Загрязнение воздуха играет значимую роль в развитии нарушений обмена веществ

Фото из открытых источников

Длительное воздействие мелкодисперсного загрязнения воздуха может ухудшить метаболизм, нарушая нормальную функцию бурого жира у мышей. Исследование, проведенное совместно с Цюрихским университетом, показывает, что это происходит посредством сложных изменений в регуляции генов, обусловленных эпигенетическими механизмами. Результаты демонстрируют, как загрязнители окружающей среды способствуют развитию инсулинорезистентности и метаболических заболеваний.

Появляется всё больше доказательств того, что загрязнение воздуха не только вредит нашим лёгким и сердцу, но и играет значительную роль в развитии метаболических нарушений, таких как инсулинорезистентность и диабет 2 типа. Новое исследование, совместно проведённое Франческо Панени, профессором Центра трансляционной и экспериментальной кардиологии Цюрихского университета (UZH) и Университетской больницы Цюриха (USZ), и Санджаем Раджагопаланом, профессором Университета Кейс Вестерн Резерв в Кливленде, проливает свет на эту тему.

Исследователи стремились лучше понять, как длительное воздействие мелких загрязнителей воздуха может повлиять на способность организма регулировать уровень сахара в крови и поддерживать метаболическое здоровье. Они сосредоточились на определенном типе загрязнения, известном как PM 2.5, который относится к мельчайшим воздушным частицам размером менее 2,5 микрометров, которые могут глубоко вдыхаться в легкие. Для своего исследования исследователи подвергали лабораторных мышей воздействию либо отфильтрованного воздуха, либо концентрированных PM 2.5 в течение шести часов в день, пять дней в неделю, в течение 24 недель. Эта установка была разработана для того, чтобы точно имитировать хроническое городское воздействие на людей.

Особое внимание было уделено бурой жировой ткани, особому типу жира, который помогает организму вырабатывать тепло и сжигать калории, и, следовательно, играет ключевую роль в энергетическом балансе и метаболизме глюкозы. После периода воздействия продолжительностью около пяти месяцев у мышей, вдыхавших PM 2.5, проявились признаки нарушенного обмена веществ, включая сниженную чувствительность к инсулину. Дальнейшее обследование показало, что функция бурого жира была значительно изменена.

«В частности, мы обнаружили нарушение экспрессии важных генов в бурой жировой ткани, регулирующих её способность вырабатывать тепло, перерабатывать липиды и справляться с окислительным стрессом. Эти изменения сопровождались повышенным накоплением жира и признаками повреждения тканей и фиброза внутри них», - говорит Франческо Панени.

Затем исследователи изучили механизмы, лежащие в основе этих изменений. Они обнаружили, что загрязнение воздуха вызвало значительные изменения в регуляции ДНК в клетках бурого жира. Это включало в себя модификации паттернов метилирования ДНК и изменения доступности определённых генов для включения или выключения – процесс, известный как ремоделирование хроматина. Эти эпигенетические изменения влияют на функционирование клеток, регулируя активность генов, не изменяя сам генетический код.

Два фермента были идентифицированы как основные драйверы этого процесса: HDAC9 и KDM2B. Эти ферменты участвуют в модификации гистонов, белков, вокруг которых обёрнута ДНК. Было обнаружено, что они связываются со определёнными участками ДНК в клетках бурого жира у мышей, подвергшихся воздействию PM2.5 , что приводит к снижению количества ключевых химических меток, или метильных групп, которые обычно стимулируют активность генов. «При экспериментальном подавлении этих ферментов функция бурого жира улучшалась, тогда как повышение их активности приводило к дальнейшему снижению метаболизма», – добавляет Панени.

Исследование показывает, что длительное воздействие мелкодисперсных частиц в воздухе может ухудшить обмен веществ, нарушая нормальную функцию бурого жира. Это происходит в результате сложных изменений в регуляции генов, контролируемых эпигенетическими механизмами. «Наши результаты помогают объяснить, как загрязнители окружающей среды, такие как PM 2,5, способствуют развитию инсулинорезистентности и метаболических заболеваний, и указывают на потенциальные новые цели для профилактики и лечения», — говорит Франческо Панени.