Влияние на замърсителите на въздуха върху оксидативния стрес при често срещани стареещи заболявания, медиирани от автофагия

bg.waykun.com - Диета и загуба на тегло, днес

Мохамед Сабер Нуман

1 Катедра по ендокринология и нефрология, Център Hospitalier Universitaire de Québec Research Center, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада; Имейл: [email protected]

2 Отдел по ревматология, Медицински отдел, Университет Лавал, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада; Имейл: [email protected]

Жак П. Браун

2 Отдел по ревматология, Медицински отдел, Университет Лавал, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада; Имейл: [email protected]

3 Катедра по ревматология, Център за болница Universitaire de Québec, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада

Лаетития Мичу

2 Отдел по ревматология, Медицински отдел, Университет Лавал, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада; Имейл: [email protected]

3 Катедра по ревматология, Център за болница Universitaire de Québec, Квебек, QC, G1V 4G2, Канада

Резюме

Индуцираният от атмосферното замърсяване клетъчен оксидативен стрес вероятно е един от патогенните механизми, участващи в повечето от често срещаните автофагично-медиирани заболявания на стареенето, включително невродегенеративни заболявания като амиотрофна латерална склероза (ALS), болест на Алцхаймер, както и болест на Paget на костите с или без фронтотемпорална деменция и миопатия на тялото на включване. Оксидативният стрес има сериозни вредни ефекти върху клетъчното съдържание: ДНК, РНК, клетъчни протеини и клетъчни органели. Автофагията има ключова роля при рециклирането на тези увредени нефункционални органели и неправилно сгънати или разгънати протеини. В тази статия ние подчертаваме, чрез разказ на литературата, че когато процесите на автофагия са нарушени по време на стареенето, при наличие на кумулативен клетъчен оксидативен стрес, причинен от замърсяване на въздуха и поради директен ефект върху замърсителите на въздуха, медиирани от автофагия заболявания на стареенето може да възникне.

1. Въведение

2. Замърсяване на въздуха

маса 1

Десетте най-силно замърсени места в света.

Place/CityCountryPollutant Брой на засегнатото население Известна справка за риска за здравето

Agbogbloshie	Гана	Водя	Повече от 40 000 души	[20,21]
Чернобил	Украйна	Уран, плутоний и други метали	До 10 милиона души	Левкемия	[22]
Река Китарум	Индонезия	Олово, кадмий, хром и пестициди	До 5 милиона души	[23,24]
Dzershinsk	Русия	Многобройни химикали	300 000 души	Рак на очите, белите дробове и бъбреците; Хронична кашлица с храчки	[25,26]
Хазарибах	Бангладеш	Хром	Повече от 160 000 души	Киселинните изгаряния, обриви, болки, световъртеж и гадене също са често срещани здравословни проблеми, пред които са изправени местните жители.	[27,28]
Кабве	Замбия	Водя	Повече от 300 000 души	Оловото в кръвта е повече от 200 ug/dL при деца (кръвното олово над 120 ug/dL е фатално)	[29,30]
Калимантан	Индонезия	Меркурий, кадмий	Повече от 225 000 души	Рискът за здравето за хората, животните и рибите е, че живакът в река Кахаян в Централен Калимантан е 2260 ng/L.	[31]
Матанца Риачуело	Аржентина	Летливи органични съединения (ЛОС), включително толуен	Повече от 20 000 души	Диарични заболявания, респираторни заболявания и рак	[32]
Делта на река Нигер	Нигерия	Нефт	Не е точно известно	Увеличаване на разпространението на недохранването в детска възраст. Суровият нефт води до безплодие и рак поради хемотоксичния си ефект	[33]
Норилск	Русия	Мед, никелов оксид, други тежки метали	135 000 души	Респираторни заболявания и рак на белите дробове и храносмилателната система	[34]

3. Какви са основните замърсители на въздуха, за които е известно, че въздействат на окислителния стрес?

3.1. Жилищно отопление на дърва

3.2. Пушене на тютюн

3.3. Транспорт и промишленост

Времето от „селски емисии“ или от „градски емисии“, транспортният смог съдържа много органични и неорганични съединения като въглероден диоксид, метан, азотен оксид, въглероден оксид, твърди частици, серен диоксид, азотни оксиди, сулфатни аерозоли, азотни оксиди, нитратни аерозоли, озон от NOx, бензол, озон от летливи органични съединения (VOC) и неметанов VOC [62,63,64]. Основните източници на емисии на тежки метали и ПАУ са промишлеността, изгарянето на изкопаеми горива, транспортът, тютюневият дим (основен и страничен поток), смог за отопление на дърва и др.

4. Как замърсителите на въздуха играят роля в индуцирането на оксидативен стрес?

В тази част ще разгледаме компонентите на цигарения дим като пример за замърсяване на въздуха и ще обсъдим неговата роля в индуцирането на оксидативен стрес. Цигареният дим има два различни вида свободни радикали, единият от катранената фаза „TPM фаза“ и другият от газовата фаза [57,65], докато други замърсители на въздуха в околната среда съдържат хетерогенна смес от частици, суспендирани в течност и газообразна фаза [39].

4.1. Съставни частици-фаза

4.1.1. Свободни радикали

Чърч и Прайор са идентифицирали повече от 3000 съединения в „свободните радикали на катранната фаза“. Изследвания с електронен спинов резонанс показаха, че цигареният катран има много „стабилни видове радикали хинон/хидрохинон (Q/QH2)“, които представляват активна редокс система, която може да редуцира O2 до супероксид O2 - след това да доведе до образуване на водороден прекис (H2O2) и хидроксил радикал (OH), което в крайна сметка води до увреждане на ДНК [57,65]. Инкубацията на цигарен катран с ДНК може да създаде нов електронен парамагнитен резонансен спектроскопичен сигнал, което означава, че компонентите на цигарения катран могат да създадат мутации в ДНК [57]. Свободните радикали на газовата фаза играят роля като инактивация на α1-протеазен инхибитор. Инхибиторът на α1-протеазата е основна серумна антипротеаза, ензим, който играе роля при хронична обструктивна белодробна болест или емфизем. Свободните радикали в газовата фаза могат да доведат до окисляване на тиол-съдържащите ензими, като произвеждат NO и NO2. Тиол-съдържащите ензими играят много важни роли в апоптозата като каспаза-9 и роля в хелатирането с тежки метали, предотвратявайки тяхното вредно действие в организма, като ензими на металотиоин и матрична металопротеиназа 9 (MMP9), чието увреждане може да доведе до силно вредни усложнения [57,65,66].

4.1.2. Хинони

Токсичността на хиноните възниква чрез редокс механизъм на циклиране, който води до образуване на излишни количества ROS и хинони, които деформират структурите на някои основни биологични молекули чрез образуване на ковалентни връзки с тях [57].

4.1.3. Тежки метали

Тежките метали съществуват естествено в скалите и почвата в даден географски район. Кадмият, живакът и оловото са най-важните вредни тежки метали за човешкото здраве. Тежките метали могат да се прехвърлят от замърсената почва в растение чрез корени към листа. Те също могат да бъдат пренесени върху листата на растенията чрез киселинни дъждове, които са резултат от индустриалните изпарения. Едно от тези растения е тютюнът, който се консумира главно по време на пушене на цигари. Чрез пушене на тютюневи листа, тежките метали, особено кадмий, могат да се предадат на хората чрез вдишване и да продължат много години, без да се отделят, което води до дългосрочни ефекти и много сериозни проблеми, свързани с крехкостта на костите, бъбречните заболявания и белодробните увреждания [57,67].

4.2. Газофазни съставки

4.2.1. Окислителни радикали и реактивни азотни видове (RNS)

Азотният оксид NO е един от компонентите на газовата фаза на тютюневия дим. Това е окислител, но нетоксичен и нереактивен радикал. Веднага щом съдържащите я компоненти на парна фаза влязат в контакт с въздуха, NO · бързо, в рамките на секунди, се комбинира с молекулярния кислород O2, който обикновено съществува във въздуха. Тази комбинация води до образуването на токсичен нитритен йон NO2 ·, който се счита за сериозен окислител и нитриращ агент. След няколко секунди NO2 · реагира с изопрен и бутадиен, присъстващи в дима, за да генерира по-сериозни силно реактивни компоненти, наречени нитрозо-въглерод-центрирани радикали. Тази реакция между NO2 · и газовата фаза на тютюневия дим има и други последици, като образуването на други вредни компоненти, наречени реактивни азотни видове (RNS). RNS включват NO2, N2O3 и N2O4 и ONOO - (пероксинитрит). Тези RNS имат вредни ефекти върху клетката чрез нитриране на аминокиселината тирозин [57,68,69,70].

4.2.2. Пероксинитрит (ONOO -)

Пероксинитритът не е свободен радикал, но е много силен окислител на RNS, резултат от реакцията между два свободни радикала, азотен азотен анион и супероксиден анион. Всъщност O2 - е резултат от „фазата на частиците“. Супероксиддисмутазата се конкурира с NO ·, за да реагира с O2. Ако NO · доминира, реакцията ще се случи, което води до пероксинитрит. Вредният ефект на O2 - се дължи на образуването на пероксинитрит, което води до много мощно разрушаващо действие върху клетъчното съдържание. Сериозните ефекти на пероксинитрита се крият в неговите реакции и потискане на много важни жизненоважни протеини като хемоглобин, миелопероксидаза, глутатион пероксидаза [57,71].

4.2.3. Вещества, изчерпващи глутатиона

Много електрофилни съставки разграничават цигарената газова фаза. Тези електрофилни съставки търсят и привличат електрони от други съединения като съединения, съдържащи тиолова група като глутатион. Електрофилни компоненти на газова фаза ‒ реакция на съединения, съдържащи тиолова група, води до промени в различните протеини и в клетъчната химия. Един от сериозните резултати от реакцията на електрофилни компоненти на газова фаза - съединения, съдържащи тиолова група, е изчерпването на глутатиона. Глутатионът съществува в митохондриите, в ядрата и в цитоплазмата, а глутатионът също е антиоксидант, който играе много основни клетъчни функции [57,72].

5. Замърсители на въздуха и оксидативен стрес при често срещани стареещи заболявания, медиирани от автофагия

Таблица 2

Основни молекулярни основи на дефект на автофагия при най-често срещаните заболявания, свързани с остаряването, медиирани от автофагия.

Сглобяване на амилоид-β (Ар) пептид и хиперфосфорилиран Tau протеин вътреклетъчни заплитания

Дефект в изчистването на амилоид-β (Ар) пептид

Мутант CHMP2B (ESCRT-III субединица) и/или мутант p97/VCP

Дефект при узряване на автофагозома и при сливане на автофагозома и лизозоми

Формиране на приобщаващи тела

Дефект при узряване на автофагозома, при сливане на автофагозома и лизозоми и при изчистване на телата за включване

Мутант α-синуклеин протеин

Формиране на тела на Леви

Дефекти в освобождаването на тези тела

6. Оксидативен стрес при ремоделиране на костите

7. Заключения

Оксидативният стрес и образуването на ROS и/или RNS, които могат да бъдат резултат от излагане на фактори на околната среда като замърсители на въздуха, могат да доведат до нарушаване на процеса на автофагия, което може да допринесе за нарушения на стареенето като невродегенеративни заболявания и костна болест на Paget. Необходими са по-нататъшни проучвания, за да се определи ролята на оксидативния стрес в резултат на замърсяването на въздуха при патогенезата, предизвикана от автофагия.

Благодарности

MSN беше подкрепен отчасти от магистър студентска награда от Катедрата по медицина (Université Laval). LM се подкрепя от награда за кариера от FRQ-S. Признаваме финансирането от Канадския институт за здравни изследвания (безвъзмездна помощ от Catalyst: среда, гени и хронични заболявания), Фондацията на CHU de Québec, Канадската фондация за иновации, FRQ-S, университета Laval и изследователския център CHU de Québec.

Принос на автора

Мохамед Нуман, Жак Браун и Лаетития Мичу работят заедно. Мохамед Нуман направи преглед на литературата под ръководството на Laëtitia Michou. Мохамед Нуман, Жак Браун и Лаетиция Мичу участваха в писането и преразглеждането на доклада.

Конфликт на интереси

Авторите не декларират конфликт на интереси.

Популярен

Те четат сега