대기오염과 알츠하이머 치매의 혈액 바이오마커 간 연관성

Abstract

목적: 미세먼지(PM)와 망간(Mn)을 포함한 대기오염 노출 수준이 알츠하이머 치매의 혈액 기반 바이오마커인 아밀로이드 베타(Amyloid beta, Aβ)와 과인산화 타우 단백질(Phosphorylated tau protein, pTau)의 축적에 미치는 영향을 살펴보고, 혈액 기반 바이오마커의 변화가 뇌 구조적·기능적 변화로 이어지는지 매개효과를 살펴보고자 한다. 연구방법: 본 단면연구는 치매, 파킨슨병, 뇌졸중을 포함한 신경성 질환력이 없는 만 50세 이상의 성인을 대상으로 하는 대한민국 지역사회 기반 코호트 참여자를 연구 대상자로 하였다. 대기오염 노출 수준은 입자 직경이 10μm 이하인 미세먼지(PM10), 2.5μm 이하인 초미세먼지(PM2.5)와 PM10 내 Mn10, PM2.5 내 Mn2.5 자료를 사용하였다. 이는 실외 대기오염 샘플링을 통해 확인한 PM 농도 및 PM 내 Mn 농도 실측값과, 이를 기반으로 공간 모델링을 수행하여 구축한 계절별 연평균 공간 예측 모형을 기반으로 예측되었다. 알츠하이머 치매의 혈액 바이오마커는 혈장 내 Aβ42, Aβ40, pTau 측정 농도와 그 비율(Aβ42/Aβ40 ratio, pTau/Aβ42 ratio)을 사용하였다. 대기오염 노출과 알츠하이머 치매의 혈장 바이오마커 간 연관성은 일반화 선형 모델(Generalized linear model)을 사용하여 분석하였으며, 유의한 연관성을 가지는 요인에 대하여 대기오염 노출과 뇌 구조적·기능적 변화 간 연관성에 혈장 바이오마커가 미치는 효과에 대한 매개 분석(Causal mediation analysis)을 수행하였다. 결과: 본 연구에는 총 370명의 연구 대상자가 포함되었다. 대상자의 실외 PM2.5 노출 농도 1 μg/m³ 증가는 Aβ42/Aβ40 ratio와 유의미한 역인과관계를 보였으며 (β=-0.002; SE=0.001; p=0.014), Mn2.5 농도의 1 μg/m³ 증가는 pTau (β=0.026; SE=0.013; p=0.039) 및 pTau/Aβ42 ratio (β=0.019; SE=0.009; p=0.040)와 양의 상관관계를 보였다. 대기오염 노출과 대뇌 피질 두께 및 신경심리검사 간 연관성에 대해 알츠하이머 치매의 혈액 바이오마커가 미치는 직접 효과에 대해서는 일부 유의한 연관성을 확인하였으나, 매개효과의 크기는 제한적인 것으로 확인하였다. 결론: 본 연구 결과는 국내 노인인구에서 미세먼지와 망간을 포함한 대기오염 노출로 인한 알츠하이머 치매의 주요 바이오마커의 변화 일부를 유의미하게 예측하였으며, 이는 알츠하이머 치매의 진행과 연관성이 있음을 시사한다.

Objectives: To investigate the associations of air pollution exposure including Particulate matter (PM) and Manganese (Mn) with accumulation of amyloid beta(Aβ) and phosphorylated tau (pTau) protein, key pathologies of Alzheimer’s disease (AD), and to investigate whether changes in blood biomarkers of AD mediate structural and functional changes in the brain. Methods: This cross-sectional study included participants from a community-based cohort in South Korea who were aged 50 years or older without history of neurological diseases (dementia, parkinson’s disorders, or stroke). Exposures to ambient air pollution were assessed using PM with diameter ≤ 10 μm (PM10), ≤ 2.5 μm (PM2.5), Mn with diameter ≤ 10 μm (Mn10), ≤ 2.5 μm (Mn2.5). These air pollution exposure levels were based on PM sampling and spatial prediction modeling. Concentrations of blood biomarkers of AD were measured and collected of Aβ42, Aβ40, and pTau and their ratios (Aβ42/Aβ40 ratio, pTau/Aβ42 ratio) were calculated. The associations between air pollution exposures and blood biomarkers of AD were analyzed using a generalized linear model (GLM), and for factors with significant associations, causal mediation analysis were performed on the effect on plasma biomarkers on the associations of air pollution exposures with structural and functional changes in the brain. Results: A total of 370 subjects were included in this study. An increase in 1 ㎍/㎥ of PM2.5 was inversely associated with Aβ42/Aβ40 ratio (β=-0.002; SE=0.001; p=0.014). An increase in 1 ㎍/㎥ of Mn2.5 was significantly associated with increase in pTau (β=0.026; SE=0.013; p=0.039) and pTau/Aβ42 ratio (β=0.019; SE=0.009; p=0.040). Although some significant direct effects of blood biomarkers of AD were observed in the associations of air pollution exposures with brain cortical thickness and neuropsychological test results, the mediating effects were limited in magnitude. Conclusion: The results of this study significantly predicted some of the changes in the key pathologies of AD caused by exposure to ambient air pollution, including PM2.5 and Mn2.5 in elderly population in South Korea. These findings suggest that they are associated with the progression of AD.