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原創(chuàng) Swagpp 梅斯醫(yī)學
早上想喝杯咖啡提提神，發(fā)現(xiàn)是用塑料杯裝的；中午懶得做飯點個外賣，食物被塑料盒整整齊齊地裝著；下午有點小餓想吃點下午茶，無論是面包還是餅干無一不是用塑料袋外包裝裝著......不知不覺間，人們早已被塑料包圍了。
塑料污染已然成為全球面臨的最緊迫的環(huán)境威脅之一，而其釋放出的塑料碎片又會在物理、化學和生物的進一步降解后分解成為“更微小但更嚴重”的威脅，即微塑料或納米塑料。
微塑料（Microplastic, MPs），是指直徑小于5毫米的塑料碎片和顆粒，在塑料制品使用過程中釋放，特別是食物用途的塑料制品.
納米塑料（Nanoplastics, NPs），則是目前已知最小的微塑料，尺寸在1μm以下，體積小到可以穿過細胞膜。
當然，人們不會主動地“吃”塑料，但微塑料以及納米塑料會通過多條途徑進入人體，包括飲用水、海鮮、衣物、化妝品，甚至空氣。這些“上天入地”的塑料微粒悄悄地混進人身體的各個器官，比如神經(jīng)、心肺、肝臟等等，等待時機成熟而興風作浪。
近日，Science Advances上最新刊登的研究揭露了微塑料的一大新罪證——納米塑料能夠進入大腦，與神經(jīng)元中的蛋白纖維發(fā)生作用，從而加劇帕金森病的風險。這些“狡猾”的塑料微粒不僅僅是進入大腦這么簡單，還誘導了嚴重的神經(jīng)毒性，成為某些疾病的“鋪路石”。
DOI: 10.1126/sciadv.adi8716
帕金森?。≒D）和相關(guān)癡呆癥是目前世界上發(fā)病率增長最快的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，其病理特征是α-突觸核蛋白在脆弱的腦神經(jīng)元中病理性積聚，可以說α-突觸核蛋白是PD發(fā)病中的中心環(huán)節(jié)。
先前體外研究表明，由聚乙烯亞胺包被的聚苯乙烯納米塑料會增加α-突觸核蛋白的成核作用，具有推進PD的風險。此外，其他的微粒，比如二氧化硅或鋯，同樣具有使得α-突觸核蛋白纖維伸長的作用。
為了探明塑料微粒與帕金森病之間的關(guān)系，第一步，研究者先在體外將高濃度的野生型人類α-突觸核蛋白單體蛋白（~1 mg/ml）與聚苯乙烯納米塑料（平均直徑~39.5±0.7nm的1nM）進行混合。
結(jié)果顯示，在陰離子納米塑料污染物的催化下，α-突觸核蛋白發(fā)生了聚集。具體來說，在α-突觸核蛋白與納米塑料污染物持續(xù)混合的6天后，產(chǎn)生了渾濁的白色泡沫界面，整體也出現(xiàn)了渾濁。使用負染色透射電鏡（TEM）觀察溶液中的產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，早在第3天就有多條α-突觸核蛋白纖維從單個微塑料中發(fā)出。
納米塑料污染物與α-突觸核蛋白的混合過程
第二步便是探究“how”——具體來說，陰離子納米塑料是如何加速α-突觸核蛋白的聚集的呢？
分子動力學（MD）模擬表明，α-突觸核蛋白與陰離子納米塑料形成了相當穩(wěn)定的復合物，其特點是在兩親結(jié)構(gòu)域和鄰接非淀粉樣成分（NAC）結(jié)構(gòu)域中具有很強的靜電吸引和壓實作用。然而，如果使用中性或陽離子納米塑料來取代陰離子納米塑料時，則未能形成類似的復合物。
仔細觀察發(fā)現(xiàn)，陰離子納米塑料能夠置換水，插入α-突觸核蛋白的兩親結(jié)構(gòu)域和NAC結(jié)構(gòu)域，并與之形成強烈的相互作用。正是兩親結(jié)構(gòu)域和NAC結(jié)構(gòu)域的存在，促成了陰離子納米塑料與α-突觸核蛋白的特異性結(jié)合，從而促進α-突觸核蛋白成核。
與此同時，陰離子納米塑料還會導致神經(jīng)元的輕度溶酶體損傷，減緩α-突觸核蛋白聚集體的降解。生成的增多，降解的減少，自然會導致“不平衡”的發(fā)生。
陰離子納米塑料與α-突觸核蛋白共同形成了穩(wěn)定的復合物
第三步便是追蹤真實的腦內(nèi)鏈路，研究者構(gòu)建了小鼠模型，將不同濃度的人類α-突觸核蛋白纖維滴定在小鼠的初級神經(jīng)元上。光片顯微鏡和共聚焦分析表明，α-突觸核蛋白纖維很容易擴散開來，在大腦皮層、丘腦和杏仁核的神經(jīng)元以及黑質(zhì)緊密區(qū)（SNpc）的多巴胺能神經(jīng)元中積聚。
當共同注射納米塑料與α-突觸核蛋白纖維時則出現(xiàn)了更令人驚訝的情況——注射3天后，SNpc中大約20%的多巴胺能神經(jīng)元的α-突觸核蛋白纖維和納米塑料均呈陽性，且有75%的α-突觸核蛋白纖維信號與納米塑料共定位。
事實上，當給小鼠同時注射納米塑料和α-突觸核蛋白纖維時，會在多巴胺能神經(jīng)元中觀察到成熟的胞質(zhì)磷酸化Ser129-α-突觸核蛋白包涵體，同時在整個皮質(zhì)幔、杏仁核和SNpc中均出現(xiàn)了pS129-α-突觸核蛋白病理變化的大幅增加。
總結(jié)而言，在較高的納米塑料濃度下，這些大腦中的陰離子納米塑料污染物會與α-突觸核蛋白纖維發(fā)生協(xié)同作用，上調(diào)pS129-α-突觸核蛋白包涵體在相互連通的大腦區(qū)域中的傳播，進而增加了小鼠大腦皮層、杏仁核和SNpc中的病理沉積。
納米塑料在小鼠腦內(nèi)聚集并形成包涵體
最后一步，也是與人類關(guān)聯(lián)性最強的一步——研究者采用裂解氣相色譜-質(zhì)譜法在人腦中檢測到清晰的苯乙烯納米塑料。
聚苯乙烯并非止步于血液中，其納米塑料顆?？纱┩覆溉閯游锏难X屏障。在先前的研究中，研究者在路易體癡呆癥患者的額葉皮層腦組織中觀察到很強的α-突觸核蛋白種子活性，同時也發(fā)現(xiàn)了強烈的苯乙烯離子痕跡。
這些數(shù)據(jù)首次測量了納米塑料可能作為污染物進入人腦組織中，但其濃度與作用還需要更進一步的人體試驗進行探究。
神經(jīng)元α-突觸核蛋白和納米塑料污染物之間的病理相互作用
綜上，納米塑料污染能夠促進帕金森病以及癡呆癥相關(guān)的α-突觸核蛋白的聚集。具體來說，陰離子納米塑料污染物能夠進入大腦組織，通過與α-突觸核蛋白的兩親和NAC結(jié)合域的高親和相互作用，導致α-突觸核蛋白病理學的傳播和積聚，進而誘導帕金森等神經(jīng)性疾病的發(fā)生。
隨著研究的不斷推進，微塑料和納米塑料帶來的危害也越來越明晰——不再只是在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)其存在，而是會真實地誘導疾病的發(fā)生。
為了避免人類的五臟六腑變成“塑料制品”以及多種疾病的發(fā)生發(fā)展，最簡單的辦法就是盡量在生活中減少塑料制品的使用并及時治理塑料污染，別讓人類和地球被塑料“攻陷”之后再追悔莫及。
參考資料：
[1] Zhiyong Liu et al.,Anionic nanoplastic contaminants promote Parkinson’s disease–associated α-synuclein aggregation.Sci. Adv.9,eadi8716(2023).DOI:10.1126/sciadv.adi8716
撰文 | Swagpp
編輯 | Swagpp
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