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小鼠揭秘空氣污染與大腦發育的關系
2023-4-7 閱讀(969)
空氣污染給人類健康帶來了健康風險，暴露在受污染的空氣中會增加心血管和呼吸系統疾病的可能,研究不同類型的空氣污染對身體的影響是重要的。
空氣污染影響大腦
此前有關該主題的研究表明，空氣污染會對中樞神經系統造成負面影響。了解某些污染物質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在以后的生活中持續存在，這一點很重要。
因此，華盛頓大學的研究人員進行了一項研究，探究早期接觸柴油煙霧對小鼠行為和生化參數的影響[1]。他們對柴油煙霧與阿爾茨海默癥發展的影響感興趣。
早期接觸柴油廢氣
受精雌性小鼠（野生型C57BL/6J）在繁殖后單獨飼養。她們在整個孕期和產后一直暴露在預設量的空氣中，直到斷奶（分娩后第21天）。對照組接受新鮮空氣，而治療組暴露在柴油煙霧中（250-300微克/立方米，每天6小時）。這個數量是基于高污染地區報告的等效水平[2]。
暴露后，將治療組和對照組新生小鼠分組飼養，并在新鮮空氣條件下保存22個月。有趣的是，Garrick等人發現接觸柴油煙霧會影響出生結果。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%，對照組為93.4%）。
使用鼠類家居行為活動觀測箱進行家籠測試
阿爾茨海默癥通常被歸類為認知功能的喪失。因此，在成年和老年階段通過各種測試來測試小鼠的行為。第一個行為測試是一個家籠測試。Garrick等人使用諾達思的鼠類家居行為活動觀測箱能夠在相同的環境中長時間觀察小鼠。
他們將動物運動軌跡跟蹤系統與鼠類家居行為活動觀測箱相結合，追蹤小鼠在白天和晚上的運動。研究人員在數據采集過程中使用動物運動軌跡跟蹤系統將鼠類家居行為活動觀測箱劃分為不同的區域。這些區域用于確定小鼠在某些區域花費的時間以及整體活性。
有趣的是，暴露在柴油煙霧中的雄性小鼠在喂食區域的時間更少，在光循環中四處走動的時間也更少。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知能力
如前所述，有力的跡象表明，空氣污染會影響中樞神經系統。為了觀察柴油煙霧暴露是否對小鼠的認知能力有影響，在T迷宮和物體識別測試中觀察了小鼠。
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。物體識別測試也測量空間記憶，但更具體地說是物體位置記憶。T迷宮反映了背側海馬體、基底前腦和前額葉皮層的功能。另一方面，物體識別測試主要涉及背側海馬體。
盡管兩個實驗都測試了空間記憶，但實驗之間的結果確實不同。暴露于柴油煙霧的老年小鼠在T迷宮中的自發交替略有減少，但在物體識別方面沒有發現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域的。可以假設圍產期接觸柴油煙霧不會影響海馬記憶。相反，暴露在煙霧中可能會導致基礎前腦和前額葉皮層的缺陷。
柴油煙霧的生物化學效應
當然，觀察身體內部發生的事情也很重要。Garrick等人測量了大腦皮層和海馬中的丙二醛水平，作為脂質過氧化的指標。結果表明，產前暴露于柴油煙霧的老年小鼠在衰老階段經歷了氧化應激。
這并不是研究人員所期望的，因為大多數會導致氧化應激的有害顆粒不會隨著時間的推移在大腦中持續存在。然而，似乎有可能一些粒子會繼續留在大腦中。
對大腦進行分析，看看這些顆粒是否真的會在大腦中停留很長一段時間，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間，就可以深入了解早期接觸柴油煙霧的健康風險。
這些結果適用于人類嗎？
Garrick等人建立了這項實驗，以觀察早期接觸柴油煙霧是否與阿爾茨海默病有關。當研究阿爾茨海默病的經典生化病理時，他們沒有發現對照組和暴露于柴油煙霧的小鼠之間有任何差異。然而，Garrick等人確實認識到，這項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等人得出的結論是，早期接觸柴油煙霧可能會改變神經通路和氧化應激反應。因此，全球排放量的減少將降低暴露在環境中的兒童在以后年齡的健康風險。然而，研究人員表示，早期接觸柴油煙霧本身不會導致日后患阿爾茨海默病。
使用小鼠模型
將這些結果直接應用給人類當然更為復雜。然而，使用這些小鼠模型確實可以深入了解與外部刺激相關的生物功能。鼠類家居行為活動觀測箱能夠實現長期、可重復和簡單的測量。這使研究人員能夠在壓力較小的家籠環境中全面了解動物的行為。
參考文獻
[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.
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