頭條楓林網撰文 BETH MOLE
翻譯 張暢
審校 夏燁
編輯 魏瀟
空氣污染是威脅人類健康的一大殺手。 研究人員估計，煙霧，特別是其中的小顆粒物每年造成全球多達 700 萬人早逝。 由煙霧阻塞肺部導致的損傷顯然值得擔憂——煙霧與心髒病發作、中風等心血管問題的聯繫也得到了流行病學調查的肯定。 但空氣污染中的小顆粒物通過何種途徑導致心血管疾病，卻是研究人員一直在苦苦思索的問題。
圖片來源： Getty | AFP
一種主流理論是，細小顆粒可能引起系統炎症和細胞應激反應，從而令心血管系統不堪重負，並導致心律紊亂。 但有研究顯示，在心血管疾病中，納米顆粒的作用其實更為直接：
空氣污染物中的納米顆粒可以透過小鼠和人的肺-血屏障，進入血液循環。 一項在 ACS Nano 上發表的研究顯示， 與空氣污染顆粒物近似大小的納米顆粒進入小鼠和人的血液循環後，會聚集在動脈斑塊中，或將直接導致動脈粥樣硬化和致死性心血管疾病 。
早在 2010 年，即有研究 （ Nature Biotechnology ，2010） 發現，納米顆粒能通過搭乘屏障細胞穿過大鼠的肺組織進入血液循環系統。 不帶正電荷且直徑小於 34nm 的顆粒污染物尤其危險，因為它們能夠輕易的進入動物體內，還可以在器官和組織中遷移和積聚。 但研究人員不能確定人體是否也有這種機制。
面對這一難題，愛丁堡大學的研究者們想出了一個新方法： 用納米金顆粒代替有害納米顆粒物進入被試體內 。
實驗使用的納米金顆粒與燃燒廢氣中的納米顆粒大小相近。 燃燒廢氣是大氣污染物的主要成分，其中危害最大的粒子可能含有氮氧化物、二氧化硫和其他可以引起機體氧化應激及炎症的毒性成分。 而金則是一種 惰性物質 ，對人體造成的影響與前者相比不可同日而語。
電子顯微鏡下典型金顆粒鬆散團塊，這種顆粒由火花發生器產生，顆粒直徑約3.8nm。 圖片來源：Miller et al.
研究者們招募了14 名健康男性志願者，讓他們在封閉倉中吸入不同大小的金納米顆粒兩小時，同時在健身腳踏車上進行強度適中的運動，來保證受試者進行深呼吸，將金納米 顆粒吸入肺深處。
在開始接觸金顆粒的 24 小時裡，研究人員採集了受試者的血樣和尿樣，並在三個月後再次採樣。 實驗前，所有受試者的血液循環系統裡都沒有檢測到納米金顆粒，但在實驗開始後 15 分鐘，有些受試者的血液中就可以檢測到金了。 24 小時後，14 個受試者中有 12 人的血液中檢測到金 ；吸入直徑最小的（小於等於 5 納米）金顆粒的受試者尿液中出現金。 3 個月後受試者血液和尿液中依然可以檢測到金顆粒。
接下來，研究人員讓動脈粥樣硬化（動脈中斑塊形成）性心血管病基因工程小鼠吸入納米金顆粒，隨後在小鼠的肝臟和動脈中均可被檢測到。 更重要的是，動物實驗表明， 納米金顆粒參與了動脈斑塊的形成，從而參與阻塞動脈血液流動 。
（A）吸入金顆粒後，動物肺部組織切片可見明顯的金顆粒，顆粒主要存在於肺巨噬細胞內； （B）計算機著色後，紅色為毛細血管，藍色為肺泡腔，黃色為金顆粒。
圖片來源：Miller et al.
為了研究該現像是否發生在人類身上，研究人員招募了 12 名即將進行頸總動脈斑塊切除手術的患者。 其中三人同意吸入金納米顆粒（直徑 5 納米） 4 小時，之後休息 24 小時再進行手術。 研究人員在 1 人的血液和另外 2 人的尿液中檢測到金， 這 3 名患者術中切除的動脈斑塊中均含有金顆粒 ，其餘 9 名患者的動脈斑塊中則檢測不到金顆粒的跡象。
金顆粒在斑塊中的可視化圖像。 標亮部分為組織中的掃描區域，綠-藍色表示基線強度（無金顆粒），紅色表示高拉曼強度（有金顆粒）。 圖片來源：Miller et al.
證據表明 金顆粒似乎可以直接參與動脈阻塞形成 ，但作者擔心大氣污染中的納米顆粒危害可能更大。 因為這些顆粒具有活性和毒性，所以它們聚集在動脈壁上時，會導致炎症加劇，引起細胞應激反應，從而使疾病惡化。 這些顆粒如果聚集在體內其他炎症部位，還可能影響癌症等其他疾病的病情。 這可能也說明，胎兒在孕期或許就已經暴露於納米顆粒污染之中了。
這項由愛丁堡大學心血管學家主持的研究，可能有助於我們更好地理解心血管健康，同時找到將大氣污染帶來的健康風險降到最低的方法，還有可能幫助製造商研發更 安全的產品。
更好地理解納米顆粒在身體中轉移與積累的過程，對環境和工程納米顆粒的風險評估都至關重要。
論文鏈接：
ACS Nano, 2017. DOI: 10.1021/acsnano.6b08551
原文鏈接：
https://arstechnica.com/science/2017/04/inhaled-nanoparticles-can-clog-up-our-arteries-spur-cardiovascular-disease/