Учените идентифицират генетични улики, свързващи замърсяването на въздуха с невродегенерацията

Учените идентифицират генетични улики, свързващи замърсяването на въздуха с невродегенерацията

Нови изследвания показват, че токсичният въздух може да промени генната активност в мозъка, като потенциално подготвя почвата за болестите на Алцхаймер и Паркинсон и подчертава необходимостта от ранно откриване и по-силна защита за работниците в риск.

Статия, публикувана в скорошна статия в JournalIscienceИзследователи в Италия изследваха как замърсяването на въздуха допринася за невродегенеративните разстройства (ND) чрез епигенетични модификации. Тя повиши потенциала за използване на епигенетични маркери за откриване на ранни промени, предизвикани от замърсяването на въздуха, особено във високорискови групи. Те подчертаха необходимостта от по-нататъшни изследвания, които да насочват стратегиите за професионално и превантивно здраве.

фон

Младите възрастни в замърсените градове показват тревожни промени в мозъка. Намалени хистонови маркери (H3K9me2/ME3) и повишени сигнали за увреждане на ДНК бяха открити в мозъчната им тъкан, отразявайки патологията на Алцхаймер десетилетия преди типичната възраст за диагностициране.

ND са дългосрочни състояния, които включват загуба на нервни клетки в мозъка или нервната система, което води до значителни проблеми с паметта, мисленето, настроението и физическата функция. Болестта на Алцхаймер и болестта на Паркинсон са най-често срещаните и засягат милиони хора по света. С остаряването на населението броят на хората с тези заболявания се увеличава. Много случаи са свързани с предотвратими рискови фактори, включително лоши навици на живот, ниско образование или доходи и излагане на замърсяване на околната среда.

Замърсяването на въздуха се състои от вредни частици и газове от естествени източници като горски пожари и човешка дейност, включително изгаряне на гориво, трафик и фабрични емисии. Частиците могат да носят токсични вещества, включително тежки метали, бактерии и летливи химикали. Въпреки че замърсяването на въздуха е свързано предимно със сърдечни и белодробни заболявания, сега то е свързано и с увреждане на мозъка и повишен риск от NDS. Някои работници, като миньори, фабрични работници и шофьори, могат да бъдат особено изложени на риск.

Как замърсяването на въздуха влияе на мозъка

Замърсяването на въздуха може да повлияе на здравето на мозъка по два основни пътя: пряк и индиректен. Директният път включва ултрафини частици и определени газове, навлизащи в кръвния поток или пътуващи през носа до мозъка, потенциално причинявайки увреждане на кръвно-мозъчната бариера (BBB) ​​​​и възпаление. Някои замърсители като азотен диоксид (NO₂) се превръщат в активни съединения, които влияят на мозъчната функция, докато други като летливи органични съединения (ЛОС) се натрупват в мозъчната тъкан поради своята мастноразтворима природа. Въпреки че доказателствата за преки мозъчни ефекти от тези замърсители остават ограничени, проучванията показват, че вещества като нанопластмаси, олово и манган могат да преминат през BBB и мозъчните клетки.

Индиректният път включва замърсители, които предизвикват възпаление или химически сигнали (като цитокини, извънклетъчни везикули или белодробни/мозъчни екзозоми) в органи като белите дробове или червата. След това тези молекули преминават през кръвния поток към мозъка, нарушавайки неговия баланс и потенциално водейки до когнитивни и емоционални проблеми. Замърсяването на въздуха може също да наруши чревните и назалните микроби и да повлияе на здравето на мозъка чрез чревния мозък или обонятелните мозъчни оси. Въпреки че все още се появяват експериментални доказателства, разбирането на тези механизми може да помогне за идентифициране на ранни биомаркери за увреждане на мозъка от околната среда, особено в уязвими групи като работници в замърсена среда.

Епигенетични пътища

Мозъчните клетки освобождават сигнали за бедствие в кръвта. Извънклетъчните везикули, носещи епигенетичен материал от увредени неврони и астроцити, могат да станат разпознаваеми биомаркери с ранен потенциал, генерирайки „съобщение в бутилка“ от мозъка.

Епигенетичните промени регулират мозъчната функция, без да променят последователностите на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК). Тези промени са от решаващо значение за развитието на мозъка, синаптичната пластичност и паметта, но също така са чувствителни към напреженията на околната среда, като например замърсяването на въздуха. Хроничното излагане на замърсители може да наруши тези епигенетични процеси, потенциално водещи до ND. Има доказателства, че такова излагане може да увеличи експресията на вредни гени, да намали активността на защитните гени и да промени некодиращите рибонуклеинови киселини (РНК). Тези промени могат да настъпят много преди симптомите, подчертавайки епигенетиката като рисков фактор и ранен биомаркер за NDs.

Замърсителите във въздуха могат да нарушат мозъчната функция чрез промяна на некодиращи РНК и метилиране на ДНК, като и двете регулират генната експресия. Изследванията върху животни и хора показват, че тези промени са свързани със загуба на паметта, възпаление и ND. Повечето открития при хора обаче идват от проби от периферна кръв, а не от мозъчна тъкан, което ограничава клиничната интерпретация. Токсини като толуен, манган и олово могат да намалят активността на защитните гени или да увеличат производството на вредни протеини в мозъка. Някои ефекти дори могат да бъдат предадени на потомци. Замърсяването на въздуха също променя метилирането на ДНК в кръвта и мозъчната тъкан, потенциално увеличавайки риска от заболяване през целия живот, особено при ранна или дългосрочна експозиция.

Малко проучвания са изследвали как замърсяването на въздуха засяга модификациите на хистони при невродегенеративни заболявания (NDs) поради технически предизвикателства. Ранните резултати обаче показват връзки между замърсяването на въздуха и променените хистонови маркери, увреждането на ДНК и патологията на болестта на Алцхаймер както при хора, така и при мишки. Пренаталното излагане на частици влияе върху развитието на мозъка, особено при мъжете, поради деметилиране на хистони, подчертавайки специфични за пола уязвимости. Пластмасовите частици и тежките метали също нарушават модификациите на хистоните и причиняват оксидативен стрес, загуба на памет и невровъзпаление. По-специално, някои експериментални доказателства за модификации на хистони (напр. промени, предизвикани от манган) идват от проучвания на инжектиране, а не от експозиция при вдишване, което създава несигурност относно реалните рискове при вдишване. Инхибиторите на хистон деацетилазата и съединения като бутират (изследвани при мишки, изложени на олово) показват потенциал за обръщане на някои от тези ефекти и осигуряват възможности за бъдещи лечения на ND.

Изводи

Работниците, които работят с пластмаси, са изправени пред невидими заплахи. Наночастици от производители или повредени дихателни устройства навлизат в мозъка, причинявайки временно увреждане на обонянието и възпаление – ранни предупредителни признаци за невродегенеративни заболявания.

Последните изследвания показват силни връзки между замърсяването на въздуха и NDS главно чрез епигенетични промени. Замърсителите могат да променят метилирането на ДНК, експресията на некодираща РНК и модификациите на хистони, всички от които допринасят за възпаление и увреждане на мозъка. Нови методи като анализ на извънклетъчни везикули в кръвта могат да помогнат за откриването на тези промени без инвазивни процедури. Въпреки това, изучаването на хистонови модификации остава технически предизвикателство. Остават ключови пропуски. Замърсяването на въздуха в реалния свят е сложно, което затруднява изучаването на точните ефекти. Фактори като размер на частиците, индивидуално здраве и ранна експозиция в живота влияят върху риска, но не са напълно разбрани. Анатомичните разлики между животински модели и хора (напр. структура на носа) допълнително усложняват превода на инхалаторните изследвания. Повечето изследвания се фокусират върху по-възрастните хора, краткосрочната експозиция и ограничен брой замърсители, като се пренебрегват дългосрочните и ранните ефекти. Болести като множествена склероза, амиотрофична латерална склероза (ALS) и болест на Хънтингтън също се изследват.

Бъдещите проучвания трябва да бъдат дългосрочни, да включват по-млади популации и да вземат предвид по-малко проучени замърсители и пътища на експозиция като диета или взаимодействия между червата и мозъка. Комбинацията от omics технологии и изкуствен интелект може да помогне за идентифицирането на биомаркери и да доведе до разработването на превантивни терапии. Подобрената професионална защита и защита на околната среда, особено за високорисковите групи, също са от съществено значение за намаляване на риска от ND. Справянето с регулаторните последици изисква валидиране на епигенетични инструменти за клинична употреба.

източници: