Expunerea la substanțele chimice din mediu a fost asociată cu o îmbătrânire biologică mai rapidă

Într-un studiu condus de primul autor Dennis Khodasevich și autorul corespondent Andres Cardenas de la Universitatea Stanford și colegii din alte instituții din SUA s-a investigat asocierea dintre expunerea la o serie largă de substanțe chimice din mediu și îmbătrânirea epigenetică în rândul adulților participanți la National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES). Studiul publicat în jurnalul Aging (Aging-US) a fost realizat pe date colectate în intervalul 1999-2002, având ca obiectiv principal identificarea unor posibile relații noi, dincolo de factorii deja bine documentați.
Epigenetica se ocupă cu studiul modificărilor care influențează expresia genelor fără a altera secvența ADN. Unul dintre mecanismele epigenetice centrale este metilarea ADN (DNAm), un proces care variază previzibil odată cu vârsta și poate oferi informații despre modul în care expunerile din mediu influențează îmbătrânirea și riscul de diverse boli. S-au dezvoltat multiple „ceasuri epigenetice” (epigenetic clocks) - de la cele de primă generație (Horvath panTissue, Skin&Blood, Hannum), antrenate pentru a prezice vârsta cronologică, până la ceasuri de a doua și a treia generație (GrimAge, GrimAge2, PhenoAge, DNAmTL, DunedinPoAm) care evaluează aspecte legate de mortalitate, fragilitate, lungimea telomerilor și ritmul de îmbătrânire.

Diferența dintre vârsta cronologică a unei persoane și vârsta epigenetică estimată (numită adesea epigenetic age acceleration - EAA) s-a asociat cu boli cardiovasculare, cancer, speranță de viață și alte stări patologice. Cercetările au arătat că expunerea la anumiți factori de mediu, precum poluarea aerului ori per- și polifluoroalchilii, poate altera îmbătrânirea epigenetică. Totuși, cea mai mare parte a studiilor anterioare s-a concentrat pe anumite substanțe chimice bine studiate (ex: metale, PCB-uri, pesticide), limitând capacitatea de a descoperi factori de mediu noi, potențial relevanți. De aceea, o abordare exposome-wide association study (ExWAS), care evaluează în mod sistematic un ansamblu extins de expuneri, poate duce la identificarea unor asocieri neobservate anterior.

Un astfel de design a fost aplicat, de pildă, în cohorta HELIX, pe un eșantion de 1.173 copii de 7 ani, unde s-au evidențiat asocieri așteptate (de exemplu, între fumatul matern și EAA), dar și asocieri noi între particulele în suspensie, pesticide, bifenili policlorurați (PCB-uri) și îmbătrânirea epigenetică. În mod similar, în NHANES au mai fost raportate asocieri între expunerea la cadmiu, PCB-uri și lungimea telomerilor (un alt biomarker al îmbătrânirii biologice). Pornind de la aceste succese, studiul de față și-a propus să aplice un design ExWAS pentru a explora posibile asocieri la adulți din NHANES, din perspectiva mai multor „ceasuri epigenetice”.

Despre studiul actual

Metodologie și participanți

NHANES este un program în Statele Unite ce colectează date reprezentative la nivel național despre sănătatea adulților și copiilor. Studiul curent a inclus participanți din două cicluri de colectare (1999-2000 și 2001-2002), având disponibile date complete de metilare ADN din probe de sânge.

În analiza finală au intrat 2.346 de persoane cu vârste cuprinse între 50 și 84 de ani, cu media de vârstă de 65,1 ani și un IMC mediu de 28,8 kg/m^2. Distribuția pe sexe a fost relativ echilibrată (51,2% bărbați și 48,8% femei), iar repartiția pe etnii a inclus Non-Hispanic White (39,3%), Mexican American (29,0%), Non-Hispanic Black (21,8%), Other Hispanic (6,4%) și alte rase sau etnii (3,5%). În ceea ce privește nivelul de educație, aproape jumătate dintre participanți nu aveau diplomă de liceu (45,3%), 20,8% aveau o diplomă de liceu/GED și 33,9% urmau studii peste nivelul liceal.

Au fost luate în considerare 64 de expuneri la substanțe chimice, măsurate în diferite probe biologice, astfel:

• Plumb, cadmiu, cotinină în sânge
• Dioxine, furani și PCB-uri coplanare în ser (24 de compuși)
• Metale (9 compuși) în urină
• Pesticide (6 compuși) în urină
• Ftalati, fitoestrogeni și hidrocarburi aromatice policiclice (11 compuși) în urină
• Compuși organici volatili (11 compuși) în sânge

Pentru fiecare expunere chimică s-a calculat o valoare log2-transformată, fiind estimată relația dintre o creștere cu 1 abatere standard a expunerii și modificările în îmbătrânirea epigenetică. S-a aplicat o corecție strictă pentru testările multiple (Bonferroni) pentru a identifica doar acele asocieri robuste statistic.

Analiza epigenetică

S-au folosit mai multe ceasuri epigenetice:

• Horvath panTissue, Skin&Blood și Hannum - antrenate pentru a prezice vârsta cronologică
• GrimAge (versiunea 1 și 2), PhenoAge, DNAmTL, DunedinPoAm - alese pentru a măsura aspecte ale îmbătrânirii biologice (mortalitate, fragilitate, lungimea telomerilor, ritmul de îmbătrânire)

S-a calculat epigenetic age acceleration (EAA) ca diferență între vârsta epigenetică estimată și vârsta cronologică a participanților. În plus, s-a analizat și DNAmTL (predictor al lungimii telomerilor, corelat negativ cu îmbătrânirea), precum și DunedinPoAm, care cuantifică ritmul îmbătrânirii și are corelație scăzută cu vârsta cronologică.

Rezultate

Caracteristicile eșantionului

Participanții au avut vârste între 50 și 84 de ani, cu o medie de 65,1 ani și o ușoară predominanță a bărbaților (51,2%). Proporția cea mai mare a fost de Non-Hispanic White (39,3%), urmați de Mexican American (29%) și Non-Hispanic Black (21,8%). Educația și ocupația au variat semnificativ, iar aproximativ 16% erau fumători activi la momentul colectării datelor, 38,6% erau foști fumători și 45,4% nu fumaseră niciodată.

Corelații între ceasurile epigenetice și vârsta cronologică

Majoritatea ceasurilor epigenetice au arătat corelații puternice cu vârsta (r = 0,76 pentru PhenoAge până la r = 0,87 pentru Skin&Blood). Excepție au făcut:

• DunedinPoAm: r = 0,04 cu vârsta, indicând practic lipsa corelației directe cu vârsta cronologică
• DNAmTL: r = -0,58 cu vârsta, ceea ce confirmă tendința de scurtare a telomerilor odată cu înaintarea în vârstă

Între valorile de EAA s-au înregistrat corelații moderate, cea mai înaltă fiind între GrimAge și GrimAge2 (r = 0,97).

Asocieri între expunerile chimice și îmbătrânirea epigenetică

Analiza principală (fără ajustare pentru compoziția de celule sangvine):

• Cadmiul în sânge: asociat semnificativ cu GrimAge acceleration (beta = 1,23 ani, p = 3,63×10^-6), GrimAge2 acceleration (beta = 1,27 ani, p = 1,62×10^-5) și DunedinPoAm (beta = 0,02, p = 2,34×10^-5).
• Cotinina (marker al expunerii la fum de tutun): asociată cu GrimAge2 acceleration (beta = 1,40 ani, p = 6,53×10^-4) și DunedinPoAm (beta = 0,03, p = 6,31×10^-4).

După ajustarea pentru proporțiile celulare, asocierile cu cotinina s-au atenuat, însă pentru cadmiu au rămas semnificative pentru GrimAge și GrimAge2.

Analize de sensibilitate și stratificare

1. Stratificare pe statut de fumător Cadmiul a rămas puternic asociat cu îmbătrânirea epigenetică la fumători curenți și foști fumători, dar mai puțin la cei care nu au fumat niciodată. Acest lucru susține ipoteza că fumatul este o sursă majoră de expunere la cadmiu, dar nu explică complet asocierea, dat fiind că și la non-fumători au existat tendințe pozitive (deși nesemnificative).

2. Ajustare pentru cotinina serică (în loc de fumatul auto-raportat)

• Cadmiul a rămas semnificativ asociat cu GrimAge, GrimAge2 și DunedinPoAm (beta = 1,94, 1,97 și 0,03, cu p < 1×10^-6 pentru modele fără ajustare de tip celular).
• Au apărut noi asocieri cu plumbul (mai ales pentru GrimAge și GrimAge2) și cu cadmiul urinar, sugerând că expunerea la metale joacă un rol proeminent.
• În mod surprinzător, s-au evidențiat asocieri negative pentru PCB118 și 1,2,3,4,6,7,8-heptachlorodibenzo-p-dioxin (HpCDD) cu GrimAge/GrimAge2, ceea ce necesită investigații ulterioare, căci aceste substanțe sunt persistente și cunoscute a avea efecte toxice.

3. Imputarea covariatelor lipsă Rezultatele au rămas, în esență, similare cu cele din analiza principală, confirmând rezistența asocierilor dintre cadmiu și accelerarea îmbătrânirii epigenetice.

Interpretarea rezultatelor și concluzii

Rezultatele acestui studiu ExWAS cuprinzător sugerează că expunerea la cadmiu este unul dintre cei mai puternici factori de mediu asociați cu îmbătrânirea epigenetică la adulții din SUA, confirmând date anterioare din alte cohorte. Cotinina (un indicator al expunerii la tutun) s-a corelat, de asemenea, semnificativ cu îmbătrânirea epigenetică, mai ales prin prisma ceasurilor GrimAge și DunedinPoAm, ceea ce subliniază rolul fumatului în procesele epigenetice legate de vârstă.

Au fost identificate și câteva asocieri atipice, precum efectul negativ al unor PCB-uri și al HpCDD asupra EAA, indicând posibile mecanisme epigenetice complexe prin care aceste substanțe pot modula îmbătrânirea. Deși o scădere a vârstei epigenetice poate părea benefică, situația este controversată când vine vorba despre substanțe toxice cu posibile efecte inflamatorii și, în unele studii, asocieri cu patologia cardiovasculară ori cancer. Este nevoie de investigații suplimentare pentru a descifra aceste relații aparent paradoxale.

Limitările studiului includ:

• Evaluarea doar a unui subset (64) de expuneri din totalul larg al „exposomului”.
• Design transversal (nu se poate confirma o relație cauzală pe termen lung).
• Eșantion focalizat pe adulți de peste 50 de ani în perioada 1999-2002, care pot să nu reflecte perfect expunerile actuale.
• Varianța în mărimea eșantionului pentru fiecare substanță (pentru unii compuși volatili, sub 120 de participanți).

Puncte forte:

• NHANES este reprezentativ la nivel național și include o multitudine de date clinice, de laborator și chestionare.
• Expunerile au fost măsurate direct în probe biologice (sânge, urină), reflectând astfel expunerea reală individuală.
• S-a analizat un număr mare de ceasuri epigenetice, oferind o perspectivă largă asupra îmbătrânirii biologice.

În ansamblu, acest studiu demonstrează că expunerile chimice din mediu pot avea o influență notabilă asupra îmbătrânirii epigenetice, în special cadmiul, fumatul (cotinina), iar într-o oarecare măsură plumbul și substanțele organice persistente (PCB-uri, dioxine). Identificarea și înțelegerea acestor factori modifiabili este un pas cheie în formularea intervențiilor de sănătate publică, menite să prevină sau să întârzie apariția unor boli asociate cu vârsta și să îmbunătățească speranța și calitatea vieții.