Úvod
Vystavení živých organismů environmentálnímu stresu vyvolává obranné reakce, které vedou k aktivaci ochranných procesů. Vždy, když k expozici dochází v nízkých dávkách, převáží obranné účinky nad nepříznivými účinky expozice; tato adaptační situace se označuje jako „hormeze“. Hormetiny prostředí, fyzikální a nutriční hormetiny vedou ke stimulaci a posílení udržovacích a opravných systémů v buňkách a tkáních. Cvičení, teplo a ozařování jsou příklady fyzikálních hormetinů, které aktivují reakce na tepelný šok, opravu DNA a antioxidační stres. Zdraví podporující účinek mnoha bioaktivních látek v ovoci a zelenině lze považovat za účinek mírně toxických sloučenin spouštějících tento adaptační podnět. Četné studie ukazují, že živé organismy mají schopnost přizpůsobit se nepříznivým podmínkám prostředí, čehož příkladem je skutečnost, že poškození DNA a profil genové exprese u populací žijících v prostředí s vysokou úrovní znečištění ovzduší neodpovídají koncentracím znečišťujících látek. Molekulární mechanismy hormetické odpovědi zahrnují modulaci (a) transkripčního faktoru Nrf2 aktivujícího syntézu glutathionu a následnou ochranu buňky; (b) metylace DNA; a (c) mikroRNA. Tato zjištění poskytují důkaz, že hormeze je toxikologická událost, k níž dochází při nízkých expozičních dávkách environmentálních stresorů a která má přínos pro udržení zdravého stavu.
Jednou z oblastí výzkumu, kde je koncept hormeze široce přijímán a aplikován, je modulaci stárnutí a dlouhověkosti buněk a organismů , a vychází ze skutečnosti, že adaptivní chování biologických systémů v reakci na environmentální nebo vlastní mírný stres(y) zlepšuje jejich funkčnost a přežití. Fyzické, nutriční a psychické stresy nebo výzvy, které vyvolávají hormezi, označované jako hormeze, vedou ke stimulaci a posílení udržovacích a opravných systémů v těle . Příkladem fyzické hormeze je cvičení, teplo a ozařování, které aktivují antioxidační reakci, reakci na tepelný šok, respektive reakci na opravu DNA a stres . Široká škála nechemických složek v potravinách, jako jsou flavonoidy a polyfenoly přítomné v koření, bylinkách a dalších zdrojích, jsou příklady nutriční hormeze, které vyvolávají antioxidační, protizánětlivé a autofagické stresové reakce. Podobně i kalorická restrikce (CR) a přerušované hladovění jsou rovněž hormezí, která aktivuje autofagické a sirtuiny zprostředkované stresové reakce .
CR zřejmě prodlužuje život modulací oxidačního poškození zprostředkovaného reaktivními formami kyslíku (ROS) prostřednictvím tvorby ROS, což je vysoce regulovaný proces řízený komplexní sítí intracelulárních signálních drah . Kromě toho jaderný faktor erythroid 2-related factor (Nrf2), který se váže na elementy antioxidační odpovědi (ARE), reguluje bazální a indukovatelnou expresi glyoxylázy 1 (Glo1), jakož i AKR a ADH . Snížená aktivita Nrf2 a zvýšený oxidační stres při stárnutí a onemocnění mohou predisponovat k dikarbonylovému stresu, který se začíná výrazně projevovat jako hnací síla patogeneze u onemocnění souvisejících se stárnutím. Podobně se vnitrobuněčný stav živin a energie, funkční stav mitochondrií a koncentrace ROS produkovaných v mitochondriích podílejí na regulaci délky života napříč druhy prostřednictvím koordinace informací a divergence mnoha rozvětvených signálních drah, včetně vitagenů při zachování buněčné homeostázy během stresových podmínek . Intenzivní mozková činnost a soustředěná pozornost zahrnují mentální hormezi, která rovněž vyvolává různé stresové reakce, včetně reakce na tepelný šok. Podobně se vnitrobuněčný stav živin a energie, funkční stav mitochondrií a koncentrace ROS produkovaných v mitochondriích podílejí na regulaci délky života napříč druhy prostřednictvím koordinace informací a divergence mnoha rozvětvených signálních drah, včetně vitagenů, při zachování buněčné homeostázy během stresových podmínek . Intenzivní mozková činnost a soustředěná pozornost zahrnují mentální hormezi, která rovněž vyvolává různé stresové reakce, včetně reakce na tepelný šok .
Důležitou charakteristikou hormeze pro zdraví je současná stimulace mnoha nezávislých buněčných funkcí/koncových bodů – každá s vlastním souborem kvantitativně hormetických vlastností. Například posílení oprav DNA, antioxidační obrany, autofagie atd., jejichž působení je regulováno mnoha vzájemně se ovlivňujícími receptorovými/signálními cestami, nakonec vytváří metabolicky integrovanou a koherentní buněčnou odpověď . Ještě důležitější je, že hormetická odpověď má specifické vlastnosti, které definují jak kvantitativní rysy biologické plasticity, tak potenciál pro maximální biologickou výkonnost, čímž se odhadují hranice, do nichž četné lékařské a farmakologické zásahy mohou, ale nemusí člověka ovlivnit . Proto mohou být léky pro udržení, zlepšení a obnovení zdraví během stárnutí kombinací různých hormetických reakcí .
Biomarkery adaptivních reakcí v lidském zdraví
WHO definovala zdraví jako stav úplné fyzické, duševní a sociální pohody . Dnes existuje dynamičtější definice zdraví, kterou je „schopnost organismu přizpůsobit se prostředí“ .
Adaptivní reakce do značné míry vysvětlují zdravotní přínosy ovoce a zeleniny . Mnohé přírodní chemopreventivní látky jsou totiž detoxikovány metabolickou reakcí fáze I/fáze II, čímž se aktivují zapojené enzymy a regulační dráhy . Tato situace typicky nastává například u indol-3-karbinolu a katechinů . V současné době se však stále více uznává, že také environmentální toxické látky často vykazují hormonální reakci. To má nedozírné důsledky pro hodnocení rizik . Nyní chápeme některé molekulární mechanismy této hormetické reakce. Inkubace plicní epiteliální buňky s nízkou koncentrací akroleinu vede k aktivaci transkripčního faktoru Nrf2 . Ten aktivuje syntézu glutathionu a následnou ochranu plicních buněk před vysokou koncentrací akroleinu . Kromě toho bylo prokázáno, že nízká dávka nanočástic stříbra aktivuje Nrf2, a tím dochází k hormezi .
Tyto základní poznatky o mechanistických aspektech hormeze nám umožňují definovat specifické biomarkery pro sledování tohoto procesu .
Podle toho závisí hermetické biomarkery na specifických mechanismech spuštěných uvažovaným hormetickým stavem a mohou být buď genetické, epigenetické, nebo metabolické. Genetické biomarkery zahrnují snížení genotoxického poškození hodnocené pomocí aduktů DNA nebo cytogenetických biomarkerů . Epigenetické biomarkery zahrnují především miRNA vzhledem k jejich specifické a důležité úloze při spouštění a regulaci raných fází adaptační reakce .
Závěry
Existence hormetického účinku v environmentální toxikologii má pozoruhodné důsledky v preventivní medicíně a hygieně životního prostředí. Vzhledem k tomu, že k hormezi dochází pouze při nízkých expozičních dávkách, není pochyb o tom, že všechny probíhající snahy o snížení škodlivin v životním prostředí jsou naprosto záslužné. Konečným cílem však není nulová dávka v životním prostředí, ta je často u mnoha polutantů vznikajících z přírodních zdrojů utopickým cílem, nebo existence znamená, že přinejmenším u environmentálních toxických látek, u nichž je tento jev dobře prokázán, lze nízké dávky tolerovat. Kvantifikace této „nízké dávky“ je velmi obtížná vzhledem k interindividuální variabilitě citlivosti na zdravotní účinky environmentálních polutantů. Křehké subjekty (např. staré subjekty, děti, plody), které mají špatnou indukovatelnost svých obranných mechanismů aktivovaných hormezí, mohou totiž obdržet zdravotní riziko při nižších expozičních dávkách, než jsou dávky tolerované ostatními subjekty.
V souladu s tím má hormeze význam v preventivní medicíně jako nástroj, který je schopen posílit endogenní obranyschopnost správnou výživou (chemopreventivní funkční potraviny) a zdravým životním stylem (např. fyzickou aktivitou). Tento přístup, paralelně s postupným snižováním množství škodlivin v životním prostředí, umožní zabránit zdravotnímu riziku mnohem dříve, než bude dosaženo nulové dávky škodlivin v životním prostředí.
Záznam je z 10.3390/ijms21197053
.