Tutkijat tunnistavat geneettisiä vihjeitä, jotka yhdistävät ilmansaasteet hermoston rappeutumiseen

Tutkijat tunnistavat geneettisiä vihjeitä, jotka yhdistävät ilmansaasteet hermoston rappeutumiseen

Uusi tutkimus osoittaa, että myrkyllinen ilma voi muuttaa geenien toimintaa aivoissa, mikä saattaa luoda alustan Alzheimerin ja Parkinsonin taudille ja korostaa tarvetta havaita varhainen ja vahvempi suoja riskialttiille työntekijöille.

Artikkeli julkaistiin äskettäin lehdessäTiedeItalialaiset tutkijat tutkivat, kuinka ilmansaasteet vaikuttavat neurodegeneratiivisiin sairauksiin (ND) epigeneettisten muutosten kautta. Hän nosti esiin epigeneettisten markkerien käytön mahdollisuudet havaita ilmansaasteiden aiheuttamia varhaisia ​​muutoksia, erityisesti korkean riskin ryhmissä. He korostivat lisätutkimuksen tarvetta työterveys- ja ennaltaehkäisevien strategioiden ohjaamiseksi.

tausta

Nuoret aikuiset saastuneissa kaupungeissa osoittavat hälyttäviä aivomuutoksia. Heidän aivokudoksestaan ​​löydettiin vähentyneet histonimarkkerit (H3K9me2/ME3) ja lisääntyneet DNA-vauriosignaalit, mikä kuvastaa Alzheimerin patologiaa vuosikymmeniä ennen tyypillistä diagnoosiikää.

ND:t ovat pitkäaikaisia ​​tiloja, joihin liittyy hermosolujen menetys aivoissa tai hermostossa, mikä johtaa merkittäviin muisti-, ajattelu-, mieliala- ja fyysisiin toimintoihin liittyviin ongelmiin. Alzheimerin tauti ja Parkinsonin tauti ovat yleisimpiä ja vaikuttavat miljooniin ihmisiin maailmanlaajuisesti. Väestön ikääntyessä näitä sairauksia sairastavien määrä kasvaa. Monet tapaukset liittyvät ehkäistävissä oleviin riskitekijöihin, mukaan lukien huonot elämäntavat, alhainen koulutus tai tulot sekä altistuminen ympäristön saastumiselle.

Ilmansaasteet koostuvat haitallisista hiukkasista ja kaasuista luonnollisista lähteistä, kuten maastopaloista ja ihmisen toiminnasta, mukaan lukien polttoaineiden poltosta, liikenteestä ja tehtaiden päästöistä. Hiukkaset voivat kuljettaa myrkyllisiä aineita, kuten raskasmetalleja, bakteereja ja haihtuvia kemikaaleja. Vaikka ilmansaasteet liittyvät ensisijaisesti sydän- ja keuhkosairauksiin, se liittyy nyt myös aivovaurioihin ja lisääntyneeseen NDS-riskiin. Tietyt työntekijät, kuten kaivostyöläiset, tehdastyöntekijät ja kuljettajat, voivat olla erityisen vaarassa.

Miten ilmansaasteet vaikuttavat aivoihin

Ilmansaasteet voivat vaikuttaa aivojen terveyteen kahdella ensisijaisella tavalla: suoralla ja epäsuoralla. Suoraan reittiin liittyy erittäin hienojakoisia hiukkasia ja tiettyjä kaasuja, jotka pääsevät verenkiertoon tai kulkevat nenän kautta aivoihin, mikä voi aiheuttaa vaurioita veri-aivoesteelle (BBB) ​​ja tulehdusta. Jotkut epäpuhtaudet, kuten typpidioksidi (NO₂), muuttuvat aktiivisiksi yhdisteiksi, jotka vaikuttavat aivojen toimintaan, kun taas toiset, kuten haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC) kerääntyvät aivokudokseen rasvaliukoisen luonteensa vuoksi. Vaikka näyttöä näiden epäpuhtauksien suorista aivovaikutuksista on edelleen rajallinen, tutkimukset ovat osoittaneet, että aineet, kuten nanomuovit, lyijy ja mangaani, voivat läpäistä BBB- ja aivosolut.

Epäsuora reitti sisältää epäpuhtauksia, jotka laukaisevat tulehdusta tai kemiallisia signaaleja (kuten sytokiineja, solunulkoisia rakkuloita tai keuhkoista/aivoista peräisin olevia eksosomeja) elimissä, kuten keuhkoissa tai suolistossa. Nämä molekyylit kulkevat sitten verenkierron kautta aivoihin häiriten niiden tasapainoa ja mahdollisesti johtaen kognitiivisiin ja emotionaalisiin ongelmiin. Ilmansaasteet voivat myös häiritä suoliston ja nenän mikrobeja ja vaikuttaa aivojen terveyteen suoliston aivojen tai hajuaistimien kautta. Vaikka kokeellisia todisteita on vielä syntymässä, näiden mekanismien ymmärtäminen voi auttaa tunnistamaan ympäristön aivovaurioiden varhaisia ​​biomarkkereita, erityisesti haavoittuvissa väestöryhmissä, kuten saastuneissa ympäristöissä olevissa työntekijöissä.

Epigeneettiset reitit

Aivosolut vapauttavat hätäsignaaleja vereen. Solunulkoisista rakkuloista, jotka kuljettavat epigeneettistä materiaalia vaurioituneista hermosoluista ja astrosyyteistä, voi tulla tunnistettavia varhaisen potentiaalin biomarkkereita, jotka tuottavat "viestin pullossa" aivoista.

Epigeneettiset muutokset säätelevät aivojen toimintaa muuttamatta deoksiribonukleiinihapposekvenssejä (DNA). Nämä muutokset ovat ratkaisevia aivojen kehitykselle, synaptiselle plastisuudelle ja muistille, mutta ne ovat myös herkkiä ympäristön rasituksille, kuten ilmansaasteille. Krooninen altistuminen epäpuhtauksille voi häiritä näitä epigeneettisiä prosesseja, mikä voi johtaa ND:ihin. On näyttöä siitä, että tällainen altistuminen voi lisätä haitallisten geenien ilmentymistä, vähentää suojaavien geenien aktiivisuutta ja muuttaa ei-koodaavia ribonukleiinihappoja (RNA:ita). Nämä muutokset voivat tapahtua kauan ennen oireita, mikä korostaa epigenetiikkaa sekä riskitekijänä että varhaisena ND:n biomarkkerina.

Ilmassa olevat epäpuhtaudet voivat häiritä aivojen toimintaa muuttamalla ei-koodaavia RNA:ita ja DNA:n metylaatiota, jotka molemmat säätelevät geenien ilmentymistä. Eläimillä ja ihmisillä tehdyt tutkimukset osoittavat, että nämä muutokset liittyvät muistin menettämiseen, tulehdukseen ja ND-sairauksiin. Useimmat ihmisen löydökset ovat kuitenkin peräisin perifeerisistä verinäytteistä, ei aivokudoksesta, mikä rajoittaa kliinistä tulkintaa. Toksiinit, kuten tolueeni, mangaani ja lyijy, voivat vähentää suojaavien geenien toimintaa tai lisätä haitallisten proteiinien tuotantoa aivoissa. Jotkut efektit voivat jopa siirtyä jälkeläisille. Ilmansaasteet myös muuttavat DNA:n metylaatiota veressä ja aivokudoksessa, mikä saattaa lisätä sairauden riskiä koko elinkaaren ajan, erityisesti varhaisessa tai pitkäaikaisessa altistumisessa.

Harvat tutkimukset ovat tutkineet, kuinka ilmansaasteet vaikuttavat histonien muunnoksiin neurodegeneratiivisissa sairauksissa (ND) teknisten haasteiden vuoksi. Varhaiset tulokset osoittavat kuitenkin yhteyksiä ilmansaasteiden ja muuttuneiden histonimarkkerien, DNA-vaurioiden ja Alzheimerin taudin patologian välillä sekä ihmisillä että hiirillä. Prenataalinen altistuminen hiukkasille vaikuttaa aivojen kehitykseen erityisesti miehillä histonien demetylaation vuoksi, mikä korostaa sukupuolikohtaisia ​​haavoittuvuuksia. Muovihiukkaset ja raskasmetallit häiritsevät myös histonimuutoksia ja aiheuttavat oksidatiivista stressiä, muistin menetystä ja hermotulehdusta. Erityisesti jotkut kokeelliset todisteet histonien modifikaatioista (esim. mangaanin aiheuttamista muutoksista) ovat peräisin injektiotutkimuksista inhalaatioaltistuksen sijaan, mikä luo epävarmuutta todellisista sisäänhengitysriskeistä. Histonideasetylaasi-inhibiittorit ja yhdisteet, kuten butyraatti (tutkittu lyijylle altistuneilla hiirillä), osoittavat potentiaalia kumota joitakin näistä vaikutuksista ja tarjoavat mahdollisuuksia tuleville ND-hoitoille.

Johtopäätökset

Muoveja käsittelevät työntekijät kohtaavat näkymättömiä uhkia. Valmistajien nanohiukkaset tai vaurioituneet hengityslaitteet pääsevät aivoihin aiheuttaen tilapäisiä hajuvaurioita ja tulehdusta – varhaisia ​​varoitusmerkkejä hermostoa rappeutuvista sairauksista.

Viimeaikaiset tutkimukset osoittavat vahvat yhteydet ilmansaasteiden ja NDS:n välillä pääasiassa epigeneettisten muutosten kautta. Epäpuhtaudet voivat muuttaa DNA:n metylaatiota, koodaamattoman RNA:n ilmentymistä ja histonimuutoksia, jotka kaikki edistävät aivojen tulehdusta ja vaurioita. Uudet menetelmät, kuten solunulkoisten rakkuloiden analysointi veressä, voivat auttaa havaitsemaan nämä muutokset ilman invasiivisia toimenpiteitä. Histonimuunnosten tutkiminen on kuitenkin edelleen teknisesti haastavaa. Keskeisiä aukkoja on jäljellä. Tosimaailman ilmansaasteet ovat monimutkaisia, minkä vuoksi tarkkojen vaikutusten tutkiminen on vaikeaa. Sellaiset tekijät kuin hiukkaskoko, yksilön terveys ja varhainen altistuminen vaikuttavat riskeihin, mutta niitä ei täysin ymmärretä. Eläinmallien ja ihmisten väliset anatomiset erot (esim. nenän rakenne) vaikeuttavat entisestään inhalaatiotutkimusten kääntämistä. Suurin osa tutkimuksista keskittyy iäkkäisiin aikuisiin, lyhytaikaiseen altistumiseen ja rajoitettuun määrään saasteita, jättäen huomiotta pitkän aikavälin ja varhaiset vaikutukset. Myös sairauksia, kuten multippeliskleroosia, amyotrofista lateraaliskleroosia (ALS) ja Huntingtonin tautia, tutkitaan.

Tulevien tutkimusten tulisi olla pitkäaikaisia, niissä tulee ottaa huomioon nuoremmat väestöryhmät ja ottaa huomioon vähemmän tutkitut kontaminantit ja altistumisreitit, kuten ruokavalio tai suoliston ja aivojen vuorovaikutus. Omiikkateknologioiden ja tekoälyn yhdistelmä voisi auttaa tunnistamaan biomarkkereita ja johtaa ehkäisevien hoitojen kehittämiseen. Myös työ- ja ympäristönsuojelun parantaminen, erityisesti riskiryhmien osalta, on välttämätöntä ND-riskin vähentämiseksi. Sääntelyvaikutusten käsitteleminen edellyttää epigeneettisten työkalujen validointia kliiniseen käyttöön.

Lähteet: