Οι επιστήμονες εντοπίζουν γενετικές ενδείξεις που συνδέουν την ατμοσφαιρική ρύπανση με τον νευροεκφυλισμό

Οι επιστήμονες εντοπίζουν γενετικές ενδείξεις που συνδέουν την ατμοσφαιρική ρύπανση με τον νευροεκφυλισμό

Νέα έρευνα δείχνει ότι ο τοξικός αέρας μπορεί να αναδιαμορφώσει τη γονιδιακή δραστηριότητα στον εγκέφαλο, θέτοντας δυνητικά το έδαφος για τη νόσο Αλτσχάιμερ και Πάρκινσον και υπογραμμίζοντας την ανάγκη για έγκαιρη ανίχνευση και ισχυρότερη προστασία για τους εργαζόμενους σε κίνδυνο.

Άρθρο που δημοσιεύτηκε σε πρόσφατο άρθρο στην ΕφημερίδαΕπιστήμηΕρευνητές στην Ιταλία ερεύνησαν πώς η ατμοσφαιρική ρύπανση συμβάλλει στις νευροεκφυλιστικές διαταραχές (ΝΔ) μέσω επιγενετικών τροποποιήσεων. Αύξησε τη δυνατότητα χρήσης επιγενετικών δεικτών για την ανίχνευση πρώιμων αλλαγών που προκαλούνται από την ατμοσφαιρική ρύπανση, ιδιαίτερα σε ομάδες υψηλού κινδύνου. Τόνισαν την ανάγκη για περαιτέρω έρευνα για την καθοδήγηση στρατηγικών επαγγελματικής και προληπτικής υγείας.

φόντο

Οι νέοι ενήλικες σε μολυσμένες πόλεις παρουσιάζουν ανησυχητικές εγκεφαλικές αλλαγές. Μειωμένοι δείκτες ιστόνης (H3K9me2/ME3) και αυξημένα σήματα βλάβης του DNA βρέθηκαν στον εγκεφαλικό ιστό τους, αντανακλώντας την παθολογία του Αλτσχάιμερ δεκαετίες πριν από την τυπική ηλικία διάγνωσης.

Οι ΝΔ είναι μακροχρόνιες καταστάσεις που περιλαμβάνουν απώλεια νευρικών κυττάρων στον εγκέφαλο ή το νευρικό σύστημα, οδηγώντας σε σημαντικά προβλήματα με τη μνήμη, τη σκέψη, τη διάθεση και τη σωματική λειτουργία. Η νόσος του Αλτσχάιμερ και η νόσος του Πάρκινσον είναι οι πιο συχνές και επηρεάζουν εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως. Καθώς οι πληθυσμοί γερνούν, ο αριθμός των ατόμων με αυτές τις παθήσεις αυξάνεται. Πολλές περιπτώσεις σχετίζονται με παράγοντες κινδύνου που μπορούν να προληφθούν, όπως κακές συνήθειες τρόπου ζωής, χαμηλή εκπαίδευση ή εισόδημα και έκθεση στην περιβαλλοντική ρύπανση.

Η ατμοσφαιρική ρύπανση αποτελείται από επιβλαβή σωματίδια και αέρια από φυσικές πηγές, όπως πυρκαγιές και ανθρώπινες δραστηριότητες, συμπεριλαμβανομένης της καύσης καυσίμων, της κυκλοφορίας και των εκπομπών εργοστασίων. Τα σωματίδια μπορούν να μεταφέρουν τοξικές ουσίες όπως βαρέα μέταλλα, βακτήρια και πτητικές χημικές ουσίες. Αν και η ατμοσφαιρική ρύπανση συνδέεται πρωτίστως με καρδιακές και πνευμονικές παθήσεις, τώρα συνδέεται επίσης με εγκεφαλική βλάβη και αυξημένο κίνδυνο NDS. Ορισμένοι εργαζόμενοι, όπως οι ανθρακωρύχοι, οι εργαζόμενοι σε εργοστάσια και οι οδηγοί, ενδέχεται να διατρέχουν ιδιαίτερο κίνδυνο.

Πώς η ατμοσφαιρική ρύπανση επηρεάζει τον εγκέφαλο

Η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί να επηρεάσει την υγεία του εγκεφάλου μέσω δύο βασικών οδών: άμεση και έμμεση. Η άμεση οδός περιλαμβάνει εξαιρετικά λεπτά σωματίδια και ορισμένα αέρια που εισέρχονται στην κυκλοφορία του αίματος ή ταξιδεύουν μέσω της μύτης στον εγκέφαλο, προκαλώντας δυνητικά βλάβη στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό (BBB) ​​και φλεγμονή. Ορισμένοι ρύποι όπως το διοξείδιο του αζώτου (NO2) μετατρέπονται σε ενεργές ενώσεις που επηρεάζουν τη λειτουργία του εγκεφάλου, ενώ άλλοι όπως οι πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) συσσωρεύονται στον εγκεφαλικό ιστό λόγω της λιποδιαλυτής φύσης τους. Αν και τα στοιχεία για άμεσες επιδράσεις στον εγκέφαλο από αυτούς τους ρύπους παραμένουν περιορισμένα, μελέτες έχουν δείξει ότι ουσίες όπως τα νανοπλαστικά, ο μόλυβδος και το μαγγάνιο μπορούν να διασχίσουν το BBB και τα εγκεφαλικά κύτταρα.

Η έμμεση οδός περιλαμβάνει ρύπους που προκαλούν φλεγμονή ή χημικά σήματα (όπως κυτοκίνες, εξωκυτταρικά κυστίδια ή εξωσώματα που προέρχονται από πνεύμονα/εγκέφαλο) σε όργανα όπως οι πνεύμονες ή τα έντερα. Αυτά τα μόρια ταξιδεύουν στη συνέχεια μέσω της κυκλοφορίας του αίματος στον εγκέφαλο, διαταράσσοντας την ισορροπία του και δυνητικά οδηγώντας σε γνωστικά και συναισθηματικά προβλήματα. Η ατμοσφαιρική ρύπανση μπορεί επίσης να διαταράξει τα μικρόβια του εντέρου και της μύτης και να επηρεάσει την υγεία του εγκεφάλου μέσω του εγκεφάλου του εντέρου ή των οσφρητικών εγκεφαλικών αξόνων. Ενώ εξακολουθούν να εμφανίζονται πειραματικά στοιχεία, η κατανόηση αυτών των μηχανισμών μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό πρώιμων βιοδεικτών περιβαλλοντικής εγκεφαλικής βλάβης, ιδιαίτερα σε ευάλωτους πληθυσμούς όπως οι εργαζόμενοι σε μολυσμένα περιβάλλοντα.

Επιγενετικά μονοπάτια

Τα εγκεφαλικά κύτταρα απελευθερώνουν σήματα κινδύνου στο αίμα. Τα εξωκυτταρικά κυστίδια που μεταφέρουν επιγενετικό υλικό από κατεστραμμένους νευρώνες και αστροκύτταρα θα μπορούσαν να γίνουν αναγνωρίσιμοι βιοδείκτες πρώιμης δυνατότητας, δημιουργώντας ένα «μήνυμα σε ένα μπουκάλι» από τον εγκέφαλο.

Οι επιγενετικές αλλαγές ρυθμίζουν τη λειτουργία του εγκεφάλου χωρίς να αλλάζουν τις αλληλουχίες του δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA). Αυτές οι αλλαγές είναι ζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη του εγκεφάλου, τη συναπτική πλαστικότητα και τη μνήμη, αλλά είναι επίσης ευαίσθητες σε περιβαλλοντικές πιέσεις όπως η ατμοσφαιρική ρύπανση. Η χρόνια έκθεση σε ρύπους μπορεί να διαταράξει αυτές τις επιγενετικές διεργασίες, οδηγώντας δυνητικά σε ΝΔ. Υπάρχουν ενδείξεις ότι μια τέτοια έκθεση μπορεί να αυξήσει την έκφραση επιβλαβών γονιδίων, να μειώσει τη δραστηριότητα των προστατευτικών γονιδίων και να μεταβάλει τα μη κωδικοποιητικά ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA). Αυτές οι αλλαγές μπορεί να συμβούν πολύ πριν από τα συμπτώματα, υπογραμμίζοντας την επιγενετική ως παράγοντα κινδύνου και ως πρώιμο βιοδείκτη για τις ΝΔ.

Οι ρύποι στον αέρα μπορούν να διαταράξουν τη λειτουργία του εγκεφάλου αλλάζοντας τα μη κωδικοποιητικά RNA και τη μεθυλίωση του DNA, τα οποία και τα δύο ρυθμίζουν την έκφραση των γονιδίων. Μελέτες σε ζώα και ανθρώπους δείχνουν ότι αυτές οι αλλαγές σχετίζονται με απώλεια μνήμης, φλεγμονή και ΜΔ. Ωστόσο, τα περισσότερα ανθρώπινα ευρήματα προέρχονται από δείγματα περιφερικού αίματος, όχι από εγκεφαλικό ιστό, γεγονός που περιορίζει την κλινική ερμηνεία. Τοξίνες όπως το τολουόλιο, το μαγγάνιο και ο μόλυβδος μπορούν να μειώσουν τη δραστηριότητα των προστατευτικών γονιδίων ή να αυξήσουν την παραγωγή επιβλαβών πρωτεϊνών στον εγκέφαλο. Ορισμένα αποτελέσματα μπορούν να μεταδοθούν ακόμη και σε απογόνους. Η ατμοσφαιρική ρύπανση μεταβάλλει επίσης τη μεθυλίωση του DNA στο αίμα και τον εγκεφαλικό ιστό, αυξάνοντας δυνητικά τον κίνδυνο ασθενειών καθ' όλη τη διάρκεια της ζωής, ιδιαίτερα με την πρώιμη ή μακροχρόνια έκθεση.

Λίγες μελέτες έχουν εξετάσει πώς η ατμοσφαιρική ρύπανση επηρεάζει τις τροποποιήσεις ιστόνης σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες (ΝΔ) λόγω τεχνικών προκλήσεων. Ωστόσο, τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν σχέσεις μεταξύ της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και των αλλοιωμένων δεικτών ιστόνης, της βλάβης του DNA και της παθολογίας της νόσου του Αλτσχάιμερ τόσο σε ανθρώπους όσο και σε ποντίκια. Η προγεννητική έκθεση σε σωματίδια επηρεάζει την ανάπτυξη του εγκεφάλου, ιδιαίτερα στους άνδρες, λόγω της απομεθυλίωσης της ιστόνης, υπογραμμίζοντας τις ευπάθειες που σχετίζονται με το φύλο. Τα πλαστικά σωματίδια και τα βαρέα μέταλλα διαταράσσουν επίσης τις τροποποιήσεις ιστόνης και προκαλούν οξειδωτικό στρες, απώλεια μνήμης και νευροφλεγμονή. Συγκεκριμένα, ορισμένα πειραματικά στοιχεία για τροποποιήσεις ιστόνης (π.χ. αλλαγές που προκαλούνται από μαγγάνιο) προέρχονται από μελέτες ένεσης και όχι από έκθεση με εισπνοή, δημιουργώντας αβεβαιότητες σχετικά με πραγματικούς κινδύνους εισπνοής. Οι αναστολείς αποακετυλάσης της ιστόνης και οι ενώσεις όπως το βουτυρικό (που μελετήθηκε σε ποντίκια που εκτέθηκαν σε μόλυβδο) δείχνουν δυνατότητες αναστροφής ορισμένων από αυτές τις επιδράσεις και παρέχουν οδούς για μελλοντικές θεραπείες ND.

συμπεράσματα

Οι εργαζόμενοι που χειρίζονται πλαστικά αντιμετωπίζουν αόρατες απειλές. Νανοσωματίδια κατασκευαστών ή κατεστραμμένες αναπνευστικές συσκευές εισέρχονται στον εγκέφαλο, προκαλώντας προσωρινή οσφρητική βλάβη και φλεγμονή – πρώιμα προειδοποιητικά σημάδια νευροεκφυλιστικών ασθενειών.

Πρόσφατη έρευνα δείχνει ισχυρούς δεσμούς μεταξύ της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και της NDS κυρίως μέσω επιγενετικών αλλαγών. Οι ρύποι μπορούν να αλλάξουν τη μεθυλίωση του DNA, την έκφραση του μη κωδικοποιητικού RNA και τις τροποποιήσεις ιστόνης, οι οποίες συμβάλλουν στη φλεγμονή και τη βλάβη του εγκεφάλου. Νέες μέθοδοι όπως η ανάλυση των εξωκυτταρικών κυστιδίων στο αίμα μπορούν να βοηθήσουν στην ανίχνευση αυτών των αλλαγών χωρίς επεμβατικές διαδικασίες. Ωστόσο, η μελέτη των τροποποιήσεων ιστόνης παραμένει τεχνικά δύσκολη. Παραμένουν βασικά κενά. Η ατμοσφαιρική ρύπανση του πραγματικού κόσμου είναι περίπλοκη, καθιστώντας δύσκολη τη μελέτη των ακριβών επιπτώσεων. Παράγοντες όπως το μέγεθος των σωματιδίων, η ατομική υγεία και η έκθεση στην πρώιμη ζωή επηρεάζουν τον κίνδυνο αλλά δεν είναι πλήρως κατανοητοί. Οι ανατομικές διαφορές μεταξύ ζωικών μοντέλων και ανθρώπων (π.χ. ρινική δομή) περιπλέκουν περαιτέρω τη μετάφραση των μελετών εισπνοής. Οι περισσότερες έρευνες επικεντρώνονται σε ηλικιωμένους ενήλικες, στη βραχυπρόθεσμη έκθεση και σε περιορισμένο αριθμό ρύπων, παραβλέποντας τις μακροπρόθεσμες και πρώιμες επιπτώσεις. Επίσης μελετώνται ασθένειες όπως η σκλήρυνση κατά πλάκας, η αμυοτροφική πλευρική σκλήρυνση (ALS) και η νόσος του Huntington.

Οι μελλοντικές μελέτες θα πρέπει να είναι μακροπρόθεσμες, να περιλαμβάνουν νεότερους πληθυσμούς και να λαμβάνουν υπόψη λιγότερο μελετημένες προσμείξεις και οδούς έκθεσης, όπως η διατροφή ή οι αλληλεπιδράσεις εντέρου-εγκεφάλου. Ο συνδυασμός τεχνολογιών omics και τεχνητής νοημοσύνης θα μπορούσε να βοηθήσει στον εντοπισμό βιοδεικτών και να οδηγήσει στην ανάπτυξη προληπτικών θεραπειών. Η βελτιωμένη επαγγελματική και περιβαλλοντική προστασία, ιδιαίτερα για τις ομάδες υψηλού κινδύνου, είναι επίσης απαραίτητη για τη μείωση του κινδύνου ΝΔ. Η αντιμετώπιση των ρυθμιστικών επιπτώσεων απαιτεί επικύρωση επιγενετικών εργαλείων για κλινική χρήση.

Πηγές: