综述：军事职业环境中燃烧烟雾吸入对神经炎症和大脑健康的影响

《NeuroToxicology》：The Impact of Military Occupational Combustion Smoke Inhalation on Neuroinflammation and Brain Health

燃烧衍生气溶胶通过肺脑轴和嗅觉路径影响中枢神经系统的氧化应激、炎症反应及血脑屏障功能，导致神经炎症和神经退行性疾病风险增加，需加强暴露监测和精准预防。

　　

安东尼·R·怀特

大脑与心理健康，QIMR Berghofer医学研究所

摘要

来自军事焚烧坑、野火以及城市/工业源的空气传播燃烧排放物越来越被认为是神经毒性暴露组的一部分，其潜在影响不仅限于心肺疾病，还可能波及大脑健康。这些气溶胶由细颗粒物（PM?.?/PM?.?）、多环芳烃、挥发性有机化合物、金属和反应性气体等成分组成，其具体组成会因燃料类型、燃烧效率及大气老化过程而变化。实验模型、流行病学研究以及受暴露人群的数据表明，吸入的污染物可能通过两种主要途径影响中枢神经系统：（i）肺-脑轴，即肺部氧化损伤和全身免疫激活会引发内皮功能障碍并破坏血脑屏障的完整性；（ii）嗅觉（从鼻子到大脑）途径，其中超细颗粒物和亲脂性成分与嗅觉神经上皮相互作用，导致与嗅觉相关的大脑区域出现早期神经免疫变化。在细胞层面，这些暴露因素会引发小胶质细胞和星形胶质细胞的激活、TLR–NF-κB信号通路及炎症小体的激活、线粒体功能障碍以及脂质过氧化，这些过程可能导致慢性神经炎症，并可能与创伤性脑损伤、心理压力、热应激、睡眠障碍和心血管代谢并发症等“二次打击”因素相互作用。退伍军人和野地消防员是研究暴露-生物标志物-结局关系的关键职业群体。本文综述了将燃烧产生的气溶胶与神经炎症和神经退行性疾病相关机制联系起来的现有证据，强调了针对军事操作暴露的特定考虑因素，并概述了暴露监测、多组学生物标志物检测（血液和鼻/嗅觉样本）以及早期风险分层的转化策略，以便对易感人群进行有针对性的预防。

章节摘录

引言：神经毒性暴露组

几千年来，燃烧技术为人类的热能生产、交通运输、工业发展和食品生产提供了基础；然而，燃烧产生的副产品——烟雾、煤烟（碳颗粒物）和反应性气体——如今已成为全球最普遍且危害最大的环境健康问题之一。与单一有毒物质暴露不同，燃烧排放物是复杂的动态混合物，其成分会因燃料类型、燃烧效率及大气处理方式而变化。

燃烧产生的气溶胶的组成

燃烧产生的气溶胶在化学和物理性质上具有异质性，这反映了其来源材料和燃烧条件的差异。尽管存在这些差异，它们仍包含一些共同的核心毒性成分，如颗粒物、金属、多环芳烃和反应性气体（Kelly和Fussell，2015年），了解这些成分对于解释其下游的神经生物学效应至关重要。

从空气到大脑的暴露途径

空气中的污染物可通过两条主要途径到达大脑：（1）通过肺-脑轴的系统性炎症和血管变化间接传递；（2）直接通过嗅觉上皮和嗅觉神经（即从鼻子到大脑的途径）。这两种途径最终都会导致大脑内皮细胞和胶质细胞的激活、氧化应激以及神经元稳态的破坏（Block和Calderón-Garcidue?as，2009年）

对燃烧产物的免疫反应

在细胞层面，燃烧产物会引发先天免疫系统的激活、氧化应激和代谢功能障碍，共同构成神经炎症状态。污染物颗粒表面可能含有类似病原体相关分子模式（PAMPs）的分子（Woodward等人，2017年；Bauer等人，2012年），这些分子可以与小胶质细胞和星形胶质细胞上的Toll样受体（TLR2和TLR4）结合，从而触发下游的NF-κB和MAPK信号通路

从神经炎症到神经退行性疾病的危险

虽然神经炎症反应具有一定的保护作用，但失调的神经炎症可能导致神经毒性后果。胶质细胞的持续激活和氧化应激会引发神经元功能障碍、突触丢失和蛋白质错误折叠，从而将环境暴露与经典的神经退行性疾病联系起来（Peters等人，2019年）。持续的活性氧（ROS）和细胞因子的产生会通过硝化和氧化作用改变神经元蛋白，促进关键神经退行性病变的发生

神经炎症和神经损伤的体外生物标志物

将机制发现转化为临床监测需要能够同时反映暴露情况和效应的可测量生物标志物。这些标志物可以是化学的、分子的或细胞的，越来越多的研究采用多组学方法（包括转录组学、蛋白质组学和脂质组学）来发现这些标志物。外周血液为研究神经炎症提供了侵入性最小的窗口。IL-6、TNF-α和IL-1β水平的升高反映了全身性的免疫激活，而神经丝蛋白的变化也反映了炎症状态

人群脆弱性和性别差异

虽然所有暴露于燃烧产物的个体都会受到一定程度的影响，但由于生物学、遗传和社会环境因素的不同，个体间的易感性可能存在显著差异。理解这种异质性对于准确评估风险和开发精准干预措施至关重要。抗氧化和炎症途径中的基因多态性会影响个体对空气污染物的敏感性。与神经退行性疾病相关的APOE和NFE2L2（编码Nrf2）基因的变异也会影响易感性

转化策略和治疗策略

将机制和生物标志物的发现转化为实际的健康保护措施是环境神经科学的核心目标。预防性和治疗性方法可分为暴露缓解、生物保护和早期检测三类。在群体层面，减少暴露仍然是最有效的干预措施。改进控制措施、优化废物管理流程以及采用更安全的燃烧技术对军事和应急服务至关重要

比较流行病学：退伍军人、消防员和普通公众

流行病学数据显示，暴露于燃烧产物的群体中存在共性和群体特异性的健康问题。对退伍军人的研究发现，他们在部署后出现呼吸系统疾病、慢性疲劳和认知症状的患病率较高（Dickey等人，2021年；Danahy等人，2023年；Spelman等人，2012年），同时血液中的炎症标志物水平也长期处于较高状态，这与部署后的长期免疫失调有关

未来方向和研究重点

为了将机制发现转化为有效的预防、监测和干预策略，有几个研究重点亟待解决。当前燃烧暴露研究的一个主要局限是暴露研究方案的异质性，这给跨研究比较带来了困难，并限制了研究的可重复性。开发标准化的燃烧烟雾生成系统（包括可控的焚烧坑模拟装置、野火烟雾实验室和代表性的柴油尾气生成装置）至关重要

结论

来自军事焚烧坑、野火以及城市/工业源的燃烧产生气溶胶构成了一个普遍存在的神经毒性暴露组，对神经炎症和后期大脑疾病具有显著影响。在不同暴露情况下，核心机制始终包括氧化应激、先天免疫激活以及微血管/血脑屏障功能障碍。吸入的污染物可通过肺-脑轴间接影响中枢神经系统

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资金支持

无

作者贡献声明

A.W.提出了手稿的总体构想，进行了文献检索并撰写了手稿

利益冲突

作者声明没有利益冲突

竞争利益声明

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