长期以来，野火烟雾被认为是对肺部和心脏健康的威胁，但根据一项发表在《国际分子科学杂志》上的研究，它也可能对大脑健康构成重大风险。这项研究探讨了燃烧的桉树木材烟雾提取物如何影响人体脑内皮细胞，这些细胞构成了血脑屏障。结果显示，暴露于烟雾提取物增加了炎症，并减少了维持屏障完整性的紧密连接标记物的水平。这些变化表明，吸入野火烟雾可能会导致神经炎症，并增加神经退行性疾病的风险。
该研究的动机源于越来越多的证据表明，野火烟雾不仅仅损害呼吸系统和心血管系统。流行病学研究表明，暴露于野火与认知缺陷和更高的神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）风险有关。劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员旨在更好地了解烟雾如何直接影响大脑，通过研究其对脑内皮细胞的影响。
“众所周知，野火对健康构成重大风险，而其频率和强度由于气候变化正在增加。”该研究的通讯作者多萝西·尤（Dorothy You）博士后学者和高级科学家布鲁斯·布赫霍尔茨（Bruce Buchholz）解释道。
“尽管许多研究已经检查了野火对肺部和心脏的影响，但很少有研究关注野火烟雾暴露可能导致的大脑潜在变化。一些研究表明，野火烟雾暴露可能会影响认知功能，我们希望从细胞水平上理解其潜在影响。”
“神经炎症与神经退行性疾病的蛋白质病理学有关，例如阿尔茨海默病中的淀粉样斑块和神经原纤维缠结，以及帕金森病中的路易体。”研究人员解释说，“我们想调查木烟暴露是否能引发神经炎症。脑内皮细胞，排列在毛细血管中，在形成血脑屏障方面起着至关重要的作用。”
为了研究野火烟雾的影响，研究人员采用了一种体外方法，将两种类型的人类脑内皮细胞暴露于24小时的燃烧的桉树木材烟雾提取物中。这两种细胞模型包括初级人类脑微血管内皮细胞和一种永生化的脑内皮细胞系。烟雾提取物由美国环境保护署提供，是在桉树木材处于阴燃阶段时产生的，这一阶段会释放高浓度的颗粒物和有毒化学物质。
该研究涉及多个步骤来评估细胞反应。在用不同浓度的烟雾提取物处理细胞后，研究人员测量了炎性分子的产生、基因表达的变化以及与细胞结构完整性相关的标记物。他们还评估了烟雾提取物是否引起细胞死亡或氧化应激。先进的技术，如RNA测序，用于识别基因活动的变化，而显微镜成像则用于观察结构蛋白。
研究结果表明，烟雾提取物引发了白细胞介素-8（一种促炎细胞因子）的剂量依赖性增加。白细胞介素-8在招募免疫细胞到炎症区域中起作用，其升高水平表明烟雾提取物在脑内皮细胞中引发了炎症反应。值得注意的是，初级脑内皮细胞比永生化细胞系表现出更强的反应，这表明初级细胞可能更接近模拟活组织中的效果。
“令人惊讶的是，我们观察到两种不同的脑内皮细胞对木烟提取物的反应非常相似。”尤和布赫霍尔茨告诉PsyPost，“尽管两者都是脑内皮细胞，但一个是用于实验室长期使用的永生化细胞系，另一个是由更接近实际组织的初级细胞组成。两者共享非常相似的炎症途径，表明木烟在脑内皮细胞中引发了特定类型的炎症。然而，初级细胞对木烟提取物的反应更为显著。”
研究还发现，暴露于烟雾提取物扰乱了紧密连接蛋白（如ZO-1、ZO-2和闭合蛋白）的表达，这些蛋白对于维持血脑屏障的结构完整性至关重要。虽然这些蛋白的变化在基因水平上比蛋白质水平上更为明显，但这种干扰可能会使屏障更加通透，从而允许有害物质，包括毒素和炎性分子更容易进入大脑。
此外，烟雾提取物激活了与炎症和氧化应激相关的特定细胞途径。这些途径，即芳烃受体（AhR）途径和核因子红细胞2相关因子2（NRF2）途径，介导身体对有毒环境物质的反应。此前的研究表明，这些途径与神经炎症和血脑屏障损伤有关。研究还确定了与铁死亡相关的基因，这是一种与氧化应激和脂质损伤相关的细胞死亡类型，表明烟雾暴露可能对脑细胞健康产生更广泛的影响。
“这项研究的主要结论是，吸入野火烟雾不仅影响肺部和心脏，还可能影响大脑健康。”研究人员表示，“因此，当空气质量差时，最好待在室内；如果必须外出，则应佩戴口罩。”
尽管研究结果显著，但仍存在一些局限性。它仅关注两种类型的脑内皮细胞，未考虑内皮细胞与其他脑细胞类型（如神经元或星形胶质细胞）之间的相互作用，后者在大脑健康和疾病中起重要作用。此外，研究仅考察了24小时内急性暴露于烟雾提取物的影响。
“鉴于许多经历野火的社区会长期暴露于野火烟雾和不良空气质量，未来的研究应探索反复或长期暴露于野火烟雾的长期慢性影响。”尤和布赫霍尔茨表示。
研究人员还指出，野火烟雾的成分因燃烧的生物质类型和燃烧条件而异。例如，阴燃火灾比火焰火灾产生更多的细颗粒物和有毒化合物。
“烟雾长距离传播并在老化过程中发生化学变化。”研究人员指出，“消防员暴露的烟雾成分与下风处一般人群暴露的烟雾成分不同。”
这种变异性强调了评估不同类型生物质的神经毒性的重要性，以确定哪些可能对大脑健康构成更大的风险。
最终，这项研究的目标是，正如研究人员所说，“了解野火烟雾对大脑的影响，特别是识别野火烟雾颗粒进入大脑的潜在途径，这在科学界尚不清楚。”
“烟雾由超细颗粒（小于0.1微米或100纳米）到相对较大的凝聚颗粒（大于10微米）组成，以及数千种化学燃烧产物，这些产物在烟雾冷却时凝结在颗粒上。”尤和布赫霍尔茨解释说，“最小的颗粒可以深吸入肺部并沉积在那里。本研究考察了通过血液传递的燃烧产物对脑内皮细胞的反应。文献证据表明，小颗粒也可以沉积在鼻腔组织中并被运输到大脑的嗅球。很可能烟雾颗粒和冷凝物可以通过这两条途径到达大脑。”
该研究题为《桉树木材烟雾提取物对脑内皮细胞产生剂量依赖性效应》，作者为Dorothy J. You、Bria M. Gorman、Noah Goshi、Nicholas R. Hum、Aimy Sebastian、Yong Ho Kim、Heather A. Enright和Bruce A. Buchholz。
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