Jak przypomnieli autorzy pracy, rośnie liczba dowodów na to, że zanieczyszczenie powietrza szkodzi nie tylko naszym płucom czy sercu, ale odgrywa też rolę w rozwoju epidemii chorób metabolicznych, w tym np. występowaniu oporności na insulinę oraz cukrzycy typu 2. Z niedawnych analiz wynika między innymi, że zanieczyszczenie pyłami zawieszonymi o średnicy do 2,5 mikrometra może odpowiadać za 20 proc. wszystkich przypadków zgonów związanych z cukrzycą typu 2.

Najnowsze badania, które prowadzili prof. Francesco Paneni z Uniwersytetu w Zurychu (Szwajcaria) oraz prof. Sanjay Rajagopalan z Case Western Reserve University w Cleveland (USA) dostarczają kolejnych dowodów na to, że zanieczyszczenie powietrza może brać udział w rozregulowaniu metabolizmu, w tym m.in. zaburzać kontrolę poziomu cukru we krwi.

Naukowcy skupili się na zanieczyszczeniach powietrza w formie pyłów zawieszonych o średnicy do 2,5 mikrometra – PM 2,5, które ze względu na bardzo niewielkie rozmiary mogą docierać głęboko do płuc a nawet przedostawać się do krwiobiegu. Przez 24 tygodnie, pięć dni w tygodniu, przez 6 godzin dziennie część myszy laboratoryjnych oddychała powietrzem o zwiększonym stężeniu PM 2,5. Warunki te miały odzwierciedlać przewlekłe narażenie mieszkańców miast na zanieczyszczenie powietrza pyłami. W tym samym czasie myszy z grupy kontrolnej oddychały powietrzem przefiltrowanym, wolnym od pyłów.

Badacze skupili się szczególnie na wpływie zanieczyszczeń powietrza na brunatna tkankę tłuszczową. Jest to specyficzny rodzaj tkanki tłuszczowej, którego główną rolą jest produkcja ciepła i utrzymanie odpowiedniej temperatury ciała. Największe ilości tej tkanki występują u noworodków. U osób dorosłych jest jej mało. Jest ona zlokalizowana głównie w okolicy nadobojczykowej i między łopatkami, a także wzdłuż dużych naczyń krwionośnych. Istnieją dowody na to, że brunatna tkanka tłuszczowa pomaga również utrzymać prawidłowy metabolizm – odgrywa istotną rolę w kontroli poziomu cukru we krwi oraz w utrzymaniu prawidłowej masy ciała.

Po 24 tygodniach ekspozycji na PM 2,5 u myszy obserwowano objawy zaburzeń metabolicznych, w tym obniżoną wrażliwość tkanek na insulinę. Zmieniła się też istotnie funkcja brunatnej tkanki tłuszczowej. – Zaobserwowaliśmy zwłaszcza zakłócenia aktywności ważnych genów w komórkach brunatnej tkanki tłuszczowej. Geny te regulują zdolność brunatnej tkanki do wytwarzania ciepła, do metabolizowania związków tłuszczowych (lipidów) oraz łagodzenia stresu oksydacyjnego – wyjaśnił prof. Paneni. Zmianom tym towarzyszyło uszkodzenie i włóknienie brunatnej tkanki tłuszczowej oraz gromadzenie się w niej tłuszczów.

Analizy na poziomie molekularnym ujawniły, że pod wpływem zanieczyszczenia PM 2,5 w brunatnej tkance tłuszczowej zachodziły modyfikacje DNA zaliczane do tzw. epigenetycznych mechanizmów regulujących aktywność genów. Są to między innymi zmiany we wzorach metylacji DNA oraz przebudowa chromatyny (z której zbudowane są chromosomy), co może utrudniać lub ułatwiać aktywację odpowiednich genów. Mechanizmy epigenetyczne regulują jedynie aktywność genów, ale nie wpływają na ich sekwencję genetyczną, która pozostaje niezmienna.

Za zmiany zaobserwowane przez naukowców odpowiedzialne były głównie dwa enzymy, tj. deacetylaza histonowa - HDAC9 oraz demetylaza histonowa - KDM2B. Okazało się, że u myszy eksponowanych na PM2,5 enzymy te łączyły się ze specyficznymi regionami DNA w komórkach brunatnej tkanki tłuszczowej, co zmniejszało liczbę przyłączonych grup metylowych promujących aktywność genów. – Gdy eksperymentalnie zahamowaliśmy te enzymy, funkcja tkanki brunatnej się poprawiła, podczas gdy wzrost aktywności tych enzymów prowadził ponownie do pogorszenia metabolizmu myszy – tłumaczył prof. Paneni.

Zdaniem autorów pracy dowodzi to, że długotrwała ekspozycja na zanieczyszczenie powietrza może rozregulowywać metabolizm poprzez zakłócanie prawidłowej czynności brunatnej tkanki tłuszczowej. Odpowiedzialne za to są mechanizmy epigenetyczne, które regulują aktywność genów.

- Nasze okrycie pomaga zrozumieć, w jaki sposób zanieczyszczenia powietrza, jak np. PM2,5, przyczyniają się do rozwoju oporności na insulinę i chorób metabolicznych – skomentował prof. Paneni. Jak dodał, wskazuje to na potencjalne nowe możliwości w prewencji i terapii tych schorzeń. (PAP)

jjj/ agt/