Badanie metabolomiczne znajduje biomarkery predykcyjne autyzmu u noworodków

W niedawnym badaniu opublikowanym w czasopiśmie Communications Biology wykorzystano metabolomikę u noworodków w celu identyfikacji markerów, które mogą przewidywać rozwój zaburzeń ze spektrum autyzmu (ASD).

Biomarkery ASD

Dzieci z ASD mają trudności z interakcjami społecznymi, językiem oraz ograniczonymi lub powtarzalnymi zainteresowaniami lub wzorcami zachowań. Nawet po leczeniu, tylko 20% z nich żyje samodzielnie jako dorośli po zdiagnozowaniu ASD w dzieciństwie.

Poprzednie badania zidentyfikowały markery metaboliczne i biochemiczne ASD u dzieci i dorosłych, które różnią się w zależności od wieku, płci i nasilenia objawów. Wiele z tych markerów jest związanych ze strukturą i funkcją mózgu, układem odpornościowym, autonomicznym układem nerwowym i mikrobiomem. Jednak żaden pojedynczy czynnik genetyczny lub środowiskowy nie wyjaśnia wszystkich przypadków ASD u dzieci.

Model odpowiedzi na zagrożenie komórkowe (CDR)

Model odpowiedzi na zagrożenie komórkowe (CDR) opisuje szlaki metaboliczne łączące stresory środowiskowe i genetyczne ze zmienionym rozwojem i ASD. CDR rozciąga się od punktu narażenia na stresor na zewnątrz, po różnych zmianach w reakcjach metabolicznych, zapalnych, autonomicznych, endokrynologicznych i neurologicznych na te urazy lub stresy.

ASD jest bardziej prawdopodobne, że nastąpi po CDR, gdy stresory występują w życiu płodowym lub wczesnym dzieciństwie. Te stresory wpływają na cztery obszary, które są częścią CDR: mitochondria, stres oksydacyjny, wrodzoną odporność i mikrobiomy. Pozakomórkowy adenozynotrifosforan (eATP) jest podstawowym regulatorem we wszystkich szlakach CDR.

ATP jako cząsteczka sygnałowa

ATP jest walutą energetyczną dla wszystkich żywych istot na Ziemi. Około 90% ATP jest wytwarzane w mitochondriach i jest wykorzystywane we wszystkich szlakach metabolicznych. Poza komórką eATP działa jako cząsteczka przekaźnikowa, wiążąc się z receptorami reagującymi na purynę w komórce, aby ostrzegać przed niebezpieczeństwem i wywołać uogólnioną odpowiedź CDR.

ATP w metabolizmie w ASD

Zaburzony metabolizm puryn i sygnalizacja purynergiczna w odpowiedzi na ATP zostały zidentyfikowane w badaniach eksperymentalnych i na ludziach i potwierdzone przez analizy multiomiczne. Rola eATP jest kluczowa dla wielu aspektów rozwoju neurologicznego zmienionych w ASD, w tym komórek tucznych i mikrogleju, uwrażliwienia neuronalnego i neuroplastyczności.

Wyniki badań

Niemowlęta w grupie pre-ASD i typowo rozwijającej się (TD) nie różniły się pod względem narażenia na czynniki środowiskowe w czasie ciąży i niemowlęctwa. Około 50% niemowląt w grupie pre-ASD wykazało regresję rozwojową w porównaniu z 2% w grupie TD. Średni wiek diagnozy ASD wynosił 3,3 roku.

Metabolity były podwyższone powyżej średniej w kohorcie urodzeniowej ASD i nadal wzrastały o ponad połowę w wieku pięciu lat w porównaniu z kohortą urodzeniową. Metabolity te obejmowały cząsteczki stresu i purynę 7-metyloguaninę, która pokrywa nowo utworzone mRNA.

Wyniki badania potwierdzają, że ASD jest powiązane z profilami metabolicznymi, które różnią się od profili u dzieci rozwijających się prawidłowo, różniąc się w zależności od wieku, płci i ciężkości choroby. Zmiany te znajdują odzwierciedlenie w nieprawidłowej neurobiologii ASD.

Łącznie dane mogą wskazywać, że brak odwrócenia sieci purynowej powoduje brak odwrócenia sieci GABAergicznej. Utrata połączeń hamujących zmniejsza naturalne tłumienie, umożliwiając tym samym nadmierną pobudliwość sygnalizacji wapniowej w sieci RAS.

Przyszłe badania mogą wykorzystać te ustalenia do opracowania lepszych narzędzi przesiewowych dla noworodków i niemowląt w celu identyfikacji osób zagrożonych ASD. Może to pomóc we wczesnej identyfikacji i interwencji u dotkniętych dzieci, ostatecznie poprawiając wyniki leczenia i zmniejszając częstość występowania ASD.