Vedci identifikujú genetické stopy spájajúce znečistenie ovzdušia s neurodegeneráciou

Vedci identifikujú genetické stopy spájajúce znečistenie ovzdušia s neurodegeneráciou

Nový výskum ukazuje, že toxický vzduch môže pretvoriť aktivitu génov v mozgu, čo môže potenciálne pripraviť pôdu pre Alzheimerovu a Parkinsonovu chorobu a podčiarkuje potrebu včasnej detekcie a silnejšej ochrany pre rizikových pracovníkov.

Článok uverejnený v nedávnom článku v časopiseVedaVedci v Taliansku skúmali, ako znečistenie ovzdušia prispieva k neurodegeneratívnym poruchám (ND) prostredníctvom epigenetických modifikácií. Zvýšila potenciál používania epigenetických markerov na detekciu skorých zmien vyvolaných znečistením ovzdušia, najmä vo vysoko rizikových skupinách. Zdôraznili potrebu ďalšieho výskumu na usmernenie pracovných a preventívnych zdravotných stratégií.

pozadia

Mladí dospelí v znečistených mestách vykazujú alarmujúce zmeny v mozgu. V ich mozgovom tkanive sa našli znížené histónové markery (H3K9me2/ME3) a zvýšené signály poškodenia DNA, čo odráža Alzheimerovu patológiu desaťročia pred typickým vekom diagnózy.

ND sú dlhodobé stavy, ktoré zahŕňajú stratu nervových buniek v mozgu alebo nervovom systéme, čo vedie k významným problémom s pamäťou, myslením, náladou a fyzickými funkciami. Alzheimerova choroba a Parkinsonova choroba sú najbežnejšie a postihujú milióny ľudí na celom svete. Ako populácia starne, počet ľudí s týmito ochoreniami sa zvyšuje. Mnohé prípady sú spojené s rizikovými faktormi, ktorým sa dá predísť, vrátane zlého životného štýlu, nízkeho vzdelania alebo príjmu a vystavenia sa znečisteniu životného prostredia.

Znečistenie ovzdušia pozostáva zo škodlivých častíc a plynov z prírodných zdrojov, ako sú požiare a ľudské činnosti vrátane spaľovania palív, dopravy a emisií z výroby. Častice môžu prenášať toxické látky vrátane ťažkých kovov, baktérií a prchavých chemikálií. Hoci znečistenie ovzdušia je primárne spojené s chorobami srdca a pľúc, v súčasnosti je spojené aj s poškodením mozgu a zvýšeným rizikom NDS. Niektorí pracovníci, ako sú baníci, robotníci v továrňach a vodiči, môžu byť obzvlášť ohrození.

Ako znečistenie ovzdušia ovplyvňuje mozog

Znečistenie ovzdušia môže ovplyvniť zdravie mozgu dvoma primárnymi cestami: priamym a nepriamym. Priama cesta zahŕňa ultrajemné častice a určité plyny, ktoré vstupujú do krvného obehu alebo cestujú cez nos do mozgu, čo môže spôsobiť poškodenie hematoencefalickej bariéry (BBB) ​​a zápal. Niektoré znečisťujúce látky, ako je oxid dusičitý (NO₂), sa premieňajú na aktívne zlúčeniny, ktoré ovplyvňujú funkciu mozgu, zatiaľ čo iné, ako napríklad prchavé organické zlúčeniny (VOC), sa hromadia v mozgovom tkanive vďaka svojej podstate rozpustnej v tukoch. Hoci dôkazy o priamych účinkoch týchto znečisťujúcich látok na mozog zostávajú obmedzené, štúdie ukázali, že látky ako nanoplasty, olovo a mangán môžu prechádzať cez BBB a mozgové bunky.

Nepriama cesta zahŕňa znečisťujúce látky, ktoré spúšťajú zápal alebo chemické signály (ako sú cytokíny, extracelulárne vezikuly alebo exozómy odvodené z pľúc/mozgu) v orgánoch, ako sú pľúca alebo črevá. Tieto molekuly potom putujú krvným obehom do mozgu, narúšajú jeho rovnováhu a potenciálne vedú ku kognitívnym a emocionálnym problémom. Znečistenie ovzdušia môže tiež narušiť črevné a nosové mikróby a ovplyvniť zdravie mozgu prostredníctvom črevného mozgu alebo čuchových mozgových osí. Zatiaľ čo experimentálne dôkazy sa stále objavujú, pochopenie týchto mechanizmov môže pomôcť identifikovať skoré biomarkery environmentálneho poškodenia mozgu, najmä v zraniteľných populáciách, ako sú pracovníci v znečistenom prostredí.

Epigenetické cesty

Mozgové bunky uvoľňujú núdzové signály do krvi. Extracelulárne vezikuly nesúce epigenetický materiál z poškodených neurónov a astrocytov by sa mohli stať rozpoznateľnými biomarkermi skorého potenciálu, ktoré by generovali „správu vo fľaši“ z mozgu.

Epigenetické zmeny regulujú funkciu mozgu bez zmeny sekvencií deoxyribonukleovej kyseliny (DNA). Tieto zmeny sú kľúčové pre vývoj mozgu, synaptickú plasticitu a pamäť, ale sú tiež citlivé na environmentálne stresy, ako je znečistenie ovzdušia. Chronická expozícia znečisťujúcim látkam môže narušiť tieto epigenetické procesy, čo môže potenciálne viesť k NCH. Existujú dôkazy, že takáto expozícia môže zvýšiť expresiu škodlivých génov, znížiť aktivitu ochranných génov a zmeniť nekódujúce ribonukleové kyseliny (RNA). Tieto zmeny sa môžu vyskytnúť dlho pred príznakmi, čo zdôrazňuje epigenetiku ako rizikový faktor a včasný biomarker pre ND.

Znečisťujúce látky vo vzduchu môžu narušiť funkciu mozgu zmenou nekódujúcich RNA a metyláciou DNA, pričom obe regulujú génovú expresiu. Štúdie na zvieratách a ľuďoch ukazujú, že tieto zmeny sú spojené so stratou pamäti, zápalom a ND. Väčšina ľudských nálezov však pochádza zo vzoriek periférnej krvi, nie mozgového tkaniva, čo obmedzuje klinickú interpretáciu. Toxíny ako toluén, mangán a olovo môžu znížiť aktivitu ochranných génov alebo zvýšiť produkciu škodlivých bielkovín v mozgu. Niektoré efekty možno dokonca preniesť na potomkov. Znečistenie ovzdušia tiež mení metyláciu DNA v krvi a mozgovom tkanive, čo potenciálne zvyšuje riziko ochorenia počas celého života, najmä pri skorej alebo dlhodobej expozícii.

Len málo štúdií skúmalo, ako znečistenie ovzdušia ovplyvňuje modifikácie histónov pri neurodegeneratívnych ochoreniach (ND) v dôsledku technických problémov. Prvé výsledky však ukazujú súvislosti medzi znečistením ovzdušia a zmenenými histónovými markermi, poškodením DNA a patológiou Alzheimerovej choroby u ľudí aj myší. Prenatálna expozícia časticiam ovplyvňuje vývoj mozgu, najmä u mužov, v dôsledku demetylácie histónov, čo zvýrazňuje pohlavne špecifické zraniteľnosti. Plastové častice a ťažké kovy tiež narúšajú modifikácie histónov a spôsobujú oxidačný stres, stratu pamäti a neurozápal. Najmä niektoré experimentálne dôkazy o modifikáciách histónov (napr. zmeny vyvolané mangánom) pochádzajú skôr z injekčných štúdií než z inhalačnej expozície, čo vytvára neistotu o skutočných rizikách vdýchnutia. Inhibítory histónovej deacetylázy a zlúčeniny, ako je butyrát (študované na myšiach vystavených olovu), vykazujú potenciál zvrátiť niektoré z týchto účinkov a poskytujú cesty pre budúcu liečbu ND.

Závery

Pracovníci, ktorí manipulujú s plastmi, čelia neviditeľným hrozbám. Nanočastice od výrobcov alebo poškodené dýchacie prístroje sa dostávajú do mozgu a spôsobujú dočasné poškodenie čuchu a zápal – včasné varovné príznaky neurodegeneratívnych ochorení.

Nedávny výskum ukazuje silné prepojenie medzi znečistením ovzdušia a NDS najmä prostredníctvom epigenetických zmien. Znečisťujúce látky môžu zmeniť metyláciu DNA, expresiu nekódujúcej RNA a modifikácie histónov, čo všetko prispieva k zápalu a poškodeniu mozgu. Nové metódy, ako je analýza extracelulárnych vezikúl v krvi, môžu pomôcť odhaliť tieto zmeny bez invazívnych postupov. Štúdium modifikácií histónov však zostáva technicky náročné. Kľúčové medzery zostávajú. Znečistenie ovzdušia v reálnom svete je zložité, takže je ťažké študovať presné účinky. Faktory ako veľkosť častíc, zdravie jednotlivca a raná expozícia ovplyvňujú riziko, ale nie sú úplne pochopené. Anatomické rozdiely medzi zvieracími modelmi a ľuďmi (napr. štruktúra nosa) ďalej komplikujú preklad inhalačných štúdií. Väčšina výskumov sa zameriava na starších dospelých, krátkodobú expozíciu a obmedzený počet znečisťujúcich látok, pričom prehliada dlhodobé a skoré účinky. Skúmajú sa aj choroby ako skleróza multiplex, amyotrofická laterálna skleróza (ALS) a Huntingtonova choroba.

Budúce štúdie by mali byť dlhodobé, mali by zahŕňať mladšiu populáciu a mali by zvážiť menej preštudované kontaminanty a spôsoby expozície, ako je strava alebo interakcie čreva a mozgu. Kombinácia omických technológií a umelej inteligencie by mohla pomôcť identifikovať biomarkery a viesť k vývoju preventívnych terapií. Na zníženie rizika NCH je nevyhnutná aj lepšia ochrana pri práci a životnom prostredí, najmä pre vysokorizikové skupiny. Riešenie regulačných dôsledkov si vyžaduje validáciu epigenetických nástrojov na klinické použitie.

Zdroje: