123RF
Zanieczyszczenie powietrza zmienia tkankę płucną, zwiększając podatność na raka
Redaktor: Monika Stelmach
Data: 22.04.2022
Źródło: Katarzyna Czechowicz/PAP, eLife: „Air pollution particles hijack peroxidasin to disrupt immunosurveillance and promote lung cancer”
| Tagi: | rak, zanieczyszczenie powietrza |
Naukowcy zidentyfikowali mechanizm, który wyjaśnia, w jaki sposób drobne cząsteczki pyłów unoszące się w powietrzu mogą prowadzić do rozwoju raka płuc – informuje „eLife”. Odkrycie to może skutkować opracowaniem nowych metod zapobiegania temu nowotworowi.
Drobne pyły zawieszone (FPM) to unoszące się w powietrzu cząsteczki, które już jakiś czas temu uznano za czynnik rakotwórczy grupy 1 i poważne zagrożenie dla zdrowia na świecie. Jednak mechanizm, poprzez który FPM są w stanie zapoczątkować procesy nowotworowe w komórkach, pozostawał dotychczas niejasny.
– Pomimo potwierdzonego potencjału do powodowania mutacji najnowsze badania sugerowały, że FPM nie promują bezpośrednio wzrostu komórek nowotworu płuca. Oznacza to, że być może FPM inicjują proces nowotworowy pośrednio, za pomocą innych mechanizmów, które wspierają wzrost guza. Ukazało się już nawet kilka publikacji sugerujących, że pyły zawieszone zapobiegają przemieszczaniu się komórek odpornościowych tam, gdzie są one aktualnie potrzebne – wyjaśnia pierwsza autorka badania dr Zhenzhen Wang z Uniwersytetu Nanjing w Chinach.
Aby zbadać, czy ta hipoteza jest prawdziwa, dr Wang i jej zespół zebrali pył zawieszony z siedmiu różnych miejsc w Chinach, po czym zbadali jego wpływ na główny typ komórek odpornościowych, uczestniczących w odpowiedzi przeciwko komórkom nowotworowym, czyli cytotoksyczne limfocyty T (CTL).
Badania laboratoryjne wykazały, że u myszy, którym wstrzyknięto komórki raka płuc, a które nie były narażone na pył zawieszony, CTL szybko migrowały do płuc w celu zniszczenia nieprawidłowych komórek. Jednak już u tych zwierząt, które wystawiono na działanie FPM, wnikanie limfocytów do płuc było mocno opóźnione, co potencjalnie pozwalało komórkom nowotworowym na „osiedlenie się” w tkance płucnej.
Aby zbadać, dlaczego CTL nie przedostały się do płuc tak szybko, jak powinny (w sytuacji, gdy płuca te eksponowane były na cząstki pyłu zawieszonego) naukowcy przeanalizowali dogłębnie nie tylko same limfocyty, ale i strukturę tkanki płucnej. Odkryli, że w obcości cząsteczek pyłu limfocyty zachowywały swoją pełną zdolność do migracji, za to drastycznie zmieniała się struktura płuc, a więc i przestrzenie, pomiędzy którymi poruszają się komórki odpornościowe. W drogach oddechowych narażonych na pył obserwowano dużo wyższe poziomy kolagenu – białka, które zapewnia biomechaniczne wsparcie dla komórek i tkanek. Powodowało to, że ruch cytotoksycznych limfocytów C u myszy eksponowanych na zanieczyszczone powietrze był zaburzony i utrudniony; nie były one w stanie poruszać się swobodnie.
Dalsza analiza tkanki wykazała, że zmiany strukturalne w płucach były spowodowane wzrostem stężenia jednego z podtypów kolagenu, zwanego kolagenem IV. Jednak naukowcy nadal nie wiedzieli, w jaki sposób FPM są z tym powiązane. Odpowiedź znaleźli po dokładniejszym przyjrzeniu się zmianom strukturalnym kolagenu IV oraz enzymowi, który je powoduje, czyli peroksydazynie. Jest to enzym, który powoduje powstawanie specyficznych – krzyżowych – wiązań w obrębie cząsteczki kolagenu. Okazało się, że zanieczyszczenia powietrza silnie promują jego aktywność.
– Cały ten mechanizm bardzo nas zaskoczył. Podsumowując, wygląda on tak: peroksydazyna przyczepia się w płucach do cząsteczek pyłu, co zwiększa jej aktywność. Ta zwiększona aktywność prowadzi zaś do zmian strukturalnych w tkance płucnej, które sprawiają, że komórki odpornościowe nie mogą się tu dostać i nie są w stanie powstrzymać rosnących komórek nowotworowych – mówi dr Wang.
Badanie ujawniło więc zupełnie nowy mechanizm, poprzez który wdychane przez ludzi drobne cząstki sprzyjają rozwojowi guza płuc. – Dostarczyliśmy bezpośrednich dowodów na to, że białka, które przywierają do drobnych cząstek stałych, mogą powodować znaczące i niekorzystne skutki, promując rożne patologie. Nasze odkrycie, że peroksydazyna jest mediatorem tego efektu, identyfikuje ją jako doskonały cel do zapobiegania chorobom płuc spowodowanym zanieczyszczeniem powietrza – podsumowuje współautor publikacji prof. Lei Dong.
– Pomimo potwierdzonego potencjału do powodowania mutacji najnowsze badania sugerowały, że FPM nie promują bezpośrednio wzrostu komórek nowotworu płuca. Oznacza to, że być może FPM inicjują proces nowotworowy pośrednio, za pomocą innych mechanizmów, które wspierają wzrost guza. Ukazało się już nawet kilka publikacji sugerujących, że pyły zawieszone zapobiegają przemieszczaniu się komórek odpornościowych tam, gdzie są one aktualnie potrzebne – wyjaśnia pierwsza autorka badania dr Zhenzhen Wang z Uniwersytetu Nanjing w Chinach.
Aby zbadać, czy ta hipoteza jest prawdziwa, dr Wang i jej zespół zebrali pył zawieszony z siedmiu różnych miejsc w Chinach, po czym zbadali jego wpływ na główny typ komórek odpornościowych, uczestniczących w odpowiedzi przeciwko komórkom nowotworowym, czyli cytotoksyczne limfocyty T (CTL).
Badania laboratoryjne wykazały, że u myszy, którym wstrzyknięto komórki raka płuc, a które nie były narażone na pył zawieszony, CTL szybko migrowały do płuc w celu zniszczenia nieprawidłowych komórek. Jednak już u tych zwierząt, które wystawiono na działanie FPM, wnikanie limfocytów do płuc było mocno opóźnione, co potencjalnie pozwalało komórkom nowotworowym na „osiedlenie się” w tkance płucnej.
Aby zbadać, dlaczego CTL nie przedostały się do płuc tak szybko, jak powinny (w sytuacji, gdy płuca te eksponowane były na cząstki pyłu zawieszonego) naukowcy przeanalizowali dogłębnie nie tylko same limfocyty, ale i strukturę tkanki płucnej. Odkryli, że w obcości cząsteczek pyłu limfocyty zachowywały swoją pełną zdolność do migracji, za to drastycznie zmieniała się struktura płuc, a więc i przestrzenie, pomiędzy którymi poruszają się komórki odpornościowe. W drogach oddechowych narażonych na pył obserwowano dużo wyższe poziomy kolagenu – białka, które zapewnia biomechaniczne wsparcie dla komórek i tkanek. Powodowało to, że ruch cytotoksycznych limfocytów C u myszy eksponowanych na zanieczyszczone powietrze był zaburzony i utrudniony; nie były one w stanie poruszać się swobodnie.
Dalsza analiza tkanki wykazała, że zmiany strukturalne w płucach były spowodowane wzrostem stężenia jednego z podtypów kolagenu, zwanego kolagenem IV. Jednak naukowcy nadal nie wiedzieli, w jaki sposób FPM są z tym powiązane. Odpowiedź znaleźli po dokładniejszym przyjrzeniu się zmianom strukturalnym kolagenu IV oraz enzymowi, który je powoduje, czyli peroksydazynie. Jest to enzym, który powoduje powstawanie specyficznych – krzyżowych – wiązań w obrębie cząsteczki kolagenu. Okazało się, że zanieczyszczenia powietrza silnie promują jego aktywność.
– Cały ten mechanizm bardzo nas zaskoczył. Podsumowując, wygląda on tak: peroksydazyna przyczepia się w płucach do cząsteczek pyłu, co zwiększa jej aktywność. Ta zwiększona aktywność prowadzi zaś do zmian strukturalnych w tkance płucnej, które sprawiają, że komórki odpornościowe nie mogą się tu dostać i nie są w stanie powstrzymać rosnących komórek nowotworowych – mówi dr Wang.
Badanie ujawniło więc zupełnie nowy mechanizm, poprzez który wdychane przez ludzi drobne cząstki sprzyjają rozwojowi guza płuc. – Dostarczyliśmy bezpośrednich dowodów na to, że białka, które przywierają do drobnych cząstek stałych, mogą powodować znaczące i niekorzystne skutki, promując rożne patologie. Nasze odkrycie, że peroksydazyna jest mediatorem tego efektu, identyfikuje ją jako doskonały cel do zapobiegania chorobom płuc spowodowanym zanieczyszczeniem powietrza – podsumowuje współautor publikacji prof. Lei Dong.
