Introduction
De blootstelling van levende organismen aan omgevingsstress wekt defensieve reacties op die resulteren in de activering van beschermende processen. Wanneer de blootstelling in lage doses plaatsvindt, overweldigen de defensieve effecten de schadelijke effecten van de blootstelling; deze adaptieve situatie wordt “hormese” genoemd. Milieu-, fysische en voedingshormetines leiden tot de stimulering en versterking van de onderhouds- en herstelsystemen in cellen en weefsels. Oefening, hitte en bestraling zijn voorbeelden van fysische hormetinen, die reacties op warmteschokken, DNA-herstel en antioxidatieve stress activeren. Het gezondheidsbevorderende effect van veel bio-actieve stoffen in fruit en groenten kan worden gezien als het effect van licht toxische verbindingen die deze aanpassingsstimulans in gang zetten. Talrijke studies wijzen erop dat levende organismen het vermogen bezitten om zich aan ongunstige milieuomstandigheden aan te passen, zoals blijkt uit het feit dat DNA-beschadigingen en genexpressie-profilering bij populaties die in een omgeving met hoge niveaus van luchtverontreiniging leven, niet overeenstemmen met de concentraties van de verontreinigende stoffen. De moleculaire mechanismen van de hormesische respons omvatten modulatie van a) de transcriptiefactor Nrf2 die de synthese van glutathion en de daaropvolgende bescherming van de cel activeert; b) DNA-methylering; en c) microRNA. Deze bevindingen leveren het bewijs dat hormese een toxicologische gebeurtenis is, die optreedt bij lage blootstellingsdoses aan milieustressoren, en het voordeel heeft voor het behoud van een gezonde toestand.
Een van de onderzoeksgebieden waar het concept van hormese algemeen aanvaard en toegepast wordt, is dat van de modulatie van veroudering en levensduur van cellen en organismen, en is gebaseerd op het feit dat het aanpassingsgedrag van biologische systemen in antwoord op omgevings- of zelfopgelegde milde stress(sen) hun functionaliteit en overleving verbetert. Fysieke, voedings- en mentale stress of uitdagingen die hormese opwekken, hormesis genoemd, leiden tot de stimulering en versterking van de onderhouds- en reparatiesystemen in het lichaam . Enkele voorbeelden van fysische hormese zijn lichaamsbeweging, hitte en bestraling, die respectievelijk de antioxidatieve, de hitteschok- en de DNA-herstelstressreacties activeren. Een grote verscheidenheid van niet-chemische componenten in het voedsel, zoals flavonoïden en polyfenolen aanwezig in specerijen, kruiden, en andere bronnen, zijn voorbeelden van nutritionele hormese, die anti-oxidatieve, anti-inflammatoire, en autofagie stressreacties induceren. Op dezelfde manier zijn caloriebeperking (CR) en intermitterend vasten ook hormese, die de autofagische en sirtuïne-gemedieerde stressreacties activeren.
CR lijkt het leven te verlengen door het moduleren van reactieve zuurstofsoorten (ROS) -gemedieerde oxidatieve schade door ROS-vorming, wat een sterk gereguleerd proces is dat wordt gecontroleerd door een complex netwerk van intracellulaire signaalwegen. Bovendien reguleert de nucleaire factor erythroid 2-gerelateerde factor (Nrf2), die zich bindt aan antioxidant-responselementen (ARE’s), de basale en induceerbare expressie van glyoxylase 1 (Glo1), alsook van AKR’s en ADH . Verminderde activiteit van Nrf2 en verhoogde oxidatieve stress bij veroudering en ziekte kunnen predisponeren voor dicarbonyl stress, die sterk begint op te treden als aanjager van pathogenese bij verouderingsgerelateerde ziekte. Op een vergelijkbare manier zijn intracellulaire nutriënten en energie status, de functionele toestand van mitochondriën, en de concentratie van ROS geproduceerd in mitochondriën betrokken bij de regulatie van levensduur in verschillende soorten door het coördineren van informatie en divergentie van meerdere vertakte signaalwegen, inclusief vitagenen in het behouden van cellulaire homeostase tijdens stressvolle omstandigheden. Intense hersenactiviteit en gerichte aandacht omvatten mentale hormese, die ook verschillende stressreacties induceren, waaronder de hitteschokreactie. Op een vergelijkbare manier zijn intracellulaire nutriënten en energie status, de functionele toestand van mitochondria, en de concentratie van ROS geproduceerd in de mitochondria betrokken bij de regulatie van levensduur in verschillende soorten door het coördineren van informatie en divergentie van meerdere vertakte signaalwegen, inclusief vitagenen in het behouden van cellulaire homeostase tijdens stressvolle omstandigheden. Intense hersenactiviteit en gerichte aandacht omvatten mentale hormese, die ook verschillende stressreacties induceren, waaronder de reacties op hitteschokken.
Een belangrijk kenmerk van hormese voor de gezondheid is de gelijktijdige stimulatie van vele onafhankelijke cellulaire functies/eindpunten – elk met zijn eigen set van kwantitatief hormetische kenmerken. Bijvoorbeeld, verbetering van DNA reparatie, antioxidant verdediging, autofagie, etc., waarvan de acties worden gereguleerd door meerdere op elkaar inwerkende receptor/signaal routes, produceren uiteindelijk een metabolisch geïntegreerde en samenhangende cellulaire respons. Belangrijker is dat de hormetische respons specifieke kenmerken heeft die zowel de kwantitatieve kenmerken van de biologische plasticiteit als het potentieel voor maximale biologische prestaties definiëren, en aldus de grenzen inschatten waarbinnen talrijke medische en farmacologische interventies de mens al dan niet kunnen beïnvloeden . Daarom kan een combinatie van verschillende hormese de geneesmiddelen voor het behoud, de verbetering en het herstel van de gezondheid tijdens het ouder worden .
Biomarkers of Adaptive Responses in Human Health
WHO gedefinieerd gezondheid als een toestand van volledige fysieke, mentale en sociale welzijn . Vandaag de dag is er een meer dynamische definitie van gezondheid, namelijk “het vermogen van een organisme om zich aan te passen aan de omgeving”.
Adaptieve reacties verklaren grotendeels de gezondheidsvoordelen van groenten en fruit . Inderdaad, veel natuurlijke chemopreventieve middelen, worden ontgift door de fase I / fase II metabole reactie waardoor de betrokken enzymen en regulerende paden . Deze situatie doet zich bijvoorbeeld typisch voor bij indool-3-carbinole en catechinen. Tegenwoordig wordt echter steeds meer erkend dat ook toxische stoffen in het milieu vaak een hormetische reactie vertonen. Dit heeft immense gevolgen voor de risicobeoordeling. We begrijpen nu enkele moleculaire mechanismen van deze hormetische respons. Incubatie van longepitheelcellen met een lage concentratie acroleïne leidt tot activering van de transcriptiefactor Nrf2 . Dit activeert de synthese van glutathion en de daaropvolgende bescherming van de longcellen tegen een hoge concentratie acroleïne . Bovendien is aangetoond dat een lage dosis van zilveren nanodeeltjes Nrf2 activeert en zo tot hormese leidt .
Deze achtergrondkennis over de mechanistische aspecten van hormese stelt ons in staat specifieke biomarkers te definiëren om dit proces te volgen .
Hormese biomarkers hangen af van de specifieke mechanismen die door de betrokken hormetische toestand in werking worden gesteld en kunnen zowel genetisch, epigenetisch als metabolisch zijn. Genetische biomarkers omvatten de afname van genotoxische schade zoals geëvalueerd door DNA-adducten of cytogenetische biomarkers . Epigenetische biomarkers omvatten voornamelijk miRNA vanwege hun specifieke en belangrijke rol in het op gang brengen en reguleren van de vroege stadia van de adaptieve respons .
Conclusies
Het bestaan van het hormetisch effect in de milieutoxicologie heeft opmerkelijke consequenties in de preventieve geneeskunde en de milieuhygiëne. Aangezien hormese slechts bij lage blootstellingsdoses optreedt, lijdt het geen twijfel dat alle voortdurende inspanningen om verontreinigende stoffen in het milieu te verminderen absoluut de moeite waard zijn om te worden voortgezet. Het einddoel is echter niet de “nul-dosis” voor het milieu, wat vaak een utopisch doel is voor vele verontreinigende stoffen die afkomstig zijn van natuurlijke bronnen of het bestaan betekent dat, althans voor de giftige stoffen in het milieu waarvoor dit verschijnsel goed is vastgesteld, lage doses kunnen worden getolereerd. De kwantificering van deze “lage dosis” is uiterst moeilijk vanwege de interindividuele variabiliteit in gevoeligheid voor gezondheidseffecten van milieuverontreinigende stoffen. Kwetsbare personen (b.v. bejaarden, kinderen, foetussen) die een slechte induceerbaarheid hebben van hun afweermechanismen die door hormese worden geactiveerd, kunnen immers gezondheidsrisico’s lopen bij lagere blootstellingsdoses dan doses die door andere personen worden getolereerd.
Hormese is dus van belang in de preventieve geneeskunde als een instrument dat de endogene afweer kan versterken door een juiste voeding (chemopreventieve functionele voeding) en een gezonde levensstijl (b.v. lichamelijke activiteit). Deze aanpak, parallel met de geleidelijke vermindering van de hoeveelheid verontreinigende stoffen in het milieu, zal het mogelijk maken gezondheidsrisico’s te vermijden ruim vóór het bereiken van een nul-dosis van verontreinigende stoffen in het milieu.
De inzending is afkomstig van 10.3390/ijms21197053