Wissenschaftler identifizieren genetische Hinweise, die Luftverschmutzung mit der Neurodegeneration verbinden

Neue Untersuchungen zeigen, dass toxische Luft die Genaktivität im Gehirn umgestalten kann, was möglicherweise die Bühne für Alzheimer und Parkinson bildet und die Notwendigkeit einer frühen Erkennung und einem stärkeren Schutz für gefährdete Arbeitnehmer unterstreicht.

In einem kürzlich im Journal veröffentlichten Artikel veröffentlichte Artikel IscienceForscher in Italien untersuchten, wie Luftverschmutzung durch epigenetische Modifikationen zu neurodegenerativen Störungen (NDs) beiträgt. Sie hob das Potenzial, epigenetische Marker zu verwenden, um frühe Veränderungen zu erfassen, die durch Luftverschmutzung ausgelöst wurden, insbesondere in Hochrisikogruppen. Sie betonten die Notwendigkeit weiterer Forschung, um berufliche und vorbeugende Gesundheitsstrategien zu leiten.

Hintergrund

Junge Erwachsene in verschmutzten Städten zeigen alarmierende Gehirnveränderungen. In ihrem Gehirngewebe wurden reduzierte Histonmarker (H3K9me2/ME3) und erhöhte DNA -Schadenssignale gefunden, die Jahrzehnte vor dem typischen Diagnosealter die Alzheimer -Pathologie widerspiegeln.

NDs sind langfristige Erkrankungen, die den Verlust von Nervenzellen im Gehirn oder im Nervensystem beinhalten, was zu erheblichen Problemen mit Gedächtnis, Denken, Stimmung und physischer Funktion führt. Die Alzheimer -Krankheit und die Parkinson -Krankheit sind die häufigsten und betreffen Millionen von Menschen weltweit. Mit zunehmendem Alter von Populationen steigt die Anzahl der Menschen mit diesen Bedingungen. Viele Fälle sind mit vermeidbaren Risikofaktoren in Verbindung gebracht, einschließlich schlechter Lebensgewohnheiten, niedriger Bildung oder Einkommen sowie dem Engagement der Umweltverschmutzung.

Die Luftverschmutzung besteht aus schädlichen Partikeln und Gasen aus natürlichen Quellen wie Waldbränden und menschlichen Aktivitäten, einschließlich Brennstoffverbrennung, Verkehr und Fabrikemissionen. Partikel können giftige Substanzen tragen, einschließlich Schwermetallen, Bakterien und flüchtigen Chemikalien. Obwohl die Luftverschmutzung hauptsächlich mit Herz- und Lungenerkrankungen verbunden ist, ist sie jetzt auch mit Hirnschäden und einem erhöhten NDS -Risiko verbunden. Bestimmte Arbeitnehmer wie Bergleute, Fabrikarbeiter und Fahrer können besonders gefährdet sein.

Wie Luftverschmutzung das Gehirn beeinflusst

Die Luftverschmutzung kann die Gesundheit des Gehirns durch zwei Primärwege beeinflussen: direkt und indirekt. Der direkte Weg umfasst ultrafeine Partikel und bestimmte Gase, die in den Blutkreislauf gelangen oder durch die Nase zum Gehirn wandern, wodurch die Blut-Hirn-Schranke (BBB) ​​und Entzündungen möglicherweise schädigen können. Einige Schadstoffe wie Stickstoffdioxid (NO₂) konvertieren in aktive Verbindungen, die die Gehirnfunktion beeinflussen, während andere wie flüchtige organische Verbindungen (VOCs) aufgrund ihrer fettlöslichen Natur im Gehirngewebe akkumuliert werden. Obwohl der Hinweis auf direkte Gehirneffekte aus diesen Schadstoffen weiterhin begrenzt bleibt, haben Studien gezeigt, dass Substanzen wie Nanoplastik, Blei und Mangan die BBB- und Hirnzellen überqueren können.

Der indirekte Weg umfasst Schadstoffe, die Entzündungen oder chemische Signale (wie Zytokine, extrazelluläre Vesikel oder von Lungen/Gehirn abgeleitete Exosomen) in Organen wie Lungen oder Darm auslösen. Diese Moleküle reisen dann durch den Blutkreislauf zum Gehirn, stören sein Gleichgewicht und führen möglicherweise zu kognitiven und emotionalen Problemen. Die Luftverschmutzung kann auch Darm- und Nasenmikroben stören und die Gesundheit des Gehirns durch Darmhirn oder olfaktorische Gehirnachsen beeinflussen. Während immer noch experimentelle Beweise entstehen, kann das Verständnis dieser Mechanismen dazu beitragen, frühe Biomarker für umweltverschmutzte Hirnschäden zu identifizieren, insbesondere in gefährdeten Populationen wie Arbeitnehmern in verschmutzten Umgebungen.

Epigenetische Wege

Gehirnzellen füllen Notsignale in Blut frei. Extrazelluläre Vesikel, die epigenetisches Material aus beschädigten Neuronen und Astrozyten tragen, konnten zu erkennbaren Biomarkern für Frühsöglichkeiten werden und eine „Nachricht in einer Flasche“ aus dem Gehirn erzeugen.

Epigenetische Veränderungen regulieren die Gehirnfunktion ohne Veränderung von Desoxyribonukleinsäure (DNA) -Sequenzen. Diese Veränderungen sind für die Entwicklung des Gehirns, die synaptische Plastizität und das Gedächtnis von entscheidender Bedeutung, sind jedoch auch für Umweltbelastungen wie Luftverschmutzung empfindlich. Eine chronische Exposition gegenüber Schadstoffen kann diese epigenetischen Prozesse stören, was möglicherweise zu NDs führt. Es gibt Hinweise darauf, dass eine solche Exposition die Expression schädlicher Gene erhöhen, die Aktivität von Schutzgenen verringern und nicht kodierende Ribonukleinsäuren (RNAs) verändern kann. Diese Veränderungen können lange vor den Symptomen auftreten, was die Epigenetik sowohl als Risikofaktor als auch als frühes Biomarker für NDs hervorhebt.

Schadstoffe in der Luft können die Gehirnfunktion stören, indem sie nicht kodierende RNAs und DNA-Methylierung verändern, die beide die Genexpression regulieren. Tier- und Humanuntersuchungen zeigen, dass diese Veränderungen mit Gedächtnisverlust, Entzündung und NDs verbunden sind. Die meisten menschlichen Erkenntnisse stammen jedoch aus peripheren Blutproben, nicht aus Gehirngewebe, was die klinische Interpretation begrenzt. Toxine wie Toluol, Mangan und Blei können die Aktivität von Schutzgenen verringern oder die Produktion schädlicher Proteine ​​im Gehirn erhöhen. Einige Effekte können sogar an Nachkommen übergeben werden. Die Luftverschmutzung verändert auch die DNA-Methylierung im Blut und im Gehirngewebe und erhöht möglicherweise das Krankheitsrisiko über die Lebensdauer hinweg, insbesondere bei der frühen oder langfristigen Exposition.

Nur wenige Studien haben untersucht, wie Luftverschmutzung aufgrund technischer Herausforderungen die Histonmodifikationen bei neurodegenerativen Erkrankungen (NDs) beeinflusst. Frühe Ergebnisse zeigen jedoch Verbindungen zwischen Luftverschmutzung und veränderten Histonmarkern, DNA -Schäden und Alzheimer -Krankheitspathologie sowohl beim Menschen als auch beim Mäuse. Die pränatale Exposition gegenüber Partikeln beeinflusst die Gehirnentwicklung, insbesondere bei Männern, aufgrund von Histon-Demethylierung, was geschlechtsspezifische Schwachstellen hervorhebt. Kunststoffpartikel und Schwermetalle stören auch Histonmodifikationen und verursachen oxidativen Stress, Gedächtnisverlust und Neuroinflammation. Insbesondere einige experimentelle Nachweise für Histonmodifikationen (z. B. durch Mangan induzierte Veränderungen) stammen eher aus Injektionsstudien als aus Inhalationsexposition, wodurch Unsicherheiten über reale Inhalationsrisiken erzeugt werden. Histon-Deacetylase-Inhibitoren und Verbindungen wie Butyrat (untersucht in Blei-exponierten Mäusen) zeigen ein Potenzial bei der Umkehrung einiger dieser Effekte und bieten Wege für zukünftige ND-Behandlungen.

Schlussfolgerungen

Arbeiter, die mit Kunststoffen umgehen, sind unsichtbare Bedrohungen ausgesetzt. Nanopartikel aus Herstellern oder beschädigten Atemgeräten betreten das Gehirn, was zu temporären olfaktorischen Schäden und Entzündungen führt – Frühwarnzeichen für neurodegenerative Erkrankungen.

Jüngste Untersuchungen zeigen starke Zusammenhänge zwischen Luftverschmutzung und NDS hauptsächlich durch epigenetische Veränderungen. Schadstoffe können die DNA-Methylierung, die nicht-kodierende RNA-Expression und Histonmodifikationen verändern, die alle zur Entzündung und Schädigung des Gehirns beitragen. Neue Methoden wie die Analyse extrazellulärer Vesikel im Blut können dazu beitragen, diese Veränderungen ohne invasive Verfahren zu erkennen. Die Untersuchung von Histonmodifikationen bleibt jedoch technisch herausfordernd. Hauptlücken bleiben bestehen. Die reale Luftverschmutzung ist komplex, was es schwierig macht, präzise Effekte zu untersuchen. Faktoren wie Partikelgröße, individuelle Gesundheit und Exposition des frühen Lebens beeinflussen das Risiko, sind jedoch nicht vollständig verstanden. Anatomische Unterschiede zwischen Tiermodellen und Menschen (z. B. Nasenstruktur) komplizieren die Translation von Inhalationsstudien weiter. Die meisten Forschungen konzentrieren sich auf ältere Erwachsene, kurzfristige Exposition und eine begrenzte Anzahl von Schadstoffen, die langfristige und frühe Effekte übersehen. Krankheiten wie Multiple Sklerose, amyotrophe laterale Sklerose (ALS) und Huntington-Krankheit werden ebenfalls untersucht.

Zukünftige Studien sollten langfristig sein, jüngere Bevölkerungsgruppen umfassen und weniger untersuchte Schadstoffe und Expositionswege wie Diät oder Darmhirnwechselwirkungen in Betracht ziehen. Die Kombination von Omics -Technologien und künstliche Intelligenz könnte dazu beitragen, Biomarker zu identifizieren und zur Entwicklung vorbeugender Therapien zu führen. Ein verbesserter Arbeits- und Umweltschutz, insbesondere für Hochrisikogruppen, sind ebenfalls von wesentlicher Bedeutung, um das ND-Risiko zu verringern. Die Behebung von regulatorischen Implikationen erfordert die Validierung epigenetischer Instrumente für den klinischen Einsatz.

Quellen: