科学家发现空气污染与神经退行性疾病之间的遗传线索

科学家发现空气污染与神经退行性疾病之间的遗传线索

新的研究表明，有毒空气可以重塑大脑中的基因活动，可能为阿尔茨海默氏症和帕金森氏症奠定基础，并强调需要尽早发现并为高危工人提供更强有力的保护。

文章发表在该杂志最近的一篇文章中科学意大利的研究人员调查了空气污染如何通过表观遗传修饰导致神经退行性疾病 (ND)。她提出了使用表观遗传标记来检测空气污染引发的早期变化的潜力，特别是在高危人群中。他们强调需要进一步研究来指导职业和预防性健康策略。

背景

污染城市中的年轻人表现出令人震惊的大脑变化。在他们的脑组织中发现了组蛋白标记物 (H3K9me2/ME3) 减少和 DNA 损伤信号增加，这反映了阿尔茨海默病的病理学特征，比典型诊断年龄早了几十年。

ND 是一种长期疾病，涉及大脑或神经系统中神经细胞的丧失，导致记忆、思维、情绪和身体功能出现严重问题。阿尔茨海默病和帕金森病是最常见的疾病，影响着全世界数百万人。随着人口老龄化，患有这些疾病的人数不断增加。许多病例与可预防的风险因素有关，包括不良的生活习惯、教育或收入低以及接触环境污染。

空气污染由野火等自然资源和人类活动（包括燃料燃烧、交通和工厂排放）产生的有害颗粒和气体组成。颗粒可能携带有毒物质，包括重金属、细菌和挥发性化学物质。虽然空气污染主要与心脏和肺部疾病有关，但现在它也与脑损伤和 NDS 风险增加有关。某些工人，例如矿工、工厂工人和司机，可能面临特别高的风险。

空气污染如何影响大脑

空气污染可通过两种主要途径影响大脑健康：直接和间接。直接途径涉及超细颗粒和某些气体进入血液或通过鼻子进入大脑，可能对血脑屏障（BBB）造成损害并引发炎症。二氧化氮 (NO2) 等一些污染物会转化为影响大脑功能的活性化合物，而挥发性有机化合物 (VOC) 等其他污染物则由于其脂溶性而在脑组织中积聚。尽管这些污染物直接影响大脑的证据仍然有限，但研究表明，纳米塑料、铅和锰等物质可以穿过血脑屏障和脑细胞。

间接途径涉及在肺或肠等器官中触发炎症或化学信号（例如细胞因子、细胞外囊泡或肺/脑源性外泌体）的污染物。然后这些分子通过血流到达大脑，破坏其平衡并可能导致认知和情绪问题。空气污染还会破坏肠道和鼻腔微生物，并通过肠脑或嗅脑轴影响大脑健康。虽然实验证据仍在不断涌现，但了解这些机制可能有助于识别环境脑损伤的早期生物标志物，特别是在污染环境中的工人等弱势群体中。

表观遗传途径

脑细胞将求救信号释放到血液中。携带来自受损神经元和星形胶质细胞的表观遗传物质的细胞外囊泡可能成为可识别的早期潜力生物标志物，从大脑产生“瓶中信息”。

表观遗传变化可调节大脑功能，但不会改变脱氧核糖核酸 (DNA) 序列。这些变化对于大脑发育、突触可塑性和记忆至关重要，但对空气污染等环境压力也很敏感。长期接触污染物会破坏这些表观遗传过程，可能导致 ND。有证据表明，这种暴露会增加有害基因的表达，降低保护基因的活性并改变非编码核糖核酸（RNA）。这些变化可能早在症状出现之前就发生，这凸显了表观遗传学既是新城疫的危险因素，也是新城疫的早期生物标志物。

空气中的污染物可以通过改变非编码 RNA 和 DNA 甲基化来破坏大脑功能，这两者都调节基因表达。动物和人类研究表明，这些变化与记忆丧失、炎症和 ND 相关。然而，大多数人类发现来自外周血样本，而不是脑组织，这限制了临床解释。甲苯、锰和铅等毒素会降低保护基因的活性或增加大脑中有害蛋白质的产生。有些影响甚至可以遗传给后代。空气污染还会改变血液和脑组织中的 DNA 甲基化，可能会增加整个生命周期中患病的风险，尤其是早期或长期接触空气污染。

由于技术挑战，很少有研究探讨空气污染如何影响神经退行性疾病（ND）中的组蛋白修饰。然而，早期结果显示空气污染与人类和小鼠的组蛋白标记物改变、DNA 损伤和阿尔茨海默病病理之间存在联系。由于组蛋白去甲基化，产前接触颗粒会影响大脑发育，特别是男性的大脑发育，凸显了性别特异性的脆弱性。塑料颗粒和重金属也会破坏组蛋白修饰，导致氧化应激、记忆丧失和神经炎症。特别是，组蛋白修饰（例如锰诱导的变化）的一些实验证据来自注射研究而不是吸入暴露，这给真正的吸入风险带来了不确定性。组蛋白脱乙酰酶抑制剂和丁酸盐等化合物（在铅暴露小鼠中进行研究）显示出逆转其中一些影响的潜力，并为未来的 ND 治疗提供了途径。

结论

处理塑料的工人面临着无形的威胁。来自制造商或损坏的呼吸装置的纳米颗粒进入大脑，导致暂时的嗅觉损伤和炎症——神经退行性疾病的早期预警信号。

最近的研究表明，空气污染与 NDS 之间的密切联系主要是通过表观遗传变化实现的。污染物可以改变 DNA 甲基化、非编码 RNA 表达和组蛋白修饰，所有这些都会导致大脑炎症和损伤。分析血液中细胞外囊泡等新方法可以帮助检测这些变化，而无需侵入性操作。然而，研究组蛋白修饰在技术上仍然具有挑战性。关键差距依然存在。现实世界的空气污染很复杂，因此很难研究精确的影响。颗粒大小、个人健康和早期接触等因素会影响风险，但尚未得到充分了解。动物模型和人类之间的解剖学差异（例如鼻结构）使吸入研究的转化进一步复杂化。大多数研究都集中在老年人、短期暴露和有限数量的污染物上，忽视了长期和早期影响。多发性硬化症、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和亨廷顿氏舞蹈病等疾病也在研究中。

未来的研究应该是长期的，包括年轻人，并考虑较少研究的污染物和暴露途径，例如饮食或肠脑相互作用。组学技术和人工智能的结合可以帮助识别生物标志物并促进预防性疗法的发展。改善职业和环境保护，特别是对于高危人群，对于降低新城疫风险也至关重要。解决监管影响需要验证临床使用的表观遗传学工具。

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