空气污染=吃土+致死性心血管疾病?!-观察-生物探索
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空气污染=吃土+致死性心血管疾病?!

2018/03/31 来源:科研圈
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导读
空气污染是威胁人类健康的一大杀手。研究人员估计,烟雾,特别是其中的小颗粒物每年造成全球多达 700 万人早逝。由烟雾阻塞肺部导致的损伤显然值得担忧——烟雾与心脏病发作、中风等心血管问题的联系也得到了流行病学调查的肯定。但空气污染中的小颗粒物通过何种途径导致心血管疾病,却是研究人员一直在苦苦思索的问题。


图片来源:Getty | AFP

本文转载自“科研圈”,撰文 BETH MOLE,翻译 张畅,审校 夏烨,编辑 魏潇

一种主流理论是,细小颗粒可能引起系统炎症和细胞应激反应,从而令心血管系统不堪重负,并导致心律紊乱。但有研究显示,在心血管疾病中,纳米颗粒的作用其实更为直接:

空气污染物中的纳米颗粒可以透过小鼠和人的肺-血屏障,进入血液循环。一项在 ACS Nano 上发表的研究显示,与空气污染颗粒物近似大小的纳米颗粒进入小鼠和人的血液循环后,会聚集在动脉斑块中,或将直接导致动脉粥样硬化和致死性心血管疾病。

流动的金子

早在 2010 年,即有研究(Nature Biotechnology,2010)发现,纳米颗粒能通过搭乘屏障细胞穿过大鼠的肺组织进入血液循环系统。不带正电荷且直径小于 34nm 的颗粒污染物尤其危险,因为它们能够轻易的进入动物体内,还可以在器官和组织中迁移和积聚。但研究人员不能确定人体是否也有这种机制。

面对这一难题,爱丁堡大学的研究者们想出了一个新方法:用纳米金颗粒代替有害纳米颗粒物进入被试体内。

实验使用的纳米金颗粒与燃烧废气中的纳米颗粒大小相近。燃烧废气是大气污染物的主要成分,其中危害最大的粒子可能含有氮氧化物、二氧化硫和其他可以引起机体氧化应激及炎症的毒性成分。而金则是一种惰性物质,对人体造成的影响与前者相比不可同日而语。


电子显微镜下典型金颗粒松散团块,这种颗粒由火花发生器产生,颗粒直径约3.8nm。图片来源:Miller et al.

阻塞血管的颗粒物

研究者们招募了 14 名健康男性志愿者,让他们在封闭仓中吸入不同大小的金纳米颗粒两小时,同时在健身脚踏车上进行强度适中的运动,来保证受试者进行深呼吸,将金纳米颗粒吸入肺深处。

在开始接触金颗粒的 24 小时里,研究人员采集了受试者的血样和尿样,并在三个月后再次采样。实验前,所有受试者的血液循环系统里都没有检测到纳米金颗粒,但在实验开始后 15 分钟,有些受试者的血液中就可以检测到金了。24 小时后,14 个受试者中有 12 人的血液中检测到金;吸入直径最小的(小于等于 5 纳米)金颗粒的受试者尿液中出现金。3 个月后受试者血液和尿液中依然可以检测到金颗粒。

接下来,研究人员让动脉粥样硬化(动脉中斑块形成)性心血管病基因工程小鼠吸入纳米金颗粒,随后在小鼠的肝脏和动脉中均可被检测到。更重要的是,动物实验表明,纳米金颗粒参与了动脉斑块的形成,从而参与阻塞动脉血液流动。


(A)吸入金颗粒后,动物肺部组织切片可见明显的金颗粒,颗粒主要存在于肺巨噬细胞内;(B)计算机着色后,红色为毛细血管,蓝色为肺泡腔,黄色为金颗粒。图片来源:Miller et al.

为了研究该现象是否发生在人类身上,研究人员招募了 12 名即将进行颈总动脉斑块切除手术的患者。其中三人同意吸入金纳米颗粒(直径 5 纳米) 4 小时,之后休息 24 小时再进行手术。研究人员在 1 人的血液和另外 2 人的尿液中检测到金,这 3 名患者术中切除的动脉斑块中均含有金颗粒,其余 9 名患者的动脉斑块中则检测不到金颗粒的迹象。


金颗粒在斑块中的可视化图像。标亮部分为组织中的扫描区域,绿-蓝色表示基线强度(无金颗粒),红色表示高拉曼强度(有金颗粒)。图片来源:Miller et al.

证据表明金颗粒似乎可以直接参与动脉阻塞形成,但作者担心大气污染中的纳米颗粒危害可能更大。因为这些颗粒具有活性和毒性,所以它们聚集在动脉壁上时,会导致炎症加剧,引起细胞应激反应,从而使疾病恶化。这些颗粒如果聚集在体内其他炎症部位,还可能影响癌症等其他疾病的病情。这可能也说明,胎儿在孕期或许就已经暴露于纳米颗粒污染之中了。

这项由爱丁堡大学心血管学家主持的研究,可能有助于我们更好地理解心血管健康,同时找到将大气污染带来的健康风险降到最低的方法,还有可能帮助制造商研发更安全的产品。

更好地理解纳米颗粒在身体中转移与积累的过程,对环境和工程纳米颗粒的风险评估都至关重要。

论文链接:

ACS Nano, 2017. DOI: 10.1021/acsnano.6b08551

参考资料:

Inhaled nanoparticles can clog up our arteries, spur cardiovascular disease

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