Znanstvenici identificiraju genetske tragove koji povezuju zagađenje zraka s neurodegeneracijom

Znanstvenici identificiraju genetske tragove koji povezuju zagađenje zraka s neurodegeneracijom

Novo istraživanje pokazuje da otrovni zrak može preoblikovati aktivnost gena u mozgu, potencijalno pripremajući pozornicu za Alzheimerovu i Parkinsonovu bolest i naglašavajući potrebu za ranim otkrivanjem i jačom zaštitom rizičnih radnika.

Članak objavljen u nedavnom članku u časopisuZnanostIstraživači u Italiji istraživali su kako zagađenje zraka doprinosi neurodegenerativnim poremećajima (ND) putem epigenetskih modifikacija. Povećala je potencijal korištenja epigenetskih markera za otkrivanje ranih promjena izazvanih onečišćenjem zraka, osobito u visokorizičnim skupinama. Naglasili su potrebu za daljnjim istraživanjem kako bi se usmjerile strategije zaštite na radu i preventivne zdravstvene strategije.

pozadina

Mladi odrasli u zagađenim gradovima pokazuju alarmantne promjene mozga. Smanjeni histonski markeri (H3K9me2/ME3) i pojačani signali oštećenja DNK pronađeni su u njihovom moždanom tkivu, odražavajući Alzheimerovu patologiju desetljećima prije tipične dobi dijagnoze.

ND su dugotrajna stanja koja uključuju gubitak živčanih stanica u mozgu ili živčanom sustavu, što dovodi do značajnih problema s pamćenjem, razmišljanjem, raspoloženjem i fizičkim funkcijama. Alzheimerova bolest i Parkinsonova bolest su najčešće i pogađaju milijune ljudi diljem svijeta. Kako stanovništvo stari, broj ljudi s ovim stanjima raste. Mnogi slučajevi povezani su s čimbenicima rizika koji se mogu spriječiti, uključujući loše životne navike, nisko obrazovanje ili prihode te izloženost onečišćenju okoliša.

Onečišćenje zraka sastoji se od štetnih čestica i plinova iz prirodnih izvora kao što su šumski požari i ljudske aktivnosti uključujući izgaranje goriva, promet i tvorničke emisije. Čestice mogu nositi otrovne tvari uključujući teške metale, bakterije i hlapljive kemikalije. Iako je onečišćenje zraka prvenstveno povezano s bolestima srca i pluća, sada je povezano i s oštećenjem mozga i povećanim rizikom od NDS-a. Određeni radnici, poput rudara, tvorničkih radnika i vozača, mogu biti posebno ugroženi.

Kako zagađenje zraka utječe na mozak

Onečišćenje zraka može utjecati na zdravlje mozga kroz dva primarna puta: izravno i neizravno. Izravan put uključuje ultrafine čestice i određene plinove koji ulaze u krvotok ili putuju kroz nos do mozga, potencijalno uzrokujući oštećenje krvno-moždane barijere (BBB) ​​​​i upalu. Neki zagađivači kao što je dušikov dioksid (NO₂) pretvaraju se u aktivne spojeve koji utječu na rad mozga, dok se drugi kao što su hlapljivi organski spojevi (VOC) nakupljaju u moždanom tkivu zbog svoje prirode topljive u mastima. Iako su dokazi o izravnim učincima tih zagađivača na mozak ograničeni, studije su pokazale da tvari poput nanoplastike, olova i mangana mogu proći kroz BBB i moždane stanice.

Neizravni put uključuje zagađivače koji pokreću upalu ili kemijske signale (poput citokina, izvanstaničnih vezikula ili egzosoma izvedenih iz pluća/mozga) u organima kao što su pluća ili crijeva. Te molekule zatim putuju kroz krvotok do mozga, narušavajući njegovu ravnotežu i potencijalno dovodeći do kognitivnih i emocionalnih problema. Zagađenje zraka također može poremetiti crijevne i nazalne mikrobe i utjecati na zdravlje mozga kroz crijevni mozak ili olfaktorne moždane osi. Dok se eksperimentalni dokazi tek pojavljuju, razumijevanje ovih mehanizama može pomoći u identificiranju ranih biomarkera oštećenja mozga uzrokovanih okolišem, osobito u ranjivim populacijama kao što su radnici u zagađenim okolišima.

Epigenetski putevi

Moždane stanice otpuštaju signale opasnosti u krv. Izvanstanične vezikule koje nose epigenetski materijal iz oštećenih neurona i astrocita mogle bi postati prepoznatljivi biomarkeri ranog potencijala, generirajući "poruku u boci" iz mozga.

Epigenetske promjene reguliraju rad mozga bez mijenjanja sekvenci deoksiribonukleinske kiseline (DNK). Te su promjene ključne za razvoj mozga, sinaptičku plastičnost i pamćenje, ali su također osjetljive na okolišne stresove kao što je onečišćenje zraka. Kronična izloženost zagađivačima može poremetiti ove epigenetske procese, potencijalno dovodeći do ND-a. Postoje dokazi da takvo izlaganje može povećati ekspresiju štetnih gena, smanjiti aktivnost zaštitnih gena i promijeniti nekodirajuće ribonukleinske kiseline (RNA). Te se promjene mogu dogoditi puno prije simptoma, ističući epigenetiku kao čimbenik rizika i rani biomarker za ND.

Zagađivači u zraku mogu poremetiti rad mozga mijenjanjem nekodirajućih RNK ​​i metilacije DNK, a oba reguliraju ekspresiju gena. Studije na životinjama i ljudima pokazuju da su te promjene povezane s gubitkom pamćenja, upalom i ND-ovima. Međutim, većina ljudskih nalaza dolazi iz uzoraka periferne krvi, a ne moždanog tkiva, što ograničava kliničku interpretaciju. Toksini poput toluena, mangana i olova mogu smanjiti aktivnost zaštitnih gena ili povećati proizvodnju štetnih proteina u mozgu. Neki se učinci čak mogu prenijeti na potomke. Zagađenje zraka također mijenja metilaciju DNK u krvi i moždanom tkivu, potencijalno povećavajući rizik od bolesti tijekom životnog vijeka, osobito kod rane ili dugotrajne izloženosti.

Malo je studija ispitalo kako zagađenje zraka utječe na modifikacije histona u neurodegenerativnim bolestima (ND) zbog tehničkih izazova. Međutim, prvi rezultati pokazuju povezanost između onečišćenja zraka i promijenjenih histonskih markera, oštećenja DNK i patologije Alzheimerove bolesti kod ljudi i miševa. Prenatalna izloženost česticama utječe na razvoj mozga, osobito kod muškaraca, zbog demetilacije histona, ističući ranjivosti specifične za spol. Čestice plastike i teški metali također ometaju modifikacije histona i uzrokuju oksidativni stres, gubitak pamćenja i neuroupalu. Konkretno, neki eksperimentalni dokazi za modifikacije histona (npr. promjene izazvane manganom) potječu iz studija injekcija, a ne izlaganja inhalacijom, stvarajući nesigurnosti o stvarnim rizicima inhalacije. Inhibitori histonske deacetilaze i spojevi kao što je butirat (istražen na miševima izloženim olovu) pokazuju potencijal u poništavanju nekih od ovih učinaka i pružaju mogućnosti za buduće tretmane ND.

Zaključci

Radnici koji rukuju plastikom suočavaju se s nevidljivim prijetnjama. Nanočestice proizvođača ili oštećeni uređaji za disanje ulaze u mozak, uzrokujući privremeno oštećenje njuha i upalu – rani znakovi upozorenja neurodegenerativnih bolesti.

Nedavna istraživanja pokazuju jake veze između onečišćenja zraka i NDS-a uglavnom kroz epigenetske promjene. Zagađivači mogu promijeniti metilaciju DNK, ekspresiju nekodirajuće RNK i modifikacije histona, što sve pridonosi upali i oštećenju mozga. Nove metode poput analize izvanstaničnih vezikula u krvi mogu pomoći u otkrivanju ovih promjena bez invazivnih postupaka. Međutim, proučavanje modifikacija histona i dalje je tehnički izazovno. Ključne praznine ostaju. Onečišćenje zraka u stvarnom svijetu je složeno, što otežava proučavanje točnih učinaka. Čimbenici kao što su veličina čestica, zdravlje pojedinca i izloženost ranom životu utječu na rizik, ali nisu u potpunosti shvaćeni. Anatomske razlike između životinjskih modela i ljudi (npr. struktura nosa) dodatno kompliciraju prijevod inhalacijskih studija. Većina istraživanja usmjerena je na starije odrasle osobe, kratkoročnu izloženost i ograničeni broj zagađivača, zanemarujući dugoročne i rane učinke. Proučavaju se i bolesti kao što su multipla skleroza, amiotrofična lateralna skleroza (ALS) i Huntingtonova bolest.

Buduće studije trebale bi biti dugoročne, uključivati ​​mlađu populaciju i uzeti u obzir manje proučavane kontaminante i načine izlaganja kao što su prehrana ili interakcije crijeva i mozga. Kombinacija omics tehnologija i umjetne inteligencije mogla bi pomoći u identificiranju biomarkera i dovesti do razvoja preventivnih terapija. Poboljšana radna zaštita i zaštita okoliša, posebno za visokorizične skupine, također su ključni za smanjenje rizika od ND. Rješavanje regulatornih implikacija zahtijeva validaciju epigenetskih alata za kliničku upotrebu.

Izvori: