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空气污染物的主要成分包括颗粒物、气体、金属和有机体组分，其中颗粒物污染会对心肺疾病的发病率与死亡率有显著的提高。PM2.5是近年来被广泛研究的颗粒物污染对象，其主要来自于内燃机与工业来源。长期或短期暴露于PM2.5对心血管的影响已被广泛研究，但是PM2.5对中枢神经系统的影响却很少被人研究。PM2.5对外周系统的免疫激活可能通过细胞因子、趋化因子和氧化应激来与中枢神经系统进行交流并导致神经炎症。其中脑部的海马体区域由于有大量的促炎症因子受体，有可能是PM2.5影响的靶标。 为了研究PM2.5对脑部海马体的影响，研究人员以年龄为四周的小鼠作为研究目标，将小鼠随机分为暴露于PM2.5或过滤后的空气中的两组。暴露时间为每天6小时，每周5天，共持续10个月。首先，在体重、体长、触须、眼睛外观、嗅觉能力、肌张力、运动感官、运动机能和血清皮质酮浓度等水平上并没有发现处理组与对照组的显著性区别。接着，研究员利用巴恩斯迷宫来评估小鼠的学习和记忆能力。巴恩斯迷宫的原理是通过小鼠避光趋暗且爱探究的特性而建立的。小鼠被放置在照明充分的中心，并给予2分钟去找到一个能通往暗箱的洞口。迷宫有18个洞口但是只有一个洞口能最终通往暗箱。在前4天训练的实验中，结果发现随着训练天数的增加，小鼠通往正确洞口的时间逐渐减少，并且通往正确洞口的正确率逐渐上升，这说明迷宫实验起到了作用（图1a和b）。通过比较暴露组与处理组，处理组小鼠走出迷宫所需时间比对照组小鼠要长，并且通过正确洞口的正确率比对照组低（图1a和b）。在最后一天的实验中，洞口被封住，小鼠被给予90秒来进行迷宫实验，然后记录小鼠达到正确洞口的比例和第一次达到正确洞口所需的时间。与前四天的训练结果一致，暴露组小鼠第一次达到正确洞口所需时间显著更长，正确率也显著更低（图1c和d）。  图1. 小鼠迷宫实验结果
除了认知和记忆能力，研究人员还对小鼠进行了情感行为实验。通过强迫游泳实验（评估抑郁程度），发现暴露组小鼠漂浮的频率与时间显著高于对照组，且到达第一次漂浮状态所需时间显著少于对照组（图2）。这表明暴露组小鼠相对于对照组更容易达到绝望，从而反映出更加抑郁的情感状态。  为了评估PM2.5是否会导致神经炎症，通过与炎症相关的细胞因子的PCR实验，研究者发现暴露组小鼠海马体的TNF-α、IL-1β和HO1基因表达量显著高于对照组（图3），从而证明PM2.5的确会导致海马体的炎症反应。  图3. 炎症因子PCR结果
最后，研究人员直接在海马体区域观察到了神经元形态学上的差异。在海马体CA1区域，暴露组的神经元棘密度（apical spine density）、顶树突长度（apical dendritic length）、细胞复杂性显著低于对照组（图4）。这表明PM2.5对于中枢神经系统的影响已经能在细胞形态学水平上有差异。  图4.海马体神经元形态学结果
该研究在小鼠上通过PM2.5的暴露来探索空气污染对中枢神经系统的影响，先后在行为学、炎症因子、细胞形态学三个方面证明了PM2.5对小鼠海马体的影响。这一结果能否延伸到人类身上还需要更多的研究支持。 参考文献： Fonken LK, Xu X, Weil ZM, et al. Air pollution impairs cognition, provokes depressive-like behaviors and alters hippocampal cytokine expression and morphology. Mol Psychiatry. 2011;16(10):987-95, 973 |
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