Mokslininkai nustato genetinius įkalčius, siejančius oro taršą su neurodegeneracija

Mokslininkai nustato genetinius įkalčius, siejančius oro taršą su neurodegeneracija

Nauji tyrimai rodo, kad toksiškas oras gali pakeisti genų aktyvumą smegenyse, potencialiai sudarydamas sąlygas Alzheimerio ir Parkinsono ligai ir pabrėždamas, kad reikia anksti nustatyti ir stiprinti rizikos grupės darbuotojų apsaugą.

Straipsnis paskelbtas naujausiame žurnalo straipsnyjeMokslasItalijos mokslininkai ištyrė, kaip oro tarša dėl epigenetinių modifikacijų prisideda prie neurodegeneracinių sutrikimų (ND). Ji iškėlė galimybę naudoti epigenetinius žymenis, kad būtų galima nustatyti ankstyvus pokyčius, kuriuos sukelia oro tarša, ypač didelės rizikos grupėse. Jie pabrėžė, kad reikia atlikti tolesnius tyrimus, kad būtų vadovaujamasi profesinės ir prevencinės sveikatos strategijomis.

fone

Jaunų suaugusiųjų užterštuose miestuose pastebimi nerimą keliantys smegenų pokyčiai. Jų smegenų audinyje buvo aptikti sumažėję histono žymenys (H3K9me2/ME3) ir padidėję DNR pažeidimo signalai, atspindintys Alzheimerio ligos patologiją dešimtmečius prieš tipišką diagnozės amžių.

ND yra ilgalaikės būklės, susijusios su nervų ląstelių praradimu smegenyse ar nervų sistemoje, dėl kurios atsiranda didelių atminties, mąstymo, nuotaikos ir fizinių funkcijų problemų. Alzheimerio ir Parkinsono ligos yra labiausiai paplitusios ir ja serga milijonai žmonių visame pasaulyje. Visuomenei senstant, žmonių, sergančių šiomis ligomis, skaičius didėja. Daugelis atvejų yra susiję su rizikos veiksniais, kurių galima išvengti, įskaitant netinkamus gyvenimo būdo įpročius, žemą išsilavinimą ar pajamas ir aplinkos taršą.

Oro taršą sudaro kenksmingos dalelės ir dujos iš natūralių šaltinių, tokių kaip miškų gaisrai ir žmogaus veikla, įskaitant kuro deginimą, eismą ir gamyklų išmetamus teršalus. Dalelės gali pernešti toksiškas medžiagas, įskaitant sunkiuosius metalus, bakterijas ir lakias chemines medžiagas. Nors oro tarša pirmiausia siejama su širdies ir plaučių ligomis, dabar ji taip pat siejama su smegenų pažeidimu ir padidėjusia NDS rizika. Tam tikriems darbuotojams, pavyzdžiui, kalnakasiams, gamyklų darbuotojams ir vairuotojams, gali kilti ypatinga rizika.

Kaip oro tarša veikia smegenis

Oro tarša gali paveikti smegenų sveikatą dviem pagrindiniais būdais: tiesioginiu ir netiesioginiu. Tiesioginis kelias apima itin smulkias daleles ir tam tikras dujas, kurios patenka į kraują arba per nosį patenka į smegenis, galinčios pažeisti kraujo ir smegenų barjerą (BBB) ​​ir sukelti uždegimą. Kai kurie teršalai, tokie kaip azoto dioksidas (NO₂), virsta aktyviais junginiais, turinčiais įtakos smegenų funkcijai, o kiti, pavyzdžiui, lakieji organiniai junginiai (LOJ) kaupiasi smegenų audinyje dėl savo riebaluose tirpumo. Nors įrodymų apie tiesioginį šių teršalų poveikį smegenims tebėra nedaug, tyrimai parodė, kad tokios medžiagos kaip nanoplastikai, švinas ir manganas gali prasiskverbti per BBB ir smegenų ląsteles.

Netiesioginis kelias apima teršalus, kurie sukelia uždegimą arba cheminius signalus (pvz., Citokinus, ekstraląstelines pūsleles arba iš plaučių / smegenų gautas egzosomas) tokiuose organuose kaip plaučiai ar žarnos. Tada šios molekulės per kraują keliauja į smegenis, sutrikdydamos jų pusiausvyrą ir galinčios sukelti pažinimo bei emocines problemas. Oro tarša taip pat gali sutrikdyti žarnyno ir nosies mikrobų veiklą ir paveikti smegenų sveikatą per žarnyno smegenis arba uoslės smegenų ašis. Nors vis dar atsiranda eksperimentinių įrodymų, šių mechanizmų supratimas gali padėti nustatyti ankstyvus aplinkos smegenų pažeidimo biologinius žymenis, ypač pažeidžiamose populiacijose, pavyzdžiui, užterštoje aplinkoje dirbantys darbuotojai.

Epigenetiniai keliai

Smegenų ląstelės išskiria nelaimės signalus į kraują. Ekstraląstelinės pūslelės, pernešančios epigenetinę medžiagą iš pažeistų neuronų ir astrocitų, gali tapti atpažįstamais ankstyvojo potencialo biomarkeriais, generuojančiais smegenų „pranešimą butelyje“.

Epigenetiniai pokyčiai reguliuoja smegenų funkciją nekeičiant dezoksiribonukleino rūgšties (DNR) sekos. Šie pokyčiai yra labai svarbūs smegenų vystymuisi, sinapsiniam plastiškumui ir atminčiai, tačiau taip pat yra jautrūs aplinkos poveikiui, pavyzdžiui, oro taršai. Lėtinis teršalų poveikis gali sutrikdyti šiuos epigenetinius procesus ir gali sukelti ND. Yra įrodymų, kad toks poveikis gali padidinti kenksmingų genų ekspresiją, sumažinti apsauginių genų aktyvumą ir pakeisti nekoduojančias ribonukleino rūgštis (RNR). Šie pokyčiai gali atsirasti dar ilgai prieš simptomus, išryškinant epigenetiką kaip rizikos veiksnį ir ankstyvą ND biomarkerį.

Ore esantys teršalai gali sutrikdyti smegenų veiklą, pakeisdami nekoduojančias RNR ir DNR metilinimą, kurie abu reguliuoja genų ekspresiją. Tyrimai su gyvūnais ir žmonėmis rodo, kad šie pokyčiai yra susiję su atminties praradimu, uždegimu ir ND. Tačiau dauguma žmonių radinių gaunami iš periferinio kraujo mėginių, o ne iš smegenų audinio, o tai riboja klinikinį aiškinimą. Toksinai, tokie kaip toluenas, manganas ir švinas, gali sumažinti apsauginių genų aktyvumą arba padidinti kenksmingų baltymų gamybą smegenyse. Kai kurie efektai netgi gali būti perduoti palikuonims. Oro tarša taip pat keičia DNR metilinimą kraujyje ir smegenų audiniuose, todėl gali padidėti ligų rizika per visą gyvenimą, ypač esant ankstyvam ar ilgalaikiam poveikiui.

Keletas tyrimų ištyrė, kaip oro tarša veikia neurodegeneracinių ligų (ND) histonų modifikacijas dėl techninių iššūkių. Tačiau ankstyvieji rezultatai rodo ryšį tarp oro taršos ir pakitusių histono žymenų, DNR pažeidimo ir Alzheimerio ligos patologijos žmonėms ir pelėms. Prenatalinis dalelių poveikis įtakoja smegenų vystymąsi, ypač vyrų, dėl histono demetilinimo, išryškindamas lyčiai būdingą pažeidžiamumą. Plastikinės dalelės ir sunkieji metalai taip pat sutrikdo histono modifikacijas ir sukelia oksidacinį stresą, atminties praradimą ir neurouždegimą. Visų pirma, kai kurie eksperimentiniai histono modifikacijų (pvz., mangano sukeltų pokyčių) įrodymai gaunami iš injekcijų tyrimų, o ne įkvepiant, todėl kyla netikrumo dėl realios įkvėpimo rizikos. Histono deacetilazės inhibitoriai ir junginiai, tokie kaip butiratas (tirtas su švinu paveiktomis pelėmis), gali pakeisti kai kuriuos iš šių poveikių ir suteikti galimybę ateityje gydyti ND.

Išvados

Darbuotojai, dirbantys su plastiku, susiduria su nematomomis grėsmėmis. Gamintojų nanodalelės ar pažeisti kvėpavimo aparatai patenka į smegenis, sukeldami laikinus uoslės pažeidimus ir uždegimus – ankstyvus įspėjamuosius neurodegeneracinių ligų požymius.

Naujausi tyrimai rodo stiprų ryšį tarp oro taršos ir NDS daugiausia dėl epigenetinių pokyčių. Teršalai gali pakeisti DNR metilinimą, nekoduojančią RNR ekspresiją ir histono modifikacijas – visa tai prisideda prie smegenų uždegimo ir pažeidimo. Nauji metodai, tokie kaip ekstraląstelinių pūslelių analizė kraujyje, gali padėti nustatyti šiuos pokyčius be invazinių procedūrų. Tačiau histono modifikacijų tyrimas išlieka techniškai sudėtingas. Liko esminių spragų. Realaus pasaulio oro tarša yra sudėtinga, todėl sunku ištirti tikslų poveikį. Tokie veiksniai, kaip dalelių dydis, asmens sveikata ir ankstyvas poveikis, daro įtaką rizikai, tačiau nėra visiškai suprantami. Anatominiai skirtumai tarp gyvūnų modelių ir žmonių (pvz., nosies struktūra) dar labiau apsunkina įkvėpimo tyrimų vertimą. Dauguma tyrimų yra skirti vyresnio amžiaus žmonėms, trumpalaikiam poveikiui ir ribotam teršalų skaičiui, neatsižvelgiant į ilgalaikį ir ankstyvą poveikį. Taip pat tiriamos tokios ligos kaip išsėtinė sklerozė, amiotrofinė šoninė sklerozė (ALS) ir Hantingtono liga.

Būsimi tyrimai turėtų būti ilgalaikiai, apimti jaunesnes populiacijas ir atsižvelgti į mažiau ištirtus teršalus ir poveikio būdus, tokius kaip dieta arba žarnyno ir smegenų sąveika. Omikos technologijų ir dirbtinio intelekto derinys galėtų padėti nustatyti biologinius žymenis ir paskatinti prevencinių terapijų kūrimą. Geresnė darbo ir aplinkos apsauga, ypač didelės rizikos grupėms, taip pat yra labai svarbi siekiant sumažinti ND riziką. Norint išspręsti reguliavimo pasekmes, reikia patvirtinti klinikiniam naudojimui skirtas epigenetines priemones.

Šaltiniai: