Gli scienziati identificano indizi genetici che collegano l’inquinamento atmosferico alla neurodegenerazione

Gli scienziati identificano indizi genetici che collegano l’inquinamento atmosferico alla neurodegenerazione

Una nuova ricerca mostra che l'aria tossica può rimodellare l'attività genetica nel cervello, ponendo potenzialmente le basi per l'Alzheimer e il Parkinson e sottolineando la necessità di una diagnosi precoce e di una maggiore protezione per i lavoratori a rischio.

Articolo pubblicato in un recente articolo sulla RivistaScienzaAlcuni ricercatori italiani hanno studiato il modo in cui l'inquinamento atmosferico contribuisce ai disturbi neurodegenerativi (ND) attraverso modifiche epigenetiche. Ha sottolineato il potenziale dell’uso di marcatori epigenetici per rilevare i primi cambiamenti innescati dall’inquinamento atmosferico, in particolare nei gruppi ad alto rischio. Hanno sottolineato la necessità di ulteriori ricerche per orientare le strategie di salute professionale e preventiva.

sfondo

I giovani adulti che vivono in città inquinate mostrano cambiamenti cerebrali allarmanti. Nel loro tessuto cerebrale sono stati trovati marcatori istonici ridotti (H3K9me2/ME3) e segnali di danno al DNA aumentati, che riflettono la patologia dell'Alzheimer decenni prima dell'età tipica della diagnosi.

Le ND sono condizioni a lungo termine che comportano la perdita di cellule nervose nel cervello o nel sistema nervoso, portando a problemi significativi con la memoria, il pensiero, l’umore e la funzione fisica. Il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson sono i più comuni e colpiscono milioni di persone in tutto il mondo. Con l’invecchiamento della popolazione, il numero di persone con queste condizioni aumenta. Molti casi sono associati a fattori di rischio prevenibili, tra cui cattive abitudini di vita, basso livello di istruzione o reddito ed esposizione all’inquinamento ambientale.

L’inquinamento atmosferico è costituito da particelle e gas nocivi provenienti da fonti naturali come gli incendi e le attività umane, tra cui la combustione di carburante, il traffico e le emissioni delle fabbriche. Le particelle possono trasportare sostanze tossiche inclusi metalli pesanti, batteri e sostanze chimiche volatili. Sebbene l’inquinamento atmosferico sia principalmente legato a malattie cardiache e polmonari, ora è anche collegato a danni cerebrali e a un aumento del rischio di NDS. Alcuni lavoratori, come i minatori, gli operai e gli autisti, potrebbero essere particolarmente a rischio.

Come l'inquinamento atmosferico influisce sul cervello

L’inquinamento atmosferico può influenzare la salute del cervello attraverso due percorsi principali: diretto e indiretto. La via diretta prevede che particelle ultrafini e alcuni gas entrino nel flusso sanguigno o viaggino attraverso il naso fino al cervello, causando potenzialmente danni alla barriera emato-encefalica (BBB) ​​e infiammazione. Alcuni inquinanti come il biossido di azoto (NO₂) si convertono in composti attivi che influenzano la funzione cerebrale, mentre altri come i composti organici volatili (COV) si accumulano nel tessuto cerebrale a causa della loro natura liposolubile. Sebbene le prove degli effetti diretti sul cervello di questi inquinanti rimangano limitate, gli studi hanno dimostrato che sostanze come le nanoplastiche, il piombo e il manganese possono attraversare la BEE e le cellule cerebrali.

Il percorso indiretto coinvolge inquinanti che innescano infiammazioni o segnali chimici (come citochine, vescicole extracellulari o esosomi derivati ​​​​dai polmoni/cervello) in organi come i polmoni o l’intestino. Queste molecole poi viaggiano attraverso il flusso sanguigno fino al cervello, interrompendone l’equilibrio e portando potenzialmente a problemi cognitivi ed emotivi. L’inquinamento atmosferico può anche distruggere i microbi intestinali e nasali e influenzare la salute del cervello attraverso gli assi cerebrali intestinali o olfattivi. Sebbene le prove sperimentali stiano ancora emergendo, la comprensione di questi meccanismi potrebbe aiutare a identificare i primi biomarcatori del danno cerebrale ambientale, in particolare nelle popolazioni vulnerabili come i lavoratori in ambienti inquinati.

Vie epigenetiche

Le cellule cerebrali rilasciano segnali di pericolo nel sangue. Le vescicole extracellulari che trasportano materiale epigenetico proveniente da neuroni e astrociti danneggiati potrebbero diventare biomarcatori riconoscibili del potenziale precoce, generando un “messaggio in bottiglia” dal cervello.

I cambiamenti epigenetici regolano la funzione cerebrale senza alterare le sequenze di acido desossiribonucleico (DNA). Questi cambiamenti sono cruciali per lo sviluppo del cervello, la plasticità sinaptica e la memoria, ma sono anche sensibili agli stress ambientali come l’inquinamento atmosferico. L’esposizione cronica agli inquinanti può interrompere questi processi epigenetici, portando potenzialmente a ND. Esistono prove che tale esposizione può aumentare l’espressione di geni dannosi, ridurre l’attività dei geni protettivi e alterare gli acidi ribonucleici (RNA) non codificanti. Questi cambiamenti possono verificarsi molto prima dei sintomi, evidenziando l’epigenetica sia come fattore di rischio che come biomarcatore precoce delle ND.

Gli inquinanti presenti nell’aria possono interrompere la funzione cerebrale alterando gli RNA non codificanti e la metilazione del DNA, che regolano entrambi l’espressione genetica. Studi su animali e umani mostrano che questi cambiamenti sono associati a perdita di memoria, infiammazione e ND. Tuttavia, la maggior parte dei risultati umani provengono da campioni di sangue periferico, non da tessuto cerebrale, il che limita l’interpretazione clinica. Tossine come toluene, manganese e piombo possono ridurre l'attività dei geni protettivi o aumentare la produzione di proteine ​​dannose nel cervello. Alcuni effetti possono anche essere trasmessi ai discendenti. L’inquinamento atmosferico altera anche la metilazione del DNA nel sangue e nel tessuto cerebrale, aumentando potenzialmente il rischio di malattie nel corso della vita, in particolare in caso di esposizione precoce o a lungo termine.

Pochi studi hanno esaminato il modo in cui l’inquinamento atmosferico influisce sulle modifiche degli istoni nelle malattie neurodegenerative (ND) a causa di sfide tecniche. Tuttavia, i primi risultati mostrano collegamenti tra inquinamento atmosferico e marcatori istonici alterati, danni al DNA e patologia del morbo di Alzheimer sia negli esseri umani che nei topi. L’esposizione prenatale alle particelle influenza lo sviluppo del cervello, in particolare nei maschi, a causa della demetilazione degli istoni, evidenziando vulnerabilità specifiche del sesso. Le particelle di plastica e i metalli pesanti interrompono anche le modificazioni degli istoni e causano stress ossidativo, perdita di memoria e neuroinfiammazione. In particolare, alcune prove sperimentali per le modifiche degli istoni (ad esempio, i cambiamenti indotti dal manganese) provengono da studi di iniezione piuttosto che dall'esposizione per inalazione, creando incertezze sui rischi reali dell'inalazione. Gli inibitori dell’istone deacetilasi e composti come il butirrato (studiati su topi esposti al piombo) mostrano il potenziale nell’invertire alcuni di questi effetti e forniscono strade per futuri trattamenti ND.

Conclusioni

I lavoratori che maneggiano la plastica affrontano minacce invisibili. Le nanoparticelle dei produttori o i dispositivi respiratori danneggiati entrano nel cervello, causando danni olfattivi temporanei e infiammazioni – segnali premonitori di malattie neurodegenerative.

Ricerche recenti mostrano forti legami tra inquinamento atmosferico e NDS principalmente attraverso cambiamenti epigenetici. Gli inquinanti possono alterare la metilazione del DNA, l’espressione dell’RNA non codificante e le modifiche degli istoni, che contribuiscono all’infiammazione e al danno cerebrale. Nuovi metodi come l’analisi delle vescicole extracellulari nel sangue possono aiutare a rilevare questi cambiamenti senza procedure invasive. Tuttavia, lo studio delle modifiche degli istoni rimane tecnicamente impegnativo. Rimangono lacune fondamentali. L’inquinamento atmosferico nel mondo reale è complesso, il che rende difficile studiarne gli effetti precisi. Fattori come la dimensione delle particelle, la salute individuale e l’esposizione nei primi anni di vita influenzano il rischio ma non sono pienamente compresi. Le differenze anatomiche tra modelli animali e umani (ad esempio, struttura nasale) complicano ulteriormente la traduzione degli studi sull'inalazione. La maggior parte delle ricerche si concentra sugli anziani, sull’esposizione a breve termine e su un numero limitato di inquinanti, trascurando gli effetti precoci e a lungo termine. Sono allo studio anche malattie come la sclerosi multipla, la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e la malattia di Huntington.

Gli studi futuri dovrebbero essere a lungo termine, includere popolazioni più giovani e considerare contaminanti e vie di esposizione meno studiati come la dieta o le interazioni intestino-cervello. La combinazione di tecnologie omiche e intelligenza artificiale potrebbe aiutare a identificare i biomarcatori e portare allo sviluppo di terapie preventive. Per ridurre il rischio di ND è essenziale anche una migliore protezione professionale e ambientale, in particolare per i gruppi ad alto rischio. Affrontare le implicazioni normative richiede la convalida di strumenti epigenetici per uso clinico.

Fonti: