Znanstveniki identificirajo genetske namige, ki povezujejo onesnaženost zraka z nevrodegeneracijo

Znanstveniki identificirajo genetske namige, ki povezujejo onesnaženost zraka z nevrodegeneracijo

Nove raziskave kažejo, da lahko strupeni zrak preoblikuje aktivnost genov v možganih, kar lahko pripravi temelje za Alzheimerjevo in Parkinsonovo bolezen ter poudarja potrebo po zgodnjem odkrivanju in močnejši zaščiti ogroženih delavcev.

Članek, objavljen v nedavnem članku v JournaluZnanostRaziskovalci v Italiji so raziskovali, kako onesnažen zrak z epigenetskimi spremembami prispeva k nevrodegenerativnim motnjam (ND). Povečala je potencial uporabe epigenetskih markerjev za odkrivanje zgodnjih sprememb, ki jih sproži onesnaženost zraka, zlasti pri skupinah z visokim tveganjem. Poudarili so potrebo po nadaljnjih raziskavah za usmerjanje strategij na področju zdravja pri delu in preventive.

ozadje

Mladi odrasli v onesnaženih mestih kažejo alarmantne možganske spremembe. V njihovem možganskem tkivu so našli zmanjšane histonske markerje (H3K9me2/ME3) in povečane signale poškodb DNK, kar odraža Alzheimerjevo patologijo desetletja pred tipično starostjo diagnoze.

ND so dolgotrajna stanja, ki vključujejo izgubo živčnih celic v možganih ali živčnem sistemu, kar povzroči znatne težave s spominom, mišljenjem, razpoloženjem in fizično funkcijo. Alzheimerjeva bolezen in Parkinsonova bolezen sta najpogostejši in prizadeneta milijone ljudi po vsem svetu. S staranjem prebivalstva se število ljudi s temi boleznimi povečuje. Veliko primerov je povezanih z dejavniki tveganja, ki jih je mogoče preprečiti, vključno s slabimi življenjskimi navadami, nizko izobrazbo ali dohodkom ter izpostavljenostjo onesnaženosti okolja.

Onesnaženost zraka sestavljajo škodljivi delci in plini iz naravnih virov, kot so gozdni požari in človeške dejavnosti, vključno z izgorevanjem goriva, prometom in tovarniškimi emisijami. Delci lahko prenašajo strupene snovi, vključno s težkimi kovinami, bakterijami in hlapljivimi kemikalijami. Čeprav je onesnaženje zraka v prvi vrsti povezano s srčnimi in pljučnimi boleznimi, je zdaj povezano tudi s poškodbami možganov in povečanim tveganjem za NDS. Nekateri delavci, kot so rudarji, tovarniški delavci in vozniki, so lahko še posebej ogroženi.

Kako onesnažen zrak vpliva na možgane

Onesnaženost zraka lahko vpliva na zdravje možganov na dva glavna načina: neposredno in posredno. Neposredna pot vključuje ultrafine delce in določene pline, ki vstopajo v krvni obtok ali potujejo skozi nos do možganov, kar lahko povzroči poškodbo krvno-možganske pregrade (BBB) ​​​​in vnetje. Nekatera onesnaževala, kot je dušikov dioksid (NO₂), se pretvorijo v aktivne spojine, ki vplivajo na delovanje možganov, medtem ko se druga, kot so hlapne organske spojine (VOC), kopičijo v možganskem tkivu zaradi svoje narave, topne v maščobi. Čeprav dokazi o neposrednih učinkih teh onesnaževal na možgane ostajajo omejeni, so študije pokazale, da lahko snovi, kot so nanoplastika, svinec in mangan, prehajajo skozi BBB in možganske celice.

Posredna pot vključuje onesnaževala, ki sprožijo vnetje ali kemične signale (kot so citokini, zunajcelični vezikli ali eksosomi, pridobljeni iz pljuč/možganov) v organih, kot so pljuča ali črevesje. Te molekule nato potujejo po krvnem obtoku v možgane, porušijo njihovo ravnovesje in lahko povzročijo kognitivne in čustvene težave. Onesnaženost zraka lahko tudi moti črevesne in nosne mikrobe ter vpliva na zdravje možganov prek črevesnih možganov ali vohalnih možganskih osi. Medtem ko se eksperimentalni dokazi še vedno pojavljajo, lahko razumevanje teh mehanizmov pomaga prepoznati zgodnje biomarkerje okoljskih poškodb možganov, zlasti pri ranljivih skupinah, kot so delavci v onesnaženih okoljih.

Epigenetske poti

Možganske celice sproščajo signale stiske v kri. Zunajcelični vezikli, ki prenašajo epigenetski material iz poškodovanih nevronov in astrocitov, bi lahko postali prepoznavni biomarkerji zgodnjega potenciala, ki ustvarjajo "sporočilo v steklenici" iz možganov.

Epigenetske spremembe uravnavajo delovanje možganov brez spreminjanja sekvenc deoksiribonukleinske kisline (DNK). Te spremembe so ključne za razvoj možganov, sinaptično plastičnost in spomin, vendar so tudi občutljive na okoljske obremenitve, kot je onesnažen zrak. Kronična izpostavljenost onesnaževalom lahko moti te epigenetske procese, kar lahko vodi do ND. Obstajajo dokazi, da lahko takšna izpostavljenost poveča izražanje škodljivih genov, zmanjša aktivnost zaščitnih genov in spremeni nekodirajoče ribonukleinske kisline (RNA). Te spremembe se lahko pojavijo veliko pred simptomi, kar poudarja epigenetiko kot dejavnik tveganja in zgodnji biomarker za NB.

Onesnaževala v zraku lahko motijo ​​delovanje možganov s spreminjanjem nekodirajočih RNK ​​in metilacije DNK, ki uravnavata izražanje genov. Študije na živalih in ljudeh kažejo, da so te spremembe povezane z izgubo spomina, vnetjem in ND. Vendar večina človeških ugotovitev izvira iz vzorcev periferne krvi, ne možganskega tkiva, kar omejuje klinično interpretacijo. Toksini, kot so toluen, mangan in svinec, lahko zmanjšajo aktivnost zaščitnih genov ali povečajo proizvodnjo škodljivih beljakovin v možganih. Nekateri učinki se lahko prenesejo celo na potomce. Onesnaženost zraka prav tako spremeni metilacijo DNA v krvi in ​​možganskem tkivu, kar lahko poveča tveganje za bolezni skozi celotno življenjsko dobo, zlasti pri zgodnji ali dolgotrajni izpostavljenosti.

Nekaj ​​študij je preučilo, kako onesnaženost zraka vpliva na modifikacije histonov pri nevrodegenerativnih boleznih (ND) zaradi tehničnih izzivov. Vendar zgodnji rezultati kažejo povezave med onesnaženostjo zraka in spremenjenimi histonskimi markerji, poškodbo DNK in patologijo Alzheimerjeve bolezni pri ljudeh in miših. Prenatalna izpostavljenost delcem vpliva na razvoj možganov, zlasti pri moških, zaradi demetilacije histona, kar poudarja ranljivosti, specifične za spol. Plastični delci in težke kovine motijo ​​tudi modifikacije histonov in povzročajo oksidativni stres, izgubo spomina in nevrovnetje. Zlasti nekateri eksperimentalni dokazi za modifikacije histonov (npr. spremembe, ki jih povzroča mangan) izhajajo iz študij injekcij in ne izpostavljenosti pri vdihavanju, kar ustvarja negotovosti glede resničnih tveganj pri vdihavanju. Inhibitorji histonske deacetilaze in spojine, kot je butirat (študiran pri miših, izpostavljenih svincu), kažejo potencial pri odpravljanju nekaterih od teh učinkov in zagotavljajo možnosti za prihodnje zdravljenje ND.

Sklepi

Delavci, ki ravnajo s plastiko, se soočajo z nevidnimi grožnjami. Nanodelci proizvajalcev ali poškodovanih dihalnih naprav vstopajo v možgane, kar povzroči začasno okvaro vonja in vnetje – zgodnje opozorilne znake nevrodegenerativnih bolezni.

Nedavne raziskave kažejo močne povezave med onesnaženostjo zraka in NDS predvsem prek epigenetskih sprememb. Onesnaževala lahko spremenijo metilacijo DNK, izražanje nekodirajoče RNK in modifikacije histonov, kar vse prispeva k vnetju in poškodbi možganov. Nove metode, kot je analiza zunajceličnih veziklov v krvi, lahko pomagajo odkriti te spremembe brez invazivnih postopkov. Vendar pa preučevanje modifikacij histonov ostaja tehnično zahtevno. Ključne vrzeli ostajajo. Onesnaženost zraka v resničnem svetu je kompleksna, zato je težko preučiti natančne učinke. Dejavniki, kot so velikost delcev, zdravje posameznika in izpostavljenost v zgodnjem življenju, vplivajo na tveganje, vendar niso popolnoma razumljeni. Anatomske razlike med živalskimi modeli in ljudmi (npr. zgradba nosu) dodatno otežujejo prevod inhalacijskih študij. Večina raziskav se osredotoča na starejše odrasle, kratkotrajno izpostavljenost in omejeno število onesnaževal, pri čemer ne upoštevajo dolgoročnih in zgodnjih učinkov. Preučujejo se tudi bolezni, kot so multipla skleroza, amiotrofična lateralna skleroza (ALS) in Huntingtonova bolezen.

Prihodnje študije bi morale biti dolgoročne, vključevati mlajše populacije in upoštevati manj raziskane onesnaževalce in načine izpostavljenosti, kot sta prehrana ali interakcije med črevesjem in možgani. Kombinacija tehnologij omics in umetne inteligence bi lahko pomagala prepoznati biomarkerje in vodila k razvoju preventivnih terapij. Izboljšana poklicna in okoljska zaščita, zlasti za skupine z visokim tveganjem, sta prav tako bistvena za zmanjšanje tveganja za ND. Obravnavanje regulativnih posledic zahteva validacijo epigenetskih orodij za klinično uporabo.

Viri: