新研究丨納米塑料微粒損傷神經(jīng)元，可能導(dǎo)致后代焦慮樣行為
2022-08-17
塑料在日常生活中的應(yīng)用十分廣泛，但也帶來了嚴重的環(huán)境污染，損害著動物和人類的健康。近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動物醫(yī)學(xué)院的研究團隊在《國際環(huán)境》（Environment International）上發(fā)表了研究報告《聚苯乙烯微米和納米粒子的同時暴露會導(dǎo)致活性氧介導(dǎo)的細胞凋亡 損傷胎兒丘腦》（下簡稱“報告”）。通過將孕鼠暴露在不同粒徑大小和不同表面修飾的塑料顆粒環(huán)境下，報告發(fā)現(xiàn)這些塑料顆粒會造成胎兒丘腦細胞的氧化損傷，導(dǎo)致子代出現(xiàn)焦慮樣行為。
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研究方法和過程
圖丨原報告
已有研究指出，塑料的全球年產(chǎn)量已從1950年的150萬噸飆升至2019年的3.68億噸。然而，大多數(shù)塑料廢品難以回收，給農(nóng)田、水道、海洋等自然環(huán)境帶來了嚴重的污染。
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此外，通過機械磨損、紫外線輻射、生物降解等方式，大分子塑料還會分解成微塑料（平均粒徑在1納米到5微米之間的塑料顆粒）和納米塑料（平均粒徑小于1納米的塑料顆粒）。研究發(fā)現(xiàn)，微塑料和納米塑料顆粒大量存在于大氣、水體和土壤等自然環(huán)境中，它們很容易通過空氣、食物、飲用水等進入動物和人類體內(nèi)，對動物和人類健康構(gòu)成潛在的威脅。
目前，已有大量文獻報道了塑料降解顆粒對成年動物的毒性作用，但其對胎兒神經(jīng)發(fā)育的潛在毒性尚不清楚。在這樣的背景下，報告通過將孕鼠暴露于不同粒徑大小和不同表面修飾的塑料顆粒之下，并采用熒光標記、基因組測序、行為測試等方法，深入探究了塑料顆粒對胎兒神經(jīng)發(fā)育的影響，其主要發(fā)現(xiàn)如下：
1. 微塑料的存在促進了納米塑料進入胎盤和胎兒丘腦
報告發(fā)現(xiàn)，孕期母鼠攝入的微塑料和納米塑料會分布在母鼠的胃、大腸、小腸、子宮和胎盤中，而在胎兒體內(nèi)，在其胸部、腹部以及大腦都檢測到了納米塑料。
此外，與單獨暴露在納米塑料環(huán)境的情況相比，當母鼠暴露于微塑料和納米塑料的混合物時，胎兒大腦中蓄積的納米顆粒會增多。
因此，報告推測，微塑料的存在可以幫助納米塑料破壞母體的胎盤屏障，促進納米塑料進入胎兒大腦。
2. 納米塑料改變了胎兒丘腦中的基因表達，造成氧化損傷和神經(jīng)元凋亡
通過對胎兒丘腦組織進行轉(zhuǎn)錄組測序分析，報告發(fā)現(xiàn)，塑料顆粒誘導(dǎo)的差異表達基因主要富集在與氧化磷酸化和γ-氨基丁酸（GABA）突觸相關(guān)的通路，并通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激、細胞凋亡以及加大細胞間隙、阻礙GABA能神經(jīng)傳遞等方式影響胎兒丘腦基因的正常表達。
報告發(fā)現(xiàn)，母鼠暴露在塑料顆粒環(huán)境后，胎兒丘腦中的谷氨酸脫羧酶2（GABA合成的關(guān)鍵酶）數(shù)量有所下降，總抗氧化能力水平也有所下降。而且，與單獨暴露在納米顆粒環(huán)境相比，同時暴露在微塑料和納米塑料環(huán)境中，總抗氧化能力水平進一步下降。
報告認為，這些結(jié)果表明納米塑料會抑制胎兒大腦發(fā)育，而微塑料可以促進更多的納米顆粒進入胎兒大腦，進一步增強納米塑料的神經(jīng)毒性。
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3. 納米塑料誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的活性氧，導(dǎo)致后代出現(xiàn)焦慮樣行為，中和活性氧可緩解該行為
胎兒大腦富含脂質(zhì)，但抗氧化劑含量低，這可能使其容易受到氧化應(yīng)激的影響。通過高通量測序，報告發(fā)現(xiàn)，納米塑料在機體的累積改變了與氧化磷酸化相關(guān)的途徑，誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的活性氧。然而，過量的活性氧對神經(jīng)組織有害，會抑制丘腦GABA的合成，減少GABA向前額葉皮層和杏仁核（控制情緒的重要神經(jīng)區(qū)域）的釋放，影響機體對焦慮情緒的調(diào)節(jié)功能，從而使后代產(chǎn)生焦慮樣行為。因此，報告推測，納米塑料誘導(dǎo)產(chǎn)生過量的活性氧可能是導(dǎo)致后代焦慮樣行為的原因。
焦慮樣行為是自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥、阿爾茨海默病和帕金森病的促發(fā)因素，因此，報告認為，暴露在納米塑料環(huán)境會增加動物患神經(jīng)疾病的風險。
既然過多的活性氧是焦慮樣行為出現(xiàn)的原因，報告繼續(xù)探究在懷孕期間向母鼠外源性添加抗氧化劑是否會減輕塑料顆粒誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和后代的焦慮樣行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過補充抗氧化劑，胎兒丘腦中的總抗氧化水平有所提高，神經(jīng)元的凋亡率有所下降，其前額葉皮質(zhì)和杏仁核GABA遞質(zhì)水平得到提高，焦慮樣行為也得到逆轉(zhuǎn)。
綜上所述，報告發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯納米顆粒會通過誘導(dǎo)氧化損傷、抑制GABA合成、引發(fā)細胞凋亡等方式對胎兒大腦的發(fā)育產(chǎn)生負面影響，進而導(dǎo)致成年后代出現(xiàn)焦慮樣行為，提高其患神經(jīng)疾病的風險，而補充抗氧化劑可以逆轉(zhuǎn)焦慮樣行為。因此，報告指出，抗氧化劑的應(yīng)用將是防止人類健康受到塑料顆粒威脅的一種潛在方法。
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編輯：李銳、擺脫塑縛
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