科學家尋找水銀在哺乳動物大腦中的秘密藏身處
科學家在獴的大腦中發現了汞,這表明環境面臨更廣泛的威脅,同時也引起了人們對人類接觸汞的擔憂。大多數化學形式的汞(Hg)都具有極大的神經毒性。即使是研究汞化合物的科學家也有可能接觸到汞。知名物理學家邁克爾-法拉第(Michael Faraday)因長期接觸汞蒸氣而導致汞中毒,49 歲時因健康狀況惡化而停止研究。
另一個例子是實驗室化學家凱倫-韋特哈恩(Karen Wetterhahn),她的一隻戴乳膠手套的手上滴落了幾滴從移液管中溢出的二甲基汞,導致二甲基汞中毒死亡。
大量研究都集中在汞的接觸和影響上,尤其是在海洋生物中。眾所周知,由於汞的存在,人們應該限制食用某些魚類,如鮪魚。然而,問題來了:汞離子能進入陸生動物的大腦嗎?普渡大學理學院物理與天文學教授尤利婭-普什卡博士最初對此持懷疑態度。自2008 年以來,她一直在普渡大學開展腦部影像計畫。她的研究小組在樣本製備、測量和數據分析方面具有專長,並受到美國和世界各地研究人員的追捧,其中包括來自日本和澳洲的研究人員。
汞是一種化學元素,符號為Hg,具有毒性。接觸汞會損害神經系統、腎臟、肝臟和免疫系統。許多研究已經檢測了海洋生物體內的汞濃度,但對於汞是否會聚集在陸地生物的大腦中卻知之甚少。
普什卡的研究小組的任務是檢查沖繩島採集的獴類動物大腦中的汞含量。令人驚訝的是,腦部掃描結果顯示這些入侵動物體內含有汞。研究小組對掃描進行了改進,將分辨率提高到數十奈米,以觀察受影響的腦細胞。他們的合作研究成果最近發表在《環境化學通訊》期刊。
汞如何進入獴腦的謎團仍未解開。可能的來源包括它們喝的水、吃的鳥蛋、接觸到的礦物質,甚至是它們呼吸的空氣。但有一點非常明確,這是一個非常糟糕的訊號。
普什卡解釋說:「汞在低濃度時就具有很強的毒性,因為汞可以與重要的生物大分子結合併影響其功能。解毒的效率將取決於檢測到的積聚物內部的吸收和結合常數,以及如果腦細胞死亡,這些積聚物的潛在洩漏。到目前為止,還沒有已知的方法可以安全地從組織中溶解這些聚集物,也沒有關於逆轉神經系統汞中毒的報導。我們應該採取的主要方法是避免任何接觸,尤其是像法拉第這樣的慢性接觸。”
「我對能否檢測到汞表示懷疑。通常情況下,神經毒性元素即使進入大腦,其濃度也是超低的,」普什卡說。「我們把這些標本帶到了阿貢國家實驗室的高級光子源,在那裡大腦受到了強烈的X 射線照射。儘管我持懷疑態度,但汞存在的信號還是出現了。”
透過掃描大腦樣本,研究人員開始追蹤汞含量似乎較高的大腦區域。經過三年的研究和五次前往兩個國家同步加速器設施(阿貢國家實驗室的先進光子源和布魯克海文國家實驗室的NSLS-II),研究人員現在可以報告說,特定的腦細胞:脈絡叢細胞(構成血腦脊髓液屏障)和室管膜下區的星狀細胞含有豐富的汞點(約0.5-2 微米大小)。普什卡的研究小組認為,這些細胞有助於過濾血液和腦組織中的汞,並在另一個元素硒(Se)的幫助下儲存汞。哪些特定的含硒生物分子能與汞結合還有待發現。
普什卡的研究團隊由Pavani Devabathini 和Gabriel Bury(兩人皆為研究生)以及當時的大學部學生Darrell Fischer(現就讀於哈佛大學研究所)組成。數據由整個團隊收集,並由Devabathini 和Fischer 進行分析。數據分析完成後,整個團隊都參與了出版物的撰寫。
這項發現對陸生動物的環境監測具有重要意義,並為追蹤腦細胞中的汞提供了新工具,可能對人類健康和安全產生影響。
「人類活動導致每年排放2000 公噸的汞化合物,而我們並不完全清楚這些具有神經毒性的汞最終去了哪裡,」普什卡說。”迄今為止,大多數研究都集中於海洋生物群(魚類和鯨魚),但陸地物種顯然也會受到影響。我們預計人腦會透過與脈絡叢細胞和星形膠質細胞的相互作用,以類似的方式對汞做出反應。不過,我們不知道人類腦中是否有足夠的含硒生物大分子與汞結合。”
編譯來源:ScitechDaily