阿尔茨海默病是一种进行性脑部疾病，最终会使患者丧失记忆、沟通和独立生活的能力。预计到2050年，将影响近1400万美国人及其家人，造成1万亿美元的经济成本——超过治疗心脏病和癌症的估计总费用之和。
在美国主要死因中，阿尔茨海默病是目前唯一一种无法预防、治愈甚至延缓病程的疾病。我们的最新研究旨在通过更深入地了解该病背后的环境成因和机制，改变这一局面。
我们的研究结果使我们得出结论：室外空气污染中，发电厂和汽车排放的微小颗粒会进入肺部和血液，可能使老年女性患痴呆症的风险接近翻倍。如果我们的研究结果适用于普通人群，那么环境空气中的细颗粒物污染可能是约五分之一痴呆症病例的成因。
这项研究首次将人类流行病学调查与动物实验相结合，为全球不断积累的研究成果增添了证据，这些研究将空气污染与痴呆症联系起来。研究还首次提供了科学证据，表明一种关键的阿尔茨海默病风险基因APOE4会与空气颗粒物相互作用，加速大脑衰老。
烟尘背后的关联
此前的研究已在南加州大学证实，空气污染会加速心脏病发作风险。在此基础上，我们成立了AirPollBrain研究组，以考察暴露于细颗粒物（因颗粒直径为2.5微米或更小而称为PM2.5）是否以及如何影响大脑衰老。
我们设计这项研究，旨在回答三个总体问题。首先，我们想了解居住在室外PM2.5浓度较高地区的老年人，认知障碍、尤其是痴呆症的风险是否更高。我们还想了解，携带阿尔茨海默病高风险基因APOE4的人，是否更容易受到空气中PM2.5长期暴露可能造成的损害。
我们的第三个问题是，在经过基因改造、携带人类阿尔茨海默病基因的小鼠身上进行受控颗粒物暴露，能否观察到类似结果。如果我们在小鼠身上发现类似影响，就可能有助于揭示人类大脑中相关变化背后的潜在机制。
我们重点研究老年女性和雌性小鼠，因为与男性相比，APOE4会使女性患阿尔茨海默病的风险更高。
人类研究对象
在人类流行病学研究部分，我们与以下项目的研究人员合作：女性健康倡议记忆研究，简称WHIMS。该研究追踪了全国各地一大批老年女性，自20世纪90年代末开始；当时这些女性年龄为65至79岁，且没有痴呆症或任何显著的认知障碍。
我们结合美国环境保护署（EPA）的监测数据和空气质量模拟，建立了数学模型，用以估算1999年至2010年间这些女性居住地的日常室外PM2.5浓度。由于WHIMS对研究参与者进行了密切跟踪，我们得以收集可能影响个人痴呆症风险的其他因素的详细信息，例如吸烟、运动、身体质量指数、激素疗法，以及糖尿病和心脏病等其他临床风险因素。这使我们能够将这些因素纳入考量，更准确地分离出空气污染暴露的影响。
我们发现，暴露于较高PM2.5浓度的女性认知能力下降更快，患痴呆症的风险也更高。居住在PM2.5浓度超过美国环境保护署标准地区的老年女性，整体认知能力下降的风险高出81%，患痴呆症（包括阿尔茨海默病）的可能性高出92%。与只有基础遗传风险、未携带APOE4基因的女性相比，携带两份APOE4基因的老年女性因长期暴露于PM2.5而增加的这一环境风险高出两到三倍。
小鼠模型
在实验室研究中，我们让携带阿尔茨海默病基因的雌性小鼠暴露于纳米级空气污染颗粒，持续15周。空气颗粒物采集技术由我们的同事、南加州大学维特比工程学院的Constantinos Sioutas发明，可从南加州大学校园边缘采集空气颗粒物，作为城市地区的代表性空气样本。
实验数据表明，持续暴露于这种颗粒物的小鼠大脑中积累了更多称为β淀粉样蛋白的蛋白质沉积。在人类中，β淀粉样蛋白被视为神经退行性变的病理驱动因素，也是预防阿尔茨海默病发病或延缓其进展的治疗干预的重要靶点。与我们对老年女性的流行病学观察结果相似，这些影响在携带APOE4、易患阿尔茨海默病的雌性小鼠身上更为明显。
未来研究
未来的研究将考察这些发现是否也适用于男性，以及正在研发的药物是否能防护空气污染暴露。我们还需要开展更多工作，以确认因果关系，并了解空气污染如何进入大脑并对其造成损害。
空气污染暴露造成的大脑衰老可能从发育阶段就已开始，因此我们还想研究生命早期的空气污染暴露与阿尔茨海默病之间的关系。我们已经知道，肥胖和糖尿病是阿尔茨海默病的风险因素。我们还知道，居住在高速公路附近的儿童往往更容易肥胖；如果家中成年人吸烟，这种影响还会加剧。
根据现有的小鼠模型，可以推测发育阶段接触空气污染可能会增加患阿尔茨海默病的风险。这是科学谜题中一个重要的部分，我们希望进一步了解。
空气污染、公共卫生与政策
空气污染不分国界。因此，我们的研究具有全球影响，政策制定者和公共卫生官员应认真对待。
《清洁空气法》要求环境保护署制定国家环境空气质量标准，为儿童和老年人等易受影响人群提供充分的安全余量。2012年，EPA收紧了美国的PM2.5标准。尽管如此，2015年仍有近2400万人生活在颗粒物污染全年处于不健康水平的县，另有超过4100万人生活在出现短期污染峰值的县。
近期研究显示，2000年至2012年间，美国痴呆症患病率有所下降。不过，我们不知道这一趋势是否与空气污染法规有关，也不清楚近年来较低水平的PM2.5暴露是否仍会对美国老年人、尤其是有痴呆症风险的人构成长远威胁。
如果长期暴露于PM2.5确实会增加患痴呆症的风险，这意味着公共卫生机构低估了空气污染造成的本已沉重的疾病负担和医疗成本。例如，世界卫生组织最新评估的PM2.5造成的全球疾病负担并未纳入痴呆症。印度、中国和许多其他发展中国家的空气污染水平远高于美国。
同样，美国环境保护署（EPA）估算，《清洁空气法》将在1990年至2020年间带来近2万亿美元的效益，其中大部分来自死亡和疾病减少。如果颗粒物污染与痴呆症之间确有关联，那么《清洁空气法》带来的效益可能比EPA估算的还要大。
美国的《国家阿尔茨海默病应对计划》由2011年颁布的法律授权制定，目标是在2025年前预防或有效治疗阿尔茨海默病。我们认为，任何削弱EPA运作或放松清洁空气法规的措施都会造成意想不到的后果，使这一目标更难实现。
