人体大脑中微塑料的生物累积研究解读

近年来，环境中微塑料和纳米塑料（MNPs）污染问题日益严峻，其对人类健康的潜在影响备受关注。美国新墨西哥大学健康科学中心药学院（Department of Pharmaceutical Sciences, College of Pharmacy, University of New Mexico Health Sciences）的研究人员在《自然医学》（Nature Medicine）杂志上发表了题为 “Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains” 的论文。该研究首次揭示了人体大脑中微塑料的生物累积现象，对深入了解微塑料对人体健康的影响具有重要意义，为后续相关研究提供了关键线索，也为公共卫生政策制定提供了科学依据。

在过去的半个世纪里，环境中人为产生的微塑料和纳米塑料（MNPs）浓度呈指数级增长。这些聚合物颗粒直径范围从 500μm 至 1nm，广泛存在于各种环境介质中。虽然 MNPs 对人类的危害程度尚不清楚，但已有研究表明，颈动脉粥样斑块中 MNPs 的存在与炎症增加和未来不良心血管事件风险上升有关。在细胞培养和动物实验中，MNPs 会加剧疾病或产生毒性，但这些实验中的浓度与人类实际暴露和体内负担的相关性尚不明确。目前，由于缺乏对 MNPs 在人体组织中的分布和内部剂量的了解，使得人们难以准确解释相关暴露研究的结果。此前，视觉显微镜光谱法虽能识别器官中的较大颗粒（>5μm），但会遗漏较小的纳米塑料。热解气相色谱 - 质谱联用技术（Py - GC/MS）作为一种新方法，在分析人体组织中的 MNPs 时表现出更好的累积性、定量性和较低的偏差，已被应用于血液、胎盘和主要血管的研究中。本研究旨在运用 Py - GC/MS 结合可视化方法，评估 MNPs 在人体肝脏、肾脏和大脑等主要器官系统中的相对分布情况。

研究人员从新墨西哥大学医学调查员办公室（UNM OMI）2016 年和 2024 年的尸检标本中，回顾性获取了去识别化的人体肝脏（右中央实质）、肾脏（包含皮质和髓质的楔形切片）和大脑（额叶皮质）样本。同时，还纳入了 12 例确诊痴呆的死者样本，这些样本均按照相同程序在 UNM OMI 采集。此外，从美国东海岸的样本库获取了 28 例大脑样本，以扩大死亡年份的范围（追溯至 1997 年）。所有研究均获得了相应机构审查委员会的批准。由于标本批准条件限制，仅有有限的人口统计数据（年龄、性别、种族 / 民族、死亡原因和死亡日期）可用，不过各队列在年龄、种族 / 民族和性别方面相对一致。

Py - GC/MS 是一种用于测定液体和固体组织样本中塑料浓度的可靠方法。研究人员将约 500mg 的组织样本用 10% 氢氧化钾在 40°C 消化至少 3 天，随后进行 100,000g 超速离心 4 小时，得到富含耐消化固体材料（包括聚合物固体）的沉淀。取 1 - 2mg 沉淀进行单针 Py - GC/MS 分析，并与含有 12 种特定聚合物的微塑料 - 标准品对比。通过 F - Search MPs v2.1 软件识别聚合物光谱，最终将数据归一化至原始样本重量，得出质量浓度（）。

研究人员运用 GraphPad Prism v10.4 进行了双因素方差分析（two - way ANOVA）、Shapiro - Wilks 检验、Mann - Whitney 检验，用 R version 4.3.3 进行回归分析，使用 MPVAT 2.0 宏在 ImageJ 中进行 FTIR 分析，以探究数据中的规律和差异，具体的统计分析细节在补充方法 - 统计分析中详细说明。

研究人员通过对死者肝脏、肾脏和大脑样本的分析发现，2024 年肝脏和肾脏样本中总塑料的中位数浓度分别为 433和 404，高于先前报道的人体胎盘（中位数 = 63.4）和睾丸（中位数 = 299）中的浓度。大脑样本中 MNPs 的浓度显著高于肝脏和肾脏（双因素方差分析，），2016 年大脑样本中 MNPs 的中位数浓度为 3345（25 - 75%: 1,267 - 5,213 ），2024 年为 4917（25 - 75%: 4,026 - 5,608 ），与最近公布的颈动脉斑块的 Py - GC/MS 数据相当。通过对不同年份样本的比较，发现 2024 年肝脏和大脑样本中 MNPs 的浓度显著高于 2016 年。对 2016 年部分大脑样本（n = 5）由俄克拉荷马州立大学的同事独立分析，结果与本研究一致（Student's t 检验，）。

在大脑中，聚乙烯（PE）的比例（平均 75%）相较于其他聚合物以及肝脏和肾脏中的 PE 比例更高（）。从 2016 年到 2024 年，肝脏和大脑样本中 PE、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和丁苯橡胶（SBR）的浓度均有所增加。对五个大脑样本进行衰减全反射 - 傅里叶变换红外光谱分析，进一步证实了 PE 的优势地位，但由于尺寸分布差异和采样限制，其他聚合物的普遍性不太一致。

研究人员分析了东海岸样本库中 1997 - 2013 年的大脑样本，发现其总体 MNPs 浓度（中位数 = 1,254 ）低于新墨西哥州队列。对所有正常大脑生物样本数据进行简单线性回归分析，发现总塑料、PE、PP、PVC 和 SBR 的浓度呈显著上升趋势。对 12 例痴呆病例（包括 6 例阿尔茨海默病、3 例血管性痴呆和 3 例其他痴呆）的大脑样本进行 Py - GC/MS 分析，结果显示痴呆样本中总塑料浓度（中位数 = 26,076 ）显著高于任何正常额叶皮质队列（双侧 t 检验，）。

利用扫描电子显微镜（SEM）、偏振波显微镜和透射电子显微镜（TEM）对器官样本进行观察。在肝脏中，发现一些难熔性内含物广泛分散，也在无细胞区域聚集，类似脂滴的频率和形态，存在 1 - 5μm 的棒状颗粒；肾脏中，肾小球和肾小管处有较多类似尺寸的难熔性内含物。从肝脏和肾脏消化后的沉淀中分离出的颗粒呈碎片状，长度通常小于 0.4μm。大脑组织中，光镜下未观察到较大（1 - 5μm）的难熔性内含物，但在脑实质中发现了较小的颗粒（<1μm）。TEM 显示，大脑样本中的颗粒主要为 100 - 200nm 长的碎片或薄片。在痴呆样本中，炎症细胞区域和血管壁处有许多明显的难熔性内含物。通过 SEM 结合能量色散光谱（EDS）证实，肝脏、肾脏和大脑中的颗粒主要由碳组成。

本研究表明，大脑和肝脏中 MNPs 浓度呈上升趋势，组织中发现的 MNPs 主要由 PE 组成，且多为纳米塑料碎片或薄片。正常死者大脑样本中 MNPs 浓度比肝脏或肾脏高 7 - 30 倍，痴呆病例的大脑样本中 MNPs 含量更高。然而，目前的数据仅表明了相关性，并不能确定这些颗粒对健康的因果影响。

研究存在一定局限性。虽然新的分析方法 Py - GC/MS 有较高可靠性，但尚未被广泛采用并标准化。实验室内观察到样本内约 25% 的变异系数，不过由于效应显著，未影响关于时间趋势和大脑中累积情况的结论。研究中使用的 KOH 消化法虽能去除大部分生物材料，但最终沉淀中仍含有未知残留生物基质，可能干扰质谱分析。脂质可能干扰 PE 的 Py - GC/MS 分析，且样本中的 MNPs 可能存在氧化降解，导致浓度低估。此外，超速离心可能无法完全收集纳米塑料，也会造成浓度低估。在样本方面，本研究仅从每个参与者的每个器官获取了单个样本，无法表征组织内的分布异质性。未来研究应优化分析技术，采用更复杂的研究设计和更大的队列，尤其要关注大脑解剖特征对 MNPs 分布的影响。

尽管如此，鉴于环境中 MNPs 的指数级增长，本研究迫切需要人们加大研究力度，以明确 MNPs 是否在神经系统疾病或其他人类健康影响中发挥作用。这不仅有助于深入了解微塑料对人体健康的潜在危害，还能为制定相应的预防和控制策略提供科学依据，对保护人类健康和生态环境具有重要意义。