Загрязнение воздуха и болезнь Альцгеймера: как PM2.5 влияет на мозг

Загрязнение воздуха и болезнь Альцгеймера: скрытая связь

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, чем именно вы дышите, выходя на улицу? Вместо аромата весенних цветов воздух зачастую наполнен запахами выхлопных газов и дыма — настолько густых, что их почти можно попробовать на вкус. И вы правы, полагая, что вдыхать всё это не слишком полезно для здоровья.

Согласно данным Центров по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), «транспортные загрязнители воздуха являются одним из крупнейших источников ухудшения его качества». Доказано, что воздействие транспортного загрязнения воздуха (TRAP — от англ. Traffic-Related Air Pollution) приводит ко множеству проблем со здоровьем: сердечно-сосудистым и респираторным заболеваниям, снижению функции лёгких и даже преждевременной смерти. Теперь новое исследование Университета Эмори в Атланте связало воздействие транспортного загрязнения воздуха с болезнью Альцгеймера (БА).

Масштаб проблемы загрязнения воздуха

Соединённые Штаты и большая часть Европы находятся на относительно благоприятном конце шкалы загрязнения. Среднегодовой уровень PM2.5 в 12 микрограммов на кубический метр был установлен Агентством по охране окружающей среды США (EPA) в качестве годового норматива в 2016 году.

Уровни PM2.5 выше установленных нормативов связаны с серьёзными рисками для здоровья, включая нейродегенеративные заболевания.

Какие вещества выделяют автомобили?

Автомобили на дорогах выбрасывают целый спектр вредных веществ, среди которых:

• Бензол
• Формальдегид
• Ацетальдегид
• Угарный газ (монооксид углерода)
• Углекислый газ (диоксид углерода)
• Твёрдые частицы различного размера

Исследование Li и коллег (2024) сосредоточено на последнем компоненте — твёрдых частицах, особенно на мельчайших из них, известных как PM2.5. Твёрдые частицы (или particulate matter) классифицируются по диаметру. PM2.5 — это крошечные частицы диаметром 2,5 микрона или меньше, что тоньше человеческого волоса, диаметр которого составляет от 50 до 70 микрон. Калифорнийский совет по воздушным ресурсам (CARB) сообщает, что основным источником PM2.5 в загрязнённом воздухе являются выхлопы автомобилей и грузовиков. Из-за своего малого размера частицы PM2.5 легко проникают в организм при дыхании, становясь главной причиной множества проблем со здоровьем.

Что такое болезнь Альцгеймера и как она развивается?

Изменения в мозге, характерные для болезни Альцгеймера, а также других форм деменции, хорошо изучены. К ним относятся накопление бляшек и нейрофибриллярных клубков, токсичных для нейронов мозга. Как лаконично выразился Nedergaard (2013): «По сути, все нейродегенеративные заболевания связаны с аномальным накоплением клеточных отходов... тау-белки и бета-амилоид могут накапливаться в виде стабильных агрегатов, которые являются нейротоксичными при таких состояниях, как болезнь Альцгеймера» (стр. 1529).

Бета-амилоидные белки образуют бляшки — скопления этих белков, которые накапливаются снаружи нейронов мозга, блокируя передачу сигналов от одной клетки к другой. Бета-амилоидные белки взаимодействуют с другим типом белков — тау-белками, которые формируют скелетную структуру нейронов. Это взаимодействие приводит к их скоплению внутри клеток, образуя так называемые нейрофибриллярные клубки. Эти клубки в конечном итоге вызывают разрушение внутренней структуры нейрона, что приводит к гибели клетки.

Метилирование ДНК как ключевой механизм

Li и коллеги также выдвинули гипотезу о том, что воздействие PM2.5 вызывает изменения в метилировании ДНК (DNAm). При метилировании ДНК метильная группа присоединяется к цитозину — одному из четырёх оснований, составляющих ДНК, что регулирует процесс экспрессии генов, то есть способ реализации генетических инструкций (Moore, Le и Fan, 2013). Исследователи изучили, как воздействие PM2.5 и метилирование ДНК влияют на формирование бляшек и клубков в мозге. Это одно из первых исследований такого рода, проведённых на людях.

Метилирование ДНК — это эпигенетический механизм, при котором метильные группы присоединяются к молекуле ДНК и изменяют активность генов, не затрагивая саму последовательность ДНК.

Методология исследования

Используя образцы ткани мозга, полученные после смерти доноров и переданные в банк мозга Исследовательского центра болезни Альцгеймера Гойзуэта при Университете Эмори, исследователи измерили уровень бляшек и клубков в префронтальной коре головного мозга. Все образцы были получены от доноров, проживавших в столичном районе Атланты, которым был поставлен диагноз болезни Альцгеймера или вероятной болезни Альцгеймера до их кончины в 1999 году.

Учёные также получили данные о среднегодовых концентрациях транспортного PM2.5 в зоне из 20 округов, составляющих и окружающих загруженный автомобильный трафик мегаполис Атланты. Эти данные были использованы для оценки воздействия PM2.5 на доноров за 1, 3 и 5 лет до их смерти.

Результаты исследования

Исследователи обнаружили, что PM2.5 был значительно связан с метилированием ДНК в нескольких генах, которые, как известно, ассоциированы с воспалением в мозге, и, следовательно, также связан с образованием бляшек и клубков, характерных для болезни Альцгеймера. Они пришли к выводу, что метилирование ДНК выступает посредником между воздействием транспортного загрязнения воздуха и формированием бляшек и клубков, которые нарушают работу мозга при болезни Альцгеймера.

Это исследование стало первым, в котором метилирование ДНК было идентифицировано как промежуточное звено между воздействием загрязнения воздуха и нейропатологическими изменениями, наблюдаемыми при болезни Альцгеймера.

Значимость открытия и перспективы

Полученные данные открывают новые горизонты в понимании того, как экологические факторы влияют на развитие нейродегенеративных заболеваний. Понимание роли метилирования ДНК в этом процессе может привести к разработке новых методов ранней диагностики и профилактики болезни Альцгеймера.

Li предполагает, что будущие исследования могут быть направлены на изучение изменений метилирования ДНК в более доступных тканях (то есть тех, для получения которых не нужно ждать смерти пациента), чтобы потенциально использовать их в качестве биомаркеров болезни Альцгеймера. Это может существенно упростить и удешевить диагностику, а также позволит выявлять заболевание на самых ранних стадиях, когда терапия наиболее эффективна.

Практические выводы

Результаты исследования подчёркивают важность борьбы с загрязнением воздуха как одной из мер профилактики деменции. Сокращение выбросов транспортных средств, переход на электромобили, развитие общественного транспорта и создание зелёных зон в городах — всё это может не только улучшить качество воздуха, но и снизить бремя нейродегенеративных заболеваний в обществе.

Каждый из нас может внести свой вклад: выбирать экологичные виды транспорта, поддерживать инициативы по улучшению качества воздуха и следить за уровнем загрязнения в своём регионе. Забота о чистоте воздуха — это забота о здоровье нашего мозга и будущих поколений.