A levegőszennyezők hatása az oxidatív stresszre a közös autofágia által közvetített öregedési betegségeknél

Mohamed Saber Numan

1 Endokrinológiai és Nefrológiai Osztály, Centre Hospitalier Universitaire de Québec Kutatóközpont, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

2 Reumatológiai osztály, Orvosi Osztály, University Laval, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

Jacques P. Brown

1 Endokrinológiai és Nefrológiai Osztály, Centre Hospitalier Universitaire de Québec Kutatóközpont, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

2 Reumatológiai osztály, Orvosi Osztály, University Laval, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

3 Reumatológiai Osztály, Centre Hospitalier Universitaire de Québec, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada

Laëtitia Michou

1 Endokrinológiai és Nefrológiai Osztály, Centre Hospitalier Universitaire de Québec Kutatóközpont, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

2 Reumatológiai osztály, Orvosi Osztály, University Laval, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada; E-mail: [email protected]

3 Reumatológiai Osztály, Centre Hospitalier Universitaire de Québec, Québec, QC, G1V 4G2, Kanada

Absztrakt

A légköri szennyezés okozta sejtes oxidatív stressz valószínűleg az egyik kórokozó mechanizmus, amely részt vesz a legtöbb autofágia által közvetített öregedési betegségben, ideértve a neurodegeneratív betegségeket, mint amyotrophiás laterális szklerózis (ALS), Alzheimer-kór, valamint Paget-féle csontbetegség. vagy frontotemporalis demencia és inklúziós test myopathia nélkül. Az oxidatív stressz súlyos káros hatással van a sejttartalomra: a DNS-re, az RNS-re, a sejtfehérjékre és a sejtorganellekre. Az autofágia kulcsfontosságú szerepet játszik ezeknek a károsodott, nem funkcionális organelláknak és a rosszul összehajtott vagy kibontakozott fehérjék újrahasznosításában. Ebben a cikkben a szakirodalom elbeszélő áttekintésével kiemeljük, hogy amikor az öregedés során károsodnak az autofágia folyamatai, kumulatív légszennyezés okozta sejtes oxidatív stressz jelenlétében és a légszennyező, autofágia által közvetített öregedési betegségek közvetlen hatása miatt előfordulhat.

1. Bemutatkozás

2. Levegőszennyezés

Asztal 1

A világ tíz legrosszabbul szennyezett helye.

Hely/VárosCountryPollutantAz érintett lakosság számaAz ismert egészségügyi kockázatra hivatkozás

Agbogbloshie	Ghána	Vezet	Több mint 40 000 személy	[20,21]
Csernobil	Ukrajna	Urán, plutónium és más fémek	Akár 10 millió ember	Leukémia	[22]
Citarum folyó	Indonézia	Ólom, kadmium, króm és növényvédő szerek	Akár 5 millió személy	[23,24]
Dzershinsk	Oroszország	Számos vegyszer	300 000 fő	A szem, a tüdő és a vesék rákja; Krónikus köhögés köpet	[25,26]
Hazaribagh	Banglades	Króm	Több mint 160 000 személy	A savas égések, kiütések, fájások, szédülés és émelygés szintén gyakori egészségügyi problémák, amelyekkel a helyi lakosok szembesülnek.	[27,28]
Kabwe	Zambia	Vezet	Több mint 300 000 személy	A vérzsinór gyermekeknél meghaladja a 200 ug/dl értéket (a 120 µg/dL-nél nagyobb vérvezetés végzetes)	[29,30]
Kalimantan	Indonézia	Higany, kadmium	Több mint 225 000 személy	Emberek, állatok és halak egészségi kockázata az, hogy a közép-kalimantáni Kahayan folyóban a higany 2260 ng/l.	[31]
Matanza Riachuelo	Argentína	Illékony szerves vegyületek (VOC), beleértve a toluolt is	Több mint 20 000 személy	Hasmenési betegségek, légzőszervi betegségek és rák	[32]
Niger folyó Delta	Nigéria	Petróleum	Nem pontosan ismert	A gyermekkori alultápláltság prevalenciájának növekedése. A nyersolaj meddőséghez és rákhoz vezet hemotoxikus hatása miatt	[33]
Norilsk	Oroszország	Réz, nikkel-oxid, egyéb nehézfémek	135 000 személy	Légzőszervi betegségek, valamint a tüdő és az emésztőrendszer rákos megbetegedései	[34]

3. Melyek azok a fő légszennyezők, amelyekről ismert, hogy befolyásolják az oxidatív stresszt?

3.1. Lakossági fűtés

3.2. Dohányzás

3.3. Közlekedés és ipar

A „vidéki kibocsátás” vagy a „városi kibocsátás” időjárása miatt a szállító szmog számos szerves és szervetlen vegyületet tartalmaz, például szén-dioxidot, metánt, dinitrogén-oxidot, szén-monoxidot, részecskéket, kén-dioxidot, nitrogén-oxidokat, szulfát-aeroszolokat, nitrogén-oxidokat, nitrát-aeroszolok, NOx-ból származó ózon, benzol, illékony szerves vegyületekből származó ózon (VOC) és nem-metán VOC [62,63,64]. A nehézfémek és PAH-k kibocsátásának fő forrásai az ipar, a fosszilis tüzelőanyagok elégetése, a közlekedés, a dohányfüst (főáramú és oldalsó áramlás), a fahűtő szmog stb.

4. Hogyan játszanak szerepet a légszennyezők az oxidatív stressz kiváltásában?

Ebben a részben áttekintjük a cigarettafüst összetevőit, mint a légszennyezés példáját, és megvitatjuk annak szerepét az oxidatív stressz kiváltásában. A cigarettafüstnek kétféle szabad gyöke van, az egyik a kátrányfázis „TPM fázisából”, a másik a gázfázisból származik [57,65], míg más környezeti levegőszennyezőkről ismert, hogy folyadékban szuszpendált részecskék heterogén keverékét tartalmazzák. gázfázis [39].

4.1. Részecskefázisú alkotóelemek

4.1.1. Szabad radikálisok

Church és Pryor több mint 3000 vegyületet azonosított a „kátrányfázisú szabad gyökökben”. Az elektronpörgéses rezonanciát használó vizsgálatok azt mutatták, hogy a cigaretta kátrányának sok „stabil kinon/hidrokinon (Q/QH2) gyökfaja van”, amelyek egy aktív redoxirendszert képviselnek, amely képes redukálni az O2-t szuperoxid O2 -vá - majd hidrogén-peroxid (H2O2) és hidroxil képződéséhez vezet. gyök (OH), amely végül DNS károsodáshoz vezet [57,65]. A cigarettakátrány DNS-sel történő inkubálása új elektron paramagnetikus rezonancia spektroszkópia jelet hozhat létre, ami azt jelenti, hogy a cigaretta kátrány komponensei mutációkat hozhatnak létre a DNS-ben [57]. A gázfázisú szabad gyökök szerepet játszanak az α1-proteáz inhibitor inaktiválásaként. Az α1-proteáz inhibitor egy fő szérum antiproteáz, egy enzim, amely szerepet játszik krónikus obstruktív tüdőbetegségben vagy emphysemában. A gázfázisú szabad gyökök NO és NO2 termelésével a tioltartalmú enzimek oxidációjához vezethetnek. A tioltartalmú enzimek számos fontos szerepet játszanak az apoptózisban, mint például a kaszpáz-9, és szerepet játszanak a nehézfémekkel való kelátban, megakadályozva azok káros hatását a szervezetben, például a metallotionein enzimek és a mátrix metalloproteináz 9 (MMP9), amelyek károsodása rendkívül káros szövődmények [57,65,66].

4.1.2. Kinonok

A kinonok toxicitása egy redox ciklusos mechanizmus révén következik be, ami felesleges mennyiségű ROS és kinon képződéséhez vezet, amelyek deformálják egyes esszenciális biológiai molekulák szerkezetét azáltal, hogy kovalens kötéseket képeznek velük [57].

4.1.3. Nehéz fémek

Bizonyos földrajzi területeken a nehézfémek természetesen megtalálhatók a kőzetekben és a talajban. A kadmium, a higany és az ólom a legfontosabb káros nehézfémek az emberi egészségre. A nehézfémek a szennyezett talajból a növénybe gyökerek által a levelekbe kerülhetnek. Az ipari füstök hatására savas esőzésekkel a növényi levelekbe is átvihetők. Az egyik ilyen növény a dohány, amelyet főként a cigarettázás során fogyasztanak. A dohánylevelek dohányzásával a nehézfémek, különösen a kadmium, belélegezve átjuthatnak az emberekbe, és sok éven át kiürülhetnek, hosszú távú hatásokat és sok súlyos problémát okozva, amelyek a csontok törékenységével, vesebetegségekkel és tüdőkárosodásokkal járnak [57,67].

4.2. Gázfázisú alkotóelemek

4.2.1. Oxidáló gyökök és reaktív nitrogénfajok (RNS)

A nitrogén-monoxid a dohányfüst egyik gázfázisú alkotóeleme. Ez oxidálószer, de nem mérgező és nem reaktív gyök. Amint az azt tartalmazó gőzfázis-komponensek érintkezésbe kerülnek a levegővel, az NO · másodpercek alatt gyorsan összekapcsolódik a levegőben normálisan létező oxigén O2-vel. Ez a kombináció mérgező nitrition NO2 · képződéséhez vezet, amelyet súlyos oxidáló és nitráló szerként tartanak számon. Néhány másodperc múlva az NO2 · reagál a füstben található izoprénnel és butadiénnel, és komolyabb, rendkívül reaktív komponenseket állít elő, az úgynevezett nitrozo-szén-központú gyököket. Ez a reakció az NO2 · és a dohányfüstgáz fázis között más következményekkel is jár, például más káros komponensek, reaktív nitrogénfajok (RNS) kialakulása. Az RNS-ek közé tartozik az NO2, N2O3, N2O4 és ONOO - (peroxinitrit). Ezek az RNS káros hatással vannak a sejtekre a tirozin aminosav nitrálásával [57,68,69,70].

4.2.2. Peroxinitrit (ONOO -)

A peroxinitrit nem szabad gyök, de nagyon erős RNS oxidálószer, amely két szabad gyök, a nitrogén-oxid anion és a szuperoxid anion reakciójából ered. Valójában az O2 - a „részecskefázisból” származik. A szuperoxid-diszmutáz az NO-val versengve reagál az O2-vel. Ha az NO · uralkodik, akkor a reakció peroxinitritet eredményez. Az O2 káros hatása a peroxinitrit képződésének tudható be, amely nagyon erőteljes zavaró hatáshoz vezet a sejt tartalmán. A peroxinitrit súlyos hatásai számos fontos létfontosságú fehérje, például hemoglobin, mieloperoxidáz, glutation-peroxidáz elnyomásában rejlenek [57,71].

4.2.3. Glutationcsökkentő anyagok

Számos elektrofil alkotóelem különbözteti meg a cigaretta gázfázist. Ezek az elektrofil alkotórészek keresik és vonzzák az elektronokat más vegyületekből, például a tiolcsoportot tartalmazó vegyületekből, például a glutationból. A gázfázisú elektrofil komponensek ‒ tiolcsoportot tartalmazó vegyületek reakciója változásokhoz vezet a különféle fehérjékben és a sejtkémiában. A gázfázisú elektrofil komponensek és a tiolcsoportot tartalmazó vegyületek reakciójának egyik komoly eredménye a glutation kimerülése. A glutation a mitokondriumokban, az atommagokban és a citoplazmában létezik, és a glutation egy antioxidáns is, amely számos alapvető sejtfunkciót játszik le [57,72].

5. Levegőszennyezők és oxidatív stressz közös autofágia által közvetített öregedési betegségek esetén

2. táblázat

Az autofágia defektusának fő molekuláris bázisai a leggyakoribb autofágia által közvetített öregedési betegségekben.

Az amiloid-β (Aβ) peptid és a hiperfoszforilezett Tau fehérje intracelluláris gubancai

Az amiloid-β (Aβ) peptid tisztulási hibája

Mutáns CHMP2B (ESCRT-III alegység) és/vagy p97/VCP mutáns

Hiba az autofagoszóma érésében, valamint az autofagoszóma és a lizoszómák fúziójában

Inklúziós testek kialakulása

Hiba az autofagoszóma érésében, az autofagoszóma és a lizoszómák fúziójában, valamint az inklúziós testek kiürülésében

Mutáns α-szinuklein fehérje

Lewy testek kialakulása

Hibák ezeknek a testeknek a tisztításában

6. Oxidatív stressz a csont átalakításában

7. Következtetések

Az oxidatív stressz és a ROS és/vagy RNS képződés, amely környezeti tényezőknek, például légszennyező anyagoknak való kitettség következménye lehet, az autofágia folyamat károsodásához vezethet, ami esetleg hozzájárulhat az öregedési rendellenességekhez, például neurodegeneratív betegségekhez és Paget csontbetegségéhez. További vizsgálatokra van szükség a levegőszennyezésből származó oxidatív stressz szerepének meghatározásához az autofágia által közvetített öregedési betegség patogenezisében.

Köszönetnyilvánítás

Az MSN-t részben egy okleveles diploma támogatta. az orvostudományi tanszék hallgatói díja (Université Laval). Az LM-t az FRQ-S karrier-díja támogatja. Elismerjük a Kanadai Egészségkutatási Intézet (Catalyst grant: környezetek, gének és krónikus betegségek), a Fondation du CHU de Québec, a kanadai Innovációs Alapítvány, az FRQ-S, a Laval Egyetem és a CHU de Québec Kutatóközpont finanszírozását.

Szerző közreműködései

Mohamed Numan, Jacques Brown és Laëtitia Michou együtt dolgoznak. Mohamed Numan az irodalom áttekintését Laëtitia Michou felügyelete alatt végezte. Mohamed Numan, Jacques Brown és Laetitia Michou részt vett a papírírásban és a felülvizsgálatban.

Összeférhetetlenség

A szerzők nem jelentenek összeférhetetlenséget.