隨著智能手機(jī)與無線耳機(jī)的普及，人類生活在一個(gè)充滿磁場暴露的環(huán)境中。然而，磁場是否對(duì)健康構(gòu)成威脅一直是科學(xué)界的盲點(diǎn)。傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，磁場主要通過電磁輻射的遺傳毒性或產(chǎn)生活性氧來影響生物體，但這些假設(shè)缺乏“磁性”與“毒性”之間的內(nèi)在聯(lián)系。與此同時(shí)，空氣污染中的細(xì)顆粒物（PM?.?），尤其是具有磁性的磁鐵礦納米顆粒（MNPs），已被證實(shí)可進(jìn)入人體甚至大腦，并與神經(jīng)系統(tǒng)疾病有關(guān)。當(dāng)無處不在的空氣污染遇上日常使用的電子磁場，兩者結(jié)合是否會(huì)產(chǎn)生協(xié)同的健康風(fēng)險(xiǎn)？這一問題構(gòu)成了當(dāng)前環(huán)境神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域面臨的全新挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心江桂斌教授（中國科學(xué)院院士、發(fā)展中國家科學(xué)院院士，美國國家工程院外籍院士）、劉倩研究員最新研究揭示，當(dāng)吸入含有磁鐵礦納米顆粒的空氣污染物時(shí)，若同時(shí)暴露于耳機(jī)或智能手機(jī)內(nèi)置的磁場，大腦中的污染物積累量將增加五倍，并引發(fā)嚴(yán)重的神經(jīng)毒性。研究團(tuán)隊(duì)通過構(gòu)建小鼠共暴露模型發(fā)現(xiàn)，磁場顯著改變了磁性顆粒在體內(nèi)的分布行為，導(dǎo)致其在大腦中富集，進(jìn)而損害認(rèn)知功能。這一發(fā)現(xiàn)首次將材料的磁性、外部磁場與神經(jīng)毒性聯(lián)系起來，指出外界磁場可以通過磁性納米顆粒這一“媒介”間接對(duì)大腦產(chǎn)生危害。相關(guān)論文以“Brain Accumulation of Airborne Magnetite Nanoparticles under Earphone/Smartphone-Embedded Magnetic Fields Triggers Neurotoxicity”為題，發(fā)表在

ACS Nano

為模擬現(xiàn)實(shí)生活中的暴露場景，研究人員首先拆解了手機(jī)與耳機(jī)組件，發(fā)現(xiàn)其中的揚(yáng)聲器、振動(dòng)器和無線耳機(jī)均含有釹鐵硼磁體，能產(chǎn)生極強(qiáng)的靜磁場（圖1a）。這些磁場足以在體外吸引空氣中的磁性顆粒（圖1b）。進(jìn)一步的血漿模擬實(shí)驗(yàn)顯示，磁場能夠改變PM?.?在生物體液中的行為，促使磁鐵礦顆粒從分散狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維狀的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，并在磁源附近局部富集（圖1c）?；诖耍瑘F(tuán)隊(duì)構(gòu)建了小鼠共暴露模型：將模擬耳機(jī)佩戴于小鼠耳部，同時(shí)通過氣管滴注方式使其暴露于環(huán)境相關(guān)濃度的真實(shí)PM?.?或從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒（圖1d-g）。

圖1. 耳機(jī)/智能手機(jī)內(nèi)置磁場（EEM）的表征及共暴露小鼠模型的構(gòu)建。 (a) 手機(jī)及模擬耳機(jī)的組件，內(nèi)含EEM：（i）模擬耳機(jī)中的磁鐵；（ii-iii）聽筒；（iv）耳機(jī)（磁鐵圈出）；（v-vi）揚(yáng)聲器；（vii）振動(dòng)器。 (b) 來自手機(jī)和耳機(jī)的EEM暴露強(qiáng)度。 (c) EEM對(duì)小鼠血漿中PM?.?內(nèi)暴露行為的影響。 (d) 共暴露小鼠模型示意圖。 (e) 模擬耳機(jī)的構(gòu)成。 (f) 耳機(jī)磁鐵與從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒的磁滯回線。 (g) 模擬耳機(jī)的模擬磁場。

行為學(xué)測試結(jié)果顯示，同時(shí)暴露于磁場和磁性顆粒的小鼠在Morris水迷宮測試中表現(xiàn)顯著下降，目標(biāo)象限停留時(shí)間縮短，逃逸潛伏期延長，表明空間學(xué)習(xí)與記憶能力受損（圖2b-c）。更關(guān)鍵的是，通過透射電鏡和元素圖譜分析，研究人員在小鼠大腦中檢測到了外源性磁鐵礦顆粒，這些顆粒帶有典型的高溫燃燒生成特征（如鋁、硅共存），證實(shí)其來源于空氣污染（圖2e-f）。電子順磁共振定量分析表明，共暴露組小鼠大腦中的外源性磁性顆粒濃度比無磁場組高出五倍以上（圖2h）。相關(guān)性分析顯示，腦內(nèi)磁鐵礦含量越高，小鼠的行為學(xué)表現(xiàn)越差（圖2i）。

圖2. 同時(shí)暴露于EEM和PM?.?會(huì)誘發(fā)神經(jīng)毒性并促進(jìn)磁鐵礦納米顆粒在小鼠大腦中的積累。 (a) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分組。 (b,c) Morris水迷宮測試表現(xiàn)：目標(biāo)象限停留時(shí)間、穿越頻率及虛擬平臺(tái)潛伏期。 (d) 齒狀回中未標(biāo)記熒光強(qiáng)度或細(xì)胞計(jì)數(shù)的倍數(shù)變化。 (e) 小鼠腦中磁鐵礦納米顆粒的透射電鏡代表圖像及元素組成。 (f) 對(duì)(e)中磁鐵礦納米顆粒的鐵、氧、鋁、硅元素的EDX能譜面掃描分析。 (g) 利用元素指紋和磁性特征定量外源性磁鐵礦納米顆粒。 (h) 小鼠大腦中磁鐵礦納米顆粒的電子順磁共振波譜。 (i) 大腦磁鐵礦納米顆粒負(fù)荷與行為學(xué)結(jié)果之間的負(fù)相關(guān)性。

為了厘清究竟是“磁性”還是“化學(xué)組成”導(dǎo)致了神經(jīng)毒性，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)比了磁性Fe?O?顆粒與非磁性α-Fe?O?顆粒在磁場下的效應(yīng)（圖3a-c）。結(jié)果顯示，只有磁性顆粒在磁場下才會(huì)誘發(fā)顯著的認(rèn)知功能障礙（圖3d-f），這進(jìn)一步證實(shí)了磁性本身在毒性機(jī)制中的核心作用。

圖3. 磁性是PM?.?誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的關(guān)鍵決定因素。 (a) 研究設(shè)計(jì)與暴露顆粒的透射電鏡圖像。 (b,c) 納米顆粒的晶體學(xué)(b)和磁性(c)表征。 (d) Morris水迷宮測試中的逃逸潛伏期。 (e) 第三次水迷宮測試中各組小鼠與虛擬平臺(tái)互動(dòng)的時(shí)間、頻率和潛伏期。 (f) 各試驗(yàn)中單只小鼠的逃逸潛伏期。

通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析，研究發(fā)現(xiàn)共暴露導(dǎo)致海馬區(qū)大量基因表達(dá)失調(diào)（圖4a-b），特別是與認(rèn)知、學(xué)習(xí)、記憶及神經(jīng)元死亡相關(guān)的生物過程被顯著富集（圖4e）。KEGG通路分析顯示，阿爾茨海默病、MAPK信號(hào)通路及神經(jīng)退行性疾病通路中的關(guān)鍵基因出現(xiàn)顯著下調(diào)（圖4g）。進(jìn)一步的組學(xué)整合分析揭示，磁場暴露對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響甚至比單純增加顆粒劑量更為顯著（圖5a）。此外，血漿中的金屬組和反應(yīng)組也發(fā)生了顯著變化，表明共暴露不僅影響大腦，還引發(fā)了全身性的代謝紊亂（圖5b-d）。

圖4. EEM與PM?.?共暴露誘導(dǎo)的海馬轉(zhuǎn)錄組改變。 (a,b) 差異表達(dá)基因火山圖。 (c) 共暴露組與單獨(dú)磁鐵礦納米顆粒暴露組海馬差異表達(dá)基因的-log10(p值)相關(guān)性。 (d,e) 基于REVIGO總結(jié)的差異表達(dá)基因GO生物過程術(shù)語分層網(wǎng)絡(luò)。 (f) 差異表達(dá)基因的GO分子功能和細(xì)胞組分分析。 (g) 共暴露效應(yīng)的KEGG通路分析。

圖5. 共暴露中EEM對(duì)神經(jīng)毒性的貢獻(xiàn)。 (a) PM?.?暴露與磁場暴露與共暴露效應(yīng)的Mantel檢驗(yàn)相關(guān)性。 (b) 四個(gè)實(shí)驗(yàn)組（EPH、EP、CP、CS）的血漿反應(yīng)組熱圖。 (c) 四組小鼠血漿中的金屬組。 (d) 基于組學(xué)特征主成分分析距離對(duì)血漿中分子反應(yīng)和金屬變化的共暴露效應(yīng)量化。

本研究首次揭示，日常使用的耳機(jī)和手機(jī)所產(chǎn)生的磁場，可以像“磁力抓手”一樣將空氣中的磁性污染物吸入并滯留在大腦中，從而放大空氣污染的神經(jīng)毒性。這不僅為解釋空氣污染與神經(jīng)退行性疾病之間的關(guān)聯(lián)提供了全新的視角，也提示我們在評(píng)估電子設(shè)備安全性時(shí)，不能僅關(guān)注電磁輻射，還需考慮其磁場與環(huán)境顆粒物的協(xié)同效應(yīng)。未來，研究團(tuán)隊(duì)呼吁開展長期的慢性暴露研究，并結(jié)合流行病學(xué)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步明確這種共暴露模式下的人類健康風(fēng)險(xiǎn)閾值。