴重病症一個光明的前景。

患上老年痴呆的狗

早在2000年初，墨西哥城有一隻年邁的寵物狗得了痴呆症，而且很多狗發瘋，這提供了室內空氣污染能引發神經退行性疾病的首個線索。美國蒙大拿大學神經科學家Lilian Calderón-Garcidue?as細心地發現，那些生活在空氣污染嚴重地區的老年狗狗們越發變得痴呆而又糊塗，不僅方向感越來越差，甚至連自己的主人都很難認出。

之後，通過對比研究，Calderón-Garcidue?as發現，與生活在空氣污染情況相對較輕地區的狗相比，空氣污染嚴重地區狗狗腦中的蛋白質澱粉樣蛋白B的細胞外沉積物更多，這種物質與阿爾茲海默氏症患者腦中發現的「斑塊」有關。

為了進一步確認兩者之間的聯繫，Calderón-Garcidue?as又對生活在墨西哥地區因故喪命的兒童和成年人大腦進行了研究，結果發現人類大腦中這些斑塊的數量也有了顯著提升。這些異常表示作為大腦免疫細胞的神經膠質細胞出現了異常活躍的發炎癥狀。

雖然，這些研究並沒有進行嚴格控制，或者說實驗還未得到充足證據證明澱粉樣蛋白斑的出現暗示著老年痴呆症。但是在她之後的研究結果充分肯定了這一發現。

其中，那些在110高速公路收集污染空氣樣本的管子起到了很大作用。Sioutas和同事，用醫院霧化器霧化污染物，然後把霧化過的污染物用導管輸送至一個裝有試驗鼠的籠子中。這些老鼠體內已經被植入人類澱粉樣蛋白B。對照組老鼠則能呼吸新鮮乾淨的空氣。

220小時後，兩組老鼠被送往USC另外一個團隊手裡，他們負責對老鼠進行解剖實驗，檢查一下老鼠的腦中是否含有神經變性的標誌物。

Caleb Finch和Todd Morgan兩位神經系統學家負責對進行分析。他們發現那些吸入了大量有害物質氣體的老鼠，其大腦的星形膠質細胞釋放出大量的炎症分子，包括腫瘤壞死因子a。該因子同樣大量存在於阿爾茲海默氏症患者的大腦，這種因子與記憶喪失密切相關。而且，吸入污染氣體的老鼠的大腦也展現出其他腦部受損癥狀。

追蹤顆粒襲擊大腦

不過，空氣中的這些有害顆粒物如何從嚙齒動物的鼻腔鑽入大腦的依然成謎。

於是，紐約羅切斯特大學Günter Oberd?rster研究組，使用可追蹤的放射性碳元素，驗證了直徑小於200納米的可吸入性顆粒物能穿過嚙齒動物鼻腔內的脆弱組織，沿著神經元遊走，進而擴展至小腦——這個位於大腦後面的器官，對大腦的發炎起著開關作用。

為了進一步證明可吸入性有害顆粒物是否可以進入人類大腦，研究人員還需要進行更多研究，以分析空氣暴露和腦部掃描成像間的關聯。

但美國多哈市國立環境衛生科學研究所（NIEHS）的項目主管Kimberly Gray表示，想要證明可吸入性有害顆粒物會進入人類大腦是一個難以實現的實驗，因為長期以來，在美國還有其他國家缺少關於污染暴露的歷史醫療數據。

不過，去年九月，有一篇涉及18篇流行病學研究論文的綜述文章發佈於《神經毒理學》。這篇文章總結了來自歐盟、中國大陸、中國台灣、英國以及美國等國家和地區的實驗研究，結果顯示，所有這些國家的人民暴露於至少一種有毒有害成分空氣中時，勢必會產生與痴呆有關的癥狀。

該文章第一作者、波士頓大學流行病學家Jennifer Weuve說，他們呼吸的空氣中，每立方米增加10微克，其記憶和關注力測驗成績就會下滑。

成像研究也揭示了，污染物是如何進入大腦的。通過分析腦部核磁共振成像，哈佛大學醫學院研究人員發現，生活在主幹道附近的居民，大腦量更少。該研究甚至還兼顧了教育、吸煙、糖尿病和心血管疾病等因素。

該成果發表後不久，USC的 Chen也報告了另一個腦萎縮結果，長期暴露在含有直徑達2.5微米的微小空氣污染顆粒的空氣中，會使老年女性患痴呆症的風險增加90%以上。

現在，全世界來自流行病學方面的關於阿爾茲海默症與空氣污染之間關係的研究數量越來越多，很多動物模型和人類大腦成像的研究以及不斷發展的研究PM2.5暴露的技術越加複雜，人們日漸意識到空氣污染對健康造成的嚴重危害。

如果PM2.5無法得到有效管控的話，那麼霧霾天氣對人體的危害就像吸煙一樣。但你可以遠離吸煙人士，卻無法不呼吸空氣。「我認為，空氣污染跟吸煙一樣，沒有安全閾值。」Finch說。

中國生物技術網誠邀生物領域科學家在我們的平台上，發表和介紹國內外原創的科研成果。

本公眾號由中國科學院微生物研究所信息中心承辦

微信公眾號：中國生物技術網