Nguy cơ phơi nhiễm chì đối với sự phát triển thần kinh trước khi sinh

Trong giai đoạn trước khi sinh, thai nhi bắt đầu hình thành một trong những cấu trúc phức tạp nhất trong tự nhiên, não bộ của con người. Quá trình này được gọi là quá trình hình thành phôi thần kinh và nó đại diện cho một trong những quá trình phức tạp nhất trong cuộc sống trước khi sinh. Quá trình này dựa trên sự điều chỉnh chặt chẽ hành vi của các tế bào tạo nên não. Tế bào gốc thần kinh (NSC) đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển não bộ của phôi thai.

NSCs cần một môi trường đặc biệt để có thể thực hiện chức năng của chúng trong quá trình hình thành phôi thần kinh, tạo ra các tế bào mới để hình thành hệ thần kinh. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, tiếp xúc với môi trường có hại có thể dẫn đến hành vi NSC bất thường. Tiếp xúc với chì trước khi sinh là một trong những ảnh hưởng có hại này có thể lấn át các cơ chế đối phó với tổn thương tế bào của NSC. Kết quả là, các quá trình được điều chỉnh bởi NSC trong quá trình hình thành phôi thần kinh có thể bị ảnh hưởng, thường dẫn đến rối loạn phát triển thần kinh.

Khi thụ tinh, từ một tế bào đơn lẻ, một khối tế bào được hình thành và sau đó khối lượng này phân chia thành nhiều lớp mà từ đó bắt nguồn tất cả các cấu trúc của cơ thể con người. Đây cũng là trường hợp của hệ thần kinh trung ương. Nó bắt nguồn từ một trong những lớp hình thành ống thần kinh, tiền thân của não, thân não và tủy sống. Ban đầu, ống thần kinh khá nhỏ, nhưng do sự tạo ra các tế bào mới từ NSC, nó dần dần to ra. Sau đó, các tế bào trong ống thần kinh được chuyên biệt hóa cho các chức năng khác nhau bằng cách thay đổi các đặc điểm tế bào và sinh hóa của chúng. Rõ ràng, nếu có vấn đề gì xảy ra ở bất kỳ bước nào trong số này, các bất thường về phát triển của não có thể xảy ra.

Chì đã là một phần của nền văn minh nhân loại trong một thời gian dài. Tuy nhiên, chỉ gần đây, các cơ chế mà chì gây ra các tác động tiêu cực đến sức khỏe mới bắt đầu xuất hiện. Chì đặc biệt có hại đối với NSC, ngay cả khi mức độ tiếp xúc là tối thiểu. Tiếp xúc rất ít trước khi sinh với chì có liên quan đến chỉ số IQ thấp hơn, tính hiếu chiến và các vấn đề khác. Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc tiếp xúc với chì trước khi sinh gây ra nhiều tác hại hơn so với việc tiếp xúc trong thời kỳ sau khi sinh. Những phát hiện này có liên quan đến các cơ chế đằng sau tổn thương tế bào của NSC do chì. Các cơ chế được đề xuất ảnh hưởng đến các chức năng thiết yếu của tế bào dẫn đến sự gia tăng các loại oxy phản ứng (ROS) và các thay đổi trong quá trình methyl hóa DNA.

Các loại oxy phản ứng là các phân tử có trong tự nhiên do quá trình hô hấp tế bào. Tuy nhiên, trong điều kiện bệnh lý, mức độ của chúng có thể tăng lên đáng kể. Nhiễm độc chì mãn tính dẫn đến sự gia tăng ROS thông qua một số cơ chế. Trong số đó, có ảnh hưởng trực tiếp của các ion chì lên các protein điều chỉnh mức ROS. Ngoài ra, chì có thể làm tăng mức độ ROS gián tiếp thông qua tương tác với axit aminolevulinic, một tiền chất sinh hóa cho các thành phần của hemoglobin. ROS có thể làm hỏng các cấu trúc khác nhau trong tế bào và trong khi làm điều này, tạo ra nhiều ROS hơn nữa. Ngoài ra, ROS có liên quan đến tín hiệu chết của tế bào và các phản ứng khác của tế bào.

Sự methyl hóa DNA là một trong những cơ chế điều hòa sự biểu hiện gen, và cơ chế điều hòa sự biểu hiện gen là một trong những cơ sở của sự biệt hóa tế bào. Người ta đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với chì dẫn đến sự thay đổi của quá trình methyl hóa DNA, do đó có liên quan đến việc ức chế sự biệt hóa NSC. Thông qua các cơ chế chưa được biết đến, chì gây ra những thay đổi trong các mô hình methyl hóa gần với các gen liên quan chặt chẽ đến sự biệt hóa tế bào thần kinh.

Các tế bào không bị động trong quá trình này. Giống như các tế bào khác, NSC có cơ chế chống lại nhiều sự kiện có hại này. Một cuộc điều tra gần đây nhất đã nghiên cứu quá trình liên quan đến protein Nrf2.

Nrf2 có liên quan trực tiếp đến cơ chế bảo vệ của NSC chống lại stress oxy hóa do tiếp xúc với chì. Nrf2 liên kết với protein KEAP1 trong tế bào chất. Khi mức độ ROS tăng lên, Nrf2 tách khỏi KEAP1, di chuyển đến nhân và liên kết với các vùng DNA cụ thể được gọi là các yếu tố phản ứng chống oxy hóa (ARE).Khi Nrf2 liên kết, các ARE kích hoạt biểu hiện của các gen mục tiêu mã hóa các protein đa dạng chịu trách nhiệm giải độc ROS của tế bào.

Ngoài ra, một mục tiêu Nrf2 mới, protein SPP1, đã được xác định gần đây. SPP1 có ý nghĩa đặc biệt trong tổn thương NSC vì nó có liên quan đến các đặc tính bảo vệ thần kinh thông qua các nghiên cứu trong ống nghiệm và thông qua sự liên kết của các đột biến trong chuỗi gen mã hóa của nó với các bệnh thần kinh. Những hiệu ứng này là kết quả của cơ chế truyền tín hiệu liên quan đến quá trình chống apoptotic và tăng sinh. Quá trình này dẫn đến các phản ứng bù trừ dẫn đến sự ức chế tăng sinh NSCs. Do đó, SPP1 đã được đề xuất như một chất trung gian bảo vệ độc tính thần kinh khi phơi nhiễm chì.

Nhiều bệnh do tổn thương tế bào quá mức mà tế bào không thể thích ứng. Đây là trường hợp của NSCs nơi các quá trình phát triển thần kinh thiết yếu có thể bị thay đổi do nhiễm độc chì. Mặc dù NSC được trang bị các cơ chế bảo vệ, nhưng chúng thường không đủ mạnh để chống lại các tác động có hại từ môi trường. Trong những trường hợp như vậy, những thay đổi của quá trình hình thành phôi thần kinh, tăng sinh và biệt hóa diễn ra. Những thay đổi cụ thể dẫn đến các biểu hiện thần kinh cụ thể vẫn còn được điều tra chi tiết.

Sự hiểu biết nâng cao của chúng tôi về tác hại của chì đối với sự phát triển thần kinh trước khi sinh kêu gọi tăng cường sự chú ý để tránh cho các bà mẹ tương lai tiếp xúc với nguyên tố độc hại này. Người ta tin rằng hàng triệu phụ nữ mang thai trên thế giới thường xuyên tiếp xúc với nồng độ chì cao trong thực phẩm và nước uống. Điều này thường ảnh hưởng đến sức khỏe của thế hệ trẻ ở nhiều nước trên thế giới.

Người giới thiệu

Peter J. Wagner, Hae-Ryung Park, Zhaoxi Wang, Rory Kirchner, Yongyue Wei, Li Su, Kirstie Stanfield, Tomas R. Guilarte, Robert O. Wright, David C. Christiani và Quan Lu (2016) In Vitro Effects of Dẫn đầu về sự biểu hiện gen trong tế bào gốc thần kinh và sự liên kết giữa gen được điều chỉnh và điểm nhận thức ở trẻ em. Quan điểm về sức khỏe môi trường; DOI: 10.1289 / EHP265

Temple S. (2001) Sự phát triển của tế bào gốc thần kinh. Tính chất 414 (6859): 112-7. DOI: 10.1038 / 35102174

Senut MC, Sen A, Cingolani P, Shaik A, Land SJ, Ruden DM (2014) Tiếp xúc với chì làm gián đoạn quá trình methyl hóa DNA toàn cầu trong tế bào gốc phôi người và làm thay đổi sự biệt hóa tế bào thần kinh của chúng. Khoa học viễn tưởng Toxicol. 139 (1): 142-61. DOI: 10.1093 / toxsci / kfu028

Seiji Ishii và Kazue Hashimoto-Torii (2015) Tác động của căng thẳng môi trường trước khi sinh đến sự phát triển vỏ não. Trước mặt. Ô. Tế bào thần kinh. 9: 207. DOI: 10.3389 / fncel.2015.00207

Bài viết của khách này ban đầu xuất hiện trên blog khoa học và sức khỏe từng đoạt giải thưởng và cộng đồng có chủ đề về não, BrainBlogger: Tiếp xúc với chì trước khi sinh dẫn đến rối loạn phát triển thần kinh như thế nào.