Invecchiamento delle cellule cerebrali indotto dalle radiazioni ionizzanti e potenziali meccanismi molecolari sottostanti Parte 1

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L’invecchiamento della popolazione sta avvenendo rapidamente in tutto il mondo, mettendo a dura prova l’economia globale e i servizi sanitari. L’invecchiamento cerebrale contribuisce in modo significativo a vari disturbi neurologici e neuropsicologici legati all’età, tra cui il morbo di Alzheimer e il morbo di Parkinson.

Con l’accelerazione dell’invecchiamento della popolazione, le persone prestano sempre più attenzione alla relazione tra invecchiamento cerebrale e memoria. Secondo la ricerca, il cervello umano perde gradualmente alcune funzioni durante l’invecchiamento, in particolare la memoria. Allora qual è la relazione tra invecchiamento cerebrale e memoria?

Innanzitutto, l’invecchiamento cerebrale non è un problema che tutti devono affrontare. Possiamo ritardare il processo di invecchiamento del cervello attraverso uno stile di vita sano. È scientificamente provato che l’esercizio fisico, il mantenimento di buone abitudini alimentari e l’impegno in un regolare allenamento cognitivo possono avere un impatto positivo sulla salute del cervello e promuovere la proliferazione e le connessioni dei neuroni.

Inoltre, possiamo anche provare alcuni metodi specifici per migliorare la memoria. Ad esempio, possiamo rafforzare la memoria ripassando più volte, utilizzando associazioni e creando un senso del linguaggio. Questi metodi possono aiutarci ad attivare aree legate alla memoria come l’ippocampo e l’amigdala nel cervello e a migliorare l’efficienza della nostra memoria.

Inoltre, possiamo anche fare un uso appropriato dei mezzi tecnici per allenare la memoria. Vari giochi, app e strumenti di memoria possono aiutarci a migliorare la memoria e la concentrazione, come Flipd, BrainHQ, Elevate, ecc. Queste app e strumenti utilizzano le più recenti ricerche nel campo delle scienze cognitive per creare programmi di allenamento della memoria personalizzati su misura per le nostre esigenze e interessi.

Tutto sommato, l’impatto dell’invecchiamento del cervello sulla memoria non deve spaventarci. Se seguiamo uno stile di vita sano, ci concentriamo sull’allenamento cognitivo e proviamo vari metodi per migliorare la memoria, possiamo ritardare efficacemente il processo di invecchiamento del cervello, migliorare la memoria e la concentrazione e godere di una vita più sana e appagante. Si può vedere che abbiamo bisogno di migliorare la memoria, e la Cistanche deserticola può migliorare significativamente la memoria perché la Cistanche deserticola è un materiale medicinale tradizionale cinese che ha molti effetti unici, uno dei quali è quello di migliorare la memoria. L'efficacia di Cistanche deserticola deriva dai molteplici principi attivi che contiene, tra cui acido tannico, polisaccaridi, glicosidi flavonoidi, ecc. Questi ingredienti possono promuovere la salute del cervello attraverso una varietà di percorsi.

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Diversi fattori estrinseci, come l’esposizione alle radiazioni ionizzanti, possono accelerare la senescenza. Numerosi studi sull’uomo e sugli animali hanno riportato che l’esposizione alle radiazioni ionizzanti può avere vari effetti sull’invecchiamento degli organi e portare al prolungamento o alla riduzione della durata della vita a seconda della dose di radiazioni o del rateo di dose.

Questo articolo esamina gli effetti delle radiazioni sull'invecchiamento di diversi tipi di cellule cerebrali, inclusi neuroni, microglia, astrociti e cellule endoteliali cerebrali. Vengono inoltre discussi i meccanismi molecolari rilevanti. Nel complesso, questa revisione evidenzia come la senescenza indotta dalle radiazioni in diversi tipi di cellule possa portare all'invecchiamento del cervello, che potrebbe portare allo sviluppo di vari disturbi neurologici e neuropsicologici.

Pertanto, il trattamento mirato allo stress ossidativo e alla neuroinfiammazione indotti dalle radiazioni può prevenire l’invecchiamento cerebrale indotto dalle radiazioni e i disturbi neurologici e neuropsicologici che potrebbe causare.

Parole chiave: radiazioni ionizzanti; invecchiamento; cervello; lo stress ossidativo; disfunzione mitocondriale; Danno al DNA.

1. Introduzione

L’invecchiamento della popolazione mondiale sta attualmente avvenendo a un ritmo senza precedenti. Si è verificato uno spostamento demografico verso una popolazione più anziana e ciò potrebbe avere conseguenze di vasta portata. L’invecchiamento della popolazione è considerato una crisi dal punto di vista dell’economia globale e della sanità [1].

Nella maggior parte delle specie, la fase geriatrica della vita comporta la compromissione dei meccanismi di adattamento e di autoequilibrio, portando ad una maggiore suscettibilità alla pressione ambientale o interna, alle malattie e alla mortalità [2].

Negli esseri umani, l’invecchiamento è associato a un progressivo deterioramento cognitivo e fisico, nonché a un crescente rischio di malattie come le malattie neurodegenerative. La disabilità e la morbilità legate all’età influiscono negativamente sulla qualità della vita umana, aumentando in definitiva il rischio di mortalità e portando a problemi a livello individuale, familiare e comunitario [3].

L’invecchiamento cerebrale, che coinvolge complessi meccanismi cellulari e molecolari che alla fine portano al declino cognitivo, è il principale contributore alla neurodegenerazione [4].

L'invecchiamento provoca un graduale deterioramento della capacità funzionale del cervello, che porta a disturbi dell'apprendimento e della memoria, deficit di attenzione, ridotta velocità decisionale e compromissione della coordinazione sensoriale e motoria [5].

Il deterioramento della funzione cerebrale correlato all'età avviene quasi parallelamente al deterioramento funzionale di altri sistemi di organi e il calo delle prestazioni è significativamente accelerato dopo i 50 anni [6].

Tuttavia, le alterazioni legate all’invecchiamento nell’integrità cellulare e nei percorsi molecolari sono condivise in tutti i tessuti, compreso il cervello [7]. Queste alterazioni includono la disfunzione mitocondriale; accumulo intracellulare di danno ossidativo alle macromolecole; disregolazione del metabolismo energetico; compromissioni nello smaltimento dei rifiuti cellulari (funzioni autofagia-lisosoma e proteasoma), segnali di risposta adattativa allo stress e riparazione del DNA; e infiammazione. Inoltre, nel cervello che invecchia si osservano anche un'attività anomala della rete neuronale, un'alterata elaborazione del Ca2+ nei neuroni e una ridotta neurogenesi [8,9].

Tutti gli organismi viventi subiscono l’invecchiamento e sono esposti a radiazioni ionizzanti (IR) per tutta la loro vita. Diversi studi hanno collegato l’IR all’invecchiamento accelerato [10]. Kuzmic et al. hanno utilizzato glp-1 sterile Caenorhabditis elegans per valutare l'impatto delle radiazioni gamma croniche sulla durata della vita e hanno confermato che l'IR può accelerare l'invecchiamento [11]. È noto che l'esposizione agli IR causa un'ampia gamma di cambiamenti fisiologici.

L’IR può portare a rotture del doppio filamento del DNA (DSB), che causano instabilità genetica, danni al DNA e stress ossidativo, portando alla senescenza delle cellule endoteliali cerebrali e alla morte cellulare [12,13]. La senescenza cellulare, uno stato irreversibile di stagnazione della crescita, può aiutarci a comprendere la rilevanza dell'invecchiamento su molti altri processi biologici, dallo sviluppo embrionale alla riparazione dei tessuti e alle malattie legate all'invecchiamento [14,15].

L’esposizione ad alte dosi può causare malattie acute da radiazioni, mentre l’esposizione prolungata a basse dosi di radiazioni spesso provoca disturbi cronici come le malattie neurodegenerative. Mentre gli effetti dannosi dell’IR ad alte dosi/tasso di dose sulla salute umana sono ben consolidati, l’effetto dell’esposizione a basse dosi/tasso di dose è spesso trascurato nonostante la sua natura onnipresente.

L’uso dell’IR nella diagnosi medica e nel trattamento del cancro è aumentato in modo significativo. Di conseguenza, i rifiuti nucleari provenienti dagli ospedali rappresentano circa il 14% dell'esposizione annuale totale alle radiazioni a livello mondiale [16].

Diversi studi hanno dimostrato che l’esposizione a lungo termine a IR a basse dosi nei laboratori di cateterizzazione aumenta il rischio di malattie cardiovascolari, indicando che provoca un aumento dell’invecchiamento vascolare e un’aterosclerosi precoce [17].

Più del 50% dei pazienti affetti da cancro sarà trattato con radioterapia. La radioterapia ucciderà il tessuto tumorale danneggiando anche i tessuti normali circostanti, portando a tossicità da radiazioni. [18]. La radioterapia espone sia il tessuto tumorale che l'IR sano circostante, causando danni al DNA, che innescano la risposta al danno del DNA (DDR). In questa reazione, le radiazioni ionizzanti causeranno l'arresto del ciclo cellulare e causeranno danni alle cellule, quindi le cellule danneggiate si ripareranno automaticamente. Se il DNA viene completamente riparato, queste cellule possono riprendersi come prima.

Tuttavia, quando fattori interni ed esterni influenzano la capacità di riparazione del DNA, si verificherà la senescenza (cioè l'arresto permanente del ciclo cellulare) o la morte cellulare (come l'apoptosi o il disastro mitotico). [19,20]. Inoltre, poiché l’IR è spesso necessaria per ottenere immagini ad alta risoluzione durante il neuroimaging, deve essere esaminato il contributo dell’IR a basso dosaggio/dosaggio verso le malattie neurodegenerative [21].

L’esposizione alle radiazioni, in particolare l’esposizione alle radiazioni naturali, si verifica nella vita umana quotidiana. Alcuni elementi radioattivi nella crosta terrestre come l'uranio (238U), il potassio (40K), il torio (232T) e i loro prodotti di decadimento radioattivo, ad esempio il radon (222Rn) e il radio (226Ra) agiscono come fonti naturali di esposizione alle radiazioni [22 ].

Le aree con livelli elevati di radiazione di fondo sono considerate ideali per studiare gli effetti a lungo termine dell’esposizione cronica a basse dosi di radiazioni negli esseri umani [23]. Alcuni studi sull’elevata radiazione di fondo naturale sono stati condotti in Brasile, Cina, India e Iran [24–26]. L’esposizione a radiazioni ad alte dosi può causare il cancro.

Inoltre, vale la pena notare che l’elevata radiazione di fondo naturale osservata a Yangjiang, in Cina, aumenta anche l’incidenza di alcune malattie non tumorali, come la tubercolosi, le malattie digestive e le malattie cerebrovascolari. [27]. Un'elevata radiazione di fondo naturale nell'ambiente può essere considerata un tipo di inquinamento naturale. Può raggiungere il corpo umano attraverso fonti sia interne che esterne e può danneggiare il DNA umano.

Inoltre, la radiazione di fondo naturale entra nell’ecosistema anche attraverso le attività umane, influenzando la salute e la qualità della vita degli individui che risiedono in aree con elevata radiazione di fondo naturale. Uno studio di follow-up a lungo termine del disastro di Chernobyl del 1986 ha rivelato una maggiore incidenza di una vasta radiazione di fondo. serie di malattie negli individui esposti in tutte le regioni contaminate valutate.

In particolare, in molti individui sono state osservate alterazioni del sistema nervoso centrale (SNC), con conseguenti disfunzioni neurocognitive indotte dalle radiazioni [28]. Inoltre, i liquidatori di Chernobyl sopravvissuti hanno mostrato segni di infiammazione che potrebbero essere associati all'invecchiamento precoce [29]. I disturbi del sistema immunitario indotti dalle radiazioni contribuiscono in modo importante ai cambiamenti fisiologici che si verificano subito dopo l’esposizione alle radiazioni e sono stati implicati negli effetti ritardati delle radiazioni come lo sviluppo del tumore e l’invecchiamento precoce [30].

L'esposizione cronica a radiazioni IR a basse dosi può accelerare l'invecchiamento dei vasi sanguigni, compresi i vasi cerebrali. È stato dimostrato che ciò è correlato con l'encefalopatia legata all'età negli individui di età superiore ai 40 anni, nonché con l'aterosclerosi sistemica [31,32].

Dei 306 lavoratori esposti all’incidente nucleare di Chernobyl esaminati in uno studio precedente, rispettivamente l’81% e il 77% degli uomini e delle donne mostravano segni di invecchiamento accelerato.

Inoltre, i soggetti di età inferiore ai 45 anni sembravano essere più suscettibili all’invecchiamento accelerato indotto dalle radiazioni [33]. Negli esseri umani, la sensibilità alle radiazioni diminuisce con l’età fino alla maturazione dell’individuo. Tuttavia, questa sensibilità aumenta in età avanzata.

Anche i dati sperimentali sugli animali supportano la teoria secondo cui l'IR induce l'invecchiamento. Brizzee ha osservato che con l'aumentare dell'età si verificano alcuni cambiamenti nella corteccia cerebrale delle scimmie Rhesus e dei ratti albini [34].

Analisi dei profili trascrittomici di cervelli murini hanno rivelato che le risposte molecolari osservate ore dopo l'irradiazione a basso dosaggio di tutto il corpo (100 mGy) erano simili a quelle associate al declino cognitivo prematuro, al morbo di Alzheimer e a vari disturbi neuropsichiatrici [35,36]. Anche i profili trascrittomici delle microglia ottenuti un giorno e un mese dopo l'irradiazione erano simili a quelli osservati durante l'invecchiamento, indicando gli effetti di miglioramento dell'invecchiamento delle radiazioni [37].

L'irradiazione in vitro ad alte dosi (2-8 Gy) delle cellule endoteliali cerebrovascolari primarie nei ratti promuove un fenotipo secretorio associato all'invecchiamento, caratterizzato dalla sovraregolazione di citochine e chemochine proinfiammatorie, tra cui IL-6, IL{{5} } e MCP-1 [38].

È stato riportato che l'IR aumenta la senescenza cellulare e che la galattosidasi associata alla senescenza (SA- -Gal) e i geni specifici della senescenza (p16, p12 e Bcl-2) sono altamente espressi nel midollo osseo irradiato. macrofagi derivati ​​[39]. Questi risultati confermano le prove in vivo che indicano i potenziali effetti delle radiazioni che inducono la senescenza sulle cellule endoteliali dei vasi sanguigni cerebrali.

Nel complesso, è chiaro che gli effetti biologici dell’esposizione agli IR, non limitati allo stress ossidativo, al danno cromosomico, all’apoptosi, al fallimento delle cellule staminali e all’infiammazione, contribuiscono tutti ad accelerare l’invecchiamento [40]. Inoltre, il contributo dell'esposizione IR allo sviluppo di condizioni non maligne come le malattie neurodegenerative sta diventando evidente anche attraverso studi epidemiologici [21], e molte condizioni mediche sono correlate all'esposizione a diversi tipi di radiazioni a basso dosaggio/dosaggio (Tabella 1). .

In questa recensione, ci concentreremo sull'impatto dell'IR sull'invecchiamento cerebrale, compreso l'invecchiamento di vari tipi di cellule del sistema nervoso centrale (microglia, astrociti, cellule endoteliali cerebrali e neuroni). Inoltre, verranno discussi i meccanismi molecolari rilevanti e verranno proposte le future direzioni di ricerca volte a chiarire il reale impatto dell'invecchiamento cerebrale indotto dalle radiazioni.

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