Нанопластик и когнитивные нарушения
Экологическое исследование дало новые знания о взаимосвязи кишечника и мозга у млекопитающих
Наночастицы пластика, поступающие в организм с водой или пищей, вызывают снижение когнитивной и кратковременной памяти. К счастью, этот процесс обратим.
Фото: Albert Gea / Reuters
Фото: Albert Gea / Reuters
Мировой океан тонет в мусоре, сбивающемся в настоящие пластиковые острова. Пластик в воде постепенно деградирует, распадаясь на микро- (менее пяти микрон) и наночастицы (менее 500 нанометров), которые наносят огромный вред обитателям рек и морей. Влияние микропластика на гидробионтов — организмы, приспособленные к обитанию в водной среде,— уже неплохо изучено. Такие частицы нарушают репродукцию, клеточный состав иммунной системы и микробиома в кишечнике, а также нервные и эндокринные функции у водных и лабораторных животных. Исследование китайских ученых, опубликованное в Cell Reports, показывает, что нанопластик может вызывать еще более серьезные проблемы — воспалительные реакции в кишечнике и мозге, которые ведут к когнитивным нарушениям.
Специалисты из Университета Сучжоу в провинции Цзянсу провели исследование на мышах, которых они «кормили» нанопластиком. В ходе экспериментов ученые заметили, что эти мельчайшие частицы вызывают более сильный иммунный ответ в кишечнике, нежели микропластик. Это происходит потому, что макрофаги — клетки, способные захватывать и переваривать бактерии, остатки погибших клеток и другие чужеродные или токсичные для организма частицы,— поглощают нанопластик легче, чем микропластик. Между тем наночастицы пластика не перевариваются лизосомами — клеточными органеллами, отвечающими за внутриклеточное переваривание макромолекул. Более того, от воздействия пластиковых наночастиц сами лизосомы повреждаются, в результате запускается выработка провоспалительного цитокина — интерлейкина 1 бета (IL-1β). Ученые наблюдали этот процесс как in vitro, так и в кишечнике мышей после недели ежедневного перорального введения им пластика. Используя секвенирование отдельных клеток, исследователи идентифицировали в кишечнике этих мышей популяцию макрофагов, продуцирующих IL-1β.
Поскольку уже существовали исследования, демонстрирующие, что воспалительные реакции в кишечнике влияют на мозг, китайские ученые затем оценили ось «кишечник—мозг». Они выяснили, что передача сигналов IL-1β служит медиатором в перекрестном взаимодействии кишечника и мозга. После длительного потребления нанопластика наблюдалось повышение уровня IL-1β как в кишечнике, так и в мозге мышей, однако исследователи не обнаружили в мозге животных клетки, продуцирующие IL-1β. Это заставило их предположить, что источником мозгового IL-1β, скорее всего, стал кишечник.
Передача сигналов IL-1β из кишечника в мозг вызвала активацию микроглии и астроцитов и дифференцировку Th17, что привело к умственным нарушениям у мышей, получавших нанопластик. Стандартные неврологические тесты показали, что после двух месяцев ежедневного приема нанопластика у мышей снизились когнитивные функции и кратковременная память. У животных, не подвергшихся такому воздействию, ничего подобного не наблюдалось.
Далее ученые задумались, можно ли остановить повреждение головного мозга, вызванное нанопластиком, и даже восстановить его функции. Для этого они с помощью моноклональных антител или химического ингибитора блокировали передачу сигналов IL-1β у части мышей, подвергшихся воздействию наночастиц. Благодаря этому удалось частично восстановить их когнитивные функции и память.
Гораздо более обнадеживающий результат был получен в другой группе мышей, которых просто перестали нанопластиком кормить. Уже через месяц они показали при неврологическом обследовании такие же результаты, как и здоровые мыши.
Исследование дало новое представление о механизме взаимодействия кишечника и мозга, которое осуществляется через передачу цитокиновых сигналов, и показало, что нанопластик вызывает снижение когнитивных способностей и памяти. Но гораздо важнее то, что этот процесс обратим, а значит, надо приложить все усилия для борьбы с пластиковым загрязнением продуктов питания и питьевой воды во всем мире, делают вывод ученые.
По материалам статьи.
Рекомендации
Харусато А., Со В., Або Х., Наканиши Й., Нишикава Х., Ито Й. Влияние частиц микропластика, образующихся из полиэтилентерефталата, на патологию кишечника и иммунную микросреду. iScience. 2023; 26(4): 106474. doi: 10.1016/j.isci.2023.106474.
Торрес-Руис М., де Альба Гонсалес М., Моралес М. и др. Нейротоксичность и эндокринные нарушения, вызванные наночастицами полистирола у эмбрионов рыбок данио. Наука об общей окружающей среде. 2023; 874: 162406. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.162406.
Маттиода В., Бенедетти В., Тессароло С. и др. Провоспалительное и цитотоксическое действие полистирольных микропластиков на клеточные линии кишечника человека и мыши. Биомолекулы. 2023; 13(1): 140. doi: 10.3390/biom13010140.
Меркли С. Д., Мосс Х. К., Гудфеллоу С. М. и др. Полистирольные микропластики индуцируют иммунометаболическое активное состояние макрофагов. Клеточная биология и токсикология . 2022; 38(1): 31–41. doi:10.1007/s10565-021-09616-x
Ян Ц, Дай Х, Ченг Ю и др. Пероральное употребление нанопластиков влияет на функцию мозга мышей, индуцируя сигнал макрофагов IL-1β в кишечнике. Отчеты по ячейкам. 2023; 42(4). doi.org/10.1016/j.celrep.2023.112346.
Цзян В., Ким Б. С., Рутка Дж. Т. Чан В. Клеточная реакция, опосредованная наночастицами, зависит от размера. Природные нанотехнологии. 2008; 3. https://doi.org/10.1038/nnano.2008.30.
Хамед М., Мартынюк С.Дж., Нагиб М., Ли Дж.С., Сайед А.Е.Х. Нейротоксическое воздействие пластиков разных размеров (нано, микро и макро) на молодь карпа (Cyprinus carpio). Границы молекулярной нейронауки . 2022;15:1028364. дои: 10.3389/fnmol.2022.1028364.
Алиакбарзаде Ф., Рафии М., Ходаголи Ф., Хоррамизаде М.Р., Манучехри Х., Эслами А. и др. Побочное воздействие нанопластика полистирола и его бинарных смесей с нонилфенолом на нервную систему рыбок данио: от окислительного стресса до нарушения нейромедиаторной системы. Загрязнение окружающей среды . 2023;317:120587. doi: 10.1016/j.envpol.2022.120587.
Амато-Лоуренсу Л.Ф., Карвальо-Оливейра Р., Жуниор Г.Р., душ Сантос Гальван Л., Андо Р.А., Моад Т. Наличие переносимого по воздуху микропластика в тканях легких человека . Журнал опасных материалов 2021;416:126124. Doi:10.1016/j.jhaxmat.2021.126124