Хотя марганец является важным минералом, участвующим во многих функциях организма, как дефицит, так и чрезмерное воздействие могут вызывать проблемы со здоровьем. Поддержание сбалансированной диеты обычно обеспечивает достаточное количество марганца для большинства людей; однако высокие уровни воздействия могут быть токсичными, особенно для центральной нервной системы.

Хроническое воздействие марганца может привести к состоянию, известному как марганизм, характеризующемуся симптомами, напоминающими болезнь Паркинсона, включая тремор, мышечную скованность и когнитивные нарушения.

Новое исследование, опубликованное в Science Signaling, использует модельные системы и нервные клетки человека, чтобы показать механизмы, посредством которых марганец наносит ущерб центральной нервной системе. Исследование также предполагает, что витамин биотин может иметь защитный эффект, потенциально смягчая вызванный марганцем ущерб.

«Воздействие нейротоксичных металлов, таких как марганец, связывают с развитием болезни Паркинсона», — сказал доктор философии Саркар Сувариш, доцент кафедры экологической медицины и неврологии Медицинского центра Рочестерского университета (URMC) и ведущий автор исследования.

«В этом исследовании мы применили нецелевую метаболомику с использованием масс-спектрометрии высокого разрешения и передовых хемоинформатических вычислений в недавно разработанной модели паркинсонизма, что привело нас к открытию метаболизма биотина как модификатора нейродегенерации, вызванной марганцем».

Понимание вреда марганца для мозга
Хроническое воздействие марганца на рабочем месте и в окружающей среде, обычно из сварочных дымов и некоторых источников сельской питьевой воды, увеличивает риск синдрома Паркинсона, который включает в себя похожие, но различные неврологические симптомы болезни Паркинсона. Ранее было показано, что марганец связывается с белком альфа-синуклеином, заставляя его неправильно сворачиваться и накапливаться в мозге.

Используя плодовую мушку дрозофилу, исследователи разработали модель, имитирующую воздействие марганца на людей в профессиональной среде, и обнаружили, что марганец вызывает двигательные нарушения, митохондриальную и лизосомальную дисфункцию, потерю нейронов и сокращение продолжительности жизни у мух.

Группа подтвердила эти результаты, используя человеческие дофаминергические нейроны, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC), и продемонстрировала, что воздействие марганца выборочно повреждает эти клетки. Потеря клеток, продуцирующих дофамин, является отличительной чертой болезни Паркинсона и паркинсонического синдрома.

Биотин спешит на помощь?
Исследование показывает, что витамин B биотин, микроэлемент, синтезируемый кишечными бактериями, усиливает выработку дофамина в мозге. Добавление биотина отменило нейротоксичность у мух и нейронов, полученных из iPSC, улучшив митохондриальную функцию и сократив потерю клеток.

Это открытие согласуется с растущим научным признанием того, что болезнь Паркинсона является мультисистемным заболеванием, ранние симптомы которого часто проявляются в кишечнике, и что изменения в микробиоме кишечника могут способствовать развитию этого заболевания.

«Добавки биотина демонстрируют потенциал в качестве терапевтической стратегии для смягчения нейродегенерации, вызванной марганцем, а безопасность и переносимость биотина у людей делают его перспективным кандидатом для дальнейшего изучения», — сказал Сувариш.

«Богатые биотином пребиотики или биотин-продуцирующие пробиотики могли бы обеспечить немедикаментозные варианты вмешательства, но необходимо провести больше исследований».

В число дополнительных соавторов входят Пабло Рейна-Гонсалес из URMC, Гали Маор из Гарвардского университета, а также Юньцзя Лай и Гэри У. Миллер из Колумбийского университета.