Forskere identificerer genetiske spor, der forbinder luftforurening med neurodegeneration

Forskere identificerer genetiske spor, der forbinder luftforurening med neurodegeneration

Ny forskning viser, at giftig luft kan omforme genaktivitet i hjernen, hvilket potentielt sætter scenen for Alzheimers og Parkinsons og understreger behovet for tidlig opdagelse og stærkere beskyttelse for udsatte arbejdstagere.

Artikel offentliggjort i en nylig artikel i tidsskriftetIscienceForskere i Italien undersøgte, hvordan luftforurening bidrager til neurodegenerative lidelser (ND'er) gennem epigenetiske modifikationer. Hun rejste potentialet ved at bruge epigenetiske markører til at opdage tidlige ændringer udløst af luftforurening, især i højrisikogrupper. De understregede behovet for yderligere forskning for at vejlede arbejdsmiljøstrategier og forebyggende sundhedsstrategier.

baggrund

Unge voksne i forurenede byer viser alarmerende hjerneændringer. Reducerede histonmarkører (H3K9me2/ME3) og øgede DNA-skadesignaler blev fundet i deres hjernevæv, hvilket afspejler Alzheimers patologi årtier før den typiske diagnosealder.

ND'er er langsigtede tilstande, der involverer tab af nerveceller i hjernen eller nervesystemet, hvilket fører til betydelige problemer med hukommelse, tænkning, humør og fysisk funktion. Alzheimers sygdom og Parkinsons sygdom er de mest almindelige og rammer millioner af mennesker verden over. Efterhånden som befolkningen bliver ældre, stiger antallet af mennesker med disse tilstande. Mange tilfælde er forbundet med forebyggelige risikofaktorer, herunder dårlige livsstilsvaner, lav uddannelse eller indkomst og eksponering for miljøforurening.

Luftforurening består af skadelige partikler og gasser fra naturlige kilder såsom naturbrande og menneskelige aktiviteter, herunder brændstofforbrænding, trafik og fabriksudledninger. Partikler kan bære giftige stoffer, herunder tungmetaller, bakterier og flygtige kemikalier. Selvom luftforurening primært er forbundet med hjerte- og lungesygdomme, er det nu også forbundet med hjerneskade og en øget risiko for NDS. Visse arbejdere, såsom minearbejdere, fabriksarbejdere og chauffører, kan være særligt udsatte.

Hvordan luftforurening påvirker hjernen

Luftforurening kan påvirke hjernens sundhed gennem to primære veje: direkte og indirekte. Den direkte vej involverer ultrafine partikler og visse gasser, der kommer ind i blodbanen eller rejser gennem næsen til hjernen, hvilket potentielt kan forårsage skade på blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​og betændelse. Nogle forurenende stoffer såsom nitrogendioxid (NO₂) omdannes til aktive forbindelser, der påvirker hjernens funktion, mens andre såsom flygtige organiske forbindelser (VOC'er) akkumuleres i hjernevæv på grund af deres fedtopløselige natur. Selvom beviser for direkte hjerneeffekter fra disse forurenende stoffer forbliver begrænset, har undersøgelser vist, at stoffer som nanoplast, bly og mangan kan krydse BBB og hjerneceller.

Den indirekte vej involverer forurenende stoffer, der udløser inflammation eller kemiske signaler (såsom cytokiner, ekstracellulære vesikler eller lunge/hjerne-afledte exosomer) i organer såsom lunger eller tarme. Disse molekyler rejser derefter gennem blodbanen til hjernen, forstyrrer dens balance og kan potentielt føre til kognitive og følelsesmæssige problemer. Luftforurening kan også forstyrre tarm- og nasale mikrober og påvirke hjernens sundhed gennem tarmhjerne eller lugtende hjerneakser. Mens eksperimentelt bevis stadig dukker op, kan forståelsen af ​​disse mekanismer hjælpe med at identificere tidlige biomarkører for miljømæssig hjerneskade, især i sårbare befolkningsgrupper såsom arbejdere i forurenede miljøer.

Epigenetiske veje

Hjerneceller frigiver nødsignaler til blodet. Ekstracellulære vesikler, der bærer epigenetisk materiale fra beskadigede neuroner og astrocytter, kan blive genkendelige biomarkører af tidligt potentiale, hvilket genererer en "besked i en flaske" fra hjernen.

Epigenetiske ændringer regulerer hjernens funktion uden at ændre deoxyribonukleinsyre (DNA) sekvenser. Disse ændringer er afgørende for hjernens udvikling, synaptisk plasticitet og hukommelse, men er også følsomme over for miljøbelastninger såsom luftforurening. Kronisk eksponering for forurenende stoffer kan forstyrre disse epigenetiske processer, hvilket potentielt kan føre til ND'er. Der er tegn på, at en sådan eksponering kan øge ekspressionen af ​​skadelige gener, reducere aktiviteten af ​​beskyttende gener og ændre ikke-kodende ribonukleinsyrer (RNA'er). Disse ændringer kan forekomme længe før symptomer, hvilket fremhæver epigenetik som både en risikofaktor og en tidlig biomarkør for ND'er.

Forurenende stoffer i luften kan forstyrre hjernens funktion ved at ændre ikke-kodende RNA'er og DNA-methylering, som begge regulerer genekspression. Dyre- og menneskeundersøgelser viser, at disse ændringer er forbundet med hukommelsestab, inflammation og ND'er. Imidlertid kommer de fleste menneskelige fund fra perifere blodprøver, ikke hjernevæv, hvilket begrænser den kliniske fortolkning. Toksiner som toluen, mangan og bly kan reducere aktiviteten af ​​beskyttende gener eller øge produktionen af ​​skadelige proteiner i hjernen. Nogle effekter kan endda overføres til efterkommere. Luftforurening ændrer også DNA-methylering i blod og hjernevæv, hvilket potentielt øger risikoen for sygdom gennem hele levetiden, især ved tidlig eller langvarig eksponering.

Få undersøgelser har undersøgt, hvordan luftforurening påvirker histonmodifikationer i neurodegenerative sygdomme (ND'er) på grund af tekniske udfordringer. Tidlige resultater viser dog sammenhænge mellem luftforurening og ændrede histonmarkører, DNA-skader og Alzheimers sygdomspatologi hos både mennesker og mus. Prænatal eksponering for partikler påvirker hjernens udvikling, især hos mænd, på grund af histon-demethylering, hvilket fremhæver kønsspecifikke sårbarheder. Plastpartikler og tungmetaller forstyrrer også histonmodifikationer og forårsager oxidativ stress, hukommelsestab og neuroinflammation. Især kommer nogle eksperimentelle beviser for histonmodifikationer (f.eks. mangan-inducerede ændringer) fra injektionsundersøgelser snarere end inhalationseksponering, hvilket skaber usikkerhed om reelle inhalationsrisici. Histon-deacetylase-hæmmere og forbindelser såsom butyrat (undersøgt i blyeksponerede mus) viser potentiale til at vende nogle af disse effekter og giver mulighed for fremtidige ND-behandlinger.

Konklusioner

Arbejdere, der håndterer plastik, står over for usynlige trusler. Nanopartikler fra producenter eller beskadigede åndedrætsanordninger kommer ind i hjernen, hvilket forårsager midlertidig lugtskade og betændelse - tidlige advarselstegn på neurodegenerative sygdomme.

Nyere forskning viser stærke forbindelser mellem luftforurening og NDS hovedsageligt gennem epigenetiske ændringer. Forurenende stoffer kan ændre DNA-methylering, ikke-kodende RNA-ekspression og histonmodifikationer, som alle bidrager til hjernebetændelse og -skade. Nye metoder såsom analyse af ekstracellulære vesikler i blodet kan hjælpe med at opdage disse ændringer uden invasive procedurer. At studere histonmodifikationer er dog stadig teknisk udfordrende. Der er stadig vigtige huller. Luftforurening i den virkelige verden er kompleks, hvilket gør det vanskeligt at studere præcise effekter. Faktorer som partikelstørrelse, individuel sundhed og eksponering i det tidlige liv påvirker risikoen, men er ikke fuldt ud forstået. Anatomiske forskelle mellem dyremodeller og mennesker (f.eks. nasal struktur) komplicerer oversættelsen af ​​inhalationsundersøgelser yderligere. Det meste af forskningen fokuserer på ældre voksne, kortvarig eksponering og et begrænset antal forurenende stoffer, og overser langsigtede og tidlige virkninger. Sygdomme som multipel sklerose, amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og Huntingtons sygdom bliver også undersøgt.

Fremtidige undersøgelser bør være langsigtede, omfatte yngre populationer og overveje mindre undersøgte forurenende stoffer og eksponeringsveje såsom kost eller tarm-hjerne-interaktioner. Kombinationen af ​​omics-teknologier og kunstig intelligens kan hjælpe med at identificere biomarkører og føre til udvikling af forebyggende terapier. Forbedret erhvervs- og miljøbeskyttelse, især for højrisikogrupper, er også afgørende for at reducere risikoen for ND. Håndtering af regulatoriske implikationer kræver validering af epigenetiske værktøjer til klinisk brug.

Kilder: