Związek między paleniem tytoniu, a chorobami neurodegeneracyjnymi od lat budzi zainteresowanie naukowców. Wcześniejsze badania epidemiologiczne wskazywały, że osoby intensywnie palące w średnim wieku mogą mieć nawet ponad dwukrotnie wyższe ryzyko rozwoju demencji, choroby Alzheimera czy otępienia naczyniowego po kilkudziesięciu latach. Dotychczas większość hipotez koncentrowała się na wpływie palenia na układ krążenia i niedotlenienie mózgu.
Najnowsze badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Chicagowskim sugeruje jednak zupełnie inny mechanizm. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Science Advances wskazują, że nikotyna może uruchamiać sygnały biologiczne w płucach, które oddziałują na mózg i zaburzają gospodarkę żelaza w neuronach – proces potencjalnie powiązany z rozwojem chorób neurodegeneracyjnych.
Z tego artykułu dowiesz się…
- W jaki sposób palenie tytoniu może wpływać na ryzyko demencji, według najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie Science Advances
- Czym są komórki neuroendokrynne płuc (PNEC) i jak nikotyna pobudza je do uwalniania eksosomów oddziałujących na mózg
- Dlaczego zaburzenie równowagi żelaza w neuronach może prowadzić do stresu oksydacyjnego, dysfunkcji mitochondriów i zmian charakterystycznych dla chorób neurodegeneracyjnych
- Jakie nowe kierunki badań nad osią płuca–mózg mogą w przyszłości pomóc w opracowaniu strategii zapobiegania demencji i innym chorobom neurodegeneracyjnym
Palenie tytoniu a ryzyko demencji – co wiadomo z wcześniejszych badań
Zależność między paleniem tytoniu, a pogorszeniem funkcji poznawczych została dobrze udokumentowana w literaturze naukowej. Jedno z badań opublikowanych w 2011 roku wykazało, że intensywne palenie w średnim wieku wiąże się z ponad 100-procentowym wzrostem ryzyka demencji, w tym choroby Alzheimera oraz otępienia naczyniowego po ponad dwóch dekadach obserwacji.
Demencja jest jednak stosunkowo rzadziej analizowanym skutkiem palenia. Wynika to z prostego, lecz niepokojącego faktu: wielu palaczy umiera wcześniej z powodu chorób układu krążenia, nowotworów lub chorób płuc, zanim rozwiną się objawy neurodegeneracyjne. Dotychczasowe wyjaśnienia tego związku koncentrowały się przede wszystkim na wpływie palenia na:
- uszkodzenie naczyń krwionośnych,
- przewlekłe niedotlenienie mózgu,
- procesy zapalne i stres oksydacyjny.
Nowe badania sugerują jednak, że w grę może wchodzić bardziej złożony mechanizm komunikacji między płucami, a mózgiem.
Odkrycie osi płuca–mózg
Zespół badawczy z Uniwersytetu Chicagowskiego zidentyfikował wcześniej nieopisaną drogę komunikacji biologicznej między płucami, a mózgiem. Kluczową rolę odgrywają w niej komórki neuroendokrynne płuc (PNEC). Są to wyspecjalizowane komórki dróg oddechowych, które łączą cechy komórek nerwowych i hormonalnych. Dzięki temu mogą reagować na bodźce środowiskowe i przekazywać sygnały biologiczne do innych narządów.
Te badania ustanawiają wyraźną oś płuca–mózg, która pomaga wyjaśnić, dlaczego palenie papierosów jest powiązane z pogorszeniem funkcji poznawczych i ryzykiem chorób neurodegeneracyjnych – powiedział Kui Zhang, badacz podoktorancki z UChicago, współautor pierwszej pracy. Rozumiejąc, jak te eksosomy zaburzają homeostazę żelaza, otwieramy nowe możliwości ochrony neuronów przed uszkodzeniami wywołanymi dymem.
Według badaczy odkrycie to zmienia sposób postrzegania roli płuc w chorobach neurodegeneracyjnych.
Dowodzi to, że płuca nie są jedynie biernym celem narażenia na dym, ale aktywnym narządem sygnalizacyjnym wpływającym na patologię mózgu – powiedziała autorka korespondencyjna, adiunkt Joyce Chen z Wydziału Inżynierii Molekularnej im. Pritzkera na Uniwersytecie Chicagowskim i Wydziału Badań nad Rakiem im. Bena Maya.
Rola eksosomów w komunikacji między narządami
Kluczowym elementem odkrytego mechanizmu są egzosomy – mikroskopijne pęcherzyki wydzielane przez komórki. Egzosomy transportują różne cząsteczki biologiczne, takie jak:
- białka,
- lipidy,
- kwasy nukleinowe.
Dzięki temu mogą działać jak nośniki informacji między komórkami i narządami. Badacze wykazali, że pod wpływem nikotyny komórki PNEC zaczynają wydzielać wyjątkowo duże ilości ekzosomów zawierających transferynę, czyli białko regulujące transport żelaza w organizmie.
W praktyce może to oznaczać, że podczas palenia papierosa lub korzystania z e-papierosa w płucach dochodzi do uruchomienia mechanizmu sygnalizacyjnego, który wpływa na sposób regulacji żelaza w organizmie.
Jak nikotyna zaburza równowagę żelaza w mózgu
Egzosomy bogate w transferynę mogą zaburzać homeostazę żelaza w neuronach. Jak wyjaśniają autorzy badania, zmiana równowagi żelaza może prowadzić do szeregu procesów biologicznych charakterystycznych dla chorób neurodegeneracyjnych.
Nikotyna będzie miała wpływ na PNEC, a te PNEC uwolnią ogromną ilość eksosomów, co zaburzy homeostazę żelaza – powiedział współautor Abhimanyu Thakur, który współpracował z UChicago PME i Wydziałem Bena Maya podczas badań, a obecnie pracuje w Katedrze Neurochirurgii Harvard Medical School. Odkrywamy markery związane z neurodegeneracją, które rosną i mogą być powiązane z wieloma chorobami poznawczymi i demencją.
Nadmiar lub nieprawidłowa dystrybucja żelaza w komórkach nerwowych może wywołać:
- stres oksydacyjny,
- dysfunkcję mitochondriów,
- zwiększoną ekspresję α-synukleiny, czyli białka związanego z chorobą Parkinsona.
Ferroptoza – możliwy mechanizm śmierci neuronów
Badanie wskazuje również na możliwość aktywacji procesu zwanego ferroptozą. Jest to szczególny rodzaj programowanej śmierci komórkowej zależnej od żelaza. W przeciwieństwie do klasycznej apoptozy ferroptoza jest ściśle związana z procesami oksydacyjnymi i metabolizmem lipidów.
Ta dyshomeostaza żelaza powoduje stres oksydacyjny, dysfunkcję mitochondriów i zwiększoną ekspresję α-synukleiny – charakterystyczne cechy chorób neurodegeneracyjnych – powiedział Chen.
Wcześniejsze badania sugerowały, że ferroptoza może odgrywać rolę w rozwoju:
- choroby Alzheimera,
- choroby Parkinsona,
- innych zaburzeń neurodegeneracyjnych.
Jednak aby potwierdzić bezpośredni związek między paleniem tytoniu, a aktywacją tego mechanizmu w mózgu człowieka, konieczne są dalsze badania.
Jak naukowcy badali komórki płuc
Jednym z największych wyzwań badawczych była niezwykle mała liczba komórek PNEC w płucach.
Głównym wyzwaniem była niezwykle rzadka obecność PNEC, które stanowią mniej niż 1% komórek płucnych, co sprawia, że ich wyizolowanie i dogłębne zbadanie jest praktycznie niemożliwe – powiedział Zhang.
Aby obejść ten problem, naukowcy wykorzystali pluripotentne komórki macierzyste, które przekształcono w indukowane komórki PNEC (iPNEC). Dzięki temu możliwe było przeprowadzenie badań laboratoryjnych na dużej liczbie komórek i szczegółowe przeanalizowanie wpływu nikotyny na proces wydzielania eksosomów.
Nowe możliwości terapii i profilaktyki
Zespół badawczy analizuje obecnie, czy blokowanie egzosomów mogłoby stanowić nową strategię ochrony neuronów przed uszkodzeniami wywołanymi przez dym tytoniowy. Choć zastosowania kliniczne są jeszcze odległe, odkrycie to znacząco poszerza wiedzę o komunikacji między narządami.
Zrozumienie tych międzynarządowych szlaków komunikacyjnych jest kluczowe dla opracowania lepszych strategii zapobiegania i interwencji w przypadku chorób neurodegeneracyjnych – powiedział Chen.
Główne wnioski
- Badanie naukowców z Uniwersytetu Chicagowskiego opublikowane w Science Advances wskazuje na istnienie biologicznej osi płuca–mózg, która może tłumaczyć związek między paleniem tytoniu a chorobami neurodegeneracyjnymi.
- Nikotyna pobudza komórki neuroendokrynne płuc (PNEC) do uwalniania dużych ilości eksosomów bogatych w serotransferynę, białko regulujące transport żelaza w organizmie.
- Eksosomy te mogą zaburzać homeostazę żelaza w neuronach, prowadząc do stresu oksydacyjnego, dysfunkcji mitochondriów oraz wzrostu ekspresji α-synukleiny, białka powiązanego z chorobami neurodegeneracyjnymi.
- Nierównowaga żelaza może aktywować ferroptozę – formę programowanej śmierci komórkowej powiązaną z chorobą Alzheimera i Parkinsona – co sugeruje nowy potencjalny mechanizm wpływu palenia na rozwój demencji.
Źródło:
- https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ady2696
- University of Chicago
