يحدد العلماء الأدلة الجينية التي تربط تلوث الهواء بالتنكس العصبي

يحدد العلماء الأدلة الجينية التي تربط تلوث الهواء بالتنكس العصبي

أظهر بحث جديد أن الهواء السام يمكن أن يعيد تشكيل نشاط الجينات في الدماغ، مما يمهد الطريق لمرض الزهايمر ومرض باركنسون ويؤكد الحاجة إلى الكشف المبكر وتوفير حماية أقوى للعاملين المعرضين للخطر.

مقال منشور في مقال حديث في المجلةالعلمقام الباحثون في إيطاليا بالتحقيق في كيفية مساهمة تلوث الهواء في الاضطرابات التنكسية العصبية (NDs) من خلال التعديلات اللاجينية. وأثارت إمكانية استخدام العلامات اللاجينية للكشف عن التغيرات المبكرة الناجمة عن تلوث الهواء، وخاصة في المجموعات المعرضة للخطر. وشددوا على الحاجة إلى مزيد من البحوث لتوجيه استراتيجيات الصحة المهنية والوقائية.

خلفية

يظهر الشباب في المدن الملوثة تغيرات مثيرة للقلق في الدماغ تم العثور على علامات هيستون منخفضة (H3K9me2/ME3) وزيادة في إشارات تلف الحمض النووي في أنسجة المخ، مما يعكس مرض الزهايمر قبل عقود من العمر النموذجي للتشخيص.

NDs هي حالات طويلة الأمد تنطوي على فقدان الخلايا العصبية في الدماغ أو الجهاز العصبي، مما يؤدي إلى مشاكل كبيرة في الذاكرة والتفكير والمزاج والوظيفة الجسدية. يعد مرض الزهايمر ومرض باركنسون الأكثر شيوعًا ويؤثران على ملايين الأشخاص في جميع أنحاء العالم. مع تقدم السكان في العمر، يزداد عدد الأشخاص الذين يعانون من هذه الحالات. وترتبط العديد من الحالات بعوامل خطر يمكن الوقاية منها، بما في ذلك عادات نمط الحياة السيئة، وانخفاض مستوى التعليم أو الدخل، والتعرض للتلوث البيئي.

يتكون تلوث الهواء من جزيئات وغازات ضارة من مصادر طبيعية مثل حرائق الغابات والأنشطة البشرية بما في ذلك احتراق الوقود وحركة المرور وانبعاثات المصانع. يمكن أن تحمل الجسيمات مواد سامة بما في ذلك المعادن الثقيلة والبكتيريا والمواد الكيميائية المتطايرة. على الرغم من أن تلوث الهواء يرتبط في المقام الأول بأمراض القلب والرئة، فإنه يرتبط الآن أيضًا بتلف الدماغ وزيادة خطر الإصابة بـ NDS. وقد يكون بعض العمال، مثل عمال المناجم وعمال المصانع والسائقين، معرضين للخطر بشكل خاص.

كيف يؤثر تلوث الهواء على الدماغ

يمكن أن يؤثر تلوث الهواء على صحة الدماغ من خلال مسارين أساسيين: مباشر وغير مباشر. يتضمن المسار المباشر جزيئات متناهية الصغر وغازات معينة تدخل مجرى الدم أو تنتقل عبر الأنف إلى الدماغ، مما قد يتسبب في تلف الحاجز الدموي الدماغي (BBB) ​​والالتهاب. تتحول بعض الملوثات مثل ثاني أكسيد النيتروجين (NO₂) إلى مركبات نشطة تؤثر على وظائف المخ، بينما تتراكم ملوثات أخرى مثل المركبات العضوية المتطايرة (VOCs) في أنسجة المخ بسبب طبيعتها القابلة للذوبان في الدهون. على الرغم من أن الأدلة على التأثيرات المباشرة على الدماغ من هذه الملوثات لا تزال محدودة، فقد أظهرت الدراسات أن مواد مثل البلاستيك النانوي والرصاص والمنغنيز يمكن أن تعبر خلايا BBB وخلايا الدماغ.

يتضمن المسار غير المباشر الملوثات التي تؤدي إلى الالتهاب أو الإشارات الكيميائية (مثل السيتوكينات، أو الحويصلات خارج الخلية، أو الإكسوسومات المشتقة من الرئة/الدماغ) في أعضاء مثل الرئتين أو الأمعاء. ثم تنتقل هذه الجزيئات عبر مجرى الدم إلى الدماغ، مما يؤدي إلى تعطيل توازنه وربما يؤدي إلى مشاكل معرفية وعاطفية. يمكن أن يؤدي تلوث الهواء أيضًا إلى تعطيل ميكروبات الأمعاء والأنف ويؤثر على صحة الدماغ من خلال دماغ الأمعاء أو محاور الدماغ الشمية. في حين أن الأدلة التجريبية لا تزال ناشئة، فإن فهم هذه الآليات قد يساعد في تحديد المؤشرات الحيوية المبكرة لتلف الدماغ البيئي، وخاصة في الفئات السكانية الضعيفة مثل العمال في البيئات الملوثة.

المسارات اللاجينية

تطلق خلايا الدماغ إشارات استغاثة في الدم. يمكن للحويصلات خارج الخلية التي تحمل المواد اللاجينية من الخلايا العصبية والخلايا النجمية التالفة أن تصبح مؤشرات حيوية يمكن التعرف عليها ذات إمكانات مبكرة، وتولد "رسالة في زجاجة" من الدماغ.

تنظم التغيرات اللاجينية وظائف المخ دون تغيير تسلسل الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). تعتبر هذه التغييرات حاسمة لنمو الدماغ، واللدونة التشابكية والذاكرة، ولكنها أيضًا حساسة للضغوط البيئية مثل تلوث الهواء. يمكن أن يؤدي التعرض المزمن للملوثات إلى تعطيل هذه العمليات اللاجينية، مما قد يؤدي إلى NDs. هناك أدلة على أن مثل هذا التعرض يمكن أن يزيد من التعبير عن الجينات الضارة، ويقلل من نشاط الجينات الواقية ويغير الأحماض النووية الريبية غير المشفرة (RNAs). يمكن أن تحدث هذه التغييرات قبل فترة طويلة من ظهور الأعراض، مما يسلط الضوء على علم الوراثة اللاجينية كعامل خطر ومؤشر حيوي مبكر لـ ND.

يمكن للملوثات الموجودة في الهواء أن تعطل وظائف المخ عن طريق تغيير الحمض النووي الريبوزي غير المشفر ومثيلة الحمض النووي، وكلاهما ينظم التعبير الجيني. تظهر الدراسات التي أجريت على الحيوانات والبشر أن هذه التغييرات مرتبطة بفقدان الذاكرة والالتهابات وNDS. ومع ذلك، فإن معظم النتائج البشرية تأتي من عينات الدم المحيطية، وليس من أنسجة المخ، مما يحد من التفسير السريري. يمكن للسموم مثل التولوين والمنغنيز والرصاص أن تقلل من نشاط الجينات الواقية أو تزيد من إنتاج البروتينات الضارة في الدماغ. يمكن حتى أن تنتقل بعض التأثيرات إلى الأحفاد. ويؤدي تلوث الهواء أيضًا إلى تغيير مثيلة الحمض النووي في الدم وأنسجة المخ، مما قد يزيد من خطر الإصابة بالأمراض طوال العمر، خاصة عند التعرض المبكر أو الطويل الأجل.

لقد بحثت دراسات قليلة في كيفية تأثير تلوث الهواء على تعديلات الهيستون في الأمراض التنكسية العصبية (NDs) بسبب التحديات التقنية. ومع ذلك، تظهر النتائج المبكرة وجود روابط بين تلوث الهواء وعلامات الهيستون المتغيرة، وتلف الحمض النووي، وأمراض الزهايمر في كل من البشر والفئران. يؤثر التعرض للجسيمات قبل الولادة على نمو الدماغ، خاصة عند الذكور، بسبب إزالة الميثيل من الهيستون، مما يسلط الضوء على نقاط الضعف الخاصة بالجنس. تعمل الجزيئات البلاستيكية والمعادن الثقيلة أيضًا على تعطيل تعديلات الهيستون وتسبب الإجهاد التأكسدي وفقدان الذاكرة والتهاب الأعصاب. على وجه الخصوص، بعض الأدلة التجريبية لتعديلات الهيستون (على سبيل المثال، التغيرات الناجمة عن المنغنيز) تأتي من دراسات الحقن بدلا من التعرض للاستنشاق، مما يخلق شكوكا حول مخاطر الاستنشاق الحقيقية. تُظهر مثبطات هيستون دياسيتيلاز ومركبات مثل الزبدات (التي تمت دراستها على الفئران المعرضة للرصاص) إمكانية عكس بعض هذه التأثيرات وتوفير سبل لعلاجات ND المستقبلية.

الاستنتاجات

يواجه العمال الذين يتعاملون مع المواد البلاستيكية تهديدات غير مرئية. تدخل الجسيمات النانوية من الشركات المصنعة أو أجهزة التنفس التالفة إلى الدماغ، مما يسبب تلفًا مؤقتًا في حاسة الشم والتهابًا - وهي علامات إنذار مبكر للأمراض التنكسية العصبية.

تظهر الأبحاث الحديثة وجود روابط قوية بين تلوث الهواء ومتلازمة NDS بشكل رئيسي من خلال التغيرات اللاجينية. يمكن للملوثات أن تغير مثيلة الحمض النووي، وتعبير الحمض النووي الريبي غير المشفر، وتعديلات الهيستون، وكلها تساهم في التهاب الدماغ وتلفه. يمكن أن تساعد الأساليب الجديدة، مثل تحليل الحويصلات خارج الخلية في الدم، في اكتشاف هذه التغييرات دون الحاجة إلى إجراءات جراحية. ومع ذلك، فإن دراسة تعديلات هيستون لا تزال صعبة من الناحية الفنية. ولا تزال هناك فجوات رئيسية. يعد تلوث الهواء في العالم الحقيقي أمرًا معقدًا، مما يجعل من الصعب دراسة التأثيرات الدقيقة. تؤثر عوامل مثل حجم الجسيمات والصحة الفردية والتعرض المبكر للحياة على المخاطر ولكنها ليست مفهومة بالكامل. الاختلافات التشريحية بين النماذج الحيوانية والبشر (على سبيل المثال، بنية الأنف) تزيد من تعقيد ترجمة دراسات الاستنشاق. تركز معظم الأبحاث على كبار السن، والتعرض قصير المدى، وعدد محدود من الملوثات، متجاهلة التأثيرات طويلة المدى والمبكرة. كما تتم دراسة أمراض مثل التصلب المتعدد والتصلب الجانبي الضموري (ALS) ومرض هنتنغتون.

يجب أن تكون الدراسات المستقبلية طويلة المدى، وأن تشمل السكان الأصغر سنًا، وأن تأخذ في الاعتبار الملوثات وطرق التعرض الأقل دراسة مثل النظام الغذائي أو تفاعلات الأمعاء والدماغ. يمكن أن يساعد الجمع بين تقنيات omics والذكاء الاصطناعي في تحديد المؤشرات الحيوية ويؤدي إلى تطوير علاجات وقائية. يعد تحسين الحماية المهنية والبيئية، وخاصة بالنسبة للمجموعات المعرضة للخطر، ضروريًا أيضًا للحد من مخاطر ND. تتطلب معالجة الآثار التنظيمية التحقق من صحة الأدوات اللاجينية للاستخدام السريري.

مصادر: