Zinātnieki identificē ģenētiskas norādes, kas saista gaisa piesārņojumu ar neirodeģenerāciju

Zinātnieki identificē ģenētiskas norādes, kas saista gaisa piesārņojumu ar neirodeģenerāciju

Jauni pētījumi liecina, ka toksisks gaiss var pārveidot gēnu aktivitāti smadzenēs, potenciāli radot priekšnoteikumus Alcheimera un Parkinsona slimībai un uzsverot nepieciešamību pēc agrīnas atklāšanas un spēcīgākas aizsardzības riska darbiniekiem.

Raksts publicēts nesenā rakstā žurnālāZinātnePētnieki Itālijā pētīja, kā gaisa piesārņojums veicina neirodeģeneratīvos traucējumus (ND), izmantojot epiģenētiskas modifikācijas. Viņa izvirzīja iespēju izmantot epiģenētiskos marķierus, lai atklātu agrīnas izmaiņas, ko izraisa gaisa piesārņojums, īpaši augsta riska grupās. Viņi uzsvēra nepieciešamību veikt turpmākus pētījumus, lai vadītu arodveselības un profilaktiskās veselības stratēģijas.

fons

Jauniem pieaugušajiem piesārņotās pilsētās ir satraucošas smadzeņu izmaiņas. Viņu smadzeņu audos tika konstatēti samazināti histona marķieri (H3K9me2/ME3) un palielināti DNS bojājumu signāli, kas atspoguļo Alcheimera patoloģiju gadu desmitiem pirms tipiskā diagnozes vecuma.

ND ir ilgtermiņa apstākļi, kas ietver nervu šūnu zudumu smadzenēs vai nervu sistēmā, izraisot ievērojamas atmiņas, domāšanas, garastāvokļa un fizisko funkciju problēmas. Alcheimera slimība un Parkinsona slimība ir visizplatītākās un skar miljoniem cilvēku visā pasaulē. Iedzīvotājiem novecojot, pieaug cilvēku ar šiem stāvokļiem skaits. Daudzi gadījumi ir saistīti ar novēršamiem riska faktoriem, tostarp sliktiem dzīvesveida ieradumiem, zemu izglītību vai zemiem ienākumiem un vides piesārņojuma ietekmi.

Gaisa piesārņojumu veido kaitīgas daļiņas un gāzes no dabiskiem avotiem, piemēram, meža ugunsgrēkiem un cilvēku darbībām, tostarp degvielas sadegšanas, satiksmes un rūpnīcu emisijām. Daļiņas var pārvadāt toksiskas vielas, tostarp smagos metālus, baktērijas un gaistošas ​​ķīmiskas vielas. Lai gan gaisa piesārņojums galvenokārt ir saistīts ar sirds un plaušu slimībām, tagad tas ir saistīts arī ar smadzeņu bojājumiem un paaugstinātu NDS risku. Daži darbinieki, piemēram, kalnrači, rūpnīcu strādnieki un autovadītāji, var būt īpaši apdraudēti.

Kā gaisa piesārņojums ietekmē smadzenes

Gaisa piesārņojums var ietekmēt smadzeņu veselību, izmantojot divus galvenos ceļus: tiešu un netiešu. Tiešais ceļš ietver īpaši smalkas daļiņas un noteiktas gāzes, kas nonāk asinsritē vai caur degunu nonāk smadzenēs, potenciāli izraisot asins-smadzeņu barjeras (BBB) ​​bojājumus un iekaisumu. Daži piesārņotāji, piemēram, slāpekļa dioksīds (NO₂), pārvēršas aktīvos savienojumos, kas ietekmē smadzeņu darbību, savukārt citi, piemēram, gaistošie organiskie savienojumi (GOS), uzkrājas smadzeņu audos to taukos šķīstošās īpašības dēļ. Lai gan pierādījumi par šo piesārņojošo vielu tiešu ietekmi uz smadzenēm joprojām ir ierobežoti, pētījumi ir parādījuši, ka tādas vielas kā nanoplastmasa, svins un mangāns var šķērsot BBB un smadzeņu šūnas.

Netiešais ceļš ietver piesārņotājus, kas izraisa iekaisumu vai ķīmiskus signālus (piemēram, citokīnus, ārpusšūnu pūslīšus vai plaušu/smadzeņu eksosomas) tādos orgānos kā plaušas vai zarnas. Pēc tam šīs molekulas pa asinsriti nonāk smadzenēs, izjaucot to līdzsvaru un potenciāli izraisot kognitīvās un emocionālās problēmas. Gaisa piesārņojums var arī traucēt zarnu un deguna mikrobu darbību un ietekmēt smadzeņu veselību, izmantojot zarnu smadzenes vai ožas smadzeņu asis. Lai gan eksperimentāli pierādījumi joprojām parādās, šo mehānismu izpratne var palīdzēt identificēt agrīnus vides smadzeņu bojājumu biomarķierus, īpaši neaizsargātās iedzīvotāju grupās, piemēram, darbiniekiem piesārņotā vidē.

Epiģenētiskie ceļi

Smadzeņu šūnas izdala briesmu signālus asinīs. Ekstracelulārās pūslīši, kas satur epiģenētisku materiālu no bojātiem neironiem un astrocītiem, varētu kļūt par atpazīstamiem agrīna potenciāla biomarķieriem, ģenerējot smadzenēs "ziņojumu pudelē".

Epiģenētiskās izmaiņas regulē smadzeņu darbību, nemainot dezoksiribonukleīnskābes (DNS) sekvences. Šīs izmaiņas ir ļoti svarīgas smadzeņu attīstībai, sinapses plastiskumam un atmiņai, taču tās ir arī jutīgas pret vides stresu, piemēram, gaisa piesārņojumu. Hroniska piesārņotāju iedarbība var izjaukt šos epiģenētiskos procesus, kas, iespējams, var izraisīt ND. Ir pierādījumi, ka šāda iedarbība var palielināt kaitīgo gēnu ekspresiju, samazināt aizsargājošo gēnu aktivitāti un mainīt nekodējošās ribonukleīnskābes (RNS). Šīs izmaiņas var notikt ilgi pirms simptomiem, izceļot epigenētiku gan kā riska faktoru, gan agrīnu ND biomarķieri.

Gaisā esošie piesārņotāji var traucēt smadzeņu darbību, mainot nekodējošās RNS un DNS metilēšanu, kas abas regulē gēnu ekspresiju. Pētījumi ar dzīvniekiem un cilvēkiem liecina, ka šīs izmaiņas ir saistītas ar atmiņas zudumu, iekaisumu un ND. Tomēr lielākā daļa cilvēku atklājumu nāk no perifēro asiņu paraugiem, nevis smadzeņu audiem, kas ierobežo klīnisko interpretāciju. Toksīni, piemēram, toluols, mangāns un svins, var samazināt aizsargājošo gēnu aktivitāti vai palielināt kaitīgo olbaltumvielu veidošanos smadzenēs. Dažas sekas var pat nodot pēcnācējiem. Gaisa piesārņojums arī maina DNS metilēšanu asinīs un smadzeņu audos, potenciāli palielinot slimības risku visā dzīves laikā, īpaši ar agrīnu vai ilgstošu iedarbību.

Dažos pētījumos ir pētīts, kā gaisa piesārņojums tehnisku problēmu dēļ ietekmē histonu modifikācijas neirodeģeneratīvās slimībās (ND). Tomēr agrīnie rezultāti liecina par saikni starp gaisa piesārņojumu un mainītiem histonu marķieriem, DNS bojājumiem un Alcheimera slimības patoloģiju gan cilvēkiem, gan pelēm. Daļiņu pirmsdzemdību iedarbība ietekmē smadzeņu attīstību, jo īpaši vīriešiem histona demetilācijas dēļ, izceļot dzimumam raksturīgās ievainojamības. Plastmasas daļiņas un smagie metāli arī izjauc histonu modifikācijas un izraisa oksidatīvo stresu, atmiņas zudumu un neiroiekaisumus. Jo īpaši daži eksperimentāli pierādījumi par histonu modifikācijām (piemēram, mangāna izraisītām izmaiņām) ir iegūti no injekciju pētījumiem, nevis ieelpošanas, radot neskaidrības par reāliem ieelpošanas riskiem. Histona dezacetilāzes inhibitori un savienojumi, piemēram, butirāts (pētīts ar svinu pakļautām pelēm), uzrāda potenciālu, lai mainītu dažus no šiem efektiem un nodrošinātu iespējas turpmākai ND ārstēšanai.

Secinājumi

Darbinieki, kas strādā ar plastmasu, saskaras ar neredzamiem draudiem. Ražotāju nanodaļiņas vai bojātas elpošanas ierīces nonāk smadzenēs, izraisot īslaicīgus ožas bojājumus un iekaisumus – agrīnas neirodeģeneratīvo slimību brīdinājuma pazīmes.

Jaunākie pētījumi liecina par ciešu saikni starp gaisa piesārņojumu un NDS galvenokārt epiģenētisku izmaiņu dēļ. Piesārņotāji var mainīt DNS metilēšanu, nekodējošās RNS ekspresiju un histonu modifikācijas, kas viss veicina smadzeņu iekaisumu un bojājumus. Jaunas metodes, piemēram, ekstracelulāro pūslīšu analīze asinīs, var palīdzēt noteikt šīs izmaiņas bez invazīvām procedūrām. Tomēr histona modifikāciju izpēte joprojām ir tehniski sarežģīta. Galvenās nepilnības paliek. Reālās pasaules gaisa piesārņojums ir sarežģīts, tāpēc ir grūti izpētīt precīzu ietekmi. Tādi faktori kā daļiņu izmērs, individuālā veselība un agrīna iedarbība uz dzīvi ietekmē risku, bet nav pilnībā izprotami. Anatomiskās atšķirības starp dzīvnieku modeļiem un cilvēkiem (piemēram, deguna struktūra) vēl vairāk sarežģī inhalācijas pētījumu tulkošanu. Lielākā daļa pētījumu koncentrējas uz gados vecākiem pieaugušajiem, īslaicīgu iedarbību un ierobežotu skaitu piesārņotāju, neņemot vērā ilgtermiņa un agrīnu ietekmi. Tiek pētītas arī tādas slimības kā multiplā skleroze, amiotrofiskā laterālā skleroze (ALS) un Hantingtona slimība.

Turpmākajiem pētījumiem jābūt ilgtermiņa, jāietver jaunākas populācijas un jāņem vērā mazāk pētīti piesārņotāji un iedarbības ceļi, piemēram, diēta vai zarnu un smadzeņu mijiedarbība. Omikas tehnoloģiju un mākslīgā intelekta kombinācija varētu palīdzēt identificēt biomarķierus un novest pie profilaktiskas terapijas izstrādes. Lai samazinātu ND risku, būtiska ir arī uzlabota darba un vides aizsardzība, īpaši augsta riska grupām. Lai risinātu regulatīvās sekas, ir jāapstiprina epiģenētiskie instrumenti klīniskai lietošanai.

Avoti: