食事と汚染による健康への影響

導入
エクスポソームの測定
修正可能な露出としての食事
健康への影響と病気の経路
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導入

エクスポソームとは、受胎の瞬間から私たちに影響を与えるあらゆる環境影響を指します。これには、私たちが呼吸する空気や飲む水から、食べる食べ物、腸内の微生物、私たちが経験する心理的ストレスに至るまで、あらゆるものが含まれます。 Vineis 氏と Barouki 氏によると、エクスポソームは社会的および経済的不平等にも関与しており、慢性炎症や代謝変化などの生物学的メカニズムを通じて健康の軌道に影響を及ぼします。

これらの入力は単独では機能しません。汚染物質は、食事パターン、マイクロバイオーム構成、睡眠、社会的ストレス要因と相互作用し、炎症、ホルモン、代謝、神経シグナル伝達に影響を与えます。このような重圧が時間の経過とともに遺伝子発現、免疫力、臓器の回復力を変化させ、健康の軌道を病気に近づけたり、病気から遠ざけたりする可能性があります。エクスポソームを理解することで、今日の日常生活において重要な予防目標が明確になります。1

エクスポソームの測定

エクスポソームの測定では、ハイスループットの「オミクス」と現実世界のセンシングおよびモデリングが融合されます。非標的メタボロミクスは、通常、液体クロマトグラフィーまたはガスクロマトグラフィーと組み合わせた高分解能質量分析法 (MS) を使用し、生体液中の数千の内因性および外因性小分子をスクリーニングして、健康と病気に関連する経路の変化を明らかにします。 AI/ML 主導のワークフローにより、これらの複雑な MS データセットの位置合わせ、正規化、特徴選択が自動化され、アノテーションと研究間の比較可能性が向上します。プロテオミクスとエピゲノミクスによりメカニズムの層が追加される一方、ウェアラブル センサーは空気、活動、位置、生理に関するタイムスタンプ付きのデータを取得し、曝露の状況を明らかにします。2

AI と機械学習は、スペクトルを調整し、有益な特徴を選択し、未知の化学物質に注釈を付けるのに役立ちます。これは、多くの環境化合物が少量で混合物として存在するため、不可欠です。これらの計算技術は、多くの場合、クラウドベースのエクスポソミクス プラットフォームに組み込まれており、分子応答と環境曝露を結び付けて曝露と表現型の相互作用を解明するフレームワークである「機能的エクスポソミクス」をサポートしています。6

2 つの分析アプローチは、深さと発生源の帰属を示します。非ターゲット液体クロマトグラフィータンデム質量分析 (LC-MS/MS) は、幅広い化学空間にわたって汚染物質の代謝物を検出し、標識された栄養素を使用した安定同位体追跡は、食事の起源と代謝運命を正確に特定します。これらのツールを組み合わせることで、何が体内に入るのか、それがどのように処理されるのか、どの分子の特徴がリスクや回復力を予測するのかを統合的に読み取ります。2,6

修正可能な露出としての食事

酸化ストレスは、粒子状物質と窒素酸化物が脂質過酸化、炎症性シグナル伝達、内皮損傷、インスリン抵抗性を引き起こす重要な経路であり、食事による抗酸化戦略に生物学的妥当性をもたらします。3,4

機構的には、栄養素と生体異物の相互作用は肝臓に集中します。NRF2-ケルヒ様ECH関連タンパク質1（KEAP1）軸が求電子試薬と活性酸素種を感知し、ヘムオキシゲナーゼ-1やニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（リン酸）などの第II相酵素を含む抗酸化応答要素プログラムを誘導します。 [NAD(P)H] デヒドロゲナーゼ [quinone] 1;これらの防御機能は CYP450 酵素システムと連携して生体異物の代謝をサポートし、細胞の損傷を制限します。

NRF2 はまた、アポトーシス、ミトコンドリア生合成、および PTEN や EGFR などの酸化還元感受性シグナル伝達タンパク質を制御する経路とも相互作用するため、その役割が解毒を超えて細胞の生存や代謝適応を含むように拡張されます。4 エクスポソーム内では、マイクロバイオームが重要なメディエーターです。腸内細菌叢は、宿主の酸化還元反応と炎症反応を変化させる内部被曝として認識され、それによって食事や食事の方法を形成します。汚染物質は全体的なリスクにつながります3、4。

これら一連の証拠を総合すると、食事は、NRF2関連経路を介して内因性防御を上方制御し、汚染条件下で代謝恒常性を安定させ、腸-肝臓軸を介して作用して現実世界の健康結果に影響を与える可能性がある、修正可能な曝露であると位置づけられています。3,4

健康への影響と病気の経路

エピジェネティックな変化は、環境への曝露を永続的な生物学に変換し、慢性疾患を引き起こす可能性があります。デオキシリボ核酸 (DNA) のメチル化とヒストンのアセチル化という 2 つの中心的なメカニズムが、クロマチンのアクセスしやすさと遺伝子発現を変化させます。マイクロRNA (miRNA) ネットワークは、これらの転写プログラムをさらに微調整します。 Hoらによると、エピジェネティックな再プログラミングは、内分泌かく乱物質や大気汚染物質などの環境曝露により遺伝子制御が永久に変化する可能性がある、胎児期、周産期、思春期を含む重要な発達期に起こる可能性があるという。

曝露が一度だけ起こることはほとんどありません。用量、タイミング、混合物が重要であり、敏感な時期は胎児期から思春期まで続きます。

農薬は、第 2 経路の別の例です。ビンクロゾリンやその他の殺虫剤に似た薬剤などの内分泌かく乱性殺菌剤は、生殖細胞系列と体細胞エピゲノムの両方に、世代を超えて永続的な痕跡（プロモーターのメチル化の変化、ヒストンの痕跡の破壊）を残す可能性があります。これらの世代を超えた影響は、エクスポソームの時間的到達範囲を強調しており、幼少期の曝露が複数の世代にわたる疾患感受性にどのように影響するかを示しています。

これらのエピジェネティックなマークは神経ストレスや炎症シグナル伝達に影響を与え、神経変性とのもっともらしい関連性を生み出します。これと一致して、環境有毒物質に関する文献は、神経発達障害とパーキンソン病を、空気および化学物質への曝露に関連したエピジェネティックな感受性の共有によるものと位置づけており、免疫、酸化還元、ドーパミン経路遺伝子が主な標的となっている。これら一連の証拠は、リスクを層別化し、妊娠中および生涯を通じて予防を導くための曝露「記憶」としてエピジェネティックな特徴を使用することを裏付けています5。

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