Органические кислоты в моче как биомаркеры аутизма

Органические кислоты мочи как потенциальные биомаркеры расстройства аутистического спектра у детей

Расстройство аутистического спектра (РАС) представляет собой расстройство нервного развития, в котором отсутствуют четкие биологические биомаркеры. 

Существующие методы диагностики ориентированы на поведенческие характеристики, что усложняет диагностику пациентов моложе 3 лет. 

Раннее выявление и раннее вмешательство детей с аутизмом признаны двумя наиболее важными факторами для улучшения результатов для людей, страдающих от РАС ( Dawson et al., 2010 , 2012 ; Warren et al., 2011 ; Zwaigenbaum et al., 2013 ;Клин и др., 2015 ). Тем не менее, из-за проблем ранней диагностики РАС многие дети пропускают лучший период вмешательства.

Метаболические нарушения, связанные с РАС, включают: фенилкетонурию (ФКУ), нарушения метаболизма пуринов, дефицит фолата в развитии мозга, дефицит янтарной полуальдегиддегидрогеназы, синдром Смита-Лемли-Опитца (SLOS), органические ацидурии (например, зависимость от пиридоксина, 3-метилкротонил), дефицит CoA-карбоксилазы и пропионовая ацидемия) и митохондриальные расстройства ( Manzi et al., 2008 ; Zecavati and Spence, 2009 ; Ghaziuddin and Alowain, 2013 ). 

Наличие психиатрической, поведенческой регрессии вместе с метаболическими нарушениями при аутизме ( Wanders et al., 1999 ; Wang et al., 1999 ; Cox et al., 2001 ; Kompare and Rizzo, 2008) требует исследований, касающихся взаимосвязи между этими патологическими состояниями и могут ли продукты метаболизма аминокислот и синтез липидов в моче или крови быть биомаркерами аутизма ( Schain и Freedman, 1961 ; Hanley et al., 1977 ; Bull et al., 2003 ; Kałużna -Czaplińska, 2011 ). После клубочковой фильтрации и канальцевой конденсации макромолекулярные белки в крови могут быть отфильтрованы, и моча становится концентрированной органической кислотой. Естественная физиологическая роль почек делает мочу лучшим образцом для анализа метаболизма органических кислот.

Несколько предыдущих исследований были посвящены биомаркерам органических кислот у пациентов с аутизмом. Emond et al. (2013) обнаружили, что уровни цитрата, сукцината и гликолата были значительно увеличены в образце мочи детей с РАС, тогда как Mavel et al. (2013) обнаружили, что уровни — аланина, глицина, таурина и янтарной кислоты были повышены в образце мочи. Другое исследование показало, что около 10 метаболитов значительно отличались между группой аутизма и контрольной группой ( Kałużna-Czaplińska, 2011). Некоторые органические кислоты были выделены во многих исследованиях, в то время как другие были замечены только в конкретном исследовании. 

В целом, микробные метаболиты, метаболизм ниацина, митохондриальные метаболиты и аминокислотные метаболиты являются наиболее распространенными нарушениями у детей с аутизмом. Эти результаты иллюстрируют сложность метаболических нарушений и этиологии у пациентов с аутизмом, что приводит к исследованию построения моделей для многомерного анализа. 

Цели нового исследования состояли в том, чтобы идентифицировать метаболические признаки ASD и найти потенциальные биомаркеры для диагностики аутизма и возможной этиологии. 

В этом проспективном исследовании приняли участие дети с аутизмом и обычно развивающиеся дети в период с декабря 2014 года по май 2018 года. 

Ученые использовали газовую хромато-масс-спектрометрию (ГХ / МС) для оценки основных метаболических колебаний в 76 органических кислотах, присутствующих в моче, у 156 детей с РАС и у 64 детей с аутизмом. 

Были использованы три алгоритма для разработки моделей, позволяющих отличить РАС от обычно развивающихся детей, а также для выявления потенциальных биомаркеров.

  • Дискриминантный анализ частичных наименьших квадратов (PLS-DA);
  • Машина опорных векторов (SVM);
  • eXtreme Gradient Boosting (XGBoost) . 

В независимом тестовом наборе полная модель XGBoost со всеми 76 кислотами достигла AUR 0,94, в то время как уменьшенная модель с топ-20 кислотами, обнаруженными путем голосования по этим трем алгоритмам, достигла 0,93 и представляет хорошую выборку потенциальных биомаркеров ASD. 

Таким образом, анализ органических кислот в моче с помощью метода ГХ / МС в сочетании с алгоритмом XGBoost может представлять собой новую и точную стратегию диагностики аутизма

График оценки PLS-DA показывает четкое различие между распределением метаболитных профилей между детьми с TD и ASD. Исследования показали, что 5 мочевых органических кислот имели значительные различия между детьми с РАС и нормотипичным развитием и, таким образом, могли иметь диагностический потенциал в качестве биомаркеров РАС.

В группе РАС были более высокие уровни фенилуксусной кислоты (phenylactic acid), но наблюдалось снижение аконитовой кислоты (aconitic acid), ортофосфорной кислоты (phosphoric acid), кетоглутаровой кислоты ( 3-oxoglutaric acid ) и карбоновой кислоты (carboxycitric acid) по сравнению с нормотипичными детьми. 

Эти метаболиты связаны с множественными биохимическими процессами ( Koulman et al., 2009). 

Фенилуксусная кислота (phenylactic acid) является побочным продуктом метаболизма аминокислот, и более высокие уровни, наблюдаемые у детей с РАС, могут указывать на нарушения функции ферментов, участвующих в метаболизме аминокислот. 

Кроме того, фенилуксусная кислота может ингибировать рост грамотрицательных и грамположительных бактерий, а также некоторых грибов. 

Таким образом, повышенные уровни фенилуксусной кислоты могут подавлять нормальную функцию микрофлоры кишечника и усугублять метаболические нарушения

Кишечные микробы могут влиять на продукцию нейротрансмиттеров в центральной нервной системе и, в свою очередь, влиять на индукцию эндогенных ощущений, продукцию бактериальных метаболитов и иммунную активность слизистой оболочки ( Carabotti et al., 2015). 

Кроме того, фенилуксусная кислота является метаболитом фенэтиламина, который действует как моноаминергический нейромодулятор и как нейротрансмиттер в центральной нервной системе человека, стимулируя возбуждение нейронов ( Sabelli et al., 1976 ).

Также в контексте кишечной флоры уровни карбоновой кислоты и 3-оксоглутаратной (3-oxoglutaric acid) кислоты были значительно снижены в группе РАС по сравнению с группой нормотипичных детей. 

Карбоновая кислота может быть маркером кишечного микробного разрастания, особенно дрожжей и грибов. Некоторые штаммы плесени Aspergillus niger имеют эффективное производство лимонной кислоты и могут быть использованы для промышленного производства лимонной кислоты ( Lotfy et al., 2007). Хотя, насколько нам известно, это исследование является первым, в котором сообщается о значительном снижении содержания карбоксицитарной кислоты в образцах мочи у детей с РАС, в других исследованиях были выявлены метаболиты кишечных микробов в качестве потенциальных агентов, которые могут влиять на функцию нервной системы. 

Между тем, карбоксицитарная кислота, продукт цикла Кребса, показала снижение уровня в анализах и может свидетельствовать о нарушениях энергетического обмена у детей с аутизмом. Также было обнаружено, что 3-оксоглутарат, общий метаболит дрожжей и грибов ( Thomas et al., 2010 ; MacFabe et al., 2011 ; Kocovska et al., 2012), был значительно ниже у детей с аутизмом. 

Низкие концентрации карбоксицитриновой кислоты и 3-оксоглутарата, которые мы наблюдали в моче от аутичных пациентов, могут быть связаны с повышенным поглощением этих соединений через гематоэнцефалический барьер мозга. 

Эти результаты согласуются с предыдущими исследованиями, которые показали, что противогрибковое лечение детей с аутизмом может эффективно снизить количество соответствующих показателей органических кислот ( Cobb and Cobb, 2010 ), и предполагает, что желудочно-кишечные дрожжи могут служить основой для диетических коррекций, таких как безглютеновая / без казеиновая диеты, которые важны для развития нервной системы детей и могут смягчить симптомы аутизма. 

3-оксоглутарат в моче связан с наличием вредной кишечной флоры, такой как Candida albicans (Шмидт, 1994 ). Эти результаты подтверждают надежность оси кишечника и головного мозга и предлагают новые возможности исследования аутизма.

Аконитовая кислота образуется в результате дегидратации лимонной кислоты, которая происходит во время цикла Кребса, и является маркером митохондриальной активности.  Митохондриальное заболевание, вызванное материнским наследованием или другими причинами, встречается у 5% детей с аутизмом ( Rossignol and Frye, 2012 ; Frye et al., 2013 ). 

Предыдущие исследования показали, что уровни цис- акотиновой кислоты повышаются у детей с аутизмом ( Noto et al., 2014 ; Mussap et al., 2016). Здесь ученые обнаружили, что уровни акотиновой кислоты были снижены в группе РАС по сравнению с группой обычноразвивающихся детей, что свидетельствует о недостатках энергетического метаболизма в энергетическом метаболизме РАС. 

В цикле Кребса цитрат подвергается стереоспецифической изомеризации в изоцитрат с помощью фермента аконитазгидратазы и промежуточного цис- аконитата ( Mussap et al., 2016 ). 

Между тем, транс- аконитовая кислота (ТАА) действует как противовоспалительное средство в растительных методах лечения ревматоидного артрита, используемых в Бразилии, и может служить одним из объяснений снижения уровня аконитовой кислоты в группе с РАС. 

Точно так же сообщалось, что медиаторы воспаления могут играть решающую роль при некоторых психоневрологических заболеваниях. Dan et al. (2015) обнаружили, что гомоцистеин (Hcy) и мочевая кислота (UA) могут вносить вклад в патогенез множественной системной атрофии (MSA), а уровень гомоцистеина в сыворотке вместе с уровнями мочевой кислоты может быть диагностическим инструментом для множественной системной атрофии (AUROC = 0,736). 

Кроме того, другое перекрестное исследование подтвердило, что низкие уровни мочевой кислоты UA в сыворотке могут указывать на более высокий риск болезни Паркинсона (PD), а уровень UA в сыворотке может служить косвенным биомаркером прогноза при болезни Паркинсона ( Mengqiu et al., 2013 ).

Фосфорная кислота важна для метаболизма костей. В исследуемой популяции мы наблюдали снижение количества фосфорной кислоты у детей с РАС по сравнению с нормотипичными детьми, что может свидетельствовать о том, что патология РАС включает аномальный метаболизм в костной ткани, хотя эта возможность требует дальнейшего изучения. 

Витамин Д регулирует формирование и плотность костей, способствуя абсорбции основных кишечных соединений, таких как кальций и фосфат. Дисбаланс в фосфорной кислоте может быть связан с дисбалансом некоторых других веществ. 

У беременных женщин дефицит витамина D может влиять на функцию регуляторных Т-клеток и, в свою очередь, на иммунные реакции. Такой дефицит витамина D может повлиять на развивающийся плод и может увеличить риск развития аутизма.Pioggia et al., 2014 ; Угур и Гюркан, 2014 ). 

Количество сыворотки 25 (OH) D 3 значительно ниже у детей с РАС, что указывает на то, что более низкие уровни 25 (OH) D могут быть независимым фактором риска аутизма и могут быть независимо связаны с тяжестью заболевания ( Gong et al., 2014 ). 

Результаты нового исследования подтверждают наблюдения нарушений костного метаболизма у детей с аутизмом, а также согласуются с клиническими симптомами, указывающими на то, что пониженная минеральная плотность костной ткани часто встречается у детей с аутизмом.

Заключение

Обнаруженные потенциальные биомаркеры могут быть полезны для будущих исследований патогенеза аутизма и возможных вмешательств. 

Авторы: Qiao Chen 1, You Qiao1, Xin-jie Xu2, Ying Tao3 и Xin You1,4,5

  1. Отделение ревматологии и клинической иммунологии, Медицинский колледж Пекинского союза, Медицинский колледж Китайской академии медицинских наук и Пекинского союза, Пекин, Китай
  2. Центральная научно-исследовательская лаборатория, отдел научных исследований, Больница Пекинского медицинского университета, Академия медицинских наук Китая и Медицинский колледж Пекинского союза, Пекин, Китай
  3. Институт искусственного интеллекта, Ping An Technology (Shenzhen) Ltd., Пекин, Китай
  4. Ключевая лаборатория ревматологии и клинической иммунологии, Министерство образования, Пекин, Китай
  5. Специальный фонд аутизма, Пекинский медицинский фонд, Пекин, Китай

Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6502994/

Перевод: Витренко Светлана

Нам очень важно ваше мнение, пожалуйста оцените статью. Надеемся, что она была вам полезна.
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (5 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...

Не забудьте поделиться этой важной информацией с теми, кто может в ней нуждаться!