空气污染和压力会改变雄性小鼠的大脑发育和社会行为

一项针对老鼠的新研究发现，怀孕期间的空气污染和住房不安全导致了类似自闭症的社会行为，以及雄性而非雌性幼鼠的大脑结构不同。这要归咎于大脑的免疫细胞。

　　

   

   

图:环境和住房压力会重塑发育中的雄性老鼠的大脑，这可能解释了人类身上类似的发现。    

图片来源:杜克大学Carina Block

海军海洋学家Carina Block有一种预感，她和她的女水手们经常接触的喷气机废气，加上不可避免的工作压力，正导致他们孩子的健康状况恶化。一项针对小鼠的新研究支持了布洛克的怀疑，研究发现，怀孕期间的空气污染和住房不安全会导致类似自闭症的社会行为，以及雄性而非雌性幼鼠的大脑结构不同。这似乎是免疫系统的问题。

“我当时怀孕了，压力很大，而且在飞机附近工作，”布洛克回忆说。“我每天都要经过航空燃油尾气。我的孩子最后患上了神经发育障碍，脑积水。”

布洛克的女儿现在和布洛克一样茁壮成长，布洛克在杜克大学心理学和神经科学教授斯塔西·比尔博博士和细胞生物学教授卡格拉·埃尔奥卢博士的实验室获得博士学位后，现在是布洛克博士。然而，布洛克在8月2日的新出版报道提供了令人信服的证据，如果她怀的是一个儿子，他可能生来就患有自闭症。

卡车柴油发动机排放的废气等空气污染与精神分裂症和自闭症等神经发育障碍的发病率增加有关。虽然全球99%的人生活在空气不健康的城市，但每44名儿童中只有1人被诊断为自闭症(男孩比女孩多4倍)。

为什么不是每个人都得自闭症呢?

比尔博说:“环境毒素对一些人来说比其他人更严重，总是最脆弱的人群受到影响。”在自闭症和空气污染的例子中，比尔博认为缺失的环节是来自贫困和住房不安全的母亲压力。

“有钱人并不是没有压力。”比尔博说。“但当你不得不担心你要住在哪里，以及你在家里是否安全时，情况就不同了。”

虽然在人类身上有令人信服的数据支持比尔博的说法，但为了揭示空气污染和压力可能共同改变发育中的儿童大脑的生物机制，直接在孕妇身上测试这些想法是不可能的(也是不道德的)。

为了填补这一空白，布洛克和她的团队将怀孕的老鼠暴露在许多人每天忍受的恶劣的住房和空气质量条件下，观察它们的后代的情况。

作为空气污染的代表，老鼠妈妈们暴露在柴油尾气颗粒中，这种看不见但有害的污染物是半卡车和建筑机械经常排放的。在它们怀孕的末期，老鼠妈妈们面临着另一种压力:住房不足。怀孕的老鼠被分配到比平时更少的建筑材料来为它们的幼崽建造巢穴。

尽管如此，有压力的妈妈们仍然是出色的父母——她们和那些产前没有压力的妈妈们一样，照顾和打扮它们的幼崽。但是，虽然他们的女儿按照预期长大，但他们的儿子一生都误读了社交线索。在青少年时期，因压力和雾霾而出生的雄性妈妈更喜欢和一只黄色的橡皮鸭一起玩，而不是附近的老鼠(老鼠通常更喜欢自己的同伴，而不是洗澡玩具)。

接下来，布洛克和她的团队做了任何有身份的神经学家都会做的事情:她观察大脑是否在早期被重新连接，导致男性青少年更害羞。具体来说，研究团队想知道男性大脑是否在发育早期没有得到必要的完善。

在生命早期，所有动物出生时都有过多的脑细胞连接，即突触，随着我们的成长，突触需要减少。导致成功任务的突触，比如拿起杯子，得到了维护和加强，而导致失败尝试的连接被移除。

吸入柴油烟雾的压力大的母亲会导致男性在幼儿时期错过前扣带皮层(ACC)的突触修剪计划，这是大脑中感知和产生社交线索的重要区域。男性在这个区域的突触过多似乎解释了他们在青少年时期害羞的社会倾向，但它留下了一个问题，即在怀孕期间雾霾和压力的双重打击是如何阻止典型的大脑塑造的。

为了回答这个问题，布洛克和她的团队研究了免疫系统，特别是大脑中的免疫细胞——小胶质细胞。

除了监测细菌和病毒，小神经胶质细胞也对脆弱或死亡的突触保持警惕，它们很容易吮吸这些突触来帮助清理大脑。布洛克推断，如果有比平常更多的突触，可能在受影响的男性大脑中没有那么多的小胶质细胞。

让她惊讶的是，布洛克发现，来自压力大的母亲的青春期男性ACC中的小胶质细胞数量与来自无压力的母亲的同龄人相同。然而，雾霾和住房压力导致小胶质细胞缺乏刺激它们对突触胃口的蛋白质，这可能解释了观察到的过度生长。

到了成年，一切都变了。来自雾霾和压力暴露的母亲的雄性现在ACC中的突触更少，比未暴露的同伴更合群。这种外向而非保守的非典型倾向反映了带有自闭症相关基因的老鼠的行为和大脑活动，布洛克的合作者和合著者、杜克大学神经生物学教授、精神病学家卡菲·德兹拉萨(Kafui Dzirasa，医学博士)最近描述了这种倾向。

自闭症患者经常被错误地认为不善于社交，但Block分享了这一点，“如果你遇到了一个自闭症患者，那么你就遇到了一个自闭症患者。”

Dzirasa补充说，他的许多自闭症患者无法通过用于诊断老鼠的标准实验室测试，如果啮齿类动物不太喜欢社交，这些测试基本上会把它们归类为自闭症。相反，Dzirasa和Block说，对于自闭症患者来说，这更多的是对社会线索和习俗的误解，而不是天生的内向。

布洛克和比尔博认为，这项研究在老鼠身上提供了一个清晰的机制，可能解释了为什么只有出生在贫困社区的孩子，高水平的空气污染才会增加他们患自闭症的可能性。这也可能导致药物帮助防止小胶质细胞受到环境压力的控制，因为柴油尾气和住房压力会在孕妇感染流感时触发类似的免疫反应。

目前，比尔博和她的团队希望，这一关于怀孕期间压力和空气污染影响的明确证据能推动政策制定者推动立法支持清洁空气倡议和社会服务，如改善和扩大公共住房。

“你不能忽视这项研究的机制发现，”比尔博说。“这正在发生，这就是原因。”