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原創(chuàng) Swagpp 梅斯醫(yī)學(xué)
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(diǎn)個(gè)外賣，食物被塑料盒整整齊齊地裝著；下午有點(diǎn)小餓想吃點(diǎn)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?cè)缫驯凰芰习鼑恕?/p>
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(huì)在物理、化學(xué)和生物的進(jìn)一步降解后分解成為“更微小但更嚴(yán)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(xì)胞膜。
當(dāng)然，人們不會(huì)主動(dòng)地“吃”塑料，但微塑料以及納米塑料會(huì)通過多條途徑進(jìn)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(jìn)人身體的各個(gè)器官，比如神經(jīng)、心肺、肝臟等等，等待時(shí)機(jī)成熟而興風(fēng)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(jìn)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(fēng)險(xiǎn)。這些“狡猾”的塑料微粒不僅僅是進(jìn)入大腦這么簡(jiǎn)單，還誘導(dǎo)了嚴(yán)重的神經(jīng)毒性，成為某些疾病的“鋪路石”。
DOI: 10.1126/sciadv.adi8716
帕金森病（PD）和相關(guān)癡呆癥是目前世界上發(fā)病率增長(zhǎng)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(huì)增加α-突觸核蛋白的成核作用，具有推進(jìn)PD的風(fēng)險(xiǎn)。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(zhǎng)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(jìn)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(fù)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(gè)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(dòng)力學(xué)（MD）模擬表明，α-突觸核蛋白與陰離子納米塑料形成了相當(dāng)穩(wěn)定的復(fù)合物，其特點(diǎn)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(qiáng)的靜電吸引和壓實(shí)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(shí)，則未能形成類似的復(fù)合物。
仔細(xì)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(qiáng)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(jìn)α-突觸核蛋白成核。
與此同時(shí)，陰離子納米塑料還會(huì)導(dǎo)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(huì)導(dǎo)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(fù)合物
第三步便是追蹤真實(shí)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(jí)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(kuò)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(dāng)共同注射納米塑料與α-突觸核蛋白纖維時(shí)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(hào)與納米塑料共定位。
事實(shí)上，當(dāng)給小鼠同時(shí)注射納米塑料和α-突觸核蛋白纖維時(shí)，會(huì)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(shí)在整個(gè)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(huì)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(jìn)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(qiáng)的一步——研究者采用裂解氣相色譜-質(zhì)譜法在人腦中檢測(cè)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?dòng)物的血腦屏障。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(qiáng)的α-突觸核蛋白種子活性，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了強(qiáng)烈的苯乙烯離子痕跡。
這些數(shù)據(jù)首次測(cè)量了納米塑料可能作為污染物進(jìn)入人腦組織中，但其濃度與作用還需要更進(jìn)一步的人體試驗(yàn)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dǎo)致α-突觸核蛋白病理學(xué)的傳播和積聚，進(jìn)而誘導(dǎo)帕金森等神經(jīng)性疾病的發(fā)生。
隨著研究的不斷推進(jìn)，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(huì)真實(shí)地誘導(dǎo)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(jiǎn)單的辦法就是盡量在生活中減少塑料制品的使用并及時(shí)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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