Metabolomstudie findet Biomarker, die Autismus bei Neugeborenen vorhersagen

Eine kürzlich in der Fachzeitschrift Communications Biology veröffentlichte Studie nutzt die Metabolomik bei Neugeborenen, um Marker zu identifizieren, die die Entwicklung einer Autismus-Spektrum-Störung (ASD) vorhersagen können.

Biomarker für ASD

Kinder mit ASS haben Schwierigkeiten mit sozialen Interaktionen, der Sprache und eingeschränkten oder sich wiederholenden Interessen oder Verhaltensmustern. Selbst mit Behandlung leben nur 20 % der Kinder, bei denen im Kindesalter ASS diagnostiziert wurde, als Erwachsene selbstständig.

Frühere Studien haben metabolische und biochemische Marker für ASS bei Kindern und Erwachsenen identifiziert, die je nach Alter, Geschlecht und Symptomschwere variieren. Viele dieser Marker stehen mit der Struktur und Funktion des Gehirns, dem Immunsystem, dem autonomen Nervensystem und dem Mikrobiom in Zusammenhang. Es gibt jedoch keinen einzelnen genetischen oder umweltbedingten Faktor, der alle Fälle von ASS bei Kindern erklärt.

Modell der zellulären Gefahrenreaktion (CDR)

Das Modell der zellulären Gefahrenreaktion (CDR) beschreibt Stoffwechselwege, die Umwelt- und genetische Stressoren mit veränderter Entwicklung und ASS in Zusammenhang bringen. Die CDR erstreckt sich vom Zeitpunkt der Stressbelastung nach außen und folgt verschiedenen Veränderungen der metabolischen, entzündlichen, autonomen, endokrinen und neurologischen Reaktionen auf diese Verletzungen oder Belastungen.

ASD tritt häufiger nach CDR auf, wenn Stressoren im Fötus oder in der frühen Kindheit auftreten. Diese Stressoren betreffen vier Bereiche, die Teil der CDR sind: Mitochondrien, oxidativer Stress, angeborene Immunität und Mikrobiome. Extrazelluläres Adenosintriphosphat (eATP) ist ein grundlegender Regulator aller CDR-Signalwege.

ATP als Signalmolekül

ATP ist die Energiewährung aller Lebewesen auf der Erde. Etwa 90 % des ATP werden in den Mitochondrien erzeugt und in allen Stoffwechselwegen verwendet. Außerhalb der Zelle fungiert eATP als Botenstoff, der an Purin-reaktive Rezeptoren der Zelle bindet, um vor Gefahren zu warnen und eine allgemeine CDR-Reaktion auszulösen.

ATP im Stoffwechsel bei ASD

Ein gestörter Purinstoffwechsel und eine gestörte purinerge Signalgebung als Reaktion auf ATP wurden in experimentellen und Humanstudien identifiziert und durch Multiomics-Analysen bestätigt. Die Rolle von eATP ist entscheidend für mehrere Aspekte der neurologischen Entwicklung, die bei Autismus (ASS) verändert sind, darunter Mastzellen und Mikroglia, neuronale Sensibilisierung und Neuroplastizität.

Forschungsergebnisse

Säuglinge in der Prä-ASD- und der typisch entwickelten (TD-)Gruppe unterschieden sich nicht hinsichtlich ihrer Exposition gegenüber Umweltfaktoren während der Schwangerschaft und im Säuglingsalter. Etwa 50 % der Säuglinge in der Prä-ASD-Gruppe zeigten einen Entwicklungsrückgang, verglichen mit 2 % in der TD-Gruppe. Das Durchschnittsalter bei der Diagnose der ASS betrug 3,3 Jahre.

Die Metabolite waren in der Geburtskohorte mit Autismus überdurchschnittlich erhöht und stiegen im Alter von fünf Jahren im Vergleich zur Geburtskohorte weiterhin um mehr als die Hälfte an. Zu diesen Metaboliten gehörten Stressmoleküle und das Purin 7-Methylguanin, das neu gebildete mRNA umhüllt.

Die Studienergebnisse bestätigen, dass ASS mit Stoffwechselprofilen einhergeht, die sich von denen normal entwickelter Kinder unterscheiden und je nach Alter, Geschlecht und Schwere der Erkrankung variieren. Diese Veränderungen spiegeln sich in der anormalen Neurobiologie von ASS wider.

Zusammengefasst deuten die Daten darauf hin, dass eine fehlende Umkehrung des Purin-Netzwerks auch eine fehlende Umkehrung des GABAergen Netzwerks zur Folge hat. Der Verlust hemmender Verbindungen verringert die natürliche Dämpfung und ermöglicht dadurch eine übermäßige Erregbarkeit der Kalzium-Signalgebung im RAS-Netzwerk.

Zukünftige Forschung könnte diese Erkenntnisse nutzen, um bessere Screening-Instrumente für Neugeborene und Säuglinge zu entwickeln, um diejenigen mit einem Risiko für ASS zu identifizieren. Dies könnte eine frühzeitige Erkennung und Intervention bei betroffenen Kindern ermöglichen, was letztlich zu besseren Behandlungsergebnissen und einer geringeren Prävalenz von ASS führen würde.