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
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,
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
Кроме того, фенилуксусная кислота является метаболитом фенэтиламина, который действует как моноаминергический нейромодулятор и как
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
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
- Отделение ревматологии и клинической иммунологии, Медицинский колледж Пекинского союза, Медицинский колледж Китайской академии медицинских наук и Пекинского союза, Пекин, Китай
- Центральная научно-исследовательская лаборатория, отдел научных исследований, Больница Пекинского медицинского университета, Академия медицинских наук Китая и Медицинский колледж Пекинского союза, Пекин, Китай
- Институт искусственного интеллекта, Ping An Technology (Shenzhen) Ltd., Пекин, Китай
- Ключевая лаборатория ревматологии и клинической иммунологии, Министерство образования, Пекин, Китай
- Специальный фонд аутизма, Пекинский медицинский фонд, Пекин, Китай
Источник: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6502994/
Перевод: Витренко Светлана