Diversi paralleli sono stati esplicitamente tracciati tra i meccanismi delle malattie dello sviluppo neurologico e la neurotossicità ambientale in recenti ricerche. In effetti, la letteratura fornisce ampie prove per percorsi correlati che provocano la morte delle cellule neuronali. Le sfide per l’intervento precoce e la prevenzione di tali condizioni debilitanti includono l’individuazione subclinica dell’insulto nelle popolazioni a rischio e la definizione degli obiettivi neurali specifici coinvolti nel processo. In questo contesto, studi sperimentali su modelli animali possono fornire dati preziosi per quanto riguarda la determinazione della vulnerabilità regionale e cellulare a particolari malattie dello sviluppo neurologico e l’identificazione e la gestione di biomarcatori clinici.
marcatori di stress Ossidativo
I risultati del presente studio ha rivelato un aumento significativo di MD, un importante marker di stress ossidativo, con una concomitante diminuzione della catalasi, GSH e GPX nel cervello omogeneati del PA-ratti trattati, che ha corroborato il ruolo dello stress ossidativo nell’eziologia dell’autismo (Tabella 1). Quest’ultima scoperta è in accordo con i risultati precedentemente descritti che riportano che mentre la lipossidazione dei globuli rossi è due volte più alta tra i bambini autistici rispetto ai controlli abbinati all’età, GSH, GPX e catalasi sono significativamente più bassi .
Zoroglu et al. 2004 attribuito antiossidante diminuisce a ridurre la produzione o maggiori tassi di consumo, che implica una maggiore vulnerabilità del cervello autistico agli ossidanti. I risultati sono anche in linea con un recente studio sulle regioni del cervello che ha riportato un aumento significativo dei livelli di idroperossido lipidico nel cervelletto e nella corteccia temporale dei bambini autistici . Risultati simili sono stati registrati anche per il modello animale di MacFabe et al. che ha mostrato elevati perossidi lipidici e livelli più bassi di GSH, attività GPX e GRX, insieme alla tipica disabilità cognitiva, comportamento ripetitivo, comportamento diretto all’oggetto e comportamento sociale nei ratti a cui la PA è stata somministrata per via intraventricolare .
I risultati hanno anche rivelato un aumento di CK e una diminuzione di LDH, due enzimi legati al metabolismo energetico (Tabella 2). Questi risultati sono in linea con i risultati di un precedente studio di Al-Mosalim et al. ciò ha riportato livelli più bassi di ATP nei globuli rossi insieme ad attività elevate di lattato e CK nel plasma di bambini autistici sauditi rispetto ai controlli di età corrispondente. Inoltre, l’attivazione del cervello CK osservato nel presente studio potrebbe essere facilmente relative a un aumento significativo dell’attività della Na+/K+ Atpasi e Ca2+Mg2+ Atpasi e la marcata diminuzione dell’espressione di mitocondriale catena di trasporto degli elettroni (ETC) complessi in diverse regioni del cervello di soggetti autistici rispetto ai loro controlli age-matched e suggerisce il contributo di questi enzimi per l’abnorme di energia del circuito di funzionamento dell’autismo .
Marcatori del profilo lipidico
C’è un crescente interesse per la recente ricerca sui potenziali ruoli dell’acido docosaesanoico (DHA) dell’acido grasso polinsaturo n-3 e dell’acido eicosapentaenoico (EPA) per quanto riguarda la struttura del cervello, la funzione e la salute mentale negli esseri umani . Il DHA è il PUFA più abbondante nei fosfolipidi della membrana cerebrale, che è indicativo del suo ruolo nella fluidità della membrana e nelle attività metaboliche e neurali associate. Infatti, il DHA è particolarmente concentrato nelle sinapsi neurali, siti di segnalazione dei neurotrasmettitori. L’acido arachidonico Omega-6 PUFA (AA) è anche abbondante nel cervello, riflettendo un ruolo chiave nella struttura e nella funzione del cervello. Allo stesso modo, il precursore AA, l’acido gamma-linolenico (yLA) e il precursore n-3 DHA EPA sono tutti considerati svolgere ruoli chiave nel funzionamento del cervello, specialmente attraverso la sintesi di eicosanoidi che hanno proprietà antinfiammatorie, anti-trombotiche e vasodilatatorie . Per quanto riguarda il presente studio, i risultati hanno indicato correlazioni simili tra i livelli di PA e acidi acetici come acidi grassi a catena corta e catena lunga (LC)-PUFA negli omogenati cerebrali di entrambi i gruppi di ratti trattati e non trattati (Tabella 3). Si potrebbe facilmente osservare che, mentre la PA e gli acidi acetici erano significativamente elevati, la LC-PUFA era significativamente diminuita negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA rispetto a quelli dei controlli non trattati. Sulla base di questa osservazione, l’esaurimento registrato per la maggior parte dei livelli di LC-PUFA potrebbe presumibilmente essere attribuito alla disfunzione cerebrale nei pazienti autistici e suggerisce che l’integrazione dietetica con LC-PUFA potrebbe aiutare nella gestione delle difficoltà comportamentali e di apprendimento infantili legate all’autismo.
Inoltre, e considerando il fatto che il cervello è spesso segnalato per essere in grado di sintetizzare solo pochi acidi grassi e che la maggior parte degli acidi grassi deve, di conseguenza, passare attraverso il sangue nel cervello , i dati ottenuti in questo senso potrebbero essere facilmente collegati all’autismo. Infatti, El-Ansary et al. precedentemente fornito collegamenti plausibili che hanno correlato l’insorgenza di PA inferiore nel plasma di pazienti autistici a livelli elevati di PA nel loro cervello. Hanno attribuito il PA plasma inferiore all’alto tasso di afflusso dal sangue al cervello. Infatti, e rispetto ad altri acidi grassi, il propionato è stato precedentemente segnalato per attraversare il BBB con un indice di assorbimento cerebrale di 43,53 e un valore Km basso di 2,03 . Poiché più basso è il Km, maggiore è l’affinità dei trasportatori per i substrati, un indice di assorbimento del 43,53% e un valore Km di 2,03 sono sufficienti per facilitare la penetrazione del propionato nella cellula cerebrale, il che potrebbe spiegare l’elevazione della PA negli omogenati cerebrali dei ratti trattati. Infatti, i dati ottenuti dalla somministrazione intraventricolare di PA ai ratti, come quelli presentati nel modello animale di MacFabe et al. , potrebbe fornire i mezzi per modellare un certo numero di aspetti relativi all’ASD umano nei ratti. I dati generati da studi su modelli animali in cui la PA viene somministrata per via orale potrebbero, d’altra parte, fornire prove dell’importanza del percorso gut-to-brain nell’eziopatologia dell’autismo e aprire nuove opportunità per lo sviluppo di approcci farmaceutici e/o nutrizionali fattibili per il trattamento e la prevenzione dell’autismo.
I fosfolipidi arricchiti in acidi grassi insaturi (fosfatidiletanolammina (PE), fosfatidilserina (PS) e fosfatidilcolina (PC)) sono stati spesso segnalati come essenziali per la normale funzione neurologica del cervello. Infatti, la neurodegenerazione è stata precedentemente attribuita al metabolismo anormale dei fosfolipidi nel cervello . La composizione del fosfolipide della membrana degli eritrociti inoltre è stata indicata per correlare con la composizione del fosfolipide del cervello e per essere un indicatore potenzialmente utile per le malattie neurologiche . I fosfolipidi esaminati nel presente lavoro, vale a dire PE, PS e PC, erano significativamente più bassi negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA rispetto a quelli del gruppo di controllo non trattato (Tabella 4). Questo potrebbe essere attribuito a una serie di caratteristiche autistiche, in particolare quelle relative allo stress ossidativo e alle risposte infiammatorie, due meccanismi che sono stati spesso segnalati per svolgere ruoli critici nella fisiopatologia dell’autismo. Questo risultato è anche in linea con i risultati precedentemente riportati da Pandey et al. mostrando che i fosfolipidi omega-6, come il PC, hanno mostrato proprietà antinfiammatorie attraverso l’inibizione del TNFa e della chinasi proteica attivata da mitogeno indotta da H2O2 (MAPK) nella linea cellulare neuronale SH-SY5Y e hanno impedito la fosforilazione e l’attivazione del fattore nucleare-kappa B (NF-kappaB). L’esaurimento significativo di PE cerebrale, PC e PS negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA è anche in accordo con i risultati recentemente riportati da El-Ansary et al. l’oms ha descritto una deplezione simile in termini di quei fosfolipidi nel plasma dei pazienti autistici rispetto ai controlli corrispondenti all’età. Queste deplezioni dei fosfolipidi cerebrali, così come il contributo implicito della neurotossicità PA nell’eziopatologia dell’autismo, sono anche coerenti con l’ipotesi precedentemente avanzata da Brown e Austin che ha proposto il metabolismo disregolato dei fosfolipidi come componente biologica sottostante dell’autismo.
Marcatori correlati alla neuroinfiammazione
Diversi rapporti in letteratura suggeriscono che una combinazione di fattori di rischio ambientali e, possibilmente, in utero e autoimmuni o infiammazione localizzata del SNC può contribuire alla patogenesi dell’ASD . I risultati del presente studio dimostrano chiaramente l’elevazione di IL-6, TNFa e IFNy negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA (Tabella 5). Ciò potrebbe fornire supporto per il contributo della neurotossicità PA, come fattore ambientale e prodotto metabolico dei batteri enterici, alla patogenesi dell’autismo, che è in linea con i risultati riportati in diversi studi clinici relativi alle citochine cerebrali autistiche. Li et al. ha, ad esempio, sviluppato un metodo di citometria a flusso (multiplexed bead analysis) per misurare i livelli di citochine negli estratti cerebrali (corteccia cerebrale). Hanno dimostrato che le citochine proinfiammatorie (TNFa, IL-6 e fattore stimolante la colonia dei granulociti macrofagi), la citochina Th1 (IFNy) e la chemochina (IL-8) sono state significativamente aumentate nel cervello dei pazienti con ASD rispetto a quelle dei controlli che potrebbero, presumibilmente, suggerire una funzione conservata della PA nell’eziologia delle caratteristiche autistiche. Un recente studio di Ashood et al. ha riferito che, rispetto ai bambini in via di sviluppo tipicamente abbinati all’età e ai bambini con disabilità dello sviluppo diverse dall’autismo, i bambini autistici sono stati notati per subire aumenti dei livelli di citochine associati a una comunicazione più compromessa e comportamenti aberranti. Allo stesso modo, la neuroinfiammazione registrata per il gruppo di ratti a cui la PA è stata somministrata per via orale è coerente con i risultati di un recente studio di MacFabe et al. che ha mostrato, attraverso l’analisi immunoistochimica dei tessuti cerebrali da ratti iniettati intracerebroventricolarmente PA, una notevole astrogliosi reattiva e microglia attivata, fornendo così prove per una risposta neuroinfiammatoria innata.
Marcatori correlati alla neurotrasmissione
Più linee di evidenza hanno suggerito che il sistema gabaergico è interrotto nel cervello di individui con autismo e che l’inibizione alterata all’interno della rete potrebbe influenzare la capacità di percepire le espressioni emotive . In effetti, i risultati del presente lavoro hanno rivelato marcate diminuzioni dei livelli di GABA, serotonina e dopamina negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA. La diminuzione registrata per la serotonina cerebrale e la dopamina è, infatti, in disaccordo con un precedente studio di Narita et al. che ha riportato un aumento della serotonina ippocampale e dei livelli di dopamina della corteccia frontale dei ratti a cui talidomide e acido valproico sono stati somministrati come due potenziali teratogeni che inducono l’autismo. Questa discrepanza potrebbe essere attribuita a differenze legate all’età. Infatti, mentre gli animali nel lavoro di Narita et al. sono stati dati questi due teratogeni nei giorni embrionali (E) 2, E4, E7, E9 ed E11, il presente studio ha sperimentato con cuccioli di ratto di 21 giorni. Diminuzioni simili sono state precedentemente riportate in diversi studi di imaging sul legame del trasportatore della serotonina o sulla ritenzione del triptofano in pazienti autistici, come il lavoro di Azmitia et al. che ha riportato una diminuzione del sistema serotoninergico cerebrale dei pazienti autistici e ha fornito prove immunocitochimiche per un aumento degli assoni 5-idrossitriptofano (5-HT) (immunoreattivi al trasportatore 5-HT) dei tessuti cerebrali post – mortem prelevati da donatori autistici da 2,8 a 29 anni rispetto ai controlli sani. Nei donatori autistici di età pari o superiore a otto anni, sono stati rilevati diversi tipi di assoni distrofici 5-HT nei campi di terminazione . Inverno et al. hanno anche riportato una diminuzione simile della serotonina e della dopamina a seguito di infezione virale prenatale, potenzialmente modellando interruzioni che si verificano in pazienti con schizofrenia e autismo.
La diminuzione registrata nel presente studio per quanto riguarda la dopamina è anche coerente con lo studio precedente di Garnier et al. che ha registrato un aumento della dopamina idrossilasi e dell’acido omovanillicico (HVA) nei bambini autistici e ha riportato il coinvolgimento della disfunzione della dopamina nella produzione di sintomi autistici. Infine, la riduzione osservata di adrenalina e noradrenalina è coerente con la diminuzione registrata della dopamina, come neurotrasmettitore vitale per le normali funzioni nel cervello e funge da precursore di entrambi .
Marcatori correlati a pro-apoptosi
La Tabella 7 mostra livelli elevati di caspasi-3, un marker pro-apoptotico e HSP70 come proteina indotta da stress negli omogenati cerebrali dei ratti trattati con PA rispetto ai controlli. Un simile aumento di caspasi-3 è stato recentemente riportato da Olczak et al. l’oms ha fornito prove per un aumento di caspasi-3 nello sviluppo del cervello di ratto come effetti neurotossici del thimerosal, un composto mercuriale coinvolto nell’eziopatologia dell’autismo. Questo aumento potrebbe essere attribuito alla disfunzione mitocondriale, alla rottura del BBB e/o all’apoptosi, che sono marcatori neurotossici della PA. Stao et al. ha riferito che l’interruzione di BBB è un evento precoce che è spesso seguito da un aumento dell’espressione e dell’apoptosi di HSP70. Ipotizzano che l’acido 3-nitropropionico danneggi le cellule endoteliali, portando ad edema vasogenico e apoptosi. I risultati del presente lavoro sembrano corroborare tale speculazione, dando prova di un aumento altamente significativo della lunghezza della coda, del momento della coda (saggio del DNA della cometa) e della frammentazione del DNA nei ratti trattati con PA rispetto ai controlli non trattati (Tabella 7 e Figura 1).
Delle 402 correlazioni di Pearson tra i 32 parametri misurati, solo quelle che rappresentano le correlazioni significative tra MD come marker di stress ossidativo, un importante meccanismo di neurotossicità PA, e gli altri parametri sono mostrati nelle figure 2 e 3. Si può facilmente notare che esistono associazioni positive tra MD cerebrale e acidi grassi a catena corta (PA e acido acetico), marcatori proinfiammatori (TNFa, INFy, IL-6 e HSP70) e marcatori pro-apoptotici (caspase3, lunghezza della coda del DNA e momento). Sono state osservate correlazioni negative tra MD e GPX, GSH, acidi grassi a catena lunga e neurotrasmettitori (GABA, 5-HT, dopamina, adrenalina e nor-adrenalina). Ciò può suggerire che l’aumento dello stress ossidativo, uno stato recentemente segnalato per esercitare un significato sia eziologico che clinico nell’autismo, è il meccanismo più importante della neurotossicità PA.
Dei 32 parametri studiati, solo 11 mostrano sensibilità e specificità notevolmente elevate (> 80%) come misurato dall’analisi ROC (dati non mostrati). I valori di AUC di (0,688-1) sono statisticamente soddisfacenti per suggerire questi parametri (elencati nella Tabella 8) come marcatori di neurotossicità PA.
Nel complesso, l’eziologia suggerita delle caratteristiche autistiche nei ratti somministrati per via orale PA, così come i soggetti del presente studio, potrebbe trovare supporto nello studio più recente di Ossenkopp et al. che ha dimostrato che la somministrazione intraperitoneale di 500 mg/kg di PA potrebbe produrre sia l’evitamento del gusto condizionato che l’evitamento del posto condizionato nei ratti come due comportamenti autistici. Inoltre, ha fornito ampie prove per gli effetti neurotossici conservati della PA durante lo sviluppo del cervello di ratto, suggerendo così che questa tossina batterica enterica e l’additivo alimentare commercializzato possono essere considerati come una componente epigenetica significativa che può contribuire ai tassi allarmanti con cui l’autismo sta aumentando. Inoltre, la PA somministrata per via orale utilizzata nel presente studio potrebbe indicare connessioni tra l’asse intestino-cervello e la patogenesi dell’autismo e, a sua volta, le potenziali opportunità promettenti che tali collegamenti possono offrire per approcci farmaceutici e/o nutrizionali per il trattamento e la prevenzione dell’autismo.