吸入空气污染中的铁纳米颗粒会导致大脑铁积累，引发神经退行性疾病？

空气污染（AP）与大脑铁（Fe）过量积累均与多种神经退行性疾病风险上升相关。研究人员通过让小鼠吸入 Fe 纳米颗粒开展研究，发现其会导致嗅球摄取，且在雌雄小鼠中呈现不同的神经退行性疾病特征。该研究为相关疾病防治提供依据。

在神经科学与健康医学领域，大脑铁积累与神经退行性疾病的关联一直备受关注。众多研究表明，像阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）等神经退行性疾病，患者大脑中的铁含量往往高于正常水平。然而，大脑铁过量积累的根源却一直是个未解之谜。以往的研究猜测可能与铁稳态失调、血脑屏障破坏等因素有关，但都缺乏足够的证据。与此同时，空气污染对人体健康的影响也日益凸显，尤其是其中的超细颗粒（UFP），因其特殊的物理化学性质，被认为可能是影响大脑健康的潜在因素。在这样的背景下，开展关于空气污染中的铁与神经退行性疾病关系的研究显得尤为迫切。

为了解开这些谜团，来自美国罗彻斯特大学医学中心等机构的研究人员进行了深入研究。他们通过一系列实验，发现吸入的氧化铁纳米颗粒似乎会导致小鼠嗅球摄取，并以性别依赖的方式重现神经退行性疾病的特征。这一研究成果发表在《Particle and Fibre Toxicology》上，为理解神经退行性疾病的发病机制提供了新的视角。

在研究方法上，研究人员主要采用了以下几种关键技术：

1. 动物实验：选用 10 周大的雄性和雌性 C57Bl/6J 小鼠，将其分为对照组和铁暴露组。让小鼠通过吸入方式暴露在特定浓度的氧化铁纳米颗粒环境中，以模拟人类在空气污染环境中的暴露情况。
2. 行为评估：对小鼠进行自发运动活动、新颖物体识别记忆（NOR）和放射臂迷宫（RAM）等行为测试，以评估铁暴露对小鼠行为和认知能力的影响。
3. 磁共振组织学（MRH）：利用磁共振技术对小鼠大脑进行成像分析，观察大脑结构和扩散特性的变化，获取轴向扩散率（AD）、平均扩散率（MD）等指标，了解大脑组织的微观结构变化。
4. Fe 纳米颗粒形态分析：运用高分辨率扫描 / 透射电子显微镜（S/TEM）结合光谱元素映射技术，分析嗅球中 Fe 纳米颗粒的形态、结构和成分，确定其是否为外源性摄入。

在研究结果方面：

1. Fe 暴露浓度与颗粒特性：在 20 次暴露实验中，铁的质量浓度平均为 109.5±24.16μg/m³，平均颗粒数为 2.01E+06#/cm³，颗粒直径保持在纳米范围内（43 - 52nm）。通过模型估算，颗粒总沉积率为 53.84%，其中 33.48% 沉积在头部。
2. Fe 纳米颗粒的摄取与形态：在吸入暴露后，嗅球中检测到与暴露室 TEM 网格上相同结构的磁铁矿（Fe₃O₄）颗粒，表明外源性 Fe 纳米颗粒通过鼻腔嗅神经被摄取进入大脑。
3. 大脑神经递质水平变化：暴露后 2 天，雌性小鼠纹状体中的谷氨酰胺（Gln）、谷氨酸（Glu）等神经递质水平显著增加，而雄性小鼠无明显变化；在小脑，雌性小鼠血清素（5HT）水平显著增加，雄性小鼠无变化。行为测试后，雄性小鼠纹状体中多种神经递质发生显著变化，雌性小鼠变化较少。
4. 磁共振组织学成像结果：暴露后 2 天，雌性小鼠嗅球的平均、径向和轴向扩散率增加，而雄性小鼠则减少；在其他脑区，如杏仁核、丘脑等，也观察到性别特异性的体积和分数各向异性变化。
5. Aβ42 和 Tau 蛋白水平变化：暴露约 6 个月后，雌性小鼠额叶皮层和海马体中的总 tau 和 pS199 tau 浓度显著升高，而雄性小鼠无明显变化。
6. 行为变化：Fe 暴露对雄性小鼠的运动活动无显著影响；在 NOR 测试中，Fe 暴露雌性小鼠的识别指数显著降低；在 RAM 测试中，雌性小鼠的错误率在第 3 次测试中显著高于对照组，且与额叶皮层磷酸化 tau 水平显著相关。

研究结论和讨论部分指出，本研究证实吸入的外源性 Fe UFPs 能够进入大脑，并在雌性大脑中产生 AD 特征，在雄性大脑中改变与 PD 相关区域的体积。这表明空气污染中的铁可能是大脑铁积累的重要来源，进而增加神经退行性疾病的风险。同时，研究还发现性别差异在铁暴露对大脑的影响中起着重要作用，但具体机制尚不清楚。此外，研究未明确暴露时间和早期暴露对大脑的长期影响。这些发现强调了进一步研究吸入铁的神经毒性机制的重要性，也为制定空气污染中铁含量的监管标准提供了科学依据，对预防和控制神经退行性疾病具有重要的公共卫生意义。