Introduction
Narażenie organizmów żywych na stres środowiskowy wywołuje reakcje obronne skutkujące aktywacją procesów ochronnych. Ilekroć ekspozycja występuje w niskich dawkach, efekty obronne przytłaczają negatywne skutki ekspozycji; ta sytuacja adaptacyjna jest określana jako „hormezy”. Hormetyny środowiskowe, fizyczne i żywieniowe prowadzą do stymulacji i wzmocnienia systemów utrzymania i naprawy w komórkach i tkankach. Ćwiczenia, ciepło i napromieniowanie są przykładami fizycznych hormetyn, które aktywują szok cieplny, naprawę DNA i antyoksydacyjne odpowiedzi na stres. Prozdrowotne działanie wielu bioaktywnych substancji zawartych w owocach i warzywach może być postrzegane jako efekt działania łagodnie toksycznych związków wyzwalających ten bodziec adaptacyjny. Liczne badania wskazują, że organizmy żywe posiadają zdolność adaptacji do niekorzystnych warunków środowiskowych, czego przykładem jest fakt, że uszkodzenia DNA i profilowanie ekspresji genów w populacjach żyjących w środowisku o wysokim poziomie zanieczyszczenia powietrza nie odpowiadają stężeniom zanieczyszczeń. Molekularne mechanizmy odpowiedzi hormetycznej obejmują modulację (a) czynnika transkrypcyjnego Nrf2 aktywującego syntezę glutationu i następczą ochronę komórki; (b) metylacji DNA; oraz (c) mikroRNA. Wyniki te dostarczają dowodów, że hormeza jest toksykologiczne zdarzenie, występujące w niskich dawkach ekspozycji na stresory środowiskowe, o korzyści dla utrzymania zdrowego stanu.
Jeden z obszarów badawczych, gdzie pojęcie hormezy jest powszechnie akceptowane i stosowane jest w modulacji starzenia się i długowieczności komórek i organizmów, i opiera się na fakcie, że adaptacyjne zachowanie systemów biologicznych w odpowiedzi na środowiskowe lub nałożone łagodny stres (es) poprawia ich funkcjonalność i przetrwanie. Fizyczne, odżywcze i psychiczne stresy lub wyzwania, które wywołują hormezy, określane jako hormezy, prowadzą do stymulacji i wzmocnienia systemów utrzymania i naprawy w organizmie. Niektóre przykłady fizycznej hormezy są ćwiczenia, ciepło, i napromieniowanie, które aktywują antyoksydacyjne, szok cieplny, i naprawy DNA-stres odpowiedzi, odpowiednio . Szereg niechemicznych składników w żywności, takich jak flawonoidy i polifenole obecne w przyprawach, ziół i innych źródeł, są przykłady żywieniowych hormezy, które indukują antyoksydacyjne, przeciwzapalne i autofagii odpowiedzi stresu. Podobnie, ograniczenie kalorii (CR) i przerywany post są również hormezy, które aktywują autofagii i sirtuin-mediated odpowiedzi stresu .
CR wydaje się przedłużyć życie przez modulowanie reaktywnych form tlenu (ROS) -mediated uszkodzenia oksydacyjne poprzez tworzenie ROS, który jest wysoce regulowany proces kontrolowany przez złożoną sieć wewnątrzkomórkowych szlaków sygnałowych . Ponadto, czynnik jądrowy związany z erytroidami 2 (Nrf2) wiążąc się z elementami odpowiedzi antyoksydacyjnej (AREs), reguluje podstawową i indukowaną ekspresję glioksylazy 1 (Glo1), jak również AKRs i ADH. Zmniejszona aktywność Nrf2 i zwiększony stres oksydacyjny w starzeniu się i chorobie może predysponować do stresu dikarbonylowego, który zaczyna być silnie zaznaczany jako czynnik patogenezy w chorobach związanych ze starzeniem się. W podobnym duchu, wewnątrzkomórkowy status odżywczy i energetyczny, stan funkcjonalny mitochondriów i stężenie ROS wytwarzanych w mitochondriach są zaangażowane w regulację długości życia u różnych gatunków poprzez koordynację informacji i rozbieżności wielu rozgałęzionych szlaków sygnałowych, w tym witagenów w zachowaniu homeostazy komórkowej podczas warunków stresowych. Intensywna aktywność mózgu i skupiona uwaga obejmują psychiczne hormezy, które również indukują różne odpowiedzi na stres, w tym odpowiedzi na szok termiczny. W podobnym duchu, wewnątrzkomórkowy stan odżywczy i energetyczny, stan funkcjonalny mitochondriów i stężenie ROS wytwarzanych w mitochondriach są zaangażowane w regulację długości życia u różnych gatunków poprzez koordynację informacji i rozbieżności wielu rozgałęzionych szlaków sygnałowych, w tym vitagenes w zachowaniu homeostazy komórkowej podczas warunków stresowych. Intensywna aktywność mózgu i skupiona uwaga obejmują psychicznego hormezy, które również wywołać różne odpowiedzi na stres, w tym szok cieplny odpowiedzi .
Ważną cechą hormezy dla zdrowia jest jednoczesna stymulacja wielu niezależnych funkcji komórkowych / punktów końcowych – każdy z własnym zestawem ilościowo hormetycznych cech. Na przykład, wzmocnienie naprawy DNA, obrony antyoksydacyjnej, autofagii, itp., których działania są regulowane przez wiele oddziałujących receptorów / szlaków sygnałowych, ostatecznie produkują metabolicznie zintegrowane i spójne odpowiedzi komórkowej. Co ważniejsze, odpowiedź hormetyczna ma specyficzne cechy, które określają zarówno ilościowe cechy plastyczności biologicznej, jak i potencjał maksymalnej wydajności biologicznej, tym samym szacując granice, do których liczne interwencje medyczne i farmakologiczne mogą lub nie mogą wpływać na ludzi. Dlatego połączenie różnych hormezy mogą być leki do utrzymania, poprawy i odzyskania zdrowia podczas starzenia się .
Biomarkers of Adaptive Responses in Human Health
WHO zdefiniowała zdrowie jako stan pełnego fizycznego, psychicznego i społecznego dobrostanu . Dziś istnieje bardziej dynamiczna definicja zdrowia, która jest „zdolność organizmu do adaptacji do środowiska” .
Reakcje adaptacyjne w dużej mierze wyjaśnić korzyści zdrowotne z owoców i warzyw . Rzeczywiście, wiele naturalnych środków chemoprewencyjnych, są detoksykowane przez reakcję metaboliczną fazy I / fazy II, aktywując w ten sposób zaangażowane enzymy i szlaki regulacyjne. Przykładowo, taka sytuacja ma miejsce w przypadku indolo-3-karbinolu i katechin. Jednak obecnie coraz częściej uznaje się, że również toksyny środowiskowe często wykazują odpowiedź hormetyczną. Ma to ogromne konsekwencje w ocenie ryzyka. Obecnie rozumiemy niektóre mechanizmy molekularne tej odpowiedzi hormonalnej. Inkubacja komórek nabłonka płucnego z niskim stężeniem akroleiny prowadzi do aktywacji czynnika transkrypcyjnego Nrf2 . Aktywuje to syntezę glutationu i w konsekwencji ochronę komórek płuc przed wysokim stężeniem akroleiny. Ponadto wykazano, że niska dawka nanocząsteczek srebra aktywuje Nrf2, a tym samym hormezę .
Ta podstawowa wiedza na temat mechanistycznych aspektów hormezy umożliwia nam zdefiniowanie specyficznych biomarkerów do śledzenia tego procesu .
Zgodnie z tym, biomarkery hermetyczne zależą od specyficznych mechanizmów uruchamianych przez rozważany stan hormetyczny i mogą być genetyczne, epigenetyczne lub metaboliczne. Biomarkery genetyczne obejmują zmniejszenie uszkodzeń genotoksycznych ocenianych przez addukty DNA lub biomarkery cytogenetyczne. Biomarkery epigenetyczne obejmują głównie miRNA ze względu na ich specyficzną i ważną rolę w wyzwalaniu i regulacji wczesnych etapów odpowiedzi adaptacyjnej.
Wnioski
Istnienie efektu hormetycznego w toksykologii środowiskowej ma znaczące konsekwencje w medycynie prewencyjnej i higienie środowiskowej. Ponieważ hormeza występuje tylko przy niskich dawkach ekspozycji, nie ulega wątpliwości, że wszystkie podejmowane obecnie wysiłki zmierzające do ograniczenia zanieczyszczeń w środowisku są absolutnie godne kontynuacji. Jednak ostatecznym celem nie jest środowiskowa dawka zerowa, która jest często utopijnym celem dla wielu zanieczyszczeń pochodzących z naturalnych źródeł lub istnienie oznacza, że przynajmniej dla toksycznych substancji środowiskowych, dla których to zdarzenie jest dobrze ustalone, niskie dawki mogą być tolerowane. Kwantyfikacja tej „niskiej dawki” jest niezwykle trudna ze względu na międzyosobniczą zmienność wrażliwości na skutki zdrowotne zanieczyszczeń środowiskowych. Rzeczywiście, delikatne podmioty (np. osoby w wieku, dzieci, płody) o słabej indukowalności ich mechanizmów obronnych aktywowanych przez hormezy, może otrzymać ryzyko zdrowotne przez niższe dawki ekspozycji niż dawki tolerowane przez innych podmiotów.
Zgodnie z tym, hormezy ma znaczenie w medycynie prewencyjnej jako narzędzie, które jest w stanie wzmocnić endogenne obrony przez prawidłowe odżywianie (chemoprewencyjne żywności funkcjonalnej) i zdrowego stylu życia (np. aktywności fizycznej). Takie podejście, równolegle ze stopniowym zmniejszaniem ilości zanieczyszczeń w środowisku, pozwoli na uniknięcie ryzyka zdrowotnego na długo przed osiągnięciem zerowej dawki zanieczyszczeń w środowisku.
Wpis pochodzi z 10.3390/ijms21197053
.