【东大新闻网10月17日电】（通讯员 谢健）近日，东南大学附属中大医院神经内科张志珺教授团队在《Journal of hazardous materials》（《有害物质杂志》，IF12.2；中科院/JCR双一区）在线发表了题为“Blood-brain barrier damage accelerates the accumulation of micro- and nanoplastics in the human central nervous system（血脑屏障损伤加速微塑料/纳米塑料颗粒进入人类中枢神经系统）”的论著。该研究首次证实人类脑脊液中存在特异性4种微纳米塑料（micro- and nanoplastics, MNPs）颗粒，中枢神经系统感染导致血脑屏障破坏可加速特异性MNPs在脑脊液中蓄积（图1）。
图1 中枢神经系统感染可引起血脑屏障损伤，进而改变脑脊液内MNPs的分布特征及含量。
随着塑料制品的广泛使用，塑料污染已成为威胁人类健康及破坏生态环境的重要因素。人类每年约产生20.1亿吨城市固体废弃物，其中约12%为塑料垃圾。废弃塑料在多种物理、化学及生物因素作用下逐渐被降解成不可见塑料颗粒，包括微塑料颗粒（直径小于5mm）、纳米塑料（直径小于1μm）颗粒。近期普利茅斯大学Richard C. Thompson等研究人员在《Science》发表的综述中强调，MNPs广泛分布于全球各生态环境中。此外，MNPs亦广泛存在于饮水及动植物体内，并通过食物链等被人类所摄入。因此，MNPs已成为影响生态及人类健康不可忽视的问题。人类各组织脏器，包括呼吸道、消化道、泌尿道、血液系统及泌尿生殖系统均被检测到MNPs的存在。通过饲养、静脉或鼻腔吸入方式给予小鼠MNPs，最早2小时后即可检测到MNPs存在于脑组织内。长期暴露于聚苯乙烯(Polystyrene, PS) 纳米颗粒可损害小鼠认知功能或诱导焦虑抑郁行为，并出现脑内小胶质细胞活化及神经元损伤。此外，新近研究发现PS-NPs可与α突触核蛋白纤维相结合，进而加速小鼠多巴胺能神经元内α突触核蛋白的聚集。然而，目前仍缺乏直接证据证实人类中枢神经系统存在MNPs。因此本研究首先确定人类脑脊液是否存在MNPs，并深入对比分析中枢神经系统感染患者和非感染患者脑脊液中MNPs定性定量特征。
本研究共纳入确诊中枢神经系统感染患者、排除中枢神经系统感染和其他严重脑器质性疾病对照患者各14名，通过腰椎穿刺收集受试者脑脊液，完成样本常规、生化、免疫等临床指标检测，同步使用热裂解-气相色谱/质谱联用法定性定量检测受试者脑脊液中11种常见微塑料（聚苯乙烯-PS，聚乙烯-PE，聚丙烯-PP，聚氯乙烯-PVC，聚甲基丙烯酸甲醋-PMMA，聚碳酸脂-PC，聚对苯二甲酸乙二醇醋-PET，聚已内酰胺-PA6，聚己二酰己二胺-PA66，聚乳酸-PLA，聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯-PBAT），结果显示脑脊液内仅检出PS、PE、PP及PVC四种颗粒，其中PE及PVC的浓度显著高于PS及PP。进一步亚组分析显示中枢神经系统感染组患者脑脊液中PP及PE的浓度明显高于非感染组患者。采用激光红外成像技术对脑脊液内所有颗粒进行粒径及定性分析。结果提示脑脊液内存在数十种颗粒物，包括有机物及无机物颗粒，其中大部分颗粒物直径低于100μm。通过扫描电镜可清晰地显示脑脊液内PE、PP及PVC颗粒（图2A-C）。
图2 脑脊液中MNPs定性检测及扫描电镜成像
脑脊液白蛋白指数（CSF albumin index, CSF-AI）可间接反应血脑屏障通透性，中枢神经系统感染组CSF-AI显著高于非感染组。相关性分析显示脑脊液内PP和PE浓度均与CSF-AI显著正相关，而非PS、PVC，提示中枢神经系统感染所致血脑屏障损伤可增加PP及PE在脑脊液内蓄积量。CSF-AI水平与脑脊液细胞因子IL-6水平显著正相关；PE含量与IL-6和IL-8水平均显著正相关，而PP含量与IL-6水平呈显著正相关。中枢感染性炎症可同时增加细胞因子释放、破坏血脑屏障结构完整性，进一步通控制血脑屏障通透性对MNPs浓度的影响后的偏相关分析结果显示，PE与IL-6和IL-8以及PP与IL-6均无显著相关性，提示MNPs可能对脑脊液炎症因子水平无显著影响（图3）。
图3 脑脊液MNPs含量与血脑屏障损伤、炎症指标相关性分析。
本研究首次证实了人类脑脊液中存在MNPs，且仅检测到PS、PE、PP及PVC四种常见微塑料颗粒，因此人类中枢神经系统可能具备选择性调控MNPs进出的机制或MNPs颗粒不同理化特性可能影响其血脑屏障透过性。中枢神经系统感染可降低血脑屏障结构的完整性，本研究发现血脑屏障受损可易化PE及PP进入中枢神经系统，而对PS及PVC渗透率无显著影响。此外，本研究未发现脑脊液内MNPs浓度与细胞因子存在显著相关性，因此日常生活所接触的MNPs可能不足以引起中枢炎症因子的显著上调。然而，MNPs选择性跨越血脑屏障机制、潜在神经毒性作用仍需深入探索。长期暴露于MNPs对人类中枢的损害不容忽视，本研究提供MNPs在人类中枢神经系统蓄积的直接临床证据及定性定量数据参考，有助于后期MNPs跨越血脑屏障及中枢损伤机制的研究。
东南大学附属中大医院谢健博士为该文第一作者，通讯作者吴迪博士和张志珺教授共同推进本研究的实施与进展。本研究获得国家自然科学基金及中大医院科研启动金等基因资助。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.136028
供稿：东南大学附属中大医院
（责任编辑：孙艳 审核：宋业春）
