Vědci identifikují genetické stopy spojující znečištění ovzduší s neurodegenerací

Vědci identifikují genetické stopy spojující znečištění ovzduší s neurodegenerací

Nový výzkum ukazuje, že toxický vzduch může přetvořit genovou aktivitu v mozku, potenciálně připravit půdu pro Alzheimerovu a Parkinsonovu chorobu a podtrhnout potřebu včasné detekce a silnější ochrany pro ohrožené pracovníky.

Článek zveřejněný v nedávném článku v DeníkuVědaVědci v Itálii zkoumali, jak znečištění ovzduší přispívá k neurodegenerativním poruchám (ND) prostřednictvím epigenetických modifikací. Zvýšila potenciál použití epigenetických markerů k detekci časných změn vyvolaných znečištěním ovzduší, zejména u vysoce rizikových skupin. Zdůraznili potřebu dalšího výzkumu, který by usměrnil strategie ochrany zdraví při práci a prevence.

pozadí

Mladí dospělí ve znečištěných městech vykazují alarmující změny mozku. V jejich mozkové tkáni byly nalezeny snížené histonové markery (H3K9me2/ME3) a zvýšené signály poškození DNA, což odráží patologii Alzheimerovy choroby desítky let před typickým věkem diagnózy.

ND jsou dlouhodobé stavy, které zahrnují ztrátu nervových buněk v mozku nebo nervovém systému, což vede k významným problémům s pamětí, myšlením, náladou a fyzickými funkcemi. Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba jsou nejčastější a postihují miliony lidí na celém světě. Jak populace stárne, počet lidí s těmito onemocněními roste. Mnoho případů je spojeno s rizikovými faktory, kterým lze předejít, včetně špatných životních návyků, nízkého vzdělání nebo příjmu a vystavení znečištění životního prostředí.

Znečištění ovzduší se skládá ze škodlivých částic a plynů z přírodních zdrojů, jako jsou požáry a lidské činnosti včetně spalování paliv, dopravy a továrních emisí. Částice mohou přenášet toxické látky včetně těžkých kovů, bakterií a těkavých chemikálií. Přestože znečištění ovzduší je primárně spojeno s onemocněním srdce a plic, nyní je spojeno také s poškozením mozku a zvýšeným rizikem NDS. Zvláště ohroženi mohou být někteří pracovníci, jako jsou horníci, tovární dělníci a řidiči.

Jak znečištěné ovzduší ovlivňuje mozek

Znečištění ovzduší může ovlivnit zdraví mozku dvěma primárními cestami: přímou a nepřímou. Přímá cesta zahrnuje ultrajemné částice a určité plyny, které vstupují do krevního řečiště nebo putují nosem do mozku, což může způsobit poškození hematoencefalické bariéry (BBB) ​​a zánět. Některé znečišťující látky, jako je oxid dusičitý (NO₂), se přeměňují na aktivní sloučeniny, které ovlivňují mozkovou funkci, zatímco jiné, jako jsou těkavé organické sloučeniny (VOC), se hromadí v mozkové tkáni díky své povaze rozpustné v tucích. Ačkoli důkazy o přímých účincích těchto znečišťujících látek na mozek zůstávají omezené, studie ukázaly, že látky jako nanoplasty, olovo a mangan mohou procházet BBB a mozkovými buňkami.

Nepřímá cesta zahrnuje znečišťující látky, které spouštějí zánět nebo chemické signály (jako jsou cytokiny, extracelulární vezikuly nebo exozomy odvozené z plic/mozku) v orgánech, jako jsou plíce nebo střeva. Tyto molekuly pak putují krevním řečištěm do mozku, narušují jeho rovnováhu a potenciálně vedou ke kognitivním a emocionálním problémům. Znečištění vzduchu může také narušit střevní a nosní mikroby a ovlivnit zdraví mozku prostřednictvím střevního mozku nebo čichových mozkových os. Zatímco experimentální důkazy se stále objevují, pochopení těchto mechanismů může pomoci identifikovat časné biomarkery environmentálního poškození mozku, zejména u zranitelných populací, jako jsou pracovníci ve znečištěném prostředí.

Epigenetické cesty

Mozkové buňky uvolňují tísňové signály do krve. Extracelulární vezikuly nesoucí epigenetický materiál z poškozených neuronů a astrocytů by se mohly stát rozpoznatelnými biomarkery raného potenciálu a generovat „zprávu v láhvi“ z mozku.

Epigenetické změny regulují funkci mozku, aniž by se změnily sekvence deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Tyto změny jsou zásadní pro vývoj mozku, synaptickou plasticitu a paměť, ale jsou také citlivé na environmentální stresy, jako je znečištění ovzduší. Chronická expozice znečišťujícím látkám může tyto epigenetické procesy narušit a potenciálně vést k ND. Existují důkazy, že taková expozice může zvýšit expresi škodlivých genů, snížit aktivitu ochranných genů a změnit nekódující ribonukleové kyseliny (RNA). Tyto změny se mohou objevit dlouho před symptomy, což zdůrazňuje epigenetiku jako rizikový faktor a časný biomarker pro NÚ.

Znečišťující látky ve vzduchu mohou narušit funkci mozku změnou nekódujících RNA a metylací DNA, které oba regulují genovou expresi. Studie na zvířatech a lidech ukazují, že tyto změny jsou spojeny se ztrátou paměti, zánětem a ND. Většina lidských nálezů však pochází ze vzorků periferní krve, nikoli mozkové tkáně, což omezuje klinickou interpretaci. Toxiny jako toluen, mangan a olovo mohou snížit aktivitu ochranných genů nebo zvýšit produkci škodlivých bílkovin v mozku. Některé efekty lze dokonce předat potomkům. Znečištění vzduchu také mění metylaci DNA v krvi a mozkové tkáni, což potenciálně zvyšuje riziko onemocnění po celý život, zejména při časné nebo dlouhodobé expozici.

Několik studií zkoumalo, jak znečištění ovzduší ovlivňuje modifikace histonů u neurodegenerativních onemocnění (ND) v důsledku technických problémů. První výsledky však ukazují souvislosti mezi znečištěním ovzduší a změněnými histonovými markery, poškozením DNA a patologií Alzheimerovy choroby jak u lidí, tak u myší. Prenatální expozice částicím ovlivňuje vývoj mozku, zejména u mužů, v důsledku demetylace histonů, což zvýrazňuje pohlavně specifické zranitelnosti. Plastové částice a těžké kovy také narušují modifikace histonů a způsobují oxidační stres, ztrátu paměti a neurozánět. Zejména některé experimentální důkazy pro modifikace histonů (např. změny vyvolané manganem) pocházejí spíše z injekčních studií než z inhalační expozice, což vytváří nejistotu ohledně skutečných inhalačních rizik. Inhibitory histondeacetylázy a sloučeniny, jako je butyrát (studované na myších vystavených olovu), vykazují potenciál zvrátit některé z těchto účinků a poskytují cesty pro budoucí léčbu ND.

Závěry

Pracovníci, kteří manipulují s plasty, čelí neviditelným hrozbám. Nanočástice od výrobců nebo poškozená dýchací zařízení se dostávají do mozku a způsobují dočasné poškození čichu a zánět – včasné varovné příznaky neurodegenerativních onemocnění.

Nedávný výzkum ukazuje silné vazby mezi znečištěním ovzduší a NDS především prostřednictvím epigenetických změn. Znečišťující látky mohou změnit methylaci DNA, expresi nekódující RNA a modifikace histonů, které všechny přispívají k zánětu a poškození mozku. Nové metody, jako je analýza extracelulárních vezikul v krvi, mohou pomoci detekovat tyto změny bez invazivních postupů. Studium modifikací histonů však zůstává technicky náročné. Klíčové mezery zůstávají. Znečištění ovzduší v reálném světě je složité, takže je obtížné studovat přesné účinky. Faktory, jako je velikost částic, individuální zdraví a expozice v raném věku, ovlivňují riziko, ale nejsou plně pochopeny. Anatomické rozdíly mezi zvířecími modely a lidmi (např. nosní struktura) dále komplikují překlad inhalačních studií. Většina výzkumů se zaměřuje na starší dospělé, krátkodobou expozici a omezený počet znečišťujících látek, přičemž přehlíží dlouhodobé a rané účinky. Studují se také nemoci jako roztroušená skleróza, amyotrofická laterální skleróza (ALS) a Huntingtonova choroba.

Budoucí studie by měly být dlouhodobé, měly by zahrnovat mladší populaci a vzít v úvahu méně prozkoumané kontaminanty a cesty expozice, jako je strava nebo interakce střeva a mozku. Kombinace omických technologií a umělé inteligence by mohla pomoci identifikovat biomarkery a vést k vývoji preventivních terapií. Pro snížení rizika NCH je rovněž nezbytná zlepšená ochrana práce a životního prostředí, zejména u vysoce rizikových skupin. Řešení regulačních důsledků vyžaduje ověření epigenetických nástrojů pro klinické použití.

Zdroje: