Dlaczego zanieczyszczenie powietrza nasila astmę tylko u części pacjentów? Naukowcy odkryli genetyczne mechanizmy odpowiedzialne za różnice w podatności

Nie wszyscy chorzy na astmę reagują na zanieczyszczenie powietrza w taki sam sposób. Nowe badanie opublikowane w czasopiśmie eBioMedicine wykazało, że o stopniu pogorszenia czynności płuc decyduje nie tylko poziom ekspozycji na pył zawieszony PM2.5, ale również indywidualne uwarunkowania genetyczne oraz sposób aktywacji genów odpowiedzialnych za stres oksydacyjny. Wyniki mogą otworzyć drogę do bardziej spersonalizowanego leczenia astmy oraz identyfikacji osób szczególnie narażonych na szkodliwe działanie zanieczyszczeń.

W artykule:

• Dlaczego zanieczyszczenie powietrza wpływa na chorych z astmą w różnym stopniu
• Jaką rolę odgrywa pył zawieszony PM2.5 i stres oksydacyjny
• Które warianty genów zwiększają ryzyko pogorszenia czynności płuc
• Jak wykorzystano sekwencjonowanie genomu i analizę ekspresji genów
• Jakie znaczenie odkrycie może mieć dla medycyny precyzyjnej i zdrowia publicznego
• Jakie są kolejne kierunki badań nad terapiami chroniącymi przed skutkami zanieczyszczeń

Nie każdy pacjent z astmą reaguje tak samo na zanieczyszczenie powietrza

Od wielu lat wiadomo, że pogorszenie jakości powietrza wiąże się ze zwiększoną liczbą zaostrzeń astmy, częstszymi hospitalizacjami oraz pogorszeniem czynności płuc. Jednocześnie lekarze obserwują, że nawet osoby mieszkające w tych samych warunkach środowiskowych mogą reagować na zanieczyszczenia w bardzo różnym stopniu. U części pacjentów dochodzi do wyraźnego pogorszenia objawów już przy umiarkowanym wzroście stężenia pyłów zawieszonych, podczas gdy inni pozostają stosunkowo odporni.

Naukowcy z University of Pittsburgh School of Public Health, współpracujący z amerykańskim Severe Asthma Research Program (SARP), postanowili wyjaśnić biologiczne mechanizmy odpowiedzialne za tę zmienność. Wyniki opublikowano w czasopiśmie eBioMedicine.

Jedno z największych badań genetycznych dotyczących astmy i zanieczyszczeń powietrza

Badanie objęło niemal 1000 dorosłych pacjentów z astmą uczestniczących w programie SARP. Autorzy wykorzystali kilka nowoczesnych metod biologii molekularnej jednocześnie:

• sekwencjonowanie całego genomu,
• ocenę ekspozycji na zanieczyszczenia powietrza,
• analizę ekspresji genów,
• pomiar czynności płuc.

Szczególną uwagę poświęcono około 450 genom związanym ze stresem oksydacyjnym. Stres oksydacyjny powstaje wtedy, gdy reaktywne formy tlenu uszkadzają komórki i tkanki, prowadząc do nasilenia procesu zapalnego.

Jak podkreśla współautorka badania dr Sally Wenzel, przewodnicząca Department of Environmental and Occupational Health na University of Pittsburgh oraz dyrektor Asthma and Environmental Lung Health Institute w UPMC, uszkodzenia komórkowe wywołane stresem oksydacyjnym mogą bezpośrednio przekładać się na pogorszenie czynności płuc i zwiększoną liczbę zaostrzeń astmy.

PM2.5 pozostaje jednym z najgroźniejszych składników smogu

Badacze skoncentrowali się na wpływie drobnego pyłu zawieszonego PM2.5. Są to cząstki o średnicy mniejszej niż 2,5 mikrometra, czyli wielokrotnie cieńsze od ludzkiego włosa. Dzięki niewielkim rozmiarom mogą docierać do najgłębszych odcinków układu oddechowego, wywołując przewlekły stan zapalny oraz uszkodzenia komórek nabłonka dróg oddechowych.

Analiza wykazała jednoznaczny związek pomiędzy poziomem ekspozycji na PM2.5 a czynnością płuc.

Im większe było narażenie na pył zawieszony, tym niższe wartości parametrów czynnościowych płuc obserwowano u osób chorujących na astmę.

Autorzy podkreślają jednak, że badanie dotyczyło pacjentów z już rozpoznaną astmą i nie analizowało ryzyka rozwoju samej choroby.

Po raz pierwszy przeanalizowano ekspresję genów w komórkach dróg oddechowych człowieka

Jednym z najważniejszych elementów projektu była analiza transkrypcji genów, czyli procesu przepisywania informacji zapisanej w DNA do cząsteczek RNA, które następnie kierują produkcją białek.

Do badania wykorzystano komórki nabłonka dróg oddechowych pobrane podczas szczoteczkowania oskrzeli od około 200 uczestników. Dzięki temu naukowcy mogli bezpośrednio ocenić, jak ekspozycja na zanieczyszczenia zmienia aktywność genów w miejscu, gdzie rozwija się proces zapalny.

Analiza wykazała, że ekspresja wielu genów odpowiedzialnych za ochronę przed stresem oksydacyjnym ulega zmianie pod wpływem zanieczyszczeń powietrza.

Siedem genów może decydować o podatności na smog

Najbardziej podatni na negatywne skutki PM2.5 byli pacjenci posiadający określone warianty siedmiu genów związanych ze stresem oksydacyjnym.

Warianty te wpływały na sposób reagowania komórek nabłonka dróg oddechowych na zanieczyszczenia. Niektóre zwiększały zdolność ochronną organizmu, natomiast inne prowadziły do silniejszego uszkodzenia tkanek.

Szczególnie interesujące okazały się trzy geny:

• OXSR1,
• PXDN,
• TPO.

Osoby posiadające rzadsze warianty genów OXSR1 i PXDN wykazywały wyraźnie gorszą czynność płuc, ponieważ ich odpowiedź ochronna na poziomie RNA była słabsza.

Z kolei nosiciele określonego wariantu genu TPO również osiągali gorsze wyniki czynnościowe, jednak w tym przypadku mechanizm był odmienny. Nadmierna aktywacja odpowiedzi RNA wydawała się prowadzić do niekorzystnych zmian w drogach oddechowych.

Nowe możliwości dla medycyny precyzyjnej

Autorzy uważają, że odkryte szlaki molekularne mogą stać się celem przyszłych terapii przeciwastmatycznych.

W przyszłości możliwe może być opracowanie prostych paneli genetycznych pozwalających określić, którzy pacjenci są szczególnie podatni na działanie zanieczyszczeń powietrza. Pozwoliłoby to wdrażać działania profilaktyczne oraz dobierać leczenie zgodnie z zasadami medycyny precyzyjnej.

Równie istotne mogą być zastosowania w zdrowiu publicznym. Identyfikacja najbardziej zagrożonych grup umożliwiłaby kierowanie programów ochronnych właśnie do tych osób, które odnoszą z nich największe korzyści.

Kolejnym etapem będą badania nad terapiami ochronnymi

Zespół badawczy planuje obecnie dokładniejsze poznanie opisanych szlaków molekularnych oraz ocenę skuteczności różnych metod ograniczania skutków ekspozycji na PM2.5.

Analizowane będą zarówno interwencje behawioralne, zmniejszające kontakt z zanieczyszczeniami, jak i terapie ukierunkowane na ograniczenie stresu oksydacyjnego, w tym leczenie przeciwutleniające.

Autorzy podkreślają jednak, że najskuteczniejszym sposobem ochrony zdrowia nadal pozostaje ograniczanie emisji zanieczyszczeń powietrza. Jednocześnie nowe wyniki sugerują, że w przyszłości możliwe będzie opracowanie terapii przeznaczonych specjalnie dla osób o największej podatności genetycznej.

Źródło: eBioMedicine, A cross-sectional study of oxidative stress pathway genotypes and their interactions with environmental pollutant levels identifies associations with gene expression and lung function.
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ebiom.2026.106334