Mikroplastikas su išrūgų baltymų „karūna“ sutrikdo neuronų ir mikroglijos darbą

Pietų Korėjos DGIST mokslininkai įrodė, kad mikroplastikas, patekęs į biologinę aplinką (pavyzdžiui, kraują), greitai „apauga“ baltymais ir sudaro vadinamąją baltymų koroną. Eksperimento metu tokios „vainikuotos“ dalelės sukėlė reikšmingą neuronų ir mikroglijos proteomo reorganizaciją: nukentėjo baltymų sintezė, RNR apdorojimas, lipidų metabolizmas ir pernaša tarp branduolio ir citoplazmos; vienu metu buvo aktyvuojami uždegiminiai signalai. Išvada: su baltymais susijęs mikroplastikas gali būti biologiškai pavojingesnis nei „plikos“ dalelės. Straipsnis buvo paskelbtas žurnale „ Environmental Science & Technology“.

Tyrimo kontekstas

• Mikro- ir nanoplastikų (MNP) jau randama žmogaus audiniuose, įskaitant smegenis. 2024–2025 m. nepriklausomos grupės patvirtino MNP buvimą mirusių žmonių kepenyse, inkstuose ir smegenyse, ir laikui bėgant nustatė didėjančią jų koncentraciją. Atskirame tyrime mikroplastiko rasta uoslės svogūnėlyje, o tai rodo nosies „aplinkėjimą“ CNS.
• Kaip dalelės patenka į smegenis. Be uoslės trakto, daugybė tyrimų su gyvūnais ir apžvalgų rodo, kad mikronanoplastikai gali prasiskverbti pro kraujo ir smegenų barjerą (KSB), dėl to sukelti neurouždegimą ir nervinio audinio disfunkciją.
• „Baltymų korona“ lemia dalelių biologinį tapatumą. Biologinėje aplinkoje nanodalelių paviršiai greitai padengiami adsorbuotais baltymais (baltymų korona), ir būtent korona lemia, kurie receptoriai „atpažįsta“ dalelę, kaip ji pasiskirsto organuose ir kiek ji toksiška. Tai gerai aprašyta nanotoksikologijoje ir vis dažniau perkeliama į mikro-/nanoplastiką.
• Kas iki šiol buvo žinoma apie neurotoksiškumą. In vivo eksperimentai ir apžvalgos susiejo MNP poveikį su padidėjusiu BBB pralaidumu, mikroglijos aktyvacija, oksidaciniu stresu ir kognityviniais sutrikimais; tačiau mechanistinių duomenų, ypač proteomų lygmenyje, konkrečiai žmogaus neuronuose ir mikroglijoje, yra nedaug.
• Kokią „skylę“ užpildo naujas žurnalo „Environmental Science & Technology“ straipsnis? Autoriai pirmą kartą sistemingai palygino mikroplastiko, „vainikuoto“ serumo baltymais, ir „plikų“ dalelių poveikį neuronų ir mikroglijos proteomui, parodydami, kad būtent korona sustiprina nepalankius esminių ląstelių procesų pokyčius. Tai priartina MNP aplinkos problemą prie konkrečių molekulinių rizikos smegenims mechanizmų.
• Kodėl tai svarbu rizikos vertinimui? Laboratoriniai plastiko toksiškumo tyrimai, neatsižvelgiant į koroną, gali nepakankamai įvertinti pavojų; teisingiau modeliuoti dalelių poveikį baltymų (kraujo, smegenų skysčio) akivaizdoje, kas jau rekomenduojama apžvalginiuose straipsniuose.

Ką tiksliai jie padarė?

• Laboratorijoje mikroplastikas buvo inkubuojamas pelių serume, kad dalelių paviršiuje susidarytų baltymo „karūnėlė“, o tada dalelės buvo veikiamos smegenų ląstelių: kultivuotų neuronų (pelės) ir mikroglijos (žmogaus linijos). Po poveikio ląstelių proteomas buvo ištirtas masių spektrometrijos metodu.
• Palyginimui, buvo įvertintas ir „pliko“ mikroplastiko (be karūnėlės) poveikis. Tai leido nustatyti, kokią toksinio signalo dalį skleidžia ant dalelės esantis baltyminis apvalkalas.

Pagrindiniai rezultatai

• Baltymų korona keičia plastiko „charakterį“. Kaip ir tikėtasi pagal nanotoksikologijos dėsnius, mikrodalelės adsorbuoja heterogeninį baltymų sluoksnį serume. Tokie kompleksai sukėlė daug ryškesnius baltymų raiškos pokyčius smegenų ląstelėse nei „nuogos“ dalelės.
• Pažeidus pagrindinius ląstelės procesus. „Vainikuotuose“ mikroplastikuose sumažėjo RNR transliacijos ir apdorojimo mechanizmų komponentai, pasislinko lipidų metabolizmo keliai ir sutriko nukleocitoplazminis transportas – tai yra, nukentėjo „pagrindinės“ nervinės ląstelės išlikimo ir plastiškumo funkcijos.
• Uždegimo ir atpažinimo įjungimas. Autoriai aprašė uždegiminių programų ir ląstelių dalelių atpažinimo takų aktyvaciją, kuri gali prisidėti prie mikroplastiko kaupimosi smegenyse ir lėtinio smegenų imuninių ląstelių dirginimo.

Kodėl tai svarbu?

• Realiame gyvenime mikro- ir nanoplastikai beveik niekada nebūna „nuogoti“: juos iš karto padengia baltymai, lipidai ir kitos aplinkos molekulės – korona, kuri lemia, kaip dalelė sąveikauja su ląstelėmis, ar ji praeina hematoencefalinį barjerą ir kurie receptoriai ją „mato“. Naujas darbas tiesiogiai rodo, kad būtent korona gali sustiprinti neurotoksinį potencialą.
• Kontekstas dar labiau sustiprina nerimą: nepriklausomi tyrimai nustatė mikroplastiko žmogaus uoslės svogūnėlyje ir netgi padidino jo kiekį mirusių žmonių smegenyse; apžvalgose aptariami smegenų-smegenų barjero prasiskverbimo keliai, oksidacinis stresas ir neurouždegimas.

Kaip tai palyginama su ankstesniais duomenimis?

• Jau seniai aprašyta, kad nanodalelių „biologinį identitetą“ ir jų gebėjimą surinkti makrofagus / mikrogliją lemia jų koronos sudėtis; panašus duomenų rinkinys renkamas ir apie mikroplastikus, įskaitant darbus apie virškinamojo trakto / serumo koronos poveikį ląstelių gebėjimui surinkti daleles. Naujasis straipsnis yra viena pirmųjų išsamių proteominių analizių, atliktų specialiai smegenų ląstelėse.

Apribojimai

• Tai yra in vitro ląstelių modelis: jis parodo mechanizmus, bet tiesiogiai neatsako į klausimus apie dozę, trukmę ir poveikio organizme grįžtamumą.
• Buvo naudojami specifiniai dalelių tipai ir baltymų korona; realioje aplinkoje keičiasi koronos sudėtis (kraujas, smegenų skystis, kvėpavimo takų gleivės ir kt.), o kartu keičiasi ir biologinis poveikis. Reikalingi gyvūnų modeliai ir biomonitoringas žmonėms.

Ką tai gali reikšti rizikos vertinimui ir politikai

• Plastiko toksiškumo bandymų sistemose atitinkamuose bioskysčiuose (kraujyje, smegenų skystyje) turi būti „koronos“ stadija, kitaip mes nepakankamai įvertiname riziką.
• Reguliavimo institucijoms ir pramonei tai yra argumentas mažinti mikroplastiko išmetimą, paspartinti medžiagų, turinčių mažesnį afinitetą baltymų vainikams, kūrimą ir investuoti į plastiko stebėseną maiste, ore ir vandenyje. Apžvalgose pabrėžiama, kad matavimų standartizavimas ir vainikinių arterijų apskaita yra neatidėliotini prioritetai.

Ką skaitytojas turėtų daryti šiandien

• Sumažinkite sąlytį su mikroplastiko šaltiniais: vietoj vandens buteliuose rinkitės filtruotą vandenį iš čiaupo, jei įmanoma, venkite maisto šildymo plastike, sintetinius drabužius skalbkite žemu skalbimo ciklu / su mikropluošto filtrais. (Šie patarimai nėra paimti iš straipsnio, bet atitinka dabartines rizikos apžvalgas.)

Šaltinis: Ashim J. ir kt. Baltymų mikroplastiko karūnavimo kompleksai sukelia proteomų pokyčius smegenų kilmės neuroninėse ir glijos ląstelėse. Aplinkos mokslas ir technologijos.https://doi.org/10.1021/acs.est.5c04146