三院院士團(tuán)隊(duì)，驚人發(fā)現(xiàn)：耳機(jī)、手機(jī)產(chǎn)生的磁場(chǎng)促使空氣污染顆粒入腦，引發(fā)神經(jīng)毒性！

隨著智能手機(jī)與無線耳機(jī)的普及，人類生活在一個(gè)充滿磁場(chǎng)暴露的環(huán)境中。然而，磁場(chǎng)是否對(duì)健康構(gòu)成威脅一直是科學(xué)界的盲點(diǎn)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，磁場(chǎng)主要通過電磁輻射的遺傳毒性或產(chǎn)生活性氧來影響生物體，但這些假設(shè)缺乏“磁性”與“毒性”之間的內(nèi)在聯(lián)系。與此同時(shí)，空氣污染中的細(xì)顆粒物（PM?.?），尤其是具有磁性的磁鐵礦納米顆粒（MNPs），已被證實(shí)可進(jìn)入人體甚至大腦，并與神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)。當(dāng)無處不在的空氣污染遇上日常使用的電子磁場(chǎng)，兩者結(jié)合是否會(huì)產(chǎn)生協(xié)同的健康風(fēng)險(xiǎn)？這一問題構(gòu)成了當(dāng)前環(huán)境神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域面臨的全新挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心江桂斌教授（中國(guó)科學(xué)院院士、發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家工程院外籍院士）、劉倩研究員最新研究揭示，當(dāng)吸入含有磁鐵礦納米顆粒的空氣污染物時(shí)，若同時(shí)暴露于耳機(jī)或智能手機(jī)內(nèi)置的磁場(chǎng)，大腦中的污染物積累量將增加五倍，并引發(fā)嚴(yán)重的神經(jīng)毒性。研究團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建小鼠共暴露模型發(fā)現(xiàn)，磁場(chǎng)顯著改變了磁性顆粒在體內(nèi)的分布行為，導(dǎo)致其在大腦中富集，進(jìn)而損害認(rèn)知功能。這一發(fā)現(xiàn)首次將材料的磁性、外部磁場(chǎng)與神經(jīng)毒性聯(lián)系起來，指出外界磁場(chǎng)可以通過磁性納米顆粒這一“媒介”間接對(duì)大腦產(chǎn)生危害。相關(guān)論文以“Brain Accumulation of Airborne Magnetite Nanoparticles under Earphone/Smartphone-Embedded Magnetic Fields Triggers Neurotoxicity”為題，發(fā)表在

ACS Nano

為模擬現(xiàn)實(shí)生活中的暴露場(chǎng)景，研究人員首先拆解了手機(jī)與耳機(jī)組件，發(fā)現(xiàn)其中的揚(yáng)聲器、振動(dòng)器和無線耳機(jī)均含有釹鐵硼磁體，能產(chǎn)生極強(qiáng)的靜磁場(chǎng)（圖1a）。這些磁場(chǎng)足以在體外吸引空氣中的磁性顆粒（圖1b）。進(jìn)一步的血漿模擬實(shí)驗(yàn)顯示，磁場(chǎng)能夠改變PM?.?在生物體液中的行為，促使磁鐵礦顆粒從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并在磁源附近局部富集（圖1c）。基于此，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小鼠共暴露模型：將模擬耳機(jī)佩戴于小鼠耳部，同時(shí)通過氣管滴注方式使其暴露于環(huán)境相關(guān)濃度的真實(shí)PM?.?或從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒（圖1d-g）。

圖1. 耳機(jī)/智能手機(jī)內(nèi)置磁場(chǎng)（EEM）的表征及共暴露小鼠模型的構(gòu)建。 (a) 手機(jī)及模擬耳機(jī)的組件，內(nèi)含EEM：（i）模擬耳機(jī)中的磁鐵；（ii-iii）聽筒；（iv）耳機(jī)（磁鐵圈出）；（v-vi）揚(yáng)聲器；（vii）振動(dòng)器。 (b) 來自手機(jī)和耳機(jī)的EEM暴露強(qiáng)度。 (c) EEM對(duì)小鼠血漿中PM?.?內(nèi)暴露行為的影響。 (d) 共暴露小鼠模型示意圖。 (e) 模擬耳機(jī)的構(gòu)成。 (f) 耳機(jī)磁鐵與從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒的磁滯回線。 (g) 模擬耳機(jī)的模擬磁場(chǎng)。

行為學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，同時(shí)暴露于磁場(chǎng)和磁性顆粒的小鼠在Morris水迷宮測(cè)試中表現(xiàn)顯著下降，目標(biāo)象限停留時(shí)間縮短，逃逸潛伏期延長(zhǎng)，表明空間學(xué)習(xí)與記憶能力受損（圖2b-c）。更關(guān)鍵的是，通過透射電鏡和元素圖譜分析，研究人員在小鼠大腦中檢測(cè)到了外源性磁鐵礦顆粒，這些顆粒帶有典型的高溫燃燒生成特征（如鋁、硅共存），證實(shí)其來源于空氣污染（圖2e-f）。電子順磁共振定量分析表明，共暴露組小鼠大腦中的外源性磁性顆粒濃度比無磁場(chǎng)組高出五倍以上（圖2h）。相關(guān)性分析顯示，腦內(nèi)磁鐵礦含量越高，小鼠的行為學(xué)表現(xiàn)越差（圖2i）。

圖2. 同時(shí)暴露于EEM和PM?.?會(huì)誘發(fā)神經(jīng)毒性并促進(jìn)磁鐵礦納米顆粒在小鼠大腦中的積累。 (a) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分組。 (b,c) Morris水迷宮測(cè)試表現(xiàn)：目標(biāo)象限停留時(shí)間、穿越頻率及虛擬平臺(tái)潛伏期。 (d) 齒狀回中未標(biāo)記熒光強(qiáng)度或細(xì)胞計(jì)數(shù)的倍數(shù)變化。 (e) 小鼠腦中磁鐵礦納米顆粒的透射電鏡代表圖像及元素組成。 (f) 對(duì)(e)中磁鐵礦納米顆粒的鐵、氧、鋁、硅元素的EDX能譜面掃描分析。 (g) 利用元素指紋和磁性特征定量外源性磁鐵礦納米顆粒。 (h) 小鼠大腦中磁鐵礦納米顆粒的電子順磁共振波譜。 (i) 大腦磁鐵礦納米顆粒負(fù)荷與行為學(xué)結(jié)果之間的負(fù)相關(guān)性。

為了厘清究竟是“磁性”還是“化學(xué)組成”導(dǎo)致了神經(jīng)毒性，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了磁性Fe?O?顆粒與非磁性α-Fe?O?顆粒在磁場(chǎng)下的效應(yīng)（圖3a-c）。結(jié)果顯示，只有磁性顆粒在磁場(chǎng)下才會(huì)誘發(fā)顯著的認(rèn)知功能障礙（圖3d-f），這進(jìn)一步證實(shí)了磁性本身在毒性機(jī)制中的核心作用。

圖3. 磁性是PM?.?誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的關(guān)鍵決定因素。 (a) 研究設(shè)計(jì)與暴露顆粒的透射電鏡圖像。 (b,c) 納米顆粒的晶體學(xué)(b)和磁性(c)表征。 (d) Morris水迷宮測(cè)試中的逃逸潛伏期。 (e) 第三次水迷宮測(cè)試中各組小鼠與虛擬平臺(tái)互動(dòng)的時(shí)間、頻率和潛伏期。 (f) 各試驗(yàn)中單只小鼠的逃逸潛伏期。

通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)共暴露導(dǎo)致海馬區(qū)大量基因表達(dá)失調(diào)（圖4a-b），特別是與認(rèn)知、學(xué)習(xí)、記憶及神經(jīng)元死亡相關(guān)的生物過程被顯著富集（圖4e）。KEGG通路分析顯示，阿爾茨海默病、MAPK信號(hào)通路及神經(jīng)退行性疾病通路中的關(guān)鍵基因出現(xiàn)顯著下調(diào)（圖4g）。進(jìn)一步的組學(xué)整合分析揭示，磁場(chǎng)暴露對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響甚至比單純?cè)黾宇w粒劑量更為顯著（圖5a）。此外，血漿中的金屬組和反應(yīng)組也發(fā)生了顯著變化，表明共暴露不僅影響大腦，還引發(fā)了全身性的代謝紊亂（圖5b-d）。

圖4. EEM與PM?.?共暴露誘導(dǎo)的海馬轉(zhuǎn)錄組改變。 (a,b) 差異表達(dá)基因火山圖。 (c) 共暴露組與單獨(dú)磁鐵礦納米顆粒暴露組海馬差異表達(dá)基因的-log10(p值)相關(guān)性。 (d,e) 基于REVIGO總結(jié)的差異表達(dá)基因GO生物過程術(shù)語(yǔ)分層網(wǎng)絡(luò)。 (f) 差異表達(dá)基因的GO分子功能和細(xì)胞組分分析。 (g) 共暴露效應(yīng)的KEGG通路分析。

圖5. 共暴露中EEM對(duì)神經(jīng)毒性的貢獻(xiàn)。 (a) PM?.?暴露與磁場(chǎng)暴露與共暴露效應(yīng)的Mantel檢驗(yàn)相關(guān)性。 (b) 四個(gè)實(shí)驗(yàn)組（EPH、EP、CP、CS）的血漿反應(yīng)組熱圖。 (c) 四組小鼠血漿中的金屬組。 (d) 基于組學(xué)特征主成分分析距離對(duì)血漿中分子反應(yīng)和金屬變化的共暴露效應(yīng)量化。

本研究首次揭示，日常使用的耳機(jī)和手機(jī)所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，可以像“磁力抓手”一樣將空氣中的磁性污染物吸入并滯留在大腦中，從而放大空氣污染的神經(jīng)毒性。這不僅為解釋空氣污染與神經(jīng)退行性疾病之間的關(guān)聯(lián)提供了全新的視角，也提示我們?cè)谠u(píng)估電子設(shè)備安全性時(shí)，不能僅關(guān)注電磁輻射，還需考慮其磁場(chǎng)與環(huán)境顆粒物的協(xié)同效應(yīng)。未來，研究團(tuán)隊(duì)呼吁開展長(zhǎng)期的慢性暴露研究，并結(jié)合流行病學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步明確這種共暴露模式下的人類健康風(fēng)險(xiǎn)閾值。