En investigaciones recientes se han trazado varios paralelismos explícitamente entre los mecanismos de las enfermedades del neurodesarrollo y la neurotoxicidad ambiental. De hecho, la literatura proporciona amplia evidencia de vías interrelacionadas que resultan en muerte celular neuronal. Los desafíos para la intervención temprana y la prevención de tales condiciones debilitantes incluyen la detección subclínica de insult en poblaciones en riesgo y la definición de los objetivos neuronales específicos involucrados en el proceso. En este contexto, los estudios experimentales sobre modelos animales pueden proporcionar datos valiosos para la determinación de la vulnerabilidad regional y celular a determinadas enfermedades del neurodesarrollo y la identificación y el manejo de biomarcadores clínicos.
Marcadores de estrés oxidativo
Los hallazgos del presente estudio revelaron un aumento significativo de DM, un marcador significativo de estrés oxidativo, con una disminución concomitante de catalasa, GSH y GPX en los homogeneizados cerebrales de las ratas tratadas con AP, lo que corroboró el papel del estrés oxidativo en la etiología del autismo (Tabla 1). Este último hallazgo está de acuerdo con los resultados descritos anteriormente que informan que, si bien la lipoxidación de glóbulos rojos es dos veces mayor entre los niños autistas que en los controles de la misma edad, la GSH, la GPX y la catalasa son significativamente más bajas .
Zoroglu et al. 2004 atribuyó la disminución de antioxidantes a una menor producción o mayores tasas de consumo, lo que implica una mayor vulnerabilidad del cerebro autista a los oxidantes. Los hallazgos también están en línea con un estudio reciente sobre regiones cerebrales que reportó un aumento significativo de los niveles de hidroperóxido lipídico en el cerebelo y la corteza temporal de niños autistas . También se registraron resultados similares para el modelo animal de MacFabe et al. que mostraron peróxidos lipídicos elevados y niveles más bajos de GSH, actividades de GPX y GRX, junto con discapacidad cognitiva típica, comportamiento repetitivo, comportamiento dirigido a objetos y comportamiento social en ratas a las que se administró PA intraventricular .
Los resultados también revelaron un aumento de la CK y una disminución de la LDH, dos enzimas relacionadas con el metabolismo energético (Tabla 2). Estos resultados están en línea con los hallazgos de un estudio previo de Al-Mosalim et al. eso informó de niveles más bajos de ATP en los glóbulos rojos junto con actividades elevadas de lactato y CK en el plasma de niños autistas saudíes en comparación con los controles de la misma edad. Además, la activación de la CK cerebral observada en el presente estudio podría estar fácilmente relacionada con los aumentos significativos en las actividades de Na+/K+ ATPasa y Ca2+/Mg2+ ATPasa y la marcada disminución en la expresión de los complejos de la cadena de transporte de electrones mitocondrial (ETC) en diferentes regiones del cerebro de los sujetos autistas en comparación con sus controles compatibles con la edad, y sugiere la contribución de estas enzimas al funcionamiento anormal del circuito de energía en el autismo .
Marcadores de perfil lipídico
Hay un interés creciente en las investigaciones recientes sobre las funciones potenciales del ácido graso poliinsaturado n-3 (PUFA), el ácido docosahexanoico (DHA) y el precursor ácido eicosapentaenoico (EPA) con respecto a la estructura, la función y la salud mental del cerebro en los seres humanos . El DHA es el PUFA más abundante en los fosfolípidos de la membrana cerebral, lo que es indicativo de su papel en la fluidez de la membrana y las actividades metabólicas y neuronales asociadas. De hecho, el DHA está particularmente concentrado en las sinapsis neuronales, sitios de señalización de neurotransmisores. El ácido araquidónico omega-6 PUFA (AA) también es abundante en el cerebro, lo que refleja un papel clave en la estructura y la función del cerebro. Del mismo modo, se considera que el precursor AA, el ácido gamma-linolénico (yLA) y el precursor n-3 DHA EPA juegan un papel clave en el funcionamiento cerebral, especialmente a través de la síntesis de eicosanoides que tienen propiedades antiinflamatorias, antitrombóticas y vasodilatadoras . En lo que respecta al presente estudio, los hallazgos indicaron correlaciones similares entre los niveles de PA y ácidos acéticos que los ácidos grasos de cadena corta y los PUFA de cadena larga (LC) en los homogeneizados cerebrales de los grupos de ratas tratados y no tratados (Tabla 3). Se pudo observar fácilmente que, mientras que la PA y los ácidos acéticos estaban significativamente elevados, los PUFA-LC disminuyeron significativamente en los homogeneizados cerebrales de las ratas tratadas con PA en comparación con los controles no tratados. Con base en esta observación, el agotamiento registrado para la mayoría de los niveles de PUFA de LC podría presumiblemente atribuirse a la disfunción cerebral en los pacientes autistas y sugiere que la suplementación dietética con PUFA de LC podría ayudar en el manejo de las dificultades de comportamiento y aprendizaje infantiles relacionadas con el autismo.
Además, y teniendo en cuenta el hecho de que a menudo se informa que el cerebro es capaz de sintetizar solo unos pocos ácidos grasos y que la mayoría de los ácidos grasos deben, en consecuencia, pasar a través de la sangre al cerebro , los datos obtenidos a este respecto podrían vincularse fácilmente al autismo. De hecho, El-Ansary et al. previamente se proporcionaron vínculos plausibles que relacionaban la aparición de PA más baja en el plasma de pacientes autistas con niveles elevados de PA en su cerebro. Atribuyeron la PA plasmática más baja a la alta tasa de flujo de sangre al cerebro. De hecho, y en comparación con otros ácidos grasos, se informó previamente que el propionato cruzaba el BBB con un índice de captación cerebral de 43,53 y un valor Km bajo de 2,03 . Dado que cuanto menor es el Km, mayor es la afinidad de los transportadores por los sustratos, entonces un índice de absorción de 43,53% y un valor de Km de 2,03 son suficientes para facilitar la penetración de propionato en la célula cerebral, lo que podría explicar la elevación de PA en los homogeneizados cerebrales de las ratas tratadas. De hecho, los datos obtenidos de la administración intraventricular de AP a ratas, como los presentados en el modelo animal de MacFabe et al. , podría proporcionar los medios para modelar una serie de aspectos relacionados con el TEA humano en ratas. Los datos generados a partir de estudios de modelos animales en los que se administra PA por vía oral podrían, por otro lado, proporcionar evidencia de la importancia de la vía intestinal al cerebro en la etiopatología del autismo y abrir nuevas oportunidades para el desarrollo de enfoques farmacéuticos y/o nutricionales viables para el tratamiento y la prevención del autismo.
Los fosfolípidos enriquecidos en ácidos grasos insaturados (fosfatidiletanolamina (PE), fosfatidilserina (PS) y fosfatidilcolina (PC)) a menudo se han reportado como esenciales para la función neurológica normal del cerebro. De hecho, la neurodegeneración se atribuía previamente al metabolismo anormal de los fosfolípidos en el cerebro . También se ha demostrado que la composición del fosfolípido de la membrana de los eritrocitos se correlaciona con la composición del fosfolípido cerebral y es un marcador potencialmente útil para enfermedades neurológicas . Los fosfolípidos estudiados en el presente trabajo, es decir, PE, PS y PC, fueron significativamente más bajos en los homogeneizados cerebrales de ratas tratadas con AP que en los del grupo de control no tratado (Tabla 4). Esto podría atribuirse a una serie de características autistas, en particular las relacionadas con el estrés oxidativo y las respuestas inflamatorias, dos mecanismos que a menudo se ha informado que desempeñan un papel crítico en la fisiopatología del autismo. Este resultado también está en línea con los hallazgos previamente reportados por Pandey et al. mostrando que los fosfolípidos omega-6, como el PC, exhiben propiedades antiinflamatorias a través de la inhibición de la proteína quinasa activada por mitógenos inducida por TNFa y H2O2 (MAPK) en la línea celular neuronal SH-SY5Y y previenen la fosforilación y activación del factor nuclear kappa B (NF-kappaB). El agotamiento significativo de PE, PC y PS en el cerebro en los homogeneizados cerebrales de ratas tratadas con PA también está de acuerdo con los hallazgos recientemente reportados por El-Ansary et al. la oms describió una depleción similar en términos de esos fosfolípidos en el plasma de pacientes autistas en comparación con los controles de la misma edad. Estas disminuciones de fosfolípidos cerebrales, así como la contribución implícita de la neurotoxicidad de la AP en la etiopatología del autismo, también son consistentes con la hipótesis previamente avanzada por Brown y Austin que proponía el metabolismo desregulado de los fosfolípidos como el componente biológico subyacente del autismo.
Marcadores relacionados con la neuroinflamación
Varios informes en la literatura sugieren que una combinación de factores de riesgo ambientales y, posiblemente, intrauterinos y autoinmunes o inflamación localizada en el SNC puede contribuir a la patogénesis de los TEA . Los hallazgos del presente estudio demuestran claramente la elevación de IL-6, TNFa e IFNy en los homogeneizados cerebrales de ratas tratadas con AP (Tabla 5). Esto podría apoyar la contribución de la neurotoxicidad de la AP, como factor ambiental y producto metabólico de las bacterias entéricas, a la patogénesis del autismo, lo que está en línea con los hallazgos reportados en varios estudios clínicos relacionados con citocinas cerebrales autistas. Li et al. ha desarrollado, por ejemplo, un método de citometría de flujo (análisis de cuentas multiplexadas) para medir los niveles de citoquinas en extractos cerebrales (corteza cerebral). Mostraron que las citoquinas proinflamatorias (TNFa, IL-6 y factor estimulante de colonias de macrófagos de granulocitos), la citoquina Th1 (IFNy) y la quimioquina (IL-8) aumentaron significativamente en los cerebros de los pacientes con TEA en comparación con los de los controles, lo que podría, presumiblemente, sugerir una función conservada de la AP en la etiología de las características autistas. Un estudio reciente de Ashood et al. se informó de que, en comparación con los niños de desarrollo típico de la misma edad y los niños con discapacidades del desarrollo distintas del autismo, se observó que los niños autistas experimentaban aumentos en los niveles de citoquinas que se asociaban con una comunicación más deficiente y comportamientos aberrantes. Asimismo, la neuroinflamación registrada para el grupo de ratas a las que se administró PA por vía oral es consistente con los hallazgos de un estudio reciente de MacFabe et al. que mostró, a través del análisis inmunohistoquímico de tejidos cerebrales de ratas inyectadas con PA intracerebroventricular, una astrogliosis reactiva notable y microglia activada, proporcionando así evidencia de una respuesta neuroinflamatoria innata.
Marcadores relacionados con la neurotransmisión
Múltiples líneas de evidencia han sugerido que el sistema gabaérgico se interrumpe en los cerebros de las personas con autismo y que la inhibición alterada dentro de la red probablemente influya en la capacidad de percibir expresiones emocionales . De hecho, los hallazgos del presente trabajo revelaron disminuciones marcadas en los niveles de GABA, serotonina y dopamina en los homogeneizados cerebrales de ratas tratadas con PA. La disminución registrada para la serotonina y la dopamina en el cerebro está, de hecho, en desacuerdo con un estudio previo de Narita et al. que reportó un aumento en los niveles de serotonina del hipocampo y dopamina de la corteza frontal de ratas a las que se administraron talidomida y ácido valproico como dos teratógenos potenciales inductores de autismo. Esta discrepancia podría atribuirse a diferencias relacionadas con la edad. De hecho, mientras que los animales en el trabajo de Narita et al. se les administraron esos dos teratógenos en días embrionarios (E) 2, E4, E7, E9 y E11, el presente estudio experimentó con crías de rata de 21 días de edad. Se notificaron previamente disminuciones similares en varios estudios de imagen sobre la unión al transportador de serotonina o la retención de triptófano en pacientes autistas, como el trabajo de Azmitia et al. que informó sobre una disminución en el sistema de serotonina cerebral de pacientes autistas y proporcionó evidencia inmunocitoquímica de un aumento en los axones de 5-hidroxitriptófano (5-HT) (transportador inmunorreactivo a 5-HT) de tejidos cerebrales post mortem tomados de donantes autistas de 2,8 a 29 años en comparación con controles sanos. En donantes autistas de ocho años o más, se detectaron varios tipos de axones distróficos de 5-HT en los campos de terminación . Winter et al. también han reportado una disminución similar en la serotonina y la dopamina después de la infección viral prenatal, lo que podría modelar las interrupciones que ocurren en pacientes con esquizofrenia y autismo.
La disminución registrada en el presente estudio con respecto a la dopamina también es consistente con el estudio anterior de Garnier et al. que registró niveles elevados de dopamina hidroxilasa y ácido homovanílico (AVH) en niños autistas y notificó la participación de disfunción dopaminérgica en la producción de síntomas autistas. Finalmente, la reducción observada de adrenalina y noradrenalina es consistente con la disminución registrada de dopamina, como neurotransmisor vital para las funciones normales en el cerebro y sirve como precursor de ambos .
Marcadores relacionados con la proapoptosis
La tabla 7 muestra niveles elevados de caspasa-3, un marcador proapoptótico, y HSP70 como proteína inducida por estrés en homogeneizados cerebrales de ratas tratadas con AP en comparación con los controles. Un aumento similar en caspasa-3 ha sido reportado recientemente por Olczak et al. la OMS proporcionó pruebas de un aumento de la caspasa-3 en el desarrollo de cerebros de ratas como efectos neurotóxicos del timerosal, un compuesto mercurial involucrado en la etiopatología del autismo. Este aumento podría atribuirse a la disfunción mitocondrial, la interrupción de la BBB y/o la apoptosis, que son marcadores neurotóxicos de AP. Stao et al. se informó que la disrupción de BBB es un evento temprano que a menudo es seguido por una mayor expresión de HSP70 y apoptosis. Especulan que el ácido 3-nitropropionico daña las células endoteliales, lo que lleva a edema vasogénico y apoptosis. Los hallazgos del presente trabajo parecen corroborar dicha especulación, dando evidencia de un aumento muy significativo en la longitud de la cola, el momento de la cola (ensayo de ADN de cometa) y la fragmentación del ADN en ratas tratadas con PA en comparación con los controles no tratados (Tabla 7 y Figura 1).
De las 402 correlaciones de Pearson entre los 32 parámetros medidos, solo las que representan las correlaciones significativas entre la DM como marcador de estrés oxidativo, un mecanismo importante de neurotoxicidad de la AP, y los otros parámetros se muestran en las Figuras 2 y 3. Se puede notar fácilmente que hay asociaciones positivas entre DM cerebral y ácidos grasos de cadena corta( PA y ácido acético), marcadores proinflamatorios (TNFa, INFy, IL-6 y HSP70) y marcadores proapoptóticos (caspase3, longitud de cola de ADN y momento). Se observaron correlaciones negativas entre MD y GPX, GSH, ácidos grasos de cadena larga y neurotransmisores (GABA, 5-HT, dopamina, adrenalina y nor-adrenalina). Esto puede sugerir que el aumento del estrés oxidativo, un estado que recientemente se informó que ejerce una importancia etiológica y clínica en el autismo, es el mecanismo más importante de la neurotoxicidad de la AP.
De los 32 parámetros estudiados, solo 11 muestran una sensibilidad y especificidad notablemente altas (>80%) medidas mediante el análisis ROC (datos no mostrados). Los valores de AUC de (0,688 a 1) son estadísticamente satisfactorios para sugerir estos parámetros (enumerados en la Tabla 8) como marcadores de neurotoxicidad de la AP.
En general, la etiología sugerida de las características autistas en ratas AP administradas por vía oral, al igual que los sujetos del presente estudio, podría encontrar apoyo en el estudio más reciente de Ossenkopp et al. que mostró que la administración intraperitoneal de 500 mg/kg de AP podría producir evitación condicionada del sabor y evitación condicionada del lugar en ratas como dos comportamientos autistas. Además, proporcionó amplia evidencia de los efectos neurotóxicos conservados de la AP durante el desarrollo de cerebros de ratas, lo que sugiere que esta toxina bacteriana entérica y aditivo alimentario comercializado puede considerarse un componente epigenético significativo que puede contribuir a las alarmantes tasas con las que aumenta el autismo. Además, la AP administrada por vía oral utilizada en el presente estudio podría apuntar a conexiones entre el eje intestino-cerebro y la patogénesis del autismo y, a su vez, a las oportunidades prometedoras potenciales que esos vínculos pueden ofrecer para enfoques farmacéuticos y/o nutricionales para el tratamiento y la prevención del autismo.