最新研究：纳米塑料能侵入大脑，或诱发帕金森病！

塑料污染已然成为全球面临的最紧迫的环境威胁之一，而其释放出的塑料碎片又会在物理、化学和生物的进一步降解后分解成为“更微小但更严重”的威胁，即微塑料或纳米塑料。最近的研究发现，环境中的纳米塑料污染水平不断上升。

2023年11月17日，杜克大学Andrew B. West团队在Science Adances 在线发表题为“Anionic nanoplastic contaminants promote Parkinson’s disease–associated α-synuclein aggregation”的研究论文，该研究发现阴离子纳米塑料污染物通过与α-突触核蛋白的两亲性和非淀粉样成分(NAC)结构域的高亲和力相互作用，有力地沉淀α-突触核蛋白（α-synuclein）原纤维的形成和繁殖。纳米塑料可以通过网格蛋白依赖的内吞作用在神经元中内化，引起轻度溶酶体损伤，减缓聚集的α-突触核蛋白的降解。

在小鼠中，纳米塑料与α-突触核蛋白原纤维结合，加剧了α-突触核蛋白病理在相互关联的大脑脆弱区域的传播，包括在黑质多 巴 胺能神经元中强烈诱导α-突触核蛋白包涵体。这些结果为进一步探索纳米塑料污染与帕金森病和相关痴呆相关的α-突触核蛋白聚集之间的潜在联系提供了线索。

世界范围内塑料生产和废物沉积的增加导致水和食物供应中的微塑料污染物。微塑料被定义为直径小于5毫米的颗粒，也可以包括更小的纳米塑料(小于1 μm)。一次性聚苯乙烯产品，如泡沫包装材料、杯子和餐具，在很大程度上造成了广泛的聚苯乙烯废物，从而造成了整体的塑料污染。在海洋环境中发现的带负电的小塑料颗粒，可能是紫外线辐射暴露和塑料侵蚀的结果。

在实验研究中，阴离子聚苯乙烯纳米塑料通过嵌入钙粘蛋白二聚体，诱导内皮细胞渗漏，并可能损害哺乳动物的血脑屏障。最近的一项研究发现，聚苯乙烯塑料污染和其他几种塑料一样，在大多数接受测试的成年人的血液中循环。热解质谱分析方法表明，在健康对照者分析的约四分之一的血液样本中，聚苯乙烯的浓度在~1至超过4 μg/ml之间，尽管尚未确定大脑中纳米塑料的粒径。据报道，在模型中，聚苯乙烯纳米塑料在大脑中积聚并渗透到薄壁组织中。丙烯酸乳胶微球(直径0.02至0.2 μm)，通过颅内注射，已被广泛用作神经逆行运输示踪剂。目前尚不清楚其他化学形式的纳米塑料，包括带电荷的聚苯乙烯，一旦这些污染物进入大脑，是否可以内化并在神经元中运输。尽管如此，纳米颗粒可以劫持部分内吞运输途径，从而可能沿着大脑中的不同回路行进。

纳米塑性污染物在低化学计量下与单体α-突触核蛋白复合物加速体外自发和种子形成（图源自Science Advances ）

帕金森氏病(PD)及相关痴呆是世界上发展最快的神经系统疾病之一，其病理定义是大脑易损神经元中α-突触核蛋白的积累。寿命延长、遗传因素和长期暴露于主要未知来源的环境挑战被怀疑是疾病风险和进展的主要驱动因素。α-突触核蛋白通常是一种低分子量蛋白，但在PD影响的组织中，电镜研究显示，纤维结构与来自各种细胞器的受损脂质相互作用，如溶酶体和线粒体。体外研究表明，某些类型的带电纳米颗粒可以抑制α-突触核蛋白原纤维成核和原纤维种子延伸。

在硅模型中发现α-突触核蛋白的两性和NAC结构域与阴离子纳米塑料之间存在很强的相互作用（图源自Science Advances ）

在预先形成的α-突触核蛋白原纤维种子模型中，给神经元培养物和小鼠注射石墨烯纳米颗粒(直径小于100 nm)可减弱神经元中α-突触核蛋白的聚集。相反，体外研究表明，由聚乙烯亚胺包被羧基修饰的聚苯乙烯纳米颗粒组成的纳米球可以增加α-突触核蛋白成核。其他类型的颗粒表面，如二氧化硅或锆，对α-突触核蛋白纤维伸长有主要影响，并且是诊断α-突触核蛋白种子测定的重要组成部分，用于检测患者生物体液和组织中聚集的α-突触核蛋白种子。

α-突触核蛋白与神经元内纳米塑性污染物病理相互作用的假设模型（图源自Science Advances ）

随着纳米颗粒在环境中的增加，对α-突触核蛋白病理生物学相关模型系统的研究，可能会为进一步探索哪种类型的纳米颗粒作为PD的潜在毒素提供见解。在不同类型的塑料污染物中，环境中聚苯乙烯纳米塑料从一次性塑料中增加，最近在血液中检测到聚苯乙烯污染物，以及过去阴离子聚苯乙烯塑料破坏和穿过血脑屏障的报道，表明聚苯乙烯纳米塑料是探索与α-突触核蛋白相互作用的相关颗粒类型。本研究发现，阴离子聚苯乙烯纳米塑料以低至亚纳摩尔亲和力与α-突触核蛋白结合，快速促进α-突触核蛋白原纤维在培养的神经元和完整野生型小鼠脑内多 巴 胺能神经元的形成和原纤维种子病理。

α-突触核蛋白原纤维和纳米塑料颗粒都以依赖网格蛋白的方式内化在神经元中，并在形成新的α-突触核蛋白包涵体的溶酶体处收敛。虽然在小鼠中很少发生，但直接暴露于纳米塑料本身可导致黑质多 巴 胺能神经元中成熟磷酸化α-突触核蛋白包涵体的重新形成。这些结果强调了阴离子纳米塑料中出现的潜在毒素，可以进一步探索，以更好地了解PD风险和进展中的可能作用。