Badania metabolomiczne wykazały biomarkery predykcyjne autyzmu u noworodków

Niedawne badanie opublikowane w czasopiśmie Communications Biology wykorzystuje metabolomię u noworodków do identyfikacji markerów, które mogą przewidywać rozwój zaburzenia ze spektrum autyzmu (ASD).

Biomarkery ASD

Dzieci z ASD doświadczają trudności w interakcjach społecznych, języku oraz ograniczonych lub powtarzalnych zainteresowaniach i wzorcach zachowań. Nawet po leczeniu tylko 20% z nich żyje samodzielnie w wieku dorosłym, po tym jak w dzieciństwie zdiagnozowano u nich autyzm.

Wcześniejsze badania zidentyfikowały metaboliczne i biochemiczne markery 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. Jednakże żaden pojedynczy czynnik genetyczny ani środowiskowy nie wyjaśnia wszystkich przypadków ASD u dzieci.

Model reakcji na zagrożenie komórkowe (CDR)

Model Cellular Danger Response (CDR) opisuje szlaki metaboliczne łączące stresory środowiskowe i genetyczne ze zmienionym rozwojem i ASD. CDR rozprzestrzenia się na zewnątrz od miejsca ekspozycji na stresor, po różnych zmianach w reakcjach metabolicznych, zapalnych, autonomicznych, hormonalnych i neurologicznych na te urazy lub stres.

ASD jest bardziej prawdopodobne, że po CDR wystąpią czynniki stresogenne w życiu płodowym lub we wczesnym dzieciństwie. Stresory te wpływają na cztery obszary będące częścią CDR: mitochondria, stres oksydacyjny, odporność wrodzoną i mikrobiomy. Zewnątrzkomórkowy trifosforan adenozyny (eATP) jest podstawowym regulatorem wszystkich szlaków CDR.

ATP jako cząsteczka sygnalizacyjna

ATP to waluta energetyczna 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 ostrzec o niebezpieczeństwie i wywołać uogólnioną odpowiedź CDR.

ATP w metabolizmie w ASD

Rozregulowany metabolizm puryn i sygnalizacja purynergiczna w odpowiedzi na ATP zostały zidentyfikowane w badaniach eksperymentalnych i na ludziach, co potwierdzono analizami multiomicznymi. Rola eATP jest kluczowa dla wielu aspektów rozwoju neurologicznego zmienionych w przypadku ASD, w tym komórek tucznych i mikrogleju, uwrażliwienia neuronów i neuroplastyczności.

Wyniki badań

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

Metabolity były podwyższone powyżej średniej w kohorcie noworodków z ASD i nadal rosły o ponad połowę po pięciu latach w porównaniu z kohortą noworodków. Do tych metabolitów zaliczają się cząsteczki stresu i purynowa 7-metyloguanina, która otacza nowo utworzony mRNA.

Wyniki badania potwierdzają, że ASD jest powiązane z profilami metabolicznymi różniącymi się od profili metabolicznych dzieci typowo rozwijających się, różniącymi się w zależności od wieku, płci i ciężkości choroby. Zmiany te znajdują odzwierciedlenie w nieprawidłowej neurobiologii ASD.

Łącznie dane mogą wskazywać, że niepowodzenie normalnego odwrócenia sieci purynowej powoduje niepowodzenie odwrócenia sieci GABAergicznej. Utrata połączeń hamujących zmniejsza naturalne tłumienie, umożliwiając w ten sposób nadpobudliwość sygnalizacji wapniowej w sieci RAS.

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