Effetti del cadmio sulle cellule neuronali: meccanismi di neurotossicità e implicazioni per la salute

Cadmium is a ubiquitous heavy metal present in the environment due to both natural and anthropogenic causes. It is a highly toxic pollutant for living organisms, as it can bioaccumulate in tissues for long periods of time and interfere with proper cellular functioning, causing extensive damage to the body. Exposure to cadmium for the general population mainly occurs through ingestion of contaminated food and beverages, as well as inhalation of aerosolized particles from industrial fumes and cigarette smoke. Once ingested and absorbed, it is transported through the bloodstream to reach the blood-brain barrier (BBB), altering its permeability. Its ability to damage the BBB makes it particularly dangerous for the central nervous system (CNS), which becomes more vulnerable to the action of other environmental toxic substances that are normally blocked from reaching neurons. Through inhalation, on the other hand, cadmium reaches the olfactory bulb, which is not protected by the BBB, giving it direct access to the CNS. Due to its chemical-physical properties similar to those of essential cations such as calcium and zinc, this heavy metal can enter neurons by exploiting specific cationic transporters. At the neuronal level, cadmium can disrupt nerve functions by triggering different toxicity mechanisms, including oxidative stress and endoplasmic reticulum stress, perturbation of mitochondrial respiration and glycogen metabolism, and disruption of the cellular autophagy process. Additionally, due to its similarity to calcium and zinc, cadmium can interfere with synaptic transmission, generating an excess of asynchrony in neuronal communication and reducing the amount of neurotransmitter released into the synaptic cleft. This imbalance contributes to neurodegeneration and thus to the development of neurodegenerative diseases such as Alzheimer's, amyotrophic lateral sclerosis (ALS), and Parkinson's disease. Mechanisms such as protein aggregation and neuroinflammation have been identified as additional key factors linking cadmium exposure to the onset of these neurodegenerative diseases. Several studies on cadmium have shown that exposure to this heavy metal can cause cognitive and behavioral deficits, likely through the induction of oxidative stress. Cadmium can also induce epigenetic modifications that alter DNA gene expression, interfering with neuronal regulation and nervous system development. Lastly, cadmium may also be involved in the development of psychiatric disorders, such as anxiety and depression, primarily by weakening the body's antioxidant defenses. However, further research is needed to fully understand the molecular mechanisms underlying cadmium neurotoxicity and its role in both neurodegenerative diseases and psychiatric disorders. This will enable the development of targeted therapies aimed at mitigating the numerous neurotoxic effects induced by this heavy metal.

Il cadmio è un metallo pesante ubiquitario, presente in ambiente sia per cause naturali che antropiche. Si tratta di un inquinante altamente tossico per gli esseri viventi, poiché è in grado di bioaccumularsi nei tessuti per lunghi periodi di tempo ed interferire con il corretto funzionamento cellulare, provocando estesi danni all’organismo. L’esposizione al cadmio per la popolazione generale avviene principalmente tramite ingestione di alimenti e bevande contaminati, oltre che per inalazione di particelle aerosolizzate nei fumi industriali e nel fumo di sigaretta. Una volta ingerito e assorbito, viene trasportato nel flusso sanguigno fino a raggiungere la barriera ematoencefalica (BBB), di cui è in grado di alterare la permeabilità. La sua capacità di danneggiare la BBB lo rende particolarmente pericoloso per il sistema nervoso centrale (SNC), che in questo modo risulta maggiormente vulnerabile anche all’azione di altre sostanze tossiche ambientali, il cui accesso ai neuroni è di norma impedito. Tramite l’inalazione, invece, il cadmio raggiunge il bulbo olfattivo, che non è protetto dalla BBB, e attraverso quest’ultimo ha accesso diretto al SNC. Il fatto di possedere caratteristiche chimico-fisiche simili a quelle dei cationi essenziali, come calcio e zinco, permette a questo metallo pesante di introdursi all’interno dei neuroni, sfruttando trasportatori cationici specifici. A livello neuronale, il cadmio è in grado di alterare le funzioni nervose mettendo in atto differenti meccanismi di tossicità, tra cui l’induzione di stress ossidativo e del reticolo endoplasmatico, la perturbazione della respirazione mitocondriale e del metabolismo del glicogeno e l’alterazione del processo di autofagia cellulare. Inoltre, grazie alla sua somiglianza con calcio e zinco, il cadmio può interferire con la trasmissione sinaptica, generando un eccesso di asincronia nella comunicazione neuronale e riducendo la quantità di neurotrasmettitore rilasciato nello spazio sinaptico. Questo squilibrio contribuisce alla neurodegenerazione e quindi allo sviluppo di patologie neurodegenerative come l’Alzheimer, la sclerosi laterale amiotrofica e il Parkinson. Meccanismi come l’aggregazione proteica e la neuroinfiammazione sono stati identificati come ulteriori fattori chiave nel collegamento tra l’esposizione al cadmio e l’insorgenza di queste malattie neurodegenerative. Diversi studi sul cadmio hanno dimostrato che l’esposizione a questo metallo pesante può provocare deficit cognitivi e comportamentali, probabilmente mediante l’induzione di stress ossidativo. Il cadmio è inoltre in grado di indurre modificazioni epigenetiche che alterano l’espressione genica del DNA, interferendo con la regolazione neuronale e lo sviluppo del sistema nervoso. Infine, il cadmio potrebbe essere coinvolto anche nello sviluppo di disturbi psichici, come l’ansia e la depressione, principalmente indebolendo le difese antiossidanti dell’organismo. Tuttavia, ulteriori ricerche sono necessarie per comprendere appieno i meccanismi molecolari alla base della neurotossicità del cadmio e il suo ruolo sia nelle malattie neurodegenerative che nei disturbi psichici. In tal modo, sarà possibile sviluppare terapie mirate con l’obiettivo di attenuare i numerosi effetti neurotossici indotti da questo metallo pesante.