作者昨日摄于北京朝阳区每到秋冬，许多城市都难免会出现“雾霾天”。

我们都知道，高浓度空气污染物会威胁人体的呼吸系统和心血管系统，但容易被忽视的是，空气污染还可能诱发脑部炎症，打击人类的生殖系统。科学家在努力寻找背后的机制，应对又一个环境污染带来的公共健康危机。

撰文 | 孙琳钰

审校 | 二七、clefable

 

一项流行病学调查研究曾统计了在1973-2011年间发表的、涉及男性生育力的论文，发现欧美国家男性的精子数量（本文中精子数量均指每毫升的精子个数）在这段约40年的时间里减少了52.4%，平均每年减少1.4%。这种趋势引起了科学家的警觉。

 



Meta 回归模型显示，1973-2011欧美国家男性精子数量约下降一半（图片来源：Hagai Levine）

 

随后，越来越多的研究证明，精子数量显著下降的主要原因可能是全球的环境污染，其中PM2.5污染首当其冲。但由于科学家并不清楚PM2.5如何影响精子的生成，因此无法在环境问题得到彻底解决前阻断男性精子数量下降的趋势。近日，马里兰大学的研究人员揭开了一个PM2.5影响精子数量的重要机制，相关论文发表在《环境与健康展望》（Environmental Health Perspectives）上。这项发现或能帮助我们找到更好的方法，来解决这个问题。

 

显著影响

PM2.5是空气中细小颗粒物的统称，因其空气动力学当量直径小于2.5微米而得名。PM2.5粒径小，易附带有害物质（重金属、病原体等），能长时间停留在大气中或通过气流远距离传播。而当PM2.5进入人体后，可径直进入支气管和血液，其上附着的重金属等污染物会对人体各个系统造成严重危害。

为了研究PM2.5对精子数量造成的影响，研究人员设置了两组空气条件。作为对照，过滤组小鼠呼吸的空气中PM2.5含量约为3微克/立方米。而污染组小鼠呼吸的空气中PM2.5的含量约为80微克/立方米。（虽然小鼠与人存在物种差异，但作为参照，我国2016年开始实行的《环境空气质量指数(AQI)技术规定（试行）》规定，日常天气预报中，空气质量“优”的PM2.5指标为低于35微克/立方米，“良”的指标为35~75毫克/立方米。）

 

研究者发现，在连续16周（每周5天，每天6小时）暴露于污染的空气后，污染组小鼠血液中的睾酮和促卵泡激素（能促进雄性体内精子的形成）的含量明显低于过滤组小鼠。组织切片显示，污染组小鼠的附睾中出现了很多发育不全的精子，且成熟的精子数量显著低于过滤组小鼠。这说明，PM2.5的确能显著影响精子生成。



过滤组（左）和污染组（右）小鼠附睾。污染组小鼠的附睾中成熟精子数量较少，不成熟的精子（箭头）较多。（图片来源：原论文）

曾有论文指出，PM2.5能破坏保护生精小管（产生精子的场所）的血睾屏障，引起睾丸炎症，进而影响精子的形成。然而，也有大量的研究表示，并未在少精小鼠的体内检测到睾丸炎症。研究人员分析发现，局部炎症可能不是引起精子减少的重要原因。

他们注意到，曾有研究称暴露于高浓度PM2.5会导致小鼠的下丘脑出现炎症或者下丘脑-垂体-性腺轴（神经系统调控性腺活动的“通路”）的活动受到抑制。也就是说，调节性腺活动的神经内分泌系统在PM2.5污染物的影响下可能失灵了，这会不会是精子减少的真正原因呢？

 

神经炎症

下丘脑位于大脑底部，是内分泌活动的调控中心。它能促使垂体释放各种促性腺激素进入血液，这些激素到达性腺（如睾丸）后，能促进性腺分泌生理活动相关的性激素（如睾酮）。研究人员观察到，污染组小鼠吸入了大量的PM2.5，它们下丘脑中的炎性因子（如肿瘤坏死因子α等，能引发炎症）的含量是对照组小鼠的2倍以上。这说明污染组的小鼠下丘脑中出现了炎症，而炎症很有可能影响了其中分泌激素的细胞的正常功能。

研究人员锁定了下丘脑发生炎症时高表达的一种蛋白激酶IKK2。利用基因工程技术，研究者让小鼠的神经元大量合成这种蛋白质，他们发现当IKK2增多时，可以直接导致小鼠附睾中的精子数量和睾酮水平下降，达到与呼吸大量污染空气相似的效果。



过滤组（左）和污染组小鼠下丘脑中IKK2（绿色信号）的表达情况。（图片来源：原论文）

接着，研究者用基因编辑敲除了神经元中编码IKK2的基因，使小鼠的下丘脑神经元无法表达这种蛋白质。他们发现，失去IKK2后，小鼠即使呼吸了很多PM2.5污染物，但其生殖系统的各项指标仍能保持正常。

研究人员认为，他们找到了PM2.5影响精子发育的关键原因：吸入的PM2.5会导致下丘脑出现炎症和下丘脑-垂体-性腺轴发生紊乱，进而造成促性腺激素分泌减少，最终导致小鼠的睾酮分泌减少，精子发育受阻，数量下降。而阻止下丘脑中炎性相关蛋白IKK2的表达，可以避免空气污染对生殖系统造成危害。

论文的通讯作者、马里兰大学医学副教授应哲康说：“此研究显示，去掉小鼠脑中的一个炎症标志物（蛋白激酶IKK2），即可挽救小鼠因空气污染而减少的精子数量。这意味着我们如果针对神经元中的IKK2设计一些药物或者治疗方案，也许能够防止或者逆转空气污染对男性生殖能力造成的损害 。“马里兰大学医学教授查尔斯·洪（Charles Hong）评论称：“ 空气污染也可能通过相似的机制（脑组织炎症）诱发高血压、糖尿病和心脏病等疾病，因此这个发现可能有更广泛的意义和应用。”

 

拒绝“习惯成自然”

随着研究的深入，科学家逐步证实空气污染对人类健康造成的打击，是广泛且深远的。这也警醒着我们不要对污染天气习惯成自然。今年，联合国环境规划署发布的《空气质量行动：全球减轻空气污染政策和计划总结》指出，2019年，全球92%的人类生活地区的PM2.5浓度超过了2005年世界卫生组织（WHO）规定的健康水平：10微克/立方米。而经专家小组审议近500篇论文后，WHO于今年将这一标准下调为5微克/立方米，体现了科学界对空气污染问题的持续关注和严肃态度。

想要彻底治理雾霾需要完成漫长的能源结构转型。尽管在积极的应对下，我国空气质量多年来得到了持续改善，但时至今日，中高度污染天气在一些地区仍是每年“可能会迟到，但绝不会缺席“的老问题。生物学家的研究成果投入使用还需大量的工作和时间，在此之前，在雾霾天减少室外活动、出门戴好口罩或许是最有效的应对方式。