江桂斌院士團隊：耳機、手機磁場把空氣中的磁性顆粒“吸進”大腦！認知功能或損傷

手機、耳機里的磁鐵，很多人都沒當回事。畢竟它不像電磁輻射那樣引發爭論，普遍認為靜磁場對人體無害。但中國科學院江桂斌院士團隊發表的一項最新研究發現，空氣中的PM2.5里含有大量磁性納米顆粒，而耳機和手機發出的靜磁場，恰恰能把這類顆粒吸進大腦。在小鼠實驗中，這個效應讓大腦中的外源性磁性顆粒濃度增加了5倍以上，同時伴隨明顯的認知功能損傷。研究發表在環境科學領域期刊ACS Nano上。

研究背景與目的

磁性是納米材料的重要特性。天然、偶然和人工合成的磁性納米顆粒在自然界和人類活動中普遍存在。作為一種空氣污染物，磁鐵礦納米顆粒（MNPs）可以進入人體甚至大腦，造成嚴重的健康隱患。然而，與其他理化性質（如尺寸、形狀或表面化學性質）不同，磁性對納米顆粒生物分布和毒性的影響尚不明確。

本研究使用6至8周齡的C57BL/6J小鼠，同時暴露于空氣中的MNPs和耳機/智能手機內置的磁場（EEM），以探究納米材料磁性對吸入納米顆粒體內歸趨和神經毒性的影響。研究結果揭示了納米材料磁性和毒性之間的聯系，發現外源納米顆粒可以作為體內磁場暴露對健康影響的直接介質，并為磁場暴露和空氣污染對健康的影響提供了新的見解。

實驗設計

研究人員從燃煤飛灰中提取了PM2.5來源的磁性納米顆粒（主要成分為四氧化三鐵），通過氣管滴注的方式讓小鼠吸入。同時，將模擬耳機的磁鐵裝置放置在老鼠耳朵兩側，模擬日常使用耳機時的磁場暴露。對照組包括：僅暴露顆粒無磁場、僅暴露磁場無顆粒、暴露去除了磁性成分的PM2.5、以及暴露非磁性氧化鐵顆粒（三氧化二鐵）。通過檢測大腦中的顆粒濃度、行為學測試、海馬體轉錄組測序、血漿金屬組學和反應組學等多維度指標，評估磁場與顆粒共暴露的神經效應。

磁場改變顆粒在體內的行為

體外實驗發現，耳機中的磁鐵可以吸附大量PM2.5顆粒。在模擬血漿環境中，磁場明顯改變了磁性納米顆粒的聚集狀態：從分散狀態轉變為纖維狀的鏈式結構。這意味著，當人戴著耳機時，吸入的磁性顆粒可能會在靠近磁場的區域（如耳部、腦部）發生局部富集。

共暴露導致認知功能受損

在行為學測試中，同時暴露于磁性顆粒和磁場的小鼠，在Morris水迷宮實驗中的目標象限進入次數顯著減少（p<0.01），平臺穿越次數也明顯下降，潛伏期延長。這說明空間學習和記憶能力受到了損害。單獨暴露于PM2.5或磁性顆粒的小鼠，雖然也出現了一定程度的異常，但程度遠不及共暴露組。值得注意的是，去除了磁性成分的PM2.5，其神經毒性明顯減輕，表現為海馬齒狀回區域的神經母細胞數量增加，細胞存活和增殖指標也呈現恢復趨勢。這直接說明，PM2.5中的磁性成分是其神經毒性的關鍵貢獻者。

大腦中的磁性顆粒濃度增加了5倍以上

這是整項研究最核心的發現。通過電子順磁共振定量檢測，研究人員發現：同時暴露于磁性顆粒和磁場的小鼠，大腦中外源性磁性顆粒的濃度比單純暴露顆粒的小鼠高出5倍以上。電鏡觀察確認，這些顆粒粒徑多在100納米以下，表面具有典型的高溫熔融結晶結構，并伴生鋁、硅等元素，明確來自外源性PM2.5，而非內源性鐵蛋白。而且，大腦中磁性顆粒的積累量與行為學測試指標呈顯著負相關（r<-0.6），顆粒越多，認知表現越差。

磁性強弱決定神經毒性大小

為了進一步確認是“磁性”而非顆粒本身在起作用，研究人員對比了四氧化三鐵（強磁性）和三氧化二鐵（無磁性）兩種顆粒。兩種顆粒形態和化學成分相似，唯獨磁性不同。結果發現：只有磁性顆粒在磁場共暴露下產生了神經毒性，非磁性顆粒則沒有。這組對照實驗排除了顆粒化學組成本身的干擾，將因果關系鎖定在“磁性”這個物理屬性上。

海馬體基因表達被顯著改變

轉錄組分析顯示，共暴露組海馬體中出現了5264個差異表達基因，而單獨暴露于磁性顆粒的組只有851個。共暴露誘導的差異基因顯著富集在與認知、學習、記憶、神經元死亡相關的功能通路上。KEGG通路分析顯示，阿爾茨海默病通路、MAPK信號通路（應激與凋亡相關）、神經退行性疾病通路中的前10個基因，大部分呈下調表達。這些變化與GTPase信號通路功能紊亂相關，而GTPase功能障礙已被證實與多種神經退行性疾病有關。

磁場貢獻大于顆粒本身

通過分解共暴露效應，研究人員發現：由磁場誘導的差異基因（2343個）多于由顆粒濃度增加誘導的差異基因（1691個）。磁場誘導的基因更顯著地富集在突觸組織、認知功能等神經毒性相關通路上。血漿反應組學分析也顯示，磁場與顆粒共暴露組的代謝反應變化模式更接近單獨磁場組，而非單獨顆粒組。這說明在共暴露的神經毒性效應中，磁場的作用比顆粒本身更大：它不僅是“搬運工”，還在主動改變神經系統的分子狀態。

總結

這項研究的核心結論很直接：耳機和手機的靜磁場，會增強空氣中磁性顆粒在大腦中的積累，進而損傷認知功能。小鼠實驗中，共暴露讓大腦中的外源性磁性顆粒濃度增加了5倍以上，同時伴隨明確的學習記憶能力下降。從機制上看，磁場可能通過改變磁性顆粒在體內的聚集狀態和分布路徑，使其更易穿過血腦屏障進入大腦；進入大腦后，這些顆粒進一步干擾GTPase-MAPK信號通路，影響海馬體的神經可塑性和基因表達。

需要強調的是，這是小鼠的急性暴露實驗，不能直接推到人身上。人腦中本來就存在外源性磁性顆粒，日常使用耳機和手機的磁場強度也遠低于實驗設置。但這項研究提供了一個此前未被重視的生物學機制：納米顆粒的磁性，可能是其與生物系統相互作用的一個關鍵物理參數。對于普通讀者來說，一個務實的建議是：減少不必要的長時間佩戴耳機，尤其是在空氣污染較重的環境下。

來源：Zhang W, Deng S, Guo H, Hao S, Ji N, Xu W, Yang X, Liu Q, Jiang G. Brain Accumulation of Airborne Magnetite Nanoparticles under Earphone/Smartphone-Embedded Magnetic Fields Triggers Neurotoxicity. ACS Nano. 2026 Mar 17;20(10):8789-8802. doi: 10.1021/acsnano.5c22066. Epub 2026 Mar 3. PMID: 41774862.

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