Исследования показывают, как загрязнение может вызвать вредные изменения в мозге, которые приводят к нейродегенерации.

Загрязнение воздуха вызывает болезни и убивает. Во многих отношениях. Было установлено, что оно вызывает сердечно-сосудистые заболевания, респираторные инфекции и опухоли, такие как рак легких . Ежегодно оно становится причиной 4,2 миллиона преждевременных смертей во всем мире. Нет никаких сомнений в его вредном потенциале, но наука пытается все более точно разобраться в деталях, чтобы определить точные связи между загрязнением и различными заболеваниями. Новое исследование, опубликованное в этот четверг в журнале Science , было сосредоточено на связи между загрязнением воздуха и риском развития деменции — группы нейродегенеративных заболеваний, традиционно связываемых со старением и характеризующихся разрушением памяти и индивидуальной автономии.

В частности, учёные из Университета Джонса Хопкинса (США), проводившие исследование, сосредоточились на деменции с тельцами Леви – нейродегенеративном заболевании, характеризующемся аномальным накоплением альфа-синуклеина, белка в головном мозге. Эти вредные отложения (тельца Леви), характерные для этого типа деменции, а также для болезни Паркинсона, ответственны за двигательные нарушения и потерю памяти. Согласно новому исследованию, этот белок также может быть ключом к объяснению того, как длительное воздействие загрязнённого воздуха увеличивает риск развития этого типа деменции. Исследование предоставляет научное подтверждение способности загрязняющих воздух веществ провоцировать заболевания и предполагает, что альфа-синуклеин является ключевым медиатором, связывающим экологический стресс с повреждением мозга.

Сяобо Мао, научный сотрудник кафедры неврологии Университета Джонса Хопкинса и автор исследования, говорит, что его целью было заполнить большой пробел в знаниях, «черный ящик», который мешал понять, как именно загрязнение вредит мозгу: связь между загрязнением и риском развития деменции уже была продемонстрирована , но «конкретные молекулярные механизмы были неясны».

Они сосредоточились именно на деменции с тельцами Леви из-за её влияния на общественное здравоохранение (это вторая по распространённости нейродегенеративная деменция после болезни Альцгеймера), а также потому, что её связь с загрязнением была «слепым пятном для науки», говорит он, практически неизвестна. «Мы увидели настоятельную необходимость исследовать, может ли это распространённое воздействие окружающей среды быть фактором риска развития этого разрушительного и распространённого заболевания», — поясняет он в ответе по электронной почте.

Первым делом учёные обратились к эпидемиологическим исследованиям, чтобы подтвердить эту связь, которая уже была предложена в ранее опубликованной научной литературе. Для этого они использовали данные 56 миллионов американских пациентов, госпитализированных с нейродегенеративными заболеваниями в период с 2000 по 2014 год. Основное внимание было уделено пациентам с болезнями с тельцами Леви, а также рассчитано их воздействие PM 2,5 — взвешенного загрязнителя воздуха, образующегося в результате сгорания транспортных средств, работы заводов и сжигания материалов. Сравнивая данные, учёные обнаружили, что по мере увеличения воздействия этих типов токсинов окружающей среды увеличивался и риск госпитализации с этими нейродегенеративными заболеваниями.

Затем, в экспериментах на мышах, они также подтвердили, что у нормальных грызунов, подвергшихся воздействию этих загрязнителей, действительно наблюдалось накопление альфа-синуклеина, что в конечном итоге приводило к атрофии мозга, гибели нейронов и снижению когнитивных функций — всем признакам деменции. Напротив, когда мыши, генетически модифицированные для исключения продукции альфа-синуклеина, подвергались воздействию тех же загрязнителей, никаких существенных изменений в мозге не наблюдалось: ни атрофии мозга, ни снижения когнитивных функций. «Загрязнение всё ещё присутствовало, но без своего ключевого белка-мишени оно не могло вызвать этот специфический тип нейродегенерации», — добавляет исследователь.

Ученые предполагают, что токсины окружающей среды, такие как мелкие частицы PM 2,5, могут спровоцировать аномальное накопление альфа-синуклеина, что может привести к распространению повреждений по всему мозгу.

И они подтвердили это в другом эксперименте с мышами, генетически модифицированными для получения человеческой версии этого белка: после пяти месяцев воздействия загрязняющих веществ авторы обнаружили накопление альфа-синуклеина и снижение когнитивных функций. Однако эти вредные отложения отличались от тех, которые образуются с возрастом: воздействие мелких частиц приводило к формированию другого штамма альфа-синуклеина.

Токсичный, особый и очень агрессивный штамм

«Мы обнаружили, что PM2.5 действует как катализатор, вызывая неправильное сворачивание белка альфа-синуклеина в отдельный, крайне агрессивный и токсичный штамм. Это можно представить так: PM2.5 не просто напрямую повреждает мозг, но и разрушает нативный белок, превращая его в суперраспространителя болезней, более устойчивый к клеточной очистке и более токсичный для нейронов, чем формы альфа-синуклеина, которые агрегируют сами по себе. Мы подтвердили этот эффект на образцах PM2.5 из США, Китая и Европы», — объясняет Мао.

Ученый утверждает, что токсичный штамм альфа-синуклеина, выявленный в его экспериментах на мышах, «имеет общие ключевые биохимические и патологические свойства со штаммами альфа-синуклеина, выделенными из спинномозговой жидкости пациентов с деменцией с тельцами Леви».

Паскуаль Санчес, секретарь Группы по изучению поведения и деменции Испанского общества неврологии, приветствует результаты этого исследования, в котором он не участвовал, поскольку, по его словам, оно добавляет «дополнительные доказательства того, что загрязнение может влиять на деменцию», но призывает к осторожности в интерпретации результатов: сам факт обнаружения молекулярного пути, помогающего объяснить эту корреляцию, не означает, что у всех людей, подвергающихся воздействию загрязненного воздуха, разовьётся деменция с тельцами Леви. «Это фактор риска, но связь относительно слабая. Это не похоже на курение и риск рака, который гораздо выше. Но хотя абсолютный риск невелик, связь очевидна, и это исследование – сигнал к действию», – предупреждает невролог, который также является директором Фонда CIEN.

Большие неизвестные, которые предстоит решить

В этой связи сам Мао признаёт, что предстоит ещё изучить, «как загрязняющие вещества взаимодействуют с индивидуальными генетическими факторами риска, поскольку не у всех людей, подвергающихся воздействию загрязнения, развивается деменция с тельцами Леви». Им также неизвестно, какие именно компоненты PM 2,5 (эти частицы состоят из множества различных химических веществ) представляют наибольший вред. Он напоминает, что его исследования были сосредоточены на изучении взаимосвязи между загрязнением и необходимостью госпитализации при деменции с тельцами Леви, но «необходимы дополнительные исследования, чтобы подтвердить роль загрязнения в развитии заболевания».

В целом, это открытие подтверждает данные о влиянии загрязнения на здоровье и открывает новые профилактические и терапевтические возможности, прогнозирует Мао. «Снижение загрязнения воздуха — важнейшая стратегия защиты здоровья мозга. В будущем также могут быть разработаны методы лечения, предотвращающие взаимодействие загрязнителей воздуха с альфа-синуклеином или направленно нейтрализующие этот высокотоксичный штамм после его образования».

Диана Эстеллер, невролог из больницы Hospital Clínic в Барселоне, подчёркивает значение этого исследования для профилактики: «Всё, что вы можете сделать для устранения этого фактора риска, будет иметь положительный эффект». Признавая, что это может также открыть путь к новым терапевтическим исследованиям, она отмечает, что фармакологические разработки для этого конкретного заболевания «ограничены». «Учитывая распространённость этого заболевания, похоже, что деменции с тельцами Леви до сих пор уделялось недостаточно внимания», — соглашается она.

Мао, со своей стороны, предполагает, что молекулярный путь, открытый в его исследовании для объяснения связи между загрязнением и деменцией, — лишь один из многих. «Загрязнение воздуха — это сложная комбинация, которая воздействует на организм с нескольких сторон. Наше исследование добавило важный новый элемент к этой головоломке, но полная картина, вероятно, представляет собой совокупность нескольких разрушительных механизмов», — предполагает он.