Zanieczyszczenie powietrza może sprzyjać otyłości i cukrzycy
Pyły PM2.5 mogą prowadzić do insulinooporności poprzez zmiany epigenetyczne
Coraz więcej dowodów wskazuje, że zanieczyszczenie powietrza szkodzi nie tylko płucom i sercu, ale również przyczynia się do rozwoju zaburzeń metabolicznych, takich jak insulinooporność i cukrzyca typu 2. Nowe badanie, którego współautorami są prof. Francesco Paneni z Centrum Kardiologii Translacyjnej i Eksperymentalnej Uniwersytetu w Zurychu (UZH) oraz Szpitala Uniwersyteckiego w Zurychu (USZ), oraz prof. Sanjay Rajagopalan z Case Western Reserve University w Cleveland, rzuca nowe światło na ten problem.
Zanieczyszczenia drobnocząsteczkowe i metabolizm
Celem naukowców było zrozumienie, w jaki sposób długotrwała ekspozycja na drobne cząstki pyłów zawieszonych wpływa na zdolność organizmu do regulacji poziomu glukozy i utrzymania równowagi metabolicznej. Skupiono się na cząstkach PM2.5, czyli mikroskopijnych cząstkach o średnicy poniżej 2,5 mikrometra, które mogą wnikać głęboko do płuc.
W ramach eksperymentu laboratoryjne myszy przez 24 tygodnie – sześć godzin dziennie, pięć dni w tygodniu – wdychały albo przefiltrowane powietrze, albo powietrze z wysokim stężeniem PM2.5. Model ten miał jak najwierniej odwzorować długotrwałą ekspozycję miejską typową dla ludzi.
Badacze skupili się na brunatnej tkance tłuszczowej, czyli szczególnym rodzaju tłuszczu, który pomaga organizmowi wytwarzać ciepło i spalać kalorie, odgrywając kluczową rolę w równowadze energetycznej i metabolizmie glukozy. Po zakończeniu okresu ekspozycji myszy narażone na PM2.5 wykazywały zaburzenia metaboliczne, w tym obniżoną wrażliwość na insulinę. Analiza brunatnej tkanki tłuszczowej ujawniła istotne zmiany w jej funkcjonowaniu.
„Zaobserwowaliśmy zaburzenia ekspresji genów regulujących zdolność brunatnej tkanki tłuszczowej do wytwarzania ciepła, przetwarzania lipidów i radzenia sobie ze stresem oksydacyjnym. Zmianom tym towarzyszyło zwiększone odkładanie tłuszczu, uszkodzenia komórek i włóknienie tkanki” – wyjaśnia prof. Paneni.
Enzymy HDAC9 i KDM2B jako kluczowe regulatory epigenetyczne
W dalszej części badania naukowcy skupili się na mechanizmach leżących u podstaw tych zaburzeń. Odkryli, że zanieczyszczenie powietrza wywołało znaczące zmiany w regulacji DNA komórek brunatnej tkanki tłuszczowej. Zmiany te obejmowały modyfikacje wzorców metylacji DNA oraz tzw. remodelowanie chromatyny, czyli zmiany w dostępności genów do transkrypcji.
Za głównych regulatorów tego procesu uznano dwa enzymy: HDAC9 i KDM2B. Enzymy te uczestniczą w modyfikacji histonów – białek, wokół których owinięte jest DNA. W komórkach brunatnej tkanki tłuszczowej myszy narażonych na PM2.5 enzymy te wiązały się ze specyficznymi regionami DNA, prowadząc do zmniejszenia liczby grup metylowych sprzyjających aktywności genów.
„Kiedy w warunkach eksperymentalnych zahamowano działanie tych enzymów, funkcja brunatnej tkanki tłuszczowej uległa poprawie. Z kolei ich nadaktywność pogłębiała zaburzenia metaboliczne” – dodaje prof. Paneni.
Nowe możliwości terapeutyczne
Badanie wykazało, że długotrwała ekspozycja na pyły zawieszone PM2.5 może upośledzać zdrowie metaboliczne poprzez zaburzenia funkcji brunatnej tkanki tłuszczowej. Zjawisko to jest wynikiem złożonych zmian epigenetycznych wpływających na regulację genów.
„Nasze wyniki pomagają wyjaśnić, w jaki sposób zanieczyszczenia środowiskowe, takie jak PM2.5, przyczyniają się do rozwoju insulinooporności i chorób metabolicznych. Jednocześnie wskazują na potencjalne nowe cele terapeutyczne i profilaktyczne” – podsumowuje Francesco Paneni.
Źródło: JCI Insight, Air pollution modulates brown adipose tissue function through epigenetic regulation by HDAC9 and KDM2B
DOI: http://dx.doi.org/10.1172/jci.insight.187023
