Forskere identifiserer genetiske ledetråder som knytter luftforurensning til nevrodegenerasjon

Forskere identifiserer genetiske ledetråder som knytter luftforurensning til nevrodegenerasjon

Ny forskning viser at giftig luft kan omforme genaktivitet i hjernen, potensielt sette scenen for Alzheimers og Parkinsons og understreke behovet for tidlig oppdagelse og sterkere beskyttelse for risikoarbeidere.

Artikkel publisert i en nylig artikkel i tidsskriftetIscienceForskere i Italia undersøkte hvordan luftforurensning bidrar til nevrodegenerative lidelser (ND) gjennom epigenetiske modifikasjoner. Hun løftet frem potensialet ved å bruke epigenetiske markører for å oppdage tidlige endringer utløst av luftforurensning, spesielt i høyrisikogrupper. De understreket behovet for ytterligere forskning for å veilede arbeids- og forebyggende helsestrategier.

bakgrunn

Unge voksne i forurensede byer viser alarmerende hjerneforandringer. Reduserte histonmarkører (H3K9me2/ME3) og økte DNA-skadesignaler ble funnet i hjernevevet deres, noe som gjenspeiler Alzheimers patologi tiår før den typiske diagnosealderen.

ND-er er langsiktige tilstander som involverer tap av nerveceller i hjernen eller nervesystemet, noe som fører til betydelige problemer med hukommelse, tenkning, humør og fysisk funksjon. Alzheimers sykdom og Parkinsons sykdom er de vanligste og rammer millioner av mennesker over hele verden. Etter hvert som befolkningen blir eldre, øker antallet mennesker med disse tilstandene. Mange tilfeller er assosiert med risikofaktorer som kan forebygges, inkludert dårlige livsstilsvaner, lav utdanning eller inntekt og eksponering for miljøforurensning.

Luftforurensning består av skadelige partikler og gasser fra naturlige kilder som skogbranner og menneskelige aktiviteter inkludert forbrenning av drivstoff, trafikk og fabrikkutslipp. Partikler kan bære giftige stoffer, inkludert tungmetaller, bakterier og flyktige kjemikalier. Selv om luftforurensning først og fremst er knyttet til hjerte- og lungesykdommer, er det nå også knyttet til hjerneskade og økt risiko for NDS. Enkelte arbeidere, som gruvearbeidere, fabrikkarbeidere og sjåfører, kan være spesielt utsatt.

Hvordan luftforurensning påvirker hjernen

Luftforurensning kan påvirke hjernens helse gjennom to primære veier: direkte og indirekte. Den direkte ruten involverer ultrafine partikler og visse gasser som kommer inn i blodet eller reiser gjennom nesen til hjernen, og kan potensielt forårsake skade på blod-hjerne-barrieren (BBB) ​​og betennelse. Noen forurensninger som nitrogendioksid (NO₂) omdannes til aktive forbindelser som påvirker hjernens funksjon, mens andre som flyktige organiske forbindelser (VOC) akkumuleres i hjernevev på grunn av deres fettløselige natur. Selv om bevis på direkte hjerneeffekter fra disse forurensningene fortsatt er begrenset, har studier vist at stoffer som nanoplast, bly og mangan kan krysse BBB og hjerneceller.

Den indirekte banen involverer forurensninger som utløser betennelse eller kjemiske signaler (som cytokiner, ekstracellulære vesikler eller lunge-/hjerneavledede eksosomer) i organer som lungene eller tarmene. Disse molekylene reiser deretter gjennom blodstrømmen til hjernen, forstyrrer balansen og kan potensielt føre til kognitive og emosjonelle problemer. Luftforurensning kan også forstyrre tarm- og nesemikrober og påvirke hjernens helse gjennom tarmhjerne eller lukthjerneakser. Mens eksperimentelle bevis fortsatt dukker opp, kan forståelsen av disse mekanismene bidra til å identifisere tidlige biomarkører for miljømessig hjerneskade, spesielt i sårbare populasjoner som arbeidere i forurensede miljøer.

Epigenetiske veier

Hjerneceller frigir nødsignaler til blodet. Ekstracellulære vesikler som bærer epigenetisk materiale fra skadede nevroner og astrocytter kan bli gjenkjennelige biomarkører av tidlig potensial, og generere en "melding i en flaske" fra hjernen.

Epigenetiske endringer regulerer hjernefunksjonen uten å endre deoksyribonukleinsyre (DNA) sekvenser. Disse endringene er avgjørende for hjernens utvikling, synaptisk plastisitet og hukommelse, men er også følsomme for miljøbelastninger som luftforurensning. Kronisk eksponering for forurensninger kan forstyrre disse epigenetiske prosessene, og potensielt føre til ND-er. Det er bevis for at slik eksponering kan øke uttrykket av skadelige gener, redusere aktiviteten til beskyttende gener og endre ikke-kodende ribonukleinsyrer (RNA). Disse endringene kan oppstå lenge før symptomene, og fremhever epigenetikk som både en risikofaktor og en tidlig biomarkør for ND-er.

Forurensninger i luften kan forstyrre hjernens funksjon ved å endre ikke-kodende RNA og DNA-metylering, som begge regulerer genuttrykk. Dyre- og menneskestudier viser at disse endringene er assosiert med hukommelsestap, betennelse og ND. Imidlertid kommer de fleste menneskelige funn fra perifere blodprøver, ikke hjernevev, noe som begrenser klinisk tolkning. Giftstoffer som toluen, mangan og bly kan redusere aktiviteten til beskyttende gener eller øke produksjonen av skadelige proteiner i hjernen. Noen effekter kan til og med overføres til etterkommere. Luftforurensning endrer også DNA-metylering i blod og hjernevev, noe som potensielt øker risikoen for sykdom gjennom hele levetiden, spesielt ved tidlig eller langvarig eksponering.

Få studier har undersøkt hvordan luftforurensning påvirker histonmodifikasjoner ved nevrodegenerative sykdommer (ND) på grunn av tekniske utfordringer. Imidlertid viser tidlige resultater sammenhenger mellom luftforurensning og endrede histonmarkører, DNA-skader og Alzheimers sykdomspatologi hos både mennesker og mus. Prenatal eksponering for partikler påvirker hjernens utvikling, spesielt hos menn, på grunn av histondemetylering, og fremhever kjønnsspesifikke sårbarheter. Plastpartikler og tungmetaller forstyrrer også histonmodifikasjoner og forårsaker oksidativt stress, hukommelsestap og nevroinflammasjon. Spesielt kommer noen eksperimentelle bevis for histonmodifikasjoner (f.eks. manganinduserte endringer) fra injeksjonsstudier i stedet for innåndingseksponering, noe som skaper usikkerhet om reell inhalasjonsrisiko. Histon-deacetylase-hemmere og forbindelser som butyrat (studert i blyeksponerte mus) viser potensial for å reversere noen av disse effektene og gir veier for fremtidige ND-behandlinger.

Konklusjoner

Arbeidere som håndterer plast står overfor usynlige trusler. Nanopartikler fra produsenter eller skadede pusteapparater kommer inn i hjernen og forårsaker midlertidig luktskade og betennelse – tidlige varseltegn på nevrodegenerative sykdommer.

Nyere forskning viser sterke sammenhenger mellom luftforurensning og NDS hovedsakelig gjennom epigenetiske endringer. Forurensninger kan endre DNA-metylering, ikke-kodende RNA-uttrykk og histonmodifikasjoner, som alle bidrar til hjernebetennelse og skade. Nye metoder som analyse av ekstracellulære vesikler i blodet kan bidra til å oppdage disse endringene uten invasive prosedyrer. Imidlertid er det fortsatt teknisk utfordrende å studere histonmodifikasjoner. Det gjenstår nøkkelhull. Luftforurensning i den virkelige verden er kompleks, noe som gjør det vanskelig å studere nøyaktige effekter. Faktorer som partikkelstørrelse, individuell helse og tidlig eksponering påvirker risiko, men er ikke fullt ut forstått. Anatomiske forskjeller mellom dyremodeller og mennesker (f.eks. nesestruktur) kompliserer oversettelsen av inhalasjonsstudier ytterligere. Mest forskning fokuserer på eldre voksne, kortvarig eksponering og et begrenset antall forurensende stoffer, og overser langsiktige og tidlige effekter. Sykdommer som multippel sklerose, amyotrofisk lateral sklerose (ALS) og Huntingtons sykdom studeres også.

Fremtidige studier bør være langsiktige, inkludere yngre populasjoner, og vurdere mindre studerte forurensninger og eksponeringsveier som kosthold eller interaksjoner mellom tarm og hjerne. Kombinasjonen av omics-teknologier og kunstig intelligens kan bidra til å identifisere biomarkører og føre til utvikling av forebyggende terapier. Forbedret yrkes- og miljøvern, spesielt for høyrisikogrupper, er også avgjørende for å redusere risikoen for ND. Å adressere regulatoriske implikasjoner krever validering av epigenetiske verktøy for klinisk bruk.

Kilder: