Oamenii de știință identifică indicii genetice care leagă poluarea aerului cu neurodegenerarea

Oamenii de știință identifică indicii genetice care leagă poluarea aerului cu neurodegenerarea

Noi cercetări arată că aerul toxic poate remodela activitatea genelor din creier, creând potențial stadiul pentru Alzheimer și Parkinson și subliniind nevoia de detectare precoce și protecție mai puternică pentru lucrătorii aflați în situații de risc.

Articol publicat într-un articol recent în JurnalștiințăCercetătorii din Italia au investigat modul în care poluarea aerului contribuie la tulburările neurodegenerative (ND) prin modificări epigenetice. Ea a crescut potențialul utilizării markerilor epigenetici pentru a detecta schimbările timpurii declanșate de poluarea aerului, în special în grupurile cu risc ridicat. Ei au subliniat necesitatea unor cercetări suplimentare pentru a ghida strategiile de sănătate ocupațională și preventivă.

fundal

Tinerii adulți din orașele poluate prezintă schimbări alarmante ale creierului. Markeri de histonă redusi (H3K9me2/ME3) și semnale crescute de deteriorare a ADN-ului au fost găsite în țesutul lor cerebral, reflectând patologia Alzheimer cu decenii înainte de vârsta tipică de diagnostic.

ND sunt afecțiuni pe termen lung care implică pierderea celulelor nervoase din creier sau din sistemul nervos, ceea ce duce la probleme semnificative cu memoria, gândirea, starea de spirit și funcția fizică. Boala Alzheimer și boala Parkinson sunt cele mai frecvente și afectează milioane de oameni din întreaga lume. Pe măsură ce populația îmbătrânește, numărul persoanelor cu aceste afecțiuni crește. Multe cazuri sunt asociate cu factori de risc care pot fi preveniți, inclusiv obiceiuri proaste de stil de viață, educație sau venituri scăzute și expunerea la poluarea mediului.

Poluarea aerului constă în particule și gaze dăunătoare din surse naturale, cum ar fi incendiile și activitățile umane, inclusiv arderea combustibililor, traficul și emisiile din fabrici. Particulele pot transporta substanțe toxice, inclusiv metale grele, bacterii și substanțe chimice volatile. Deși poluarea aerului este legată în primul rând de bolile cardiace și pulmonare, acum este legată și de leziunile creierului și un risc crescut de SND. Anumiți lucrători, cum ar fi mineri, lucrători din fabrici și șoferi, pot fi în mod deosebit expuși riscului.

Cum afectează poluarea aerului creierul

Poluarea aerului poate afecta sănătatea creierului prin două căi principale: directă și indirectă. Calea directă implică particule ultrafine și anumite gaze care intră în fluxul sanguin sau călătoresc prin nas până la creier, provocând potențial leziuni ale barierei hemato-encefalice (BHE) și inflamație. Unii poluanți, cum ar fi dioxidul de azot (NO₂), se transformă în compuși activi care afectează funcția creierului, în timp ce alții, cum ar fi compușii organici volatili (COV) se acumulează în țesutul creierului datorită naturii lor solubile în grăsimi. Deși dovezile efectelor directe asupra creierului ale acestor poluanți rămân limitate, studiile au arătat că substanțe precum nanoplasticele, plumbul și manganul pot traversa BBB și celulele creierului.

Calea indirectă implică poluanți care declanșează inflamație sau semnale chimice (cum ar fi citokinele, veziculele extracelulare sau exozomii plămâni/derivați din creier) în organe precum plămânii sau intestinele. Aceste molecule călătoresc apoi prin fluxul sanguin până la creier, perturbând echilibrul acestuia și ducând potențial la probleme cognitive și emoționale. Poluarea aerului poate perturba, de asemenea, microbii intestinali și nazali și poate afecta sănătatea creierului prin intermediul creierului intestinal sau al axelor creierului olfactiv. În timp ce dovezi experimentale sunt încă în curs de dezvoltare, înțelegerea acestor mecanisme poate ajuta la identificarea biomarkerilor timpurii ai leziunilor cerebrale de mediu, în special în populațiile vulnerabile, cum ar fi lucrătorii din medii poluate.

Căile epigenetice

Celulele creierului eliberează semnale de suferință în sânge. Veziculele extracelulare care transportă material epigenetic de la neuroni și astrocite deteriorați ar putea deveni biomarkeri recunoscuți ai potențialului timpuriu, generând un „mesaj într-o sticlă” din creier.

Modificările epigenetice reglează funcția creierului fără a modifica secvențele de acid dezoxiribonucleic (ADN). Aceste schimbări sunt cruciale pentru dezvoltarea creierului, plasticitatea sinaptică și memorie, dar sunt și sensibile la stresul mediului, cum ar fi poluarea aerului. Expunerea cronică la poluanți poate perturba aceste procese epigenetice, ducând potențial la ND. Există dovezi că o astfel de expunere poate crește expresia genelor dăunătoare, poate reduce activitatea genelor de protecție și poate modifica acizii ribonucleici (ARN) necodificatori. Aceste modificări pot apărea cu mult înainte de simptome, evidențiind epigenetica atât ca factor de risc, cât și ca biomarker precoce pentru ND.

Poluanții din aer pot perturba funcția creierului prin modificarea ARN-urilor necodificatoare și metilarea ADN-ului, ambele reglând expresia genelor. Studiile pe animale și pe oameni arată că aceste modificări sunt asociate cu pierderea memoriei, inflamația și ND. Cu toate acestea, majoritatea descoperirilor umane provin din probe de sânge periferic, nu din țesut cerebral, ceea ce limitează interpretarea clinică. Toxinele precum toluenul, manganul și plumbul pot reduce activitatea genelor protectoare sau pot crește producția de proteine ​​dăunătoare în creier. Unele efecte pot fi chiar transmise descendenților. Poluarea aerului modifică, de asemenea, metilarea ADN-ului în sânge și țesutul creierului, crescând potențial riscul de îmbolnăvire de-a lungul vieții, în special cu expunerea timpurie sau pe termen lung.

Puține studii au examinat modul în care poluarea aerului afectează modificările histonelor în bolile neurodegenerative (ND) din cauza provocărilor tehnice. Cu toate acestea, rezultatele timpurii arată legături între poluarea aerului și markerii histone alterați, deteriorarea ADN-ului și patologia bolii Alzheimer atât la oameni, cât și la șoareci. Expunerea prenatală la particule influențează dezvoltarea creierului, în special la bărbați, datorită demetilării histonelor, evidențiind vulnerabilități specifice sexului. Particulele de plastic și metalele grele perturbă, de asemenea, modificările histonelor și provoacă stres oxidativ, pierderi de memorie și neuroinflamație. În special, unele dovezi experimentale pentru modificările histonelor (de exemplu, modificări induse de mangan) provin mai degrabă din studiile de injectare decât din expunerea prin inhalare, creând incertitudini cu privire la riscurile reale de inhalare. Inhibitorii histonei deacetilazei și compușii cum ar fi butiratul (studiați la șoarecii expuși la plumb) prezintă potențialul de a inversa unele dintre aceste efecte și oferă căi pentru viitoare tratamente ND.

Concluzii

Lucrătorii care manipulează materiale plastice se confruntă cu amenințări invizibile. Nanoparticulele de la producători sau aparatele de respirație deteriorate pătrund în creier, provocând leziuni olfactive temporare și inflamații - semne de avertizare timpurie ale bolilor neurodegenerative.

Cercetări recente arată legături puternice între poluarea aerului și NDS, în principal prin modificări epigenetice. Poluanții pot modifica metilarea ADN-ului, expresia ARN-ului necodant și modificările histonelor, toate contribuind la inflamarea și deteriorarea creierului. Noile metode, cum ar fi analiza veziculelor extracelulare din sânge, pot ajuta la detectarea acestor modificări fără proceduri invazive. Cu toate acestea, studiul modificărilor histonelor rămâne o provocare din punct de vedere tehnic. Rămân lacune cheie. Poluarea aerului din lumea reală este complexă, ceea ce face dificilă studiul efectelor precise. Factori precum dimensiunea particulelor, sănătatea individuală și expunerea timpurie în viață influențează riscul, dar nu sunt pe deplin înțeleși. Diferențele anatomice dintre modelele animale și oameni (de exemplu, structura nazală) complică și mai mult traducerea studiilor de inhalare. Majoritatea cercetărilor se concentrează pe adulții în vârstă, expunerea pe termen scurt și un număr limitat de poluanți, trecând cu vederea efectele pe termen lung și timpurii. De asemenea, sunt studiate boli precum scleroza multiplă, scleroza laterală amiotrofică (ALS) și boala Huntington.

Studiile viitoare ar trebui să fie pe termen lung, să includă populații mai tinere și să ia în considerare contaminanții mai puțin studiati și căile de expunere, cum ar fi dieta sau interacțiunile intestin-creier. Combinația dintre tehnologiile omice și inteligența artificială ar putea ajuta la identificarea biomarkerilor și poate duce la dezvoltarea de terapii preventive. O protecție îmbunătățită a muncii și a mediului, în special pentru grupurile cu risc ridicat, este, de asemenea, esențială pentru a reduce riscul de ND. Abordarea implicațiilor de reglementare necesită validarea instrumentelor epigenetice pentru uz clinic.

Surse: