小鼠揭秘空氣污染與大腦發(fā)育的關(guān)系
空氣污染給人類健康帶來了健康風(fēng)險(xiǎn)，暴露在受污染的空氣中會(huì)增加心血管和呼吸系統(tǒng)疾病的可能。據(jù)世界衛(wèi)生組織估計(jì)，空氣污染每年導(dǎo)致全球700萬人死亡。因此，研究不同類型的空氣污染對(duì)身體的影響是重要的。
空氣污染影響大腦
此前有關(guān)該主題的研究表明，空氣污染會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。了解某些污染物質(zhì)在人類不同的生命階段是如何影響大腦的，以及這些變化是否會(huì)在以后的生活中持續(xù)存在，這一點(diǎn)很重要。
因此，華盛頓大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，探究早期接觸柴油煙霧對(duì)小鼠行為和生化參數(shù)的影響[1]。他們對(duì)柴油煙霧與阿爾茨海默癥發(fā)展的影響感興趣。
早期接觸柴油廢氣
受精雌性小鼠（野生型C57BL/6J）在繁殖后單獨(dú)飼養(yǎng)。她們?cè)谡麄�(gè)孕期和產(chǎn)后一直暴露在預(yù)設(shè)量的空氣中，直到斷奶（分娩后第21天）。對(duì)照組接受新鮮空氣，而治療組暴露在柴油煙霧中（250-300微克/立方米，每天6小時(shí)）。這個(gè)數(shù)量是基于高污染地區(qū)報(bào)告的等效水平[2]。
暴露后，將治療組和對(duì)照組新生小鼠分組飼養(yǎng)，并在新鮮空氣條件下保存22個(gè)月。有趣的是，Garrick等人發(fā)現(xiàn)接觸柴油煙霧會(huì)影響出生結(jié)果。在懷孕小鼠中，暴露于柴油煙霧組的出生率顯著較低（柴油煙霧組為54.2%，對(duì)照組為82.1%）。
此外，暴露于柴油煙霧組的新生兒存活率也較低（柴油煙霧組為80.9%，對(duì)照組為93.4%）。
使用鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱進(jìn)行家籠測(cè)試
阿爾茨海默癥通常被歸類為認(rèn)知功能的喪失。因此，在成年和老年階段通過各種測(cè)試來測(cè)試小鼠的行為。第一個(gè)行為測(cè)試是一個(gè)家籠測(cè)試。Garrick等人使用諾達(dá)思的鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱能夠在相同的環(huán)境中長時(shí)間觀察小鼠。
他們將動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)與鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱相結(jié)合，追蹤小鼠在白天和晚上的運(yùn)動(dòng)。研究人員在數(shù)據(jù)采集過程中使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)將鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱劃分為不同的區(qū)域。這些區(qū)域用于確定小鼠在某些區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間以及整體活性。
有趣的是，暴露在柴油煙霧中的雄性小鼠在喂食區(qū)域的時(shí)間更少，在光循環(huán)中四處走動(dòng)的時(shí)間也更少。在雌性中沒有觀察到這種差異。此外，盡管這種行為變化并沒有持續(xù)到以后的生活中，但這些接受柴油煙霧暴露的雄性體重減輕了。
柴油煙霧如何影響認(rèn)知能力
如前所述，有力的跡象表明，空氣污染會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。為了觀察柴油煙霧暴露是否對(duì)小鼠的認(rèn)知能力有影響，在T迷宮和物體識(shí)別測(cè)試中觀察了小鼠。
T迷宮與空間記憶
T型迷宮被用來衡量探索行為和空間記憶。物體識(shí)別測(cè)試也測(cè)量空間記憶，但更具體地說是物體位置記憶。T迷宮反映了背側(cè)海馬體、基底前腦和前額葉皮層的功能。另一方面，物體識(shí)別測(cè)試主要涉及背側(cè)海馬體。
盡管兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都測(cè)試了空間記憶，但實(shí)驗(yàn)之間的結(jié)果確實(shí)不同。暴露于柴油煙霧的老年小鼠在T迷宮中的自發(fā)交替略有減少，但在物體識(shí)別方面沒有發(fā)現(xiàn)柴油煙霧的顯著影響。
這可能意味著柴油煙霧中顆粒物的影響是特定于某些大腦區(qū)域的。可以假設(shè)圍產(chǎn)期接觸柴油煙霧不會(huì)影響海馬記憶。相反，暴露在煙霧中可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)前腦和前額葉皮層的缺陷。
柴油煙霧的生物化學(xué)效應(yīng)
當(dāng)然，觀察身體內(nèi)部發(fā)生的事情也很重要。Garrick等人測(cè)量了大腦皮層和海馬中的丙二醛水平，作為脂質(zhì)過氧化的指標(biāo)。結(jié)果表明，產(chǎn)前暴露于柴油煙霧的老年小鼠在衰老階段經(jīng)歷了氧化應(yīng)激。
這并不是研究人員所期望的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激的有害顆粒不會(huì)隨著時(shí)間的推移在大腦中持續(xù)存在。然而，似乎有可能一些粒子會(huì)繼續(xù)留在大腦中。
對(duì)大腦進(jìn)行分析，看看這些顆粒是否真的會(huì)在大腦中停留很長一段時(shí)間，這將是一件有趣的事情。如果這些顆粒在大腦中停留更長的時(shí)間，就可以深入了解早期接觸柴油煙霧的健康風(fēng)險(xiǎn)。
這些結(jié)果適用于人類嗎？
Garrick等人建立了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以觀察早期接觸柴油煙霧是否與阿爾茨海默病有關(guān)。當(dāng)研究阿爾茨海默病的經(jīng)典生化病理時(shí)，他們沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)照組和暴露于柴油煙霧的小鼠之間有任何差異。然而，Garrick等人確實(shí)認(rèn)識(shí)到，這項(xiàng)特定研究中使用的小鼠模型并不理想，無法顯示阿爾茨海默病。
Garrick等人得出的結(jié)論是，早期接觸柴油煙霧可能會(huì)永久性地改變神經(jīng)通路和氧化應(yīng)激反應(yīng)。因此，全球排放量的減少將降低暴露在環(huán)境中的兒童在以后年齡的健康風(fēng)險(xiǎn)。然而，研究人員表示，早期接觸柴油煙霧本身不會(huì)導(dǎo)致日后患阿爾茨海默病。
使用小鼠模型
將這些結(jié)果直接應(yīng)用給人類當(dāng)然更為復(fù)雜。然而，使用這些小鼠模型確實(shí)可以深入了解與外部刺激相關(guān)的生物功能。鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱能夠?qū)崿F(xiàn)長期、可重復(fù)和簡單的測(cè)量。這使研究人員能夠在壓力較小的家籠環(huán)境中全面了解動(dòng)物的行為。
參考文獻(xiàn)
[1] Garrick, J.M. et al. (2023) ‘Perinatal diesel exhaust exposure causes persistent changes in the brains of aged mice: An assessment of behavioral and biochemical endpoints related to neurodegenerative disease’, Environmental Toxicology.
空氣污染影響大腦
此前有關(guān)該主題的研究表明，空氣污染會(huì)對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成負(fù)面影響。了解某些污染物質(zhì)在人類不同的生命階段是如何影響大腦的，以及這些變化是否會(huì)在以后的生活中持續(xù)存在，這一點(diǎn)很重要。
因此，華盛頓大學(xué)的研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)研究，探究早期接觸柴油煙霧對(duì)小鼠行為和生化參數(shù)的影響[1]。他們對(duì)柴油煙霧與阿爾茨海默癥發(fā)展的影響感興趣。
早期接觸柴油廢氣
受精雌性小鼠（野生型C57BL/6J）在繁殖后單獨(dú)飼養(yǎng)。她們?cè)谡麄�(gè)孕期和產(chǎn)后一直暴露在預(yù)設(shè)量的空氣中，直到斷奶（分娩后第21天）。對(duì)照組接受新鮮空氣，而治療組暴露在柴油煙霧中（250-300微克/立方米，每天6小時(shí)）。這個(gè)數(shù)量是基于高污染地區(qū)報(bào)告的等效水平[2]。
暴露后，將治療組和對(duì)照組新生小鼠分組飼養(yǎng)，并在新鮮空氣條件下保存22個(gè)月。有趣的是，Garrick等人發(fā)現(xiàn)接觸柴油煙霧會(huì)影響出生結(jié)果。在懷孕小鼠中，暴露于柴油煙霧組的出生率顯著較低（柴油煙霧組為54.2%，對(duì)照組為82.1%）。
此外，暴露于柴油煙霧組的新生兒存活率也較低（柴油煙霧組為80.9%，對(duì)照組為93.4%）。
使用鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱進(jìn)行家籠測(cè)試
阿爾茨海默癥通常被歸類為認(rèn)知功能的喪失。因此，在成年和老年階段通過各種測(cè)試來測(cè)試小鼠的行為。第一個(gè)行為測(cè)試是一個(gè)家籠測(cè)試。Garrick等人使用諾達(dá)思的鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱能夠在相同的環(huán)境中長時(shí)間觀察小鼠。
他們將動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)與鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱相結(jié)合，追蹤小鼠在白天和晚上的運(yùn)動(dòng)。研究人員在數(shù)據(jù)采集過程中使用動(dòng)物運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤系統(tǒng)將鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱劃分為不同的區(qū)域。這些區(qū)域用于確定小鼠在某些區(qū)域花費(fèi)的時(shí)間以及整體活性。
有趣的是，暴露在柴油煙霧中的雄性小鼠在喂食區(qū)域的時(shí)間更少，在光循環(huán)中四處走動(dòng)的時(shí)間也更少。在雌性中沒有觀察到這種差異。此外，盡管這種行為變化并沒有持續(xù)到以后的生活中，但這些接受柴油煙霧暴露的雄性體重減輕了。
柴油煙霧如何影響認(rèn)知能力
如前所述，有力的跡象表明，空氣污染會(huì)影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)。為了觀察柴油煙霧暴露是否對(duì)小鼠的認(rèn)知能力有影響，在T迷宮和物體識(shí)別測(cè)試中觀察了小鼠。
T迷宮與空間記憶
T型迷宮被用來衡量探索行為和空間記憶。物體識(shí)別測(cè)試也測(cè)量空間記憶，但更具體地說是物體位置記憶。T迷宮反映了背側(cè)海馬體、基底前腦和前額葉皮層的功能。另一方面，物體識(shí)別測(cè)試主要涉及背側(cè)海馬體。
盡管兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都測(cè)試了空間記憶，但實(shí)驗(yàn)之間的結(jié)果確實(shí)不同。暴露于柴油煙霧的老年小鼠在T迷宮中的自發(fā)交替略有減少，但在物體識(shí)別方面沒有發(fā)現(xiàn)柴油煙霧的顯著影響。
這可能意味著柴油煙霧中顆粒物的影響是特定于某些大腦區(qū)域的。可以假設(shè)圍產(chǎn)期接觸柴油煙霧不會(huì)影響海馬記憶。相反，暴露在煙霧中可能會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)前腦和前額葉皮層的缺陷。
柴油煙霧的生物化學(xué)效應(yīng)
當(dāng)然，觀察身體內(nèi)部發(fā)生的事情也很重要。Garrick等人測(cè)量了大腦皮層和海馬中的丙二醛水平，作為脂質(zhì)過氧化的指標(biāo)。結(jié)果表明，產(chǎn)前暴露于柴油煙霧的老年小鼠在衰老階段經(jīng)歷了氧化應(yīng)激。
這并不是研究人員所期望的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)會(huì)導(dǎo)致氧化應(yīng)激的有害顆粒不會(huì)隨著時(shí)間的推移在大腦中持續(xù)存在。然而，似乎有可能一些粒子會(huì)繼續(xù)留在大腦中。
對(duì)大腦進(jìn)行分析，看看這些顆粒是否真的會(huì)在大腦中停留很長一段時(shí)間，這將是一件有趣的事情。如果這些顆粒在大腦中停留更長的時(shí)間，就可以深入了解早期接觸柴油煙霧的健康風(fēng)險(xiǎn)。
這些結(jié)果適用于人類嗎？
Garrick等人建立了這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，以觀察早期接觸柴油煙霧是否與阿爾茨海默病有關(guān)。當(dāng)研究阿爾茨海默病的經(jīng)典生化病理時(shí)，他們沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)照組和暴露于柴油煙霧的小鼠之間有任何差異。然而，Garrick等人確實(shí)認(rèn)識(shí)到，這項(xiàng)特定研究中使用的小鼠模型并不理想，無法顯示阿爾茨海默病。
Garrick等人得出的結(jié)論是，早期接觸柴油煙霧可能會(huì)永久性地改變神經(jīng)通路和氧化應(yīng)激反應(yīng)。因此，全球排放量的減少將降低暴露在環(huán)境中的兒童在以后年齡的健康風(fēng)險(xiǎn)。然而，研究人員表示，早期接觸柴油煙霧本身不會(huì)導(dǎo)致日后患阿爾茨海默病。
使用小鼠模型
將這些結(jié)果直接應(yīng)用給人類當(dāng)然更為復(fù)雜。然而，使用這些小鼠模型確實(shí)可以深入了解與外部刺激相關(guān)的生物功能。鼠類家居行為活動(dòng)觀測(cè)箱能夠?qū)崿F(xiàn)長期、可重復(fù)和簡單的測(cè)量。這使研究人員能夠在壓力較小的家籠環(huán)境中全面了解動(dòng)物的行為。
參考文獻(xiàn)
[1] Garrick, J.M. et al. (2023) ‘Perinatal diesel exhaust exposure causes persistent changes in the brains of aged mice: An assessment of behavioral and biochemical endpoints related to neurodegenerative disease’, Environmental Toxicology.
[2] Wang, J.-F. et al. (2013) ‘Estimation of Citywide Air Pollution in Beijing’, PLOS ONE, 8(1), p. e53400.
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