三院院士團隊，驚人發現：耳機、手機產生的磁場促使空氣污染顆粒入腦，引發神經毒性！

隨著智能手機與無線耳機的普及，人類生活在一個充滿磁場暴露的環境中。然而，磁場是否對健康構成威脅一直是科學界的盲點。傳統觀點認為，磁場主要通過電磁輻射的遺傳毒性或產生活性氧來影響生物體，但這些假設缺乏“磁性”與“毒性”之間的內在聯系。與此同時，空氣污染中的細顆粒物（PM?.?），尤其是具有磁性的磁鐵礦納米顆粒（MNPs），已被證實可進入人體甚至大腦，并與神經系統疾病有關。當無處不在的空氣污染遇上日常使用的電子磁場，兩者結合是否會產生協同的健康風險？這一問題構成了當前環境神經科學領域面臨的全新挑戰。

中國科學院生態環境研究中心江桂斌教授（中國科學院院士、發展中國家科學院院士，美國國家工程院外籍院士）、劉倩研究員最新研究揭示，當吸入含有磁鐵礦納米顆粒的空氣污染物時，若同時暴露于耳機或智能手機內置的磁場，大腦中的污染物積累量將增加五倍，并引發嚴重的神經毒性。研究團隊通過構建小鼠共暴露模型發現，磁場顯著改變了磁性顆粒在體內的分布行為，導致其在大腦中富集，進而損害認知功能。這一發現首次將材料的磁性、外部磁場與神經毒性聯系起來，指出外界磁場可以通過磁性納米顆粒這一“媒介”間接對大腦產生危害。相關論文以“Brain Accumulation of Airborne Magnetite Nanoparticles under Earphone/Smartphone-Embedded Magnetic Fields Triggers Neurotoxicity”為題，發表在

ACS Nano

為模擬現實生活中的暴露場景，研究人員首先拆解了手機與耳機組件，發現其中的揚聲器、振動器和無線耳機均含有釹鐵硼磁體，能產生極強的靜磁場（圖1a）。這些磁場足以在體外吸引空氣中的磁性顆粒（圖1b）。進一步的血漿模擬實驗顯示，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轉變為纖維狀的鏈式結構，并在磁源附近局部富集（圖1c）。基于此，團隊構建了小鼠共暴露模型：將模擬耳機佩戴于小鼠耳部，同時通過氣管滴注方式使其暴露于環境相關濃度的真實PM?.?或從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒（圖1d-g）。

圖1. 耳機/智能手機內置磁場（EEM）的表征及共暴露小鼠模型的構建。 (a) 手機及模擬耳機的組件，內含EEM：（i）模擬耳機中的磁鐵；（ii-iii）聽筒；（iv）耳機（磁鐵圈出）；（v-vi）揚聲器；（vii）振動器。 (b) 來自手機和耳機的EEM暴露強度。 (c) EEM對小鼠血漿中PM?.?內暴露行為的影響。 (d) 共暴露小鼠模型示意圖。 (e) 模擬耳機的構成。 (f) 耳機磁鐵與從粉煤灰中提取的磁鐵礦納米顆粒的磁滯回線。 (g) 模擬耳機的模擬磁場。

行為學測試結果顯示，同時暴露于磁場和磁性顆粒的小鼠在Morris水迷宮測試中表現顯著下降，目標象限停留時間縮短，逃逸潛伏期延長，表明空間學習與記憶能力受損（圖2b-c）。更關鍵的是，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）。相關性分析顯示，腦內磁鐵礦含量越高，小鼠的行為學表現越差（圖2i）。

圖2. 同時暴露于EEM和PM?.?會誘發神經毒性并促進磁鐵礦納米顆粒在小鼠大腦中的積累。 (a) 實驗設計與分組。 (b,c) Morris水迷宮測試表現：目標象限停留時間、穿越頻率及虛擬平臺潛伏期。 (d) 齒狀回中未標記熒光強度或細胞計數的倍數變化。 (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(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荷與行為學結果之間的負相關性。

為了厘清究竟是“磁性”還是“化學組成”導致了神經毒性，研究團隊對比了磁性Fe?O?顆粒與非磁性α-Fe?O?顆粒在磁場下的效應（圖3a-c）。結果顯示，只有磁性顆粒在磁場下才會誘發顯著的認知功能障礙（圖3d-f），這進一步證實了磁性本身在毒性機制中的核心作用。

圖3. 磁性是PM?.?誘導神經毒性的關鍵決定因素。 (a) 研究設計與暴露顆粒的透射電鏡圖像。 (b,c) 納米顆粒的晶體學(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互動的時間、頻率和潛伏期。 (f) 各試驗中單只小鼠的逃逸潛伏期。

通過轉錄組學分析，研究發現共暴露導致海馬區大量基因表達失調（圖4a-b），特別是與認知、學習、記憶及神經元死亡相關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信號通路及神經退行性疾病通路中的關鍵基因出現顯著下調（圖4g）。進一步的組學整合分析揭示，磁場暴露對神經系統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組也發生了顯著變化，表明共暴露不僅影響大腦，還引發了全身性的代謝紊亂（圖5b-d）。

圖4. EEM與PM?.?共暴露誘導的海馬轉錄組改變。 (a,b) 差異表達基因火山圖。 (c) 共暴露組與單獨磁鐵礦納米顆粒暴露組海馬差異表達基因的-log10(p值)相關性。 (d,e) 基于REVIGO總結的差異表達基因GO生物過程術語分層網絡。 (f) 差異表達基因的GO分子功能和細胞組分分析。 (g) 共暴露效應的KEGG通路分析。

圖5. 共暴露中EEM對神經毒性的貢獻。 (a) PM?.?暴露與磁場暴露與共暴露效應的Mantel檢驗相關性。 (b) 四個實驗組（EPH、EP、CP、CS）的血漿反應組熱圖。 (c) 四組小鼠血漿中的金屬組。 (d) 基于組學特征主成分分析距離對血漿中分子反應和金屬變化的共暴露效應量化。

本研究首次揭示，日常使用的耳機和手機所產生的磁場，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毒性。這不僅為解釋空氣污染與神經退行性疾病之間的關聯提供了全新的視角，也提示我們在評估電子設備安全性時，不能僅關注電磁輻射，還需考慮其磁場與環境顆粒物的協同效應。未來，研究團隊呼吁開展長期的慢性暴露研究，并結合流行病學數據，進一步明確這種共暴露模式下的人類健康風險閾值。