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小鼠揭秘空气污染与大脑发育的关系
更新时间:2023-04-11   点击次数:510次

空气污染给人类健康带来了健康风险,暴露在受污染的空气中会增加心血管和呼吸系统疾病的可能,研究不同类型的空气污染对身体的影响是重要的。

空气污染影响大脑
此前有关该主题的研究表明,空气污染会对中枢神经系统造成负面影响。了解某些污染物质在人类不同的生命阶段是如何影响大脑的,以及这些变化是否会在以后的生活中持续存在,这一点很重要。
因此,华盛顿大学的研究人员进行了一项研究,探究早期接触柴油烟雾对小鼠行为和生化参数的影响[1]。他们对柴油烟雾与阿尔茨海默症发展的影响感兴趣。

早期接触柴油废气
受精雌性小鼠(野生型C57BL/6J)在繁殖后单独饲养。她们在整个孕期和产后一直暴露在预设量的空气中,直到断奶(分娩后第21天)。对照组接受新鲜空气,而治疗组暴露在柴油烟雾中(250-300微克/立方米,每天6小时)。这个数量是基于高污染地区报告的等效水平[2]
暴露后,将治疗组和对照组新生小鼠分组饲养,并在新鲜空气条件下保存22个月。有趣的是,Garrick等人发现接触柴油烟雾会影响出生结果。在怀孕小鼠中,暴露于柴油烟雾组的出生率显著较低(柴油烟雾组为54.2%,对照组为82.1%)。
此外,暴露于柴油烟雾组的新生儿存活率也较低(柴油烟雾组为80.9%,对照组为93.4%)。

使用鼠类家居行为活动观测箱进行家笼测试
阿尔茨海默症通常被归类为认知功能的丧失。因此,在成年和老年阶段通过各种测试来测试小鼠的行为。第一个行为测试是一个家笼测试。Garrick等人使用诺达思的鼠类家居行为活动观测箱能够在相同的环境中长时间观察小鼠。
他们将动物运动轨迹跟踪系统鼠类家居行为活动观测箱相结合,追踪小鼠在白天和晚上的运动。研究人员在数据采集过程中使用动物运动轨迹跟踪系统鼠类家居行为活动观测箱划分为不同的区域。这些区域用于确定小鼠在某些区域花费的时间以及整体活性。
有趣的是,暴露在柴油烟雾中的雄性小鼠在喂食区域的时间更少,在光循环中四处走动的时间也更少。在雌性中没有观察到这种差异。此外,尽管这种行为变化并没有持续到以后的生活中,但这些接受柴油烟雾暴露的雄性体重减轻了。


柴油烟雾如何影响认知能力
如前所述,有力的迹象表明,空气污染会影响中枢神经系统。为了观察柴油烟雾暴露是否对小鼠的认知能力有影响,在T迷宫物体识别测试中观察了小鼠。

T迷宫与空间记忆
T型迷宫被用来衡量探索行为和空间记忆。物体识别测试也测量空间记忆,但更具体地说是物体位置记忆。T迷宫反映了背侧海马体、基底前脑和前额叶皮层的功能。另一方面,物体识别测试主要涉及背侧海马体。
尽管两个实验都测试了空间记忆,但实验之间的结果确实不同。暴露于柴油烟雾的老年小鼠在T迷宫中的自发交替略有减少,但在物体识别方面没有发现柴油烟雾的显著影响。
这可能意味着柴油烟雾中颗粒物的影响是特定于某些大脑区域的。可以假设围产期接触柴油烟雾不会影响海马记忆。相反,暴露在烟雾中可能会导致基础前脑和前额叶皮层的缺陷。

图1.png


柴油烟雾的生物化学效应
当然,观察身体内部发生的事情也很重要。Garrick等人测量了大脑皮层和海马中的丙二醛水平,作为脂质过氧化的指标。结果表明,产前暴露于柴油烟雾的老年小鼠在衰老阶段经历了氧化应激。
这并不是研究人员所期望的,因为大多数会导致氧化应激的有害颗粒不会随着时间的推移在大脑中持续存在。然而,似乎有可能一些粒子会继续留在大脑中。
对大脑进行分析,看看这些颗粒是否真的会在大脑中停留很长一段时间,这将是一件有趣的事情。如果这些颗粒在大脑中停留更长的时间,就可以深入了解早期接触柴油烟雾的健康风险。

这些结果适用于人类吗?
Garrick等人建立了这项实验,以观察早期接触柴油烟雾是否与阿尔茨海默病有关。当研究阿尔茨海默病的经典生化病理时,他们没有发现对照组和暴露于柴油烟雾的小鼠之间有任何差异。然而,Garrick等人确实认识到,这项特定研究中使用的小鼠模型并不理想,无法显示阿尔茨海默病。
Garrick等人得出的结论是,早期接触柴油烟雾可能会改变神经通路和氧化应激反应。因此,全球排放量的减少将降低暴露在环境中的儿童在以后年龄的健康风险。然而,研究人员表示,早期接触柴油烟雾本身不会导致日后患阿尔茨海默病。

使用小鼠模型
将这些结果直接应用给人类当然更为复杂。然而,使用这些小鼠模型确实可以深入了解与外部刺激相关的生物功能。鼠类家居行为活动观测箱能够实现长期、可重复和简单的测量。这使研究人员能够在压力较小的家笼环境中全面了解动物的行为。

参考文献
[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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