鼻腔-脑通路中空气污染颗粒的渗透机制及其神经健康风险研究

推荐：为探究大气纳米污染物对中枢神经系统(CNS)的潜在危害，研究人员构建体外血脑屏障(BBB)和嗅神经通路模型，以介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)模拟固态颗粒、薄荷醇/莪术醇模拟液态污染物。研究发现MSNs可通过直接(嗅神经)和间接(BBB)途径进入CNS，且液态污染物能增强MSNs的渗透性，破坏紧密连接蛋白ZO-1/Occludin表达并降低细胞刚度，为空气污染致神经损伤机制提供新证据。

　　

随着工业化进程加速，大气中的纳米颗粒物(PM_0.1)和挥发性有机物(VOCs)污染日益严重。这些直径小于100纳米的颗粒具有极强的穿透能力，不仅能通过呼吸道进入血液循环，近年研究更发现其可突破血脑屏障(BBB)直接侵袭中枢神经系统(CNS)。然而，传统研究多关注PM_2.5对呼吸/心血管系统的影响，对纳米颗粒经鼻腔-脑通路的渗透机制及其神经毒性认识仍存在重大空白。

在此背景下，北京中医药大学张毅、李鹏跃团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表研究，首次系统揭示介孔二氧化硅纳米颗粒(MSNs)通过嗅神经和BBB双重途径入侵CNS的分子机制，并发现薄荷醇、莪术醇等常见香料成分的协同增强效应。研究创新性地构建体外双模型：以小鼠脑微血管内皮细胞(bEnd.3)模拟BBB间接通路，以新生大鼠嗅神经鞘细胞(OECs)模拟直接通路。通过原子力显微镜(AFM)、激光共聚焦、流式细胞术等技术，发现MSNs与液态污染物混合后能破坏紧密连接蛋白ZO-1/Occludin的空间结构，使细胞膜表面孔隙深度增加至579nm，Young's模量降低19.8%，显著提升跨膜效率。

3.1 空气微粒表征

MSNs经透射电镜(TEM)确认为粒径96.13±5.96nm的均匀球形颗粒，表面刚度达313.22MPa，负电荷特性(-12.33mV)有利于吸附空气中的有机污染物。

3.2 细胞毒性研究

确立10μg/mL MSNs与5μg/mL薄荷醇/莪术醇为安全浓度，该剂量下bEnd.3和OECs存活率均>80%。特别发现莪术醇在5μg/mL即显现毒性阈值，提示其风险更需警惕。

3.3 转运行为研究

动态监测显示：MSNs单独作用6小时达摄取平衡，而混合组需8小时，最终积累量反超35.7%。OECs模型中，混合组6小时阳性细胞比例较单独MSNs组提高2.1倍，证实液态污染物促进纳米颗粒进入更多细胞。

3.4 作用机制解析

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  紧密连接破坏：免疫荧光显示MSNs+莪术醇使ZO-1荧光带断裂呈点状分布，Occludin表达量下降40.2%

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  膜力学改变：AFM检测发现混合薄荷醇使bEnd.3细胞表面粗糙度(Ra)增加3.8倍，OECs刚度降低至对照组的67%

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  通路干预：抑制剂实验证实OECs主要通过网格蛋白(Clathrin)介导内吞摄取MSNs，而薄荷醇可逆转氯丙嗪(CPZ)的抑制作用达24.8%

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  溶酶体逃逸：共定位分析显示仅12.3%MSNs与溶酶体标记物LysoTracker共染，提示颗粒在胞内难被降解

这项研究首次揭示空气污染物"固态纳米颗粒-液态有机物"复合体系的协同神经毒性机制：MSNs作为载体吸附香料成分后，通过破坏细胞力学完整性和紧密连接屏障，显著提升其CNS渗透率。更值得关注的是，溶酶体低降解特性意味着这些颗粒可能长期滞留脑组织，这为解释阿尔茨海默病等神经退行性疾病的环境诱因提供了新视角。

研究团队建议：当前空气质量标准需纳入纳米颗粒特异性指标，对薄荷醇等渗透增强剂在日化品中的使用应建立更严格限制，尤其需关注儿童和老年群体的累积暴露风险。该成果不仅为环境毒理学研究开辟新方向，也为开发靶向BBB的纳米药物递送系统提供了逆向设计思路。