Esittely
Elävien organismien altistuminen ympäristöstressille laukaisee puolustusreaktioita, jotka johtavat suojaavien prosessien aktivoitumiseen. Aina kun altistuminen tapahtuu pieninä annoksina, puolustusvaikutukset voittavat altistumisen haitalliset vaikutukset; tätä sopeutumistilannetta kutsutaan nimellä ”hormesis”. Ympäristö-, fysikaaliset ja ravitsemukselliset hormonit johtavat solujen ja kudosten ylläpito- ja korjausjärjestelmien stimulointiin ja vahvistamiseen. Liikunta, kuumuus ja säteilytys ovat esimerkkejä fysikaalisista hormetiineista, jotka aktivoivat lämpöshokki-, DNA:n korjaus- ja antioksidatiivisen stressin vasteita. Monien hedelmien ja vihannesten sisältämien bioaktiivisten aineiden terveyttä edistävä vaikutus voidaan nähdä lievästi myrkyllisten yhdisteiden vaikutuksena, joka laukaisee tämän sopeutumisärsykkeen. Lukuisat tutkimukset osoittavat, että elävillä organismeilla on kyky sopeutua epäsuotuisiin ympäristöolosuhteisiin, mistä on esimerkkinä se, että DNA-vauriot ja geeniekspressioprofiilit väestöissä, jotka elävät ympäristössä, jossa ilmansaasteet ovat korkeita, eivät vastaa epäpuhtauksien pitoisuuksia. Hormonaalisen vasteen molekyylimekanismeihin kuuluu a) glutationisynteesiä aktivoivan Nrf2-transkriptiotekijän ja sitä seuraavan solun suojaamisen modulaatio, b) DNA-metylaatio ja c) mikroRNA. Nämä havainnot antavat näyttöä siitä, että hormesis on toksikologinen tapahtuma, joka tapahtuu ympäristöstressitekijöiden pienillä altistusannoksilla ja josta on hyötyä terveen tilan ylläpitämisessä.
Yksi tutkimusalueista, joilla hormesis-käsite on laajalti hyväksytty ja sovellettu, on solujen ja organismien ikääntymisen ja pitkäikäisyyden muokkaaminen, ja se perustuu siihen, että biologisten järjestelmien mukautuva käyttäytyminen vasteena ympäristöstä aiheutuvaan tai itse aiheutettuun lievään tai lieviin stressiin (stressitekijöihin) parantaa niiden toimintakykyisyyttä ja eloonjäämistä. Fyysiset, ravitsemukselliset ja psyykkiset stressit tai haasteet, jotka aiheuttavat hormesis-ilmiön, jota kutsutaan hormesis-ilmiöksi, johtavat elimistön ylläpito- ja korjausjärjestelmien stimulointiin ja vahvistamiseen . Esimerkkejä fyysisestä hormeksista ovat liikunta, kuumuus ja säteilytys, jotka aktivoivat antioksidatiivisen, lämpöshokkivasteen ja DNA:n korjausstressivasteen . Erilaiset ruoan ei-kemialliset komponentit, kuten mausteissa, yrteissä ja muissa lähteissä esiintyvät flavonoidit ja polyfenolit, ovat esimerkkejä ravitsemuksellisesta hormeksista, jotka indusoivat antioksidatiivisia, anti-inflammatorisia ja autofagisia stressireaktioita. Vastaavasti kalorien rajoittaminen (CR) ja ajoittainen paasto ovat myös hormesis, jotka aktivoivat autofagisia ja sirtuiinivälitteisiä stressivasteet .
CR näyttää pidentävän elämää moduloimalla reaktiivisten happilajien (ROS) välittämiä oksidatiivisia vaurioita ROS:n muodostumisen kautta, joka on erittäin säännelty prosessi, jota ohjaa monimutkainen solunsisäisten signalointireittien verkosto . Lisäksi ydintekijä erytroidi 2:een liittyvä tekijä (Nrf2), joka sitoutuu antioksidanttivaste-elementteihin (ARE), säätelee glyoksylaasi 1:n (Glo1) sekä AKR:n ja ADH:n basaalista ja indusoituvaa ilmentymistä . Nrf2:n vähentynyt aktiivisuus ja lisääntynyt oksidatiivinen stressi ikääntymisen ja sairauksien yhteydessä voivat altistaa dikarbonyylistressille, joka alkaa olla vahvasti esillä patogeneesin aiheuttajana ikääntymiseen liittyvissä sairauksissa. Samoin solunsisäinen ravinne- ja energiatilanne, mitokondrioiden toiminnallinen tila ja mitokondrioissa tuotettujen ROS-yhdisteiden pitoisuus osallistuvat eliniän säätelyyn eri lajeissa koordinoimalla useiden haarautuvien signaalireittien, mukaan lukien vitageenit, informaatiota ja eroavaisuutta solujen homeostaasin säilyttämisessä stressiolosuhteissa . Intensiivinen aivotoiminta ja keskittynyt huomio käsittävät henkisen hormesis, jotka myös indusoivat erilaisia stressireaktioita, mukaan lukien lämpösokkivaste. Samoin solunsisäinen ravinne- ja energiatilanne, mitokondrioiden toiminnallinen tila ja mitokondrioissa tuotettujen ROS-yhdisteiden pitoisuus osallistuvat eliniän säätelyyn eri lajeissa koordinoimalla tietoa ja monien haarautuvien signaalireittien, mukaan lukien vitageenit, eroavaisuutta solujen homeostaasin säilyttämisessä stressaavien olosuhteiden aikana . Intensiivinen aivotoiminta ja keskittynyt huomio käsittävät psyykkisen hormesis, jotka myös indusoivat erilaisia stressireaktioita, mukaan lukien lämpöshokkivaste .
Hormesiksen tärkeä ominaisuus terveyden kannalta on monien itsenäisten solutoimintojen/päätepisteiden samanaikainen stimulaatio – kullakin on omat kvantitatiivisesti hormesisominaisuutensa. Esimerkiksi DNA:n korjauksen, antioksidanttisen puolustuksen, autofagian jne. tehostaminen, joiden toimintaa säätelevät useat vuorovaikutuksessa olevat reseptori-/signaalireitit, tuottaa lopulta metabolisesti integroidun ja yhtenäisen soluvasteen . Vielä tärkeämpää on, että hormonaalisella vasteella on erityispiirteitä, jotka määrittelevät sekä biologisen plastisuuden kvantitatiiviset piirteet että biologisen suorituskyvyn maksimipotentiaalin, jolloin voidaan arvioida rajoja, joihin lukuisat lääketieteelliset ja farmakologiset interventiot voivat tai eivät voi vaikuttaa ihmisiin . Siksi erilaisten hormonivasteiden yhdistelmä voi olla lääkkeitä terveyden ylläpitämiseksi, parantamiseksi ja palauttamiseksi ikääntymisen aikana .
Biomarkers of Adaptive Responses in Human Health
WHO määritteli terveyden täydellisen fyysisen, psyykkisen ja sosiaalisen hyvinvoinnin tilaksi . Nykyään terveydelle on olemassa dynaamisempi määritelmä, joka on ”organismin kyky sopeutua ympäristöön” .
Adaptiiviset vasteet selittävät suurelta osin hedelmien ja vihannesten terveyshyödyt . Itse asiassa monet luonnolliset kemopreventiiviset aineet detoksifioidaan vaiheen I/vaiheen II aineenvaihduntareaktiossa, mikä aktivoi asiaan liittyvät entsyymit ja säätelee reittejä . Esimerkkinä voidaan mainita indoli-3-karbinoli ja katekiinit . Nykyään kuitenkin tunnustetaan yhä useammin, että myös ympäristömyrkyllisillä aineilla on usein hormonaalinen vaste. Tällä on valtavat seuraukset riskinarvioinnissa . Ymmärrämme nyt joitakin hormonaalisen vasteen molekyylimekanismeja. Keuhkojen epiteelisolujen inkubointi pienellä akroleiinipitoisuudella johtaa Nrf2-transkriptiotekijän aktivoitumiseen. Tämä aktivoi glutationin synteesin ja sen seurauksena keuhkosolut suojautuvat korkealta akroleiinipitoisuudelta. Lisäksi on osoitettu, että pieni annos hopean nanohiukkasia aktivoi Nrf2:n ja siten hormetiikan .
Tämä taustatieto hormetiikan mekanistisista näkökohdista mahdollistaa spesifisten biomarkkereiden määrittelyn tämän prosessin seuraamiseksi .
Hermetiikkaan liittyvät biomarkkerit riippuvat erityisistä mekanismeista, joita tarkasteltava hormetiikka laukaisee, ja ne voivat olla joko geneettisiä, epigeneettisiä tai metabolisia. Geneettisiin biomarkkereihin kuuluu genotoksisten vaurioiden väheneminen, jota arvioidaan DNA-adduktien tai sytogeneettisten biomarkkereiden avulla . Epigeneettisiin biomarkkereihin kuuluvat pääasiassa miRNA:t, koska niillä on erityinen ja tärkeä rooli adaptiivisen vasteen varhaisvaiheiden käynnistämisessä ja säätelyssä.
Johtopäätökset
Hormoneettisen vaikutuksen olemassaololla ympäristötoksikologiassa on merkittäviä seurauksia ennaltaehkäisevässä lääketieteessä ja ympäristöhygieniassa. Koska hormesis ilmenee vain pienillä altistumisannoksilla, ei ole epäilystäkään siitä, etteikö kaikkia meneillään olevia ponnisteluja epäpuhtauksien vähentämiseksi ympäristössä kannattaisi ehdottomasti jatkaa. Lopullinen tavoite ei kuitenkaan ole ympäristön nolla-annos, joka on usein utopistinen tavoite monien luonnollisista lähteistä peräisin olevien epäpuhtauksien kohdalla tai jonka olemassaolo tarkoittaa, että ainakin niiden ympäristömyrkkyjen kohdalla, joiden kohdalla tämä tapahtuma on hyvin todettu, voidaan sietää pieniä annoksia. Tämän ”pienen annoksen” kvantifiointi on erittäin vaikeaa, koska herkkyys ympäristön epäpuhtauksien terveysvaikutuksille vaihtelee yksilöiden välillä. Herkät koehenkilöt (esim. iäkkäät henkilöt, lapset, sikiöt), joilla on heikko induktiokyky hormesiksen aktivoimiin puolustusmekanismeihin, voivat saada terveysriskin pienemmillä altistusannoksilla kuin muiden koehenkilöiden sietämillä annoksilla.
Hormesiksellä on merkitystä ennaltaehkäisevässä lääketieteessä välineenä, jolla voidaan tehostaa sisäsyntyistä puolustusmekanismia oikeanlaisella ravitsemuksella (kemotrooppisilla funktionaalisilla ruoka-aineilla) ja terveellisillä elämäntavoilla (esim. liikunta). Tämä lähestymistapa, jonka rinnalla ympäristössä olevien epäpuhtauksien määrä vähitellen vähenee, mahdollistaa terveysriskien välttämisen hyvissä ajoin ennen kuin ympäristössä olevien epäpuhtauksien nolla-annos saavutetaan.
Merkintä on osoitteesta 10.3390/ijms21197053