Wetenschappers identificeren genetische aanwijzingen die luchtvervuiling koppelen aan neurodegeneratie

Wetenschappers identificeren genetische aanwijzingen die luchtvervuiling koppelen aan neurodegeneratie

Nieuw onderzoek toont aan dat giftige lucht de genactiviteit in de hersenen kan hervormen, wat mogelijk het toneel kan vormen voor de ziekte van Alzheimer en Parkinson, en onderstreept de noodzaak van vroege detectie en sterkere bescherming voor risicowerkers.

Artikel gepubliceerd in een recent artikel in het JournalIkwetenschapOnderzoekers in Italië onderzochten hoe luchtvervuiling door epigenetische modificaties bijdraagt ​​aan neurodegeneratieve aandoeningen (ND's). Ze bracht het potentieel naar voren van het gebruik van epigenetische markers om vroege veranderingen te detecteren die worden veroorzaakt door luchtvervuiling, vooral in risicogroepen. Ze benadrukten de noodzaak van verder onderzoek om strategieën voor beroepsmatige en preventieve gezondheidszorg te begeleiden.

achtergrond

Jonge volwassenen in vervuilde steden vertonen alarmerende hersenveranderingen. Er werden verminderde histonmarkers (H3K9me2/ME3) en verhoogde DNA-schadesignalen gevonden in hun hersenweefsel, wat de pathologie van Alzheimer decennia vóór de typische leeftijd van diagnose weerspiegelt.

ND's zijn langdurige aandoeningen waarbij zenuwcellen in de hersenen of het zenuwstelsel verloren gaan, wat leidt tot aanzienlijke problemen met het geheugen, het denken, de stemming en het lichamelijk functioneren. De ziekte van Alzheimer en de ziekte van Parkinson komen het meest voor en treffen miljoenen mensen wereldwijd. Naarmate de bevolking ouder wordt, neemt het aantal mensen met deze aandoeningen toe. Veel gevallen houden verband met vermijdbare risicofactoren, waaronder slechte levensstijlgewoonten, een laag opleidingsniveau of laag inkomen, en blootstelling aan milieuvervuiling.

Luchtverontreiniging bestaat uit schadelijke deeltjes en gassen uit natuurlijke bronnen zoals bosbranden en menselijke activiteiten, waaronder brandstofverbranding, verkeer en fabrieksemissies. Deeltjes kunnen giftige stoffen bevatten, waaronder zware metalen, bacteriën en vluchtige chemicaliën. Hoewel luchtvervuiling voornamelijk in verband wordt gebracht met hart- en longziekten, wordt ze nu ook in verband gebracht met hersenbeschadiging en een verhoogd risico op NDS. Bepaalde werknemers, zoals mijnwerkers, fabrieksarbeiders en chauffeurs, lopen mogelijk een bijzonder risico.

Hoe luchtvervuiling de hersenen beïnvloedt

Luchtverontreiniging kan de gezondheid van de hersenen beïnvloeden via twee primaire routes: direct en indirect. De directe route omvat ultrafijne deeltjes en bepaalde gassen die in de bloedbaan terechtkomen of via de neus naar de hersenen reizen, wat mogelijk schade aan de bloed-hersenbarrière (BBB) ​​en ontstekingen veroorzaakt. Sommige verontreinigende stoffen, zoals stikstofdioxide (NO₂), worden omgezet in actieve stoffen die de hersenfunctie beïnvloeden, terwijl andere, zoals vluchtige organische stoffen (VOC's), zich ophopen in hersenweefsel vanwege hun vetoplosbare aard. Hoewel het bewijs voor directe herseneffecten van deze verontreinigende stoffen beperkt blijft, hebben onderzoeken aangetoond dat stoffen zoals nanoplastics, lood en mangaan de BBB en hersencellen kunnen passeren.

Bij de indirecte route zijn verontreinigende stoffen betrokken die ontstekingen of chemische signalen veroorzaken (zoals cytokines, extracellulaire blaasjes of uit de longen/hersenen afkomstige exosomen) in organen zoals de longen of darmen. Deze moleculen reizen vervolgens door de bloedbaan naar de hersenen, waardoor het evenwicht wordt verstoord en mogelijk tot cognitieve en emotionele problemen kan leiden. Luchtvervuiling kan ook darm- en neusmicroben verstoren en de gezondheid van de hersenen beïnvloeden via de darmhersenen of reukhersenassen. Hoewel er nog steeds experimenteel bewijsmateriaal opduikt, kan het begrijpen van deze mechanismen helpen bij het identificeren van vroege biomarkers van hersenschade in het milieu, vooral bij kwetsbare bevolkingsgroepen zoals werknemers in vervuilde omgevingen.

Epigenetische routes

Hersencellen geven noodsignalen af ​​aan het bloed. Extracellulaire blaasjes die epigenetisch materiaal van beschadigde neuronen en astrocyten dragen, zouden herkenbare biomarkers met een vroeg potentieel kunnen worden, en een ‘boodschap in een fles’ vanuit de hersenen kunnen genereren.

Epigenetische veranderingen reguleren de hersenfunctie zonder de deoxyribonucleïnezuur (DNA) sequenties te veranderen. Deze veranderingen zijn cruciaal voor de ontwikkeling van de hersenen, synaptische plasticiteit en geheugen, maar zijn ook gevoelig voor omgevingsfactoren zoals luchtvervuiling. Chronische blootstelling aan verontreinigende stoffen kan deze epigenetische processen verstoren, wat mogelijk tot ND's kan leiden. Er zijn aanwijzingen dat een dergelijke blootstelling de expressie van schadelijke genen kan verhogen, de activiteit van beschermende genen kan verminderen en niet-coderende ribonucleïnezuren (RNA's) kan veranderen. Deze veranderingen kunnen lang vóór de symptomen optreden, wat epigenetica benadrukt als zowel een risicofactor als een vroege biomarker voor ND's.

Verontreinigende stoffen in de lucht kunnen de hersenfunctie verstoren door niet-coderende RNA's en DNA-methylering te veranderen, die beide de genexpressie reguleren. Uit dier- en mensstudies blijkt dat deze veranderingen verband houden met geheugenverlies, ontstekingen en ND's. De meeste menselijke bevindingen zijn echter afkomstig van perifere bloedmonsters en niet van hersenweefsel, wat de klinische interpretatie beperkt. Gifstoffen zoals tolueen, mangaan en lood kunnen de activiteit van beschermende genen verminderen of de productie van schadelijke eiwitten in de hersenen verhogen. Sommige effecten kunnen zelfs worden doorgegeven aan nakomelingen. Luchtvervuiling verandert ook de DNA-methylatie in bloed en hersenweefsel, waardoor het risico op ziekten gedurende de hele levensduur mogelijk toeneemt, vooral bij vroege of langdurige blootstelling.

Weinig studies hebben onderzocht hoe luchtvervuiling histon-modificaties bij neurodegeneratieve ziekten (ND's) beïnvloedt als gevolg van technische uitdagingen. Vroege resultaten laten echter verbanden zien tussen luchtvervuiling en veranderde histonmarkers, DNA-schade en pathologie van de ziekte van Alzheimer bij zowel mensen als muizen. Prenatale blootstelling aan deeltjes beïnvloedt de ontwikkeling van de hersenen, vooral bij mannen, als gevolg van histondemethylering, wat seksespecifieke kwetsbaarheden benadrukt. Plastic deeltjes en zware metalen verstoren ook histon-modificaties en veroorzaken oxidatieve stress, geheugenverlies en neuro-inflammatie. In het bijzonder is enig experimenteel bewijs voor histonmodificaties (bijvoorbeeld door mangaan geïnduceerde veranderingen) afkomstig van injectiestudies in plaats van blootstelling door inademing, waardoor onzekerheden ontstaan ​​over de werkelijke inhalatierisico's. Histone-deacetylaseremmers en verbindingen zoals butyraat (studie bij aan lood blootgestelde muizen) tonen potentieel in het omkeren van sommige van deze effecten en bieden mogelijkheden voor toekomstige ND-behandelingen.

Conclusies

Werknemers die met kunststoffen omgaan, worden geconfronteerd met onzichtbare bedreigingen. Nanodeeltjes van fabrikanten of beschadigde ademhalingsapparatuur komen de hersenen binnen en veroorzaken tijdelijke reukbeschadiging en ontstekingen – vroege waarschuwingssignalen van neurodegeneratieve ziekten.

Recent onderzoek toont sterke verbanden aan tussen luchtverontreiniging en NDS, voornamelijk door epigenetische veranderingen. Verontreinigende stoffen kunnen de DNA-methylatie, niet-coderende RNA-expressie en histon-modificaties veranderen, die allemaal bijdragen aan hersenontsteking en -schade. Nieuwe methoden zoals de analyse van extracellulaire blaasjes in het bloed kunnen deze veranderingen helpen detecteren zonder invasieve procedures. Het bestuderen van histon-modificaties blijft echter technisch uitdagend. Er blijven belangrijke lacunes bestaan. Luchtverontreiniging in de praktijk is complex, waardoor het moeilijk is om de precieze effecten te bestuderen. Factoren zoals deeltjesgrootte, individuele gezondheid en blootstelling in het vroege leven beïnvloeden het risico, maar worden niet volledig begrepen. Anatomische verschillen tussen diermodellen en mensen (bijvoorbeeld de structuur van de neus) compliceren de vertaling van inhalatiestudies verder. Het meeste onderzoek richt zich op oudere volwassenen, blootstelling op korte termijn en een beperkt aantal verontreinigende stoffen, waarbij de langetermijn- en vroege effecten buiten beschouwing worden gelaten. Ziekten zoals multiple sclerose, amyotrofische laterale sclerose (ALS) en de ziekte van Huntington worden ook bestudeerd.

Toekomstige studies zouden zich op de lange termijn moeten richten, jongere populaties moeten omvatten en minder onderzochte contaminanten en blootstellingsroutes moeten overwegen, zoals voeding of interacties tussen de darmen en de hersenen. De combinatie van omics-technologieën en kunstmatige intelligentie zou kunnen helpen biomarkers te identificeren en te leiden tot de ontwikkeling van preventieve therapieën. Verbeterde beroeps- en milieubescherming, vooral voor risicogroepen, zijn ook essentieel om het risico op ND te verminderen. Het aanpakken van de implicaties van regelgeving vereist validatie van epigenetische hulpmiddelen voor klinisch gebruik.

Bronnen: