2021年11月07日 09:00
【科學快訊】
作者昨日攝於北京朝陽區
每到秋冬，許多城市都難免會出現「霧霾天」。我們都知道，高濃度空氣汙染物會威脅人體的呼吸系統和心血管系統，但容易被忽視的是，空氣汙染還可能誘發腦部炎症，打擊人類的生殖系統。科學家在努力尋找背後的機制，應對又一個環境汙染帶來的公共健康危機。
撰文 | 孫琳鈺
審校 | 二七、clefable
一項流行病學調查研究曾統計了在1973-2011年間發表的、涉及男性生育力的論文，發現歐美國家男性的精子數量（本文中精子數量均指每毫升的精子個數）在這段約40年的時間裏減少了52.4%，平均每年減少1.4%。這種趨勢引起了科學家的警覺。
隨後，越來越多的研究證明，精子數量顯著下降的主要原因可能是全球的環境汙染，其中PM2.5汙染首當其沖。但由於科學家並不清楚PM2.5如何影響精子的生成，因此無法在環境問題得到徹底解決前阻斷男性精子數量下降的趨勢。近日，馬裏蘭大學的研究人員揭開了一個PM2.5影響精子數量的重要機制，相關論文發表在《環境與健康展望》（Environmental Health Perspectives）上。這項發現或能幫助我們找到更好的方法，來解決這個問題。
顯著影響
PM2.5是空氣中細小顆粒物的統稱，因其空氣動力學當量直徑小於2.5微米而得名。PM2.5粒徑小，易附帶有害物質（重金屬、病原體等），能長時間停留在大氣中或通過氣流遠距離傳播。而當PM2.5進入人體後，可徑直進入支氣管和血液，其上附著的重金屬等汙染物會對人體各個系統造成嚴重危害。
為了研究PM2.5對精子數量造成的影響，研究人員設置了兩組空氣條件。作為對照，過濾組小鼠呼吸的空氣中PM2.5含量約為3微克/立方米。而汙染組小鼠呼吸的空氣中PM2.5的含量約為80微克/立方米。（雖然小鼠與人存在物種差異，但作為參照，我國2016年開始實行的《環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行）》規定，日常天氣預報中，空氣質量「優」的PM2.5指標為低於35微克/立方米，「良」的指標為35~75毫克/立方米。）
研究者發現，在連續16周（每周5天，每天6小時）暴露於汙染的空氣後，汙染組小鼠血液中的睾酮和促卵泡激素（能促進雄性體內精子的形成）的含量明顯低於過濾組小鼠。組織切片顯示，汙染組小鼠的附睾中出現了很多發育不全的精子，且成熟的精子數量顯著低於過濾組小鼠。這說明，PM2.5的確能顯著影響精子生成。
曾有論文指出，PM2.5能破壞保護生精小管（產生精子的場所）的血睾屏障，引起睾丸炎症，進而影響精子的形成。然而，也有大量的研究表示，並未在少精小鼠的體內檢測到睾丸炎症。研究人員分析發現，局部炎症可能不是引起精子減少的重要原因。
他們注意到，曾有研究稱暴露於高濃度PM2.5會導致小鼠的下丘腦出現炎症或者下丘腦-垂體-性腺軸（神經系統調控性腺活動的「通路」）的活動受到抑制。也就是說，調節性腺活動的神經內分泌系統在PM2.5汙染物的影響下可能失靈了，這會不會是精子減少的真正原因呢？
神經炎症
下丘腦位於大腦底部，是內分泌活動的調控中心。它能促使垂體釋放各種促性腺激素進入血液，這些激素到達性腺（如睾丸）後，能促進性腺分泌生理活動相關的性激素（如睾酮）。研究人員觀察到，汙染組小鼠吸入了大量的PM2.5，它們下丘腦中的炎性因子（如腫瘤壞死因子α等，能引發炎症）的含量是對照組小鼠的2倍以上。這說明汙染組的小鼠下丘腦中出現了炎症，而炎症很有可能影響了其中分泌激素的細胞的正常功能。
研究人員鎖定了下丘腦發生炎症時高表達的一種蛋白激酶IKK2。利用基因工程技術，研究者讓小鼠的神經元大量合成這種蛋白質，他們發現當IKK2增多時，可以直接導致小鼠附睾中的精子數量和睾酮水平下降，達到與呼吸大量汙染空氣相似的效果。
接著，研究者用基因編輯敲除了神經元中編碼IKK2的基因，使小鼠的下丘腦神經元無法表達這種蛋白質。他們發現，失去IKK2後，小鼠即使呼吸了很多PM2.5汙染物，但其生殖系統的各項指標仍能保持正常。
研究人員認為，他們找到了PM2.5影響精子發育的關鍵原因：吸入的PM2.5會導致下丘腦出現炎症和下丘腦-垂體-性腺軸發生紊亂，進而造成促性腺激素分泌減少，最終導致小鼠的睾酮分泌減少，精子發育受阻，數量下降。而阻止下丘腦中炎性相關蛋白IKK2的表達，可以避免空氣汙染對生殖系統造成危害。
論文的通訊作者、馬裏蘭大學醫學副教授應哲康說：「此研究顯示，去掉小鼠腦中的一個炎症標志物（蛋白激酶IKK2），即可挽救小鼠因空氣汙染而減少的精子數量。這意味著我們如果針對神經元中的IKK2設計一些藥物或者治療方案，也許能夠防止或者逆轉空氣汙染對男性生殖能力造成的損害 。「馬裏蘭大學醫學教授查爾斯·洪（Charles Hong）評論稱：「空氣汙染也可能通過相似的機制（腦組織炎症）誘發高血壓、糖尿病和心臟病等疾病，因此這個發現可能有更廣泛的意義和應用。」
拒絕「習慣成自然」
隨著研究的深入，科學家逐步證實空氣汙染對人類健康造成的打擊，是廣泛且深遠的。這也警醒著我們不要對汙染天氣習慣成自然。今年，聯合國環境規劃署發布的《空氣質量行動：全球減輕空氣汙染政策和計劃總結》指出，2019年，全球92%的人類生活地區的PM2.5濃度超過了2005年世界衛生組織（WHO）規定的健康水平：10微克/立方米。而經專家小組審議近500篇論文後，WHO於今年將這一標准下調為5微克/立方米，體現了科學界對空氣汙染問題的持續關注和嚴肅態度。
想要徹底治理霧霾需要完成漫長的能源結構轉型。盡管在積極的應對下，我國空氣質量多年來得到了持續改善，但時至今日，中高度汙染天氣在一些地區仍是每年「可能會遲到，但絕不會缺席「的老問題。生物學家的研究成果投入使用還需大量的工作和時間，在此之前，在霧霾天減少室外活動、出門戴好口罩或許是最有效的應對方式。
參考鏈接：
本文轉自《環球科學》
