In neueren Forschungen wurden explizit mehrere Parallelen zwischen Mechanismen neurologischer Entwicklungskrankheiten und Umweltneurotoxizität gezogen. In der Tat liefert die Literatur reichlich Beweise für miteinander verbundene Wege, die zum Tod neuronaler Zellen führen. Zu den Herausforderungen für die frühzeitige Intervention und Prävention solcher schwächenden Zustände gehören die subklinische Erkennung von Insult in gefährdeten Populationen und die Definition der spezifischen neuronalen Ziele, die an dem Prozess beteiligt sind. In diesem Zusammenhang können experimentelle Studien an Tiermodellen wertvolle Daten zur Bestimmung der regionalen und zellulären Anfälligkeit für bestimmte neurologische Entwicklungskrankheiten sowie zur Identifizierung und zum Management klinischer Biomarker liefern.
Oxidative Stressmarker
Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigten einen signifikanten Anstieg von MD, einem signifikanten Marker für oxidativen Stress, mit einer gleichzeitigen Abnahme von Katalase, GSH und GPX in den Gehirnhomogenaten der PA-behandelten Ratten, was die Rolle von oxidativem Stress in der Ätiologie von Autismus bestätigte (Tabelle 1). Dieser letztere Befund stimmt mit den zuvor beschriebenen Ergebnissen überein, dass die Lipoxidierung roter Blutkörperchen bei autistischen Kindern doppelt so hoch ist wie bei altersübereinstimmten Kontrollen, GSH, GPX und Katalase jedoch signifikant niedriger sind .
Zoroglu et al. 2004 zugeschrieben Antioxidans sinkt auf niedrigere Produktion oder höhere Verbrauchsraten, was eine größere Anfälligkeit des autistischen Gehirns für Oxidationsmittel impliziert. Die Ergebnisse stimmen auch mit einer kürzlich durchgeführten Studie über Hirnregionen überein, in der ein signifikanter Anstieg der Lipidhydroperoxidspiegel im Kleinhirn und im temporalen Kortex autistischer Kinder berichtet wurde . Ähnliche Ergebnisse wurden auch für das Tiermodell von MacFabe et al. die erhöhte Lipidperoxide und niedrigere GSH-Spiegel, GPX- und GRX-Aktivitäten sowie typische kognitive Behinderungen, repetitives Verhalten, objektgerichtetes Verhalten und soziales Verhalten bei Ratten zeigten, denen PA intraventrikulär verabreicht wurde .
Die Ergebnisse zeigten auch einen Anstieg der CK und eine Abnahme der LDH, zwei Enzyme, die mit dem Energiestoffwechsel zusammenhängen (Tabelle 2). Diese Ergebnisse stimmen mit den Ergebnissen einer früheren Studie von Al-Mosalim et al. das berichtete über niedrigere ATP-Spiegel in roten Blutkörperchen zusammen mit erhöhten Laktat- und CK-Aktivitäten im Plasma von saudischen autistischen Kindern im Vergleich zu altersgerechten Kontrollen. Darüber hinaus könnte die in der vorliegenden Studie beobachtete Aktivierung von Gehirn-CK leicht mit dem signifikanten Anstieg der Aktivitäten von Na + / K + -ATPase und Ca in Verbindung gebracht werden2 + / Mg2 + ATPase und die deutliche Abnahme der Expression von mitochondrialen Elektronentransportketten (ETC) -Komplexen in verschiedenen Regionen des Gehirns autistischer Probanden im Vergleich zu ihren altersgerechten Kontrollen und deutet auf den Beitrag dieser Enzyme zum abnormalen Energiekreislauf bei Autismus hin .
Lipidprofilmarker
Es besteht ein wachsendes Interesse an neueren Forschungen zu den potenziellen Rollen der mehrfach ungesättigten n-3-Fettsäure (PUFA) Docosahexansäure (DHA) und der Vorstufe Eicosapentaensäure (EPA) in Bezug auf die Struktur, Funktion und psychische Gesundheit des Gehirns beim Menschen . DHA ist der am häufigsten vorkommende PUFA in Gehirnmembranphospholipiden, was auf seine Rolle bei der Membranfluidität und den damit verbundenen metabolischen und neuronalen Aktivitäten hinweist. Tatsächlich ist DHA besonders an neuronalen Synapsen konzentriert, Stellen der Neurotransmittersignalisierung. Omega-6-PUFA-Arachidonsäure (AA) ist auch im Gehirn reichlich vorhanden und spielt eine Schlüsselrolle bei der Struktur und Funktion des Gehirns. Ebenso wird angenommen, dass der AA-Vorläufer, die Gamma-Linolensäure (yLA) und der n-3-DHA-Vorläufer EPA eine Schlüsselrolle bei der Gehirnfunktion spielen, insbesondere bei der Synthese von Eicosanoiden mit entzündungshemmenden, antithrombotischen und vasodilatatorischen Eigenschaften . In Bezug auf die vorliegende Studie zeigten die Ergebnisse ähnliche Korrelationen zwischen den Konzentrationen von PA und Essigsäuren als kurzkettige Fettsäuren und langkettige (LC) -PUFA in den Gehirnhomogenaten sowohl der behandelten als auch der unbehandelten Gruppe von Ratten (Tabelle 3). Es konnte leicht beobachtet werden, dass während PA und Essigsäuren signifikant erhöht waren, die LC-PUFA in den Gehirnhomogenaten der mit PA behandelten Ratten im Vergleich zu denen der unbehandelten Kontrollen signifikant erniedrigt waren. Basierend auf dieser Beobachtung könnte die Erschöpfung, die für die meisten LC-PUFA-Spiegel aufgezeichnet wurde, vermutlich auf die Hirnfunktionsstörung bei autistischen Patienten zurückzuführen sein und legt nahe, dass eine Nahrungsergänzung mit LC-PUFA bei der Behandlung der Verhaltens- und Lernschwierigkeiten im Zusammenhang mit Autismus im Kindesalter helfen könnte.
In Anbetracht der Tatsache, dass das Gehirn häufig in der Lage ist, nur wenige Fettsäuren zu synthetisieren, und dass die meisten Fettsäuren dementsprechend durch das Blut in das Gehirn gelangen müssen , könnten die diesbezüglich erhaltenen Daten leicht mit Autismus in Verbindung gebracht werden. Eigentlich, El-Ansary et al. zuvor plausible Verbindungen, die das Auftreten von niedrigeren PA im Plasma von autistischen Patienten mit erhöhten PA-Spiegeln in ihrem Gehirn in Verbindung brachten. Sie führten die niedrigere Plasma-PA auf die hohe Zuflussrate vom Blut zum Gehirn zurück. In der Tat und im Vergleich zu anderen Fettsäuren wurde zuvor berichtet, dass Propionat die BBB mit einem Gehirnaufnahmeindex von 43,53 und einem niedrigen Km-Wert von 2,03 kreuzt . Da je niedriger der Km, desto höher die Affinität der Transporter zu den Substraten ist, reichen ein Aufnahmeindex von 43,53% und ein Km-Wert von 2,03 aus, um das Eindringen von Propionat in die Gehirnzelle zu erleichtern, was die Erhöhung von PA in den Gehirnhomogenaten der behandelten Ratten erklären könnte. Tatsächlich wurden die Daten aus der intraventrikulären Verabreichung von PA an Ratten erhalten, wie sie im Tiermodell von MacFabe et al. , könnte die Mittel zur Verfügung stellen, um eine Reihe von Aspekten zu modellieren, die sich auf menschliche ASD bei Ratten beziehen. Daten aus Tiermodellstudien, in denen PA oral verabreicht wird, könnten auf der anderen Seite Hinweise auf die Bedeutung des Darm-Hirn-Weges in der Ätiopathologie von Autismus und eröffnen neue Möglichkeiten für die Entwicklung machbarer pharmazeutischer und / oder ernährungsphysiologischer Ansätze zur Behandlung und Prävention von Autismus.
Es wurde oft berichtet, dass Phospholipide, die mit ungesättigten Fettsäuren angereichert sind (Phosphatidylethanolamin (PE), Phosphatidylserin (PS) und Phosphatidylcholin (PC)), für die normale neurologische Funktion des Gehirns essentiell sind. Tatsächlich wurde die Neurodegeneration zuvor auf einen abnormalen Metabolismus von Phospholipiden im Gehirn zurückgeführt . Es wurde auch gezeigt, dass die Zusammensetzung des Erythrozytenmembranphospholipids mit der Zusammensetzung des Gehirnphospholipids korreliert und ein potenziell nützlicher Marker für neurologische Erkrankungen ist . Die in der vorliegenden Arbeit untersuchten Phospholipide, nämlich PE, PS und PC, waren in den Gehirnhomogenaten von PA-behandelten Ratten signifikant niedriger als in denen der unbehandelten Kontrollgruppe (Tabelle 4). Dies könnte auf eine Reihe von autistischen Merkmalen zurückzuführen sein, insbesondere auf solche, die mit oxidativem Stress und Entzündungsreaktionen zusammenhängen, zwei Mechanismen, von denen oft berichtet wurde, dass sie eine kritische Rolle in der Pathophysiologie von Autismus spielen. Dieses Ergebnis steht auch im Einklang mit den zuvor von Pandey et al. es wurde gezeigt, dass Omega-6-Phospholipide wie PC entzündungshemmende Eigenschaften durch die Hemmung von TNFa und H2O2-induzierter mitogenaktivierter Proteinkinase (MAPK) in der neuronalen Zelllinie SH-SY5Y zeigten und die Phosphorylierung und Aktivierung von Kernfaktor-Kappa verhinderten B (NF-kappaB). Die signifikante Depletion von Gehirn-PE, PC und PS in den Gehirnhomogenaten von PA-behandelten Ratten stimmt ebenfalls mit den kürzlich von El-Ansary et al. die Who beschrieb eine ähnliche Depletion dieser Phospholipide im Plasma autistischer Patienten im Vergleich zu altersgerechten Kontrollen. Diese Depletionen von Gehirnphospholipiden sowie der implizite Beitrag der PA-Neurotoxizität zur Ätiopathologie des Autismus stimmen auch mit der Hypothese überein, die Brown und Austin zuvor aufgestellt hatten und die einen dysregulierten Phospholipidstoffwechsel als zugrunde liegende biologische Komponente des Autismus vorschlugen.
Neuroinflammationsbezogene Marker
Mehrere Berichte in der Literatur legen nahe, dass eine Kombination von Umwelt- und möglicherweise in utero- und Autoimmunrisikofaktoren oder lokalisierten Entzündungen des ZNS zur Pathogenese von ASD beitragen kann . Die Ergebnisse der vorliegenden Studie zeigen deutlich die Erhöhung von IL-6, TNFa und IFNy in den Gehirnhomogenaten von PA-behandelten Ratten (Tabelle 5). Dies könnte den Beitrag der PA-Neurotoxizität als Umweltfaktor und Stoffwechselprodukt enterischer Bakterien zur Pathogenese von Autismus unterstützen, was mit den Ergebnissen mehrerer klinischer Studien im Zusammenhang mit autistischen Gehirnzytokinen übereinstimmt. In: Li et al. hat beispielsweise eine Durchflusszytometriemethode (Multiplexed Bead Analysis) zur Messung des Zytokinspiegels in Extrakten des Gehirns (Großhirnrinde) entwickelt. Sie zeigten, dass proinflammatorische Zytokine (TNFa, IL-6 und Granulozyten-Makrophagen-Kolonie-stimulierender Faktor), Th1-Zytokine (IFNy) und Chemokine (IL-8) im Gehirn von ASD-Patienten im Vergleich zu denen von Kontrollen signifikant erhöht waren, was vermutlich auf eine konservierte Funktion von PA in der Ätiologie autistischer Merkmale hindeuten könnte. Eine aktuelle Studie von Ashood et al. es wurde berichtet, dass im Vergleich zu altersgerechten, sich typischerweise entwickelnden Kindern und Kindern mit anderen Entwicklungsstörungen als Autismus bei autistischen Kindern ein Anstieg der Zytokinspiegel festgestellt wurde, der mit einer stärkeren Beeinträchtigung der Kommunikation und einem abweichenden Verhalten einherging. Ebenso stimmt die Neuroinflammation, die für die Gruppe von Ratten aufgezeichnet wurde, denen PA oral verabreicht wurde, mit den Ergebnissen einer kürzlich durchgeführten Studie von MacFabe et al. die durch die immunhistochemische Analyse von Hirngeweben von intracerebroventrikulär PA-injizierten Ratten eine bemerkenswerte reaktive Astrogliose und aktivierte Mikroglia zeigten und somit Hinweise auf eine angeborene neuroinflammatorische Reaktion lieferten.
Mehrere Evidenzlinien deuten darauf hin, dass das GABAerge System im Gehirn von Personen mit Autismus gestört ist und dass eine veränderte Hemmung innerhalb des Netzwerks wahrscheinlich die Fähigkeit beeinflusst, emotionale Ausdrücke wahrzunehmen . Tatsächlich zeigten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit eine deutliche Abnahme der GABA-, Serotonin- und Dopaminspiegel in den Gehirnhomogenaten von PA-behandelten Ratten. Die Abnahme von Serotonin und Dopamin im Gehirn stimmt in der Tat nicht mit einer früheren Studie von Narita et al. überein. die einen Anstieg der hippocampalen Serotonin- und frontalen Cortex-Dopaminspiegel von Ratten berichteten, denen Thalidomid und Valproinsäure als zwei potenzielle Autismus-induzierende Teratogene verabreicht wurden. Diese Diskrepanz könnte auf altersbedingte Unterschiede zurückzuführen sein. In der Tat, während die Tiere in der Arbeit von Narita et al. wurden diese beiden Teratogene an embryonalen Tagen (E) 2, E4, E7, E9 und E11 verabreicht, experimentierte die vorliegende Studie mit 21 Tage alten Rattenwelpen. Ähnliche Abnahmen wurden zuvor in mehreren bildgebenden Studien zur Serotonintransporterbindung oder Tryptophanretention bei autistischen Patienten berichtet, wie die Arbeit von Azmitia et al. die über eine Abnahme des Serotoninsystems im Gehirn autistischer Patienten berichteten und immunzytochemische Nachweise für einen Anstieg der 5-Hydroxytryptophan (5-HT) -Axone (immunreaktiver bis 5-HT-Transporter) von postmortalen Hirngeweben lieferten, die von 2,8- bis 29-jährigen autistischen Spendern im Vergleich zu gesunden Kontrollen entnommen wurden. Bei autistischen Spendern im Alter von acht Jahren und älter wurden verschiedene Arten von dystrophischen 5-HT-Axonen in den Terminationsfeldern nachgewiesen . Winter et al. haben auch eine ähnliche Abnahme von Serotonin und Dopamin nach einer pränatalen Virusinfektion berichtet, was möglicherweise zu Störungen führt, die bei Patienten mit Schizophrenie und Autismus auftreten.
Die in der vorliegenden Studie festgestellte Abnahme in Bezug auf Dopamin stimmt auch mit der früheren Studie von Garnier et al. das registrierte erhöhte Dopaminhydroxylase und Homovanillinsäure (HVA) bei autistischen Kindern und berichtete über die Beteiligung von Dopamin-Dysfunktion an der Produktion von autistischen Symptomen. Schließlich steht die beobachtete Reduktion von Adrenalin und Noradrenalin im Einklang mit der aufgezeichneten Abnahme von Dopamin als lebenswichtigem Neurotransmitter für normale Funktionen im Gehirn und dient als Vorläufer von beiden .
Pro-Apoptose-verwandte Marker
Tabelle 7 zeigt erhöhte Spiegel von Caspase-3, einem pro-apoptotischen Marker, und HSP70 als stressinduziertes Protein in Gehirnhomogenaten von PA-behandelten Ratten im Vergleich zu Kontrollen. Ein ähnlicher Anstieg der Caspase-3 wurde kürzlich von Olczak et al. die Who lieferte Beweise für einen Anstieg von Caspase-3 in der Entwicklung von Rattengehirnen als neurotoxische Wirkungen von Thimerosal, einer Quecksilberverbindung, die an der Ätiopathologie von Autismus beteiligt ist. Dieser Anstieg könnte auf mitochondriale Dysfunktion, Störung der BBB und / oder Apoptose zurückzuführen sein, die neurotoxische Marker für PA sind. Stao et al. es wurde berichtet, dass eine BBB-Störung ein frühes Ereignis ist, auf das häufig eine erhöhte HSP70-Expression und Apoptose folgt. Sie spekulieren, dass 3-Nitropropionsäure Endothelzellen schädigt, was zu vasogenen Ödemen und Apoptose führt. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit scheinen solche Spekulationen zu bestätigen und geben Hinweise auf eine hochsignifikante Zunahme der Schwanzlänge, des Schwanzmoments (Comet-DNA-Assay) und der DNA-Fragmentierung bei PA-behandelten Ratten im Vergleich zu den unbehandelten Kontrollen (Tabelle 7 und Abbildung 1).
Von den 402 Pearson-Korrelationen zwischen den 32 gemessenen Parametern sind in den Abbildungen 2 und 3 nur diejenigen dargestellt, die die signifikanten Korrelationen zwischen MD als Marker für oxidativen Stress, einem Hauptmechanismus der PA-Neurotoxizität, und den anderen Parametern darstellen. Es kann leicht festgestellt werden, dass es positive Assoziationen zwischen Gehirn MD und kurzkettigen Fettsäuren (PA und Essigsäure), proinflammatorischen Markern (TNFa, INFy, IL-6 und HSP70) und pro-apoptotischen Markern (caspase3, DNA-Schwanzlänge und Moment) gibt. Negative Korrelationen wurden zwischen MD und GPX, GSH, langkettigen Fettsäuren und Neurotransmittern (GABA, 5-HT, Dopamin, Adrenalin und Nor-Adrenalin) beobachtet. Dies könnte darauf hindeuten, dass erhöhter oxidativer Stress, ein Status, von dem kürzlich berichtet wurde, dass er sowohl ätiologische als auch klinische Bedeutung bei Autismus ausübt, der wichtigste Mechanismus der PA-Neurotoxizität ist.
Von den 32 untersuchten Parametern zeigen nur 11 eine bemerkenswert hohe Sensitivität und Spezifität (> 80%), gemessen durch ROC-Analyse (Daten nicht gezeigt). AUC-Werte von (0,688 bis 1) sind statistisch zufriedenstellend, um diese Parameter (in Tabelle 8 aufgeführt) als Marker für die PA-Neurotoxizität nahezulegen.
Insgesamt konnte die vorgeschlagene Ätiologie autistischer Merkmale bei Ratten, denen PA oral verabreicht wurde, wie die Probanden der vorliegenden Studie, in der jüngsten Studie von Ossenkopp et al. was zeigte, dass 500 mg / kg intraperitoneale Verabreichung von PA sowohl konditionierte Geschmacksvermeidung als auch konditionierte Platzvermeidung bei Ratten als zwei autistische Verhaltensweisen hervorrufen konnte. Darüber hinaus lieferte es reichlich Beweise für die konservierten neurotoxischen Wirkungen von PA während der Entwicklung von Rattengehirnen, was darauf hindeutet, dass dieses magensaftresistente bakterielle Toxin und der kommerzialisierte Lebensmittelzusatzstoff als eine signifikante epigenetische Komponente angesehen werden können, die zu den alarmierenden Raten beitragen kann, mit denen Autismus zunimmt. Darüber hinaus könnte die oral verabreichte PA, die in der vorliegenden Studie verwendet wird, auf Verbindungen zwischen der Darm-Hirn-Achse und der Pathogenese von Autismus hinweisen und wiederum auf die potenziellen vielversprechenden Möglichkeiten, die diese Verbindungen für pharmazeutische und / oder ernährungsphysiologische Ansätze zur Behandlung und Prävention von Autismus bieten können.