Los científicos identifican pistas genéticas que vinculan la contaminación del aire con la neurodegeneración

Los científicos identifican pistas genéticas que vinculan la contaminación del aire con la neurodegeneración

Una nueva investigación muestra que el aire tóxico puede remodelar la actividad genética en el cerebro, preparando potencialmente el terreno para el Alzheimer y el Parkinson y subrayando la necesidad de una detección temprana y una protección más sólida para los trabajadores en riesgo.

Artículo publicado en un artículo reciente en la Revista.IcienciaInvestigadores italianos investigaron cómo la contaminación del aire contribuye a los trastornos neurodegenerativos (ND) a través de modificaciones epigenéticas. Planteó el potencial del uso de marcadores epigenéticos para detectar cambios tempranos provocados por la contaminación del aire, particularmente en grupos de alto riesgo. Hicieron hincapié en la necesidad de realizar más investigaciones para orientar las estrategias de salud ocupacional y preventiva.

fondo

Los adultos jóvenes en ciudades contaminadas muestran cambios cerebrales alarmantes. Se encontraron marcadores de histonas reducidos (H3K9me2/ME3) y mayores señales de daño al ADN en su tejido cerebral, lo que refleja la patología de Alzheimer décadas antes de la edad típica de diagnóstico.

Las EN son afecciones a largo plazo que implican la pérdida de células nerviosas en el cerebro o el sistema nervioso, lo que provoca problemas importantes con la memoria, el pensamiento, el estado de ánimo y la función física. La enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson son las más comunes y afectan a millones de personas en todo el mundo. A medida que las poblaciones envejecen, aumenta el número de personas con estas afecciones. Muchos casos están asociados con factores de riesgo prevenibles, incluidos malos hábitos de vida, bajos niveles de educación o ingresos y exposición a la contaminación ambiental.

La contaminación del aire consiste en partículas y gases nocivos de fuentes naturales, como incendios forestales y actividades humanas, incluida la quema de combustible, el tráfico y las emisiones de las fábricas. Las partículas pueden transportar sustancias tóxicas, incluidos metales pesados, bacterias y productos químicos volátiles. Aunque la contaminación del aire está relacionada principalmente con enfermedades cardíacas y pulmonares, ahora también está relacionada con daño cerebral y un mayor riesgo de NDS. Ciertos trabajadores, como los mineros, los trabajadores de las fábricas y los conductores, pueden correr un riesgo especial.

Cómo afecta la contaminación del aire al cerebro

La contaminación del aire puede afectar la salud del cerebro a través de dos vías principales: directa e indirecta. La ruta directa implica que partículas ultrafinas y ciertos gases ingresen al torrente sanguíneo o viajen a través de la nariz hasta el cerebro, lo que podría causar daño a la barrera hematoencefálica (BHE) e inflamación. Algunos contaminantes, como el dióxido de nitrógeno (NO₂), se convierten en compuestos activos que afectan la función cerebral, mientras que otros, como los compuestos orgánicos volátiles (COV), se acumulan en el tejido cerebral debido a su naturaleza liposoluble. Aunque la evidencia de los efectos directos de estos contaminantes en el cerebro sigue siendo limitada, los estudios han demostrado que sustancias como los nanoplásticos, el plomo y el manganeso pueden atravesar la BHE y las células cerebrales.

La vía indirecta involucra contaminantes que desencadenan inflamación o señales químicas (como citoquinas, vesículas extracelulares o exosomas derivados del pulmón/cerebro) en órganos como los pulmones o los intestinos. Luego, estas moléculas viajan a través del torrente sanguíneo hasta el cerebro, alterando su equilibrio y potencialmente provocando problemas cognitivos y emocionales. La contaminación del aire también puede alterar los microbios intestinales y nasales y afectar la salud del cerebro a través de los ejes del cerebro intestinal o del cerebro olfativo. Si bien aún están surgiendo pruebas experimentales, comprender estos mecanismos puede ayudar a identificar biomarcadores tempranos de daño cerebral ambiental, particularmente en poblaciones vulnerables como los trabajadores en ambientes contaminados.

Vías epigenéticas

Las células cerebrales liberan señales de angustia en la sangre. Las vesículas extracelulares que transportan material epigenético de neuronas y astrocitos dañados podrían convertirse en biomarcadores reconocibles de potencial temprano, generando un "mensaje en una botella" del cerebro.

Los cambios epigenéticos regulan la función cerebral sin alterar las secuencias del ácido desoxirribonucleico (ADN). Estos cambios son cruciales para el desarrollo del cerebro, la plasticidad sináptica y la memoria, pero también son sensibles al estrés ambiental como la contaminación del aire. La exposición crónica a contaminantes puede alterar estos procesos epigenéticos, lo que podría provocar enfermedades de Newcastle. Existe evidencia de que dicha exposición puede aumentar la expresión de genes dañinos, reducir la actividad de genes protectores y alterar los ácidos ribonucleicos (ARN) no codificantes. Estos cambios pueden ocurrir mucho antes de los síntomas, lo que destaca la epigenética como un factor de riesgo y un biomarcador temprano de las EN.

Los contaminantes en el aire pueden alterar la función cerebral al alterar los ARN no codificantes y la metilación del ADN, los cuales regulan la expresión genética. Los estudios en animales y humanos muestran que estos cambios están asociados con la pérdida de memoria, la inflamación y las enfermedades de Newcastle. Sin embargo, la mayoría de los hallazgos en humanos provienen de muestras de sangre periférica, no de tejido cerebral, lo que limita la interpretación clínica. Toxinas como el tolueno, el manganeso y el plomo pueden reducir la actividad de genes protectores o aumentar la producción de proteínas dañinas en el cerebro. Algunos efectos pueden incluso transmitirse a los descendientes. La contaminación del aire también altera la metilación del ADN en la sangre y el tejido cerebral, lo que potencialmente aumenta el riesgo de enfermedades a lo largo de la vida, particularmente con una exposición temprana o prolongada.

Pocos estudios han examinado cómo la contaminación del aire afecta las modificaciones de las histonas en las enfermedades neurodegenerativas (ND) debido a desafíos técnicos. Sin embargo, los primeros resultados muestran vínculos entre la contaminación del aire y la alteración de los marcadores de histonas, el daño del ADN y la patología de la enfermedad de Alzheimer tanto en humanos como en ratones. La exposición prenatal a partículas influye en el desarrollo del cerebro, especialmente en los hombres, debido a la desmetilación de las histonas, lo que pone de relieve las vulnerabilidades específicas del sexo. Las partículas de plástico y los metales pesados ​​también alteran las modificaciones de las histonas y provocan estrés oxidativo, pérdida de memoria y neuroinflamación. En particular, algunas pruebas experimentales de modificaciones de las histonas (por ejemplo, cambios inducidos por el manganeso) provienen de estudios de inyección en lugar de exposición por inhalación, lo que genera incertidumbre sobre los riesgos reales de la inhalación. Los inhibidores de la histona desacetilasa y compuestos como el butirato (estudiados en ratones expuestos al plomo) muestran potencial para revertir algunos de estos efectos y brindan vías para futuros tratamientos de ND.

Conclusiones

Los trabajadores que manipulan plásticos se enfrentan a amenazas invisibles. Las nanopartículas de los fabricantes o de los dispositivos respiratorios dañados ingresan al cerebro y causan daño olfativo temporal e inflamación, señales de advertencia temprana de enfermedades neurodegenerativas.

Investigaciones recientes muestran fuertes vínculos entre la contaminación del aire y las NDS, principalmente a través de cambios epigenéticos. Los contaminantes pueden alterar la metilación del ADN, la expresión del ARN no codificante y las modificaciones de las histonas, todo lo cual contribuye a la inflamación y el daño cerebral. Nuevos métodos, como el análisis de vesículas extracelulares en la sangre, pueden ayudar a detectar estos cambios sin procedimientos invasivos. Sin embargo, estudiar las modificaciones de las histonas sigue siendo un desafío técnico. Siguen existiendo lagunas clave. La contaminación del aire en el mundo real es compleja, lo que dificulta estudiar sus efectos precisos. Factores como el tamaño de las partículas, la salud individual y la exposición en las primeras etapas de la vida influyen en el riesgo, pero no se comprenden completamente. Las diferencias anatómicas entre los modelos animales y los humanos (por ejemplo, la estructura nasal) complican aún más la traducción de los estudios de inhalación. La mayoría de las investigaciones se centran en los adultos mayores, la exposición a corto plazo y un número limitado de contaminantes, pasando por alto los efectos tempranos y a largo plazo. También se están estudiando enfermedades como la esclerosis múltiple, la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y la enfermedad de Huntington.

Los estudios futuros deberían ser a largo plazo, incluir poblaciones más jóvenes y considerar contaminantes y rutas de exposición menos estudiados, como la dieta o las interacciones intestino-cerebro. La combinación de tecnologías ómicas e inteligencia artificial podría ayudar a identificar biomarcadores y conducir al desarrollo de terapias preventivas. Una mejor protección ocupacional y ambiental, particularmente para los grupos de alto riesgo, también es esencial para reducir el riesgo de EN. Abordar las implicaciones regulatorias requiere la validación de herramientas epigenéticas para uso clínico.

Fuentes: