《TrAC Trends in Analytical Chemistry》：A comprehensive review of mass spectrometry analysis of environmental contaminants in human brains: Instrumentation, sample preparation and neurological implications
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Ruihe Jin|Niu Sun|Manjing Ruan|Jun Shi|Chunjie Xia|Yan Wu中国上海200241，华东师范大学地理科学学院，教育部地理信息科学重点实验室摘要人类大脑有完善的屏障结构保护，防止外来化学物质侵入脑组织。然而，已在脑组织/脑液中检测
Ruihe Jin|Niu Sun|Manjing Ruan|Jun Shi|Chunjie Xia|Yan Wu
中国上海200241，华东师范大学地理科学学院，教育部地理信息科学重点实验室
摘要
人类大脑有完善的屏障结构保护，防止外来化学物质侵入脑组织。然而，已在脑组织/脑液中检测到多种污染物，这些污染物可能引发各种神经疾病。因此，准确测定大脑中环境污染物的暴露量对于评估其神经毒性至关重要。鉴于质谱分析具有较高的灵敏度和选择性，以及能够进行高通量分析的优势，它被视为确定复杂脑组织中有机污染物、痕量金属、微塑料和纳米塑料的先进技术。本文综述了用于检测人类脑样本中传统及新型污染物的样品前处理和质谱分析技术的进展，同时总结了经质谱检测到的化合物的渗透效率及其神经毒性作用。这些基于质谱的分析方法有助于深入理解大脑接触多种外来污染物与神经毒性后果及神经系统疾病之间的关联。
引言
尽管人类大脑有复杂的血脑屏障和血脑脊液屏障保护，作为中枢神经系统的核心，它仍可能接触到多种污染物，包括痕量金属、传统污染物以及新兴污染物[1]、[2]、[3]。其中一些污染物可能具有神经毒性，与阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症以及脑胶质瘤等神经系统疾病的发病有关[4]、[5]、[6]。因此，开发高度敏感且可重复的方法来测定大脑中环境污染物的含量，对于从病因学和流行病学角度准确了解其神经毒性具有重要意义[7]。不过，脑组织中富含蛋白质、脂质和盐分，这些成分可能带来基质干扰，影响对脑样本中多种污染物及其代谢产物的精准定量[8]、[9]。
为减少基质干扰，提高分析精度并确保良好的检测限，人们建立了多种有效的预处理方案，通常包括样品均质化、净化处理，以及化学提取方法（如固相萃取、液液萃取和超声辅助萃取）和富集步骤[10]、[11]。此外，由于质谱分析对多种化学物质的质荷比具有极高的灵敏度和选择性，且能实现高通量筛查，因此被视为核心技术，可用于识别和定量复杂脑组织中的环境污染物[7]、[12]、[13]。尤其是电感耦合等离子体质谱、气相/液相色谱联用质谱以及热解-气相色谱联用质谱，分别可以检测人类大脑中痕量金属、有机污染物、微塑料和纳米塑料的极低浓度，通常在十亿分之一甚至万亿分之一水平[3]、[10]、[14]。这些基于质谱的分析方法不仅加深了人们对神经毒素危害的认识，还有助于寻找有效的脑疾病生物标志物。
随着公众越来越关注环境污染物对中枢神经系统的负面影响，越来越多的流行病学和毒理学研究开始利用质谱分析技术，探讨各种污染物进入脑组织的可行性及其神经毒性[2]、[9]、[14]、[15]、[16]。虽然已有大量文献介绍了用于分析人体生物样本（如尿液、母乳、血清和胎盘）中无机和有机污染物的质谱方法[10]、[17]，但针对脑组织的研究却极为少见。因此，本研究旨在总结利用质谱技术分析人类脑组织中有机污染物、微塑料和痕量金属的多学科进展（见图1），并分析部分检测到的化合物的渗透潜力及其可能带来的神经系统风险（见图2）。
章节要点
文献来源、检索策略和纳入标准
通过四种搜索引擎收集了2026年4月之前发表的相关文章，这四种搜索引擎分别是Web of Science、Scopus、Google Scholar和Spring Link。搜索时未设置限制，使用“质谱分析”加上“人类大脑”或特定脑组织（如“脑脊液/顶叶/颞叶/岛叶”），再结合“(有机)污染物/污染源”等关键词进行检索。
此外，还进行了无限制的全面搜索，使用类似的主题词组合进行查找。
质谱仪器的相关信息
质谱分析凭借其高精度、高选择性和超低的检测限等优点，结合多种离子化和定型技术，为检测人类大脑中的多种环境污染物做出了重要贡献[13]、[14]、[17]。通过气相色谱或液相色谱实现色谱分离，可根据分析物的极性、挥发性和热稳定性选择合适的分离方式，从而有效降低化合物间的相互干扰和基质效应，进一步提升分析结果的可靠性。
质谱检测到的污染物对大脑的渗透性及风险
环境污染物可通过多种途径进入人体，如吸入、皮肤接触、饮食摄入和灰尘吸入等，之后这些外来化学物质可能通过血脑屏障和血脑脊液屏障进入脑组织，进而影响人类中枢神经系统[69]、[70]、[71]。本章汇总了关于质谱检测到的环境污染物对大脑影响的实验观察结果以及相关的流行病学和临床证据。
结论与展望
环境污染物的神经毒性问题近年来引起了全球范围内的广泛关注。多残留分析技术的进步使得能够更高效、更准确地检测人类大脑中的微量污染物，而质谱分析以其极高的灵敏度和高通量分析能力，已成为此类分析的核心技术。因此，我们撰写了这篇综述，详细介绍了与质谱分析相关的仪器信息及样品处理方法。
CRediT作者贡献说明
Yan Wu： 文章撰写——综述与编辑、验证、监督、研究、资金获取、概念构思。Ruihe Jin： 文章撰写——初稿撰写、数据可视化、验证、正式分析、数据整理。Niu Sun： 数据整理。Manjing Ruan： 验证。Jun Shi： 文章撰写——综述与编辑、研究。Chunjie Xia： 文章撰写——综述与编辑
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金的资助（项目编号：42471078和42107391）。作者感谢华东师范大学的Yawen Feng在总结用于检测人类大脑中微塑料和纳米塑料的质谱分析方法方面所提供的帮助。
