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自：北大环院
全球人口老龄化使阿尔茨海默病（AD）及其他痴呆症的发病率和患病率分别增长147.95%和160.84%，不同国家和地区其增幅存在显著差异。流行病学证据表明，PM的暴露与焦虑/抑郁、双相障碍、认知障碍及神经退行性等疾病的发生存在显著关联。不同城市的颗粒物的组分、毒性存在显著差异，从而可能导致不同城市居民面临不同的神经毒性风险。要茂盛教授团队在近几年针对不同来源下等质量浓度PM的毒性这一问题开展了大量的研究。此前团队发现了中国31个城市PM诱导大鼠不同器官的损伤和机制（AE，2024）；以及大鼠应对31个城市PM差异毒性释放的呼出气VOCs指纹也存在差别（ES&T，2023）。然而，目前颗粒物与神经健康的实验研究通常仅限于单一或少数来源的颗粒物，不同城市间的颗粒物的神经毒性是否存在显著差异尚不清楚。
针对以上问题，北京大学环境科学与工程学院要茂盛教授团队在之前实验室研究的基础上，研究对228只Wistar大鼠注射不同城市的PM悬浮液（经0.45 μm滤膜过滤），并在暴露后1h以及1天至6天的时间范围内监测了大鼠行为的改变。本研究采用通过标记和量化大鼠右耳朵瞬时速度的改变间接的表征大鼠神经毒性的改变。同时本研究使用了机器学习在内的多种降维和定量算法，并且结合了PM多维度的特性以及大鼠血清中激素（皮质醇，糖皮质激素）和microRNA（miR-107，AD标志物；miR-124，神经调控标志物）的表达分析了PM诱导神经毒性的潜在机制与诱因。
图1 注射不同城市颗粒物后的大鼠对外界刺激响应发生了显著性的改变
研究表明PM注射后，26个城市组中大鼠对外界刺激的反应速度有着显著性的差别，这一差别主要表现在PM暴露后的1小时以及4-6天之间（图1）。大鼠响应能力的显著改变的同时与其下丘脑-垂体-肾上腺轴调控的糖皮质激素以及血液中miR-107/miR-124的表达有关。通过随机森林和多元线性回归分析，团队发现，PM的物理性质，例如：粒径（458.67 nm和531.17 nm）及Zeta电位（-3.78 mV、-17.01 mV、-20.31 mV），以及大鼠血液中的生物标志物（如糖皮质激素、IL-1β和IFN-α）（图2）对大鼠行为学改变的影响最大。同时暴露颗粒物后，血液中microRNA的水平也发生变化 （图3）。
图2 注射城31个市颗粒物后1小时和7天大鼠血液中激素水平的变化
图3 注射城31个市颗粒物后1小时和7天大鼠血液中microRNA水平的变化
本研究揭示不同地区的空气污染可能对神经健康产生不同程度的影响，从而导致阿尔茨海默病负担存在地区性差异。研究结果为优化空气污染控制及从神经毒性角度保护公众健康提供了新视角。研究成果以“
Differential Neurotoxicity Induced in Rats by Injection of PMs from 31 Major Cities in China
”为题发表在
Environmental Science & Technology
刊物上。论文的第一作者为北大环境学院博士生邢颀颂，北大要茂盛教授为通讯作者。该项目主要得到了中国国家自然科学基金（NSFC）创新研究群体资金（基金号22221004）和国家重点研发计划（基金号2022YFC3702801和2023YFC3708200）以及广州国家实验室项目（项目编号：GZNL2024A01028和SRPG22-007）的资助。
论文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c10408
北京大学环境科学于工程学院在读四年级博士研究生邢颀颂，主要研究方向为大气颗粒物的组分与健康效应。在本研究中，揭示了中国31个主要城市PM诱导的差异神经毒性，优化空气污染治理策略、降低神经毒性风险提供了重要的科学依据。
针对中国主要31个城市PM及其毒性的相关研究，课题组发表的系列文章：
(1)Zhang, Lu, and Yao Maosheng. Ambient particle composition and toxicity in 31 major cities in China. Fundamental Research. 2024, 4.3: 505-515.
DOI：
https://doi.org/10.1016/j.fmre.2022.10.004
(2)Zhang, Lu, and Yao Maosheng. Unique atmospheric microbiota patterns for 31 major Chinese cities. Atmospheric Environment. 2023, 315: 120143.
DOI：
https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2023.120143
(3)Xing, Qisong, Zhang Lu, Liu Huaying, Zhu Chenyu, and Yao Maosheng. Exhaled VOC Biomarkers from Rats Injected with PMs from Thirty-One Major Cities in China. Environmental Science & Technology. 2023, 57.49: 20510-20520.
DOI：
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06074
(4)Xing, Qisong, Zhang Lu, Liu Huaying, Zhu Chenyu, and Yao Maosheng. Toxicological analysis and organ damages of rats injected with soluble ambient PMs from 31 Cities in China. Atmospheric Environment. 2024, 121005.
DOI：
https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2024.121005
(5)Xing, Qisong, Zhang Lu, Liu Huaying, Zhu Chenyu, and Yao Maosheng. Differential Neurotoxicity Induced in Rats by Injection of PMs from 31 Major Cities in China. Environmental Science & Technology. 2025.
DOI：
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c10408
供稿 | 要茂盛课题组
责编 | 李丽
审核 | 陆克定 吴志军
