Abstract

1. Introducere

Tulburarea din spectrul autist (TSA) este un grup complex de tulburări de dezvoltare caracterizate prin interacțiuni sociale și comunicare afectate împreună cu comportamente repetitive și restrictive. Dintre TSA, autismul reprezintă tipul principal. Studii epidemiologice recente au raportat rate de prevalență la populația generală de 58-67 / 10.000 [ 1 ] și o incidență de 1 din 68 de copii în 2012 în Statele Unite, sugerând că TSA afectează multe familii și reprezintă o problemă gravă de sănătate publică. Au fost asociați diferiți factori cu dezvoltarea TSA, inclusiv factori genetici și de mediu, cum ar fi deficiențe nutriționale sau supraîncărcări, expunerea la viruși, erori în timpul închiderii tubului neural embrionar, sisteme imune disfuncționale și alergii [ 2 , 3]. Fundalul genetic al TSA este complex și include gene implicate în dezvoltarea sistemului nervos central (SNC) [ 3 ]. Peste 100 de gene și regiuni genomice au fost implicate în etiologia TSA și un număr mai mare de gene (350-400) pot conferi susceptibilitate la autism [ 4 , 5 ]. Dovezile acumulate au evidențiat rolul factorilor de mediu, despre care se crede că joacă un rol mult mai important în TSA decât se presupunea anterior [ 6 , 7 ].

Chiar dacă etiopatogeneza exactă a TSA este slab înțeleasă, în ultimele decenii, cercetările au arătat interacțiunea dintre microbiota intestinală și creier la pacienții cu autism sau alte boli neuropsihiatrice. Un număr considerabil de subiecți cu TSA au disfuncții gastrointestinale semnificative, în special obiceiurile modificate ale intestinului și durerea abdominală cronică, care însoțesc modificările lor neurologice [ 8 ]. Simptomele gastrointestinale (GI) ale persoanelor cu TSA par să se coreleze puternic cu severitatea TEA lor [ 9 ].

Microbiota, o comunitate microbiană de trilioane de microorganisme și cel puțin 1000 de specii bacteriene diferite, puține ciuperci eucariote și viruși, care acoperă fiecare suprafață a corpului uman, joacă un rol contributiv în multe infecții, tulburări mediată imun, boli reumatologice și tulburări a sistemului nervos [ 10 , 11 , 12 ]. Microbiomul, în schimb, este colecția întregii secvențe de genom a acelor microorganisme, constând din mai mult de 5.000.000 de gene [ 13 , 14]. Microbiota intestinală este strict legată de vârsta cronologică a fiecărui individ și modulează fiziologia și metabolismul gazdei prin diferite mecanisme. Rolul microbiotei în sănătate și boală este la fel de crucial pe cât este de complex. Modificările microbiotei intestinale comensale normale duc la o creștere a microbilor patogeni care distrug atât homeostazia microbiană, cât și cea a gazdei. Acest dezechilibru microbian este cunoscut sub numele de disbioză și a fost raportat pe scară largă ca fiind un factor cheie al disregulării multiple a sistemului observat în patogeneza afecțiunilor cardiovasculare metabolice, neuroimune și neurobehaviourale [ 15 , 16 , 17]. Modificarea comunității microbiene intestinale contribuie la fiziopatologia multor afecțiuni gastrointestinale, cum ar fi bolile inflamatorii intestinale, bolile funcționale intestinale, alergiile alimentare, obezitatea și bolile hepatice [ 18 ]. Mai mult, studii recente au sugerat că modificările compoziției microbiotei intestinale (de exemplu, disbioză) la copiii cu TSA pot contribui atât la simptomele gastrointestinale, cât și la cele ale SNC [ 19 , 20 ]. Astfel, cercetările s-au concentrat asupra modificărilor microbiotei intestinale ca factor de risc la persoanele care sunt predispuse genetic la TSA; se consideră că aceste modificări ale microbiotei intestinale influențează riscul de ASD prin influențarea sistemului imunitar și a metabolismului [ 21 , 22 ].

În ultimii ani, mai multe studii au arătat modificări semnificative în compoziția microbiotei intestinale la copiii cu TSA [ 23 , 24 ] și au sugerat că simptomele GI în TSA pot fi o manifestare a procesului inflamator de bază [ 25 ]. În special, disbioza este asociată cu o perturbare a barierei mucoasei care duce la creșterea permeabilității intestinale a peptidelor exogene de origine dietetică sau a peptidelor neurotoxice de origine bacteriană (cum ar fi lipopolizaharida (LPS)) [ 22 ] și la producerea citokinelor inflamatorii [ 25]. ]. Într-adevăr, microbiota intestinală și metaboliții înrudiți joacă un rol crucial în așa-numita „axă intestin-creier” [ 26 , 27 ,28 , 29 ], o rețea fiziologică complexă bidirecțională de comunicare între creier și intestin [ 27 , 30 , 31 ]: perturbarea mecanismelor neuronale, endocrine și metabolice care sunt implicate în semnalizarea intestinului-SNC pare a fi implicată în tulburările neuropsihiatrice , inclusiv autismul și TSA [ 22]. În această lucrare, analizăm dovezile disbiozei în TSA, concentrându-ne pe posibila legătură dintre tulburările gastro-intestinale, inflamația și simptomele neurocomportamentale la copiii cu autism. În cele din urmă, am discutat abordările terapeutice actuale. Originalitatea manuscrisului nostru este analiza necesității de a lua în considerare sau nu importanța tulburărilor gastrointestinale la copiii cu TSA. PubMed a fost utilizat pentru a căuta toate studiile publicate în ultimii 15 ani (de la 1 ianuarie 2003 până la 31 decembrie 2018) folosind cuvintele cheie „autism”, „intestin” și „microbiotă” sau „microbiom”. Au fost găsite aproximativ 250 de articole. Doar cele publicate în limba engleză și care au investigat tulburările neurologice generale, în special tulburările din spectrul autist, au fost incluse în evaluare.

2. Microbiota intestinală

Intestinul uman este locuit de câteva trilioane de microorganisme care trăiesc într-o relație simbiotică cu gazda și reprezintă aproximativ 1 kg din greutatea intestinului [ 32 ]. Colecția tuturor microorganismelor care trăiesc în intestinul uman, cum ar fi multe specii diferite de bacterii cunoscute, viruși, ciuperci, protozoare și arhee, se numește microbiota [ 33 ]. Genomul microbiotei, incluzând atât genele, cât și produsele genetice, este definit ca microbiomul [ 34 ]. Microbiota intestinală adultă sănătoasă este compusă din 4 filuri majore care reprezintă împreună mai mult de 90% din populația totală de bacterii [ 35 ]: Bacteroidete (Gram negative, cum ar fi Bacteroides șiGenuri Prevotella ), Firmicutes (bacterii Gram pozitive aerobice și anaerobe, cum ar fi Lactobacillus , Clostridium și Ruminococcus ), Proteobacteria (de exemplu, speciile Enterobacter ) și Actinobacteria (de exemplu, Bifidobacterium ), urmate de filele minore Fusobacteria și Verrucomicrobia [ 35 ].

Parteneriatul dintre microorganisme și gazdă este esențial pentru sănătate și supraviețuire. În primul rând, microbiota intestinală oferă o barieră împotriva proliferării organismelor patogene și acționează sinergic pentru a metaboliza toxine, medicamente și compuși dietetici și pentru a furniza substanțe nutritive esențiale [ 36 ]. Funcțiile microbiomului intestinal includ producerea de metaboliți precum butiratul sau acidul lactic care pot avea efecte benefice asupra gazdei datorită proprietăților lor antiinflamatorii, antitumigenice și antimicrobiene [ 37 ]. Mai mult, dovezi recente au arătat că microbiomul este implicat în maturarea și funcționalitatea sistemului imunitar adaptiv al gazdei [ 38]. Dezvoltarea și funcția SNC sunt, de asemenea, influențate de producția de metaboliți microbieni [ 35 ]. Un studiu experimental pe animale a arătat că absența microbiotei în timpul vieții timpurii crește căile transcripționale în amigdala, o regiune a creierului implicată în emoții, anxietate și comportamente sociale [ 39 ].

Compoziția microbiotei intestinale variază foarte mult de la naștere până la vârsta adultă. Date recente sugerează că colonizarea inițială a intestinului fătului poate avea loc înainte de naștere în timpul vieții intrauterine prin colonizarea placentară [ 40 ]; apoi, colonizarea ulterioară are loc în timpul nașterii după trecerea prin vagin [ 41 ] sau, în cazul operației cezariene, după contactul cu microbii din mediu [ 35 ]. Alți factori postnatali, cum ar fi terapia cu antibiotice, infecțiile, alăptarea față de hrana cu formulă, stresul, dieta și genetica gazdei, determină compoziția microbiomului [ 42 , 43 , 44 ].

3. Disbioză în tulburarea spectrului autist

O dietă maternă bogată în grăsimi în timpul sarcinii modifică microbiota la nou-născuți și ar putea fi asociată cu TSA la om [ 45 ]. Alăptarea este asociată cu un risc mai scăzut de TSA dacă se continuă timp de 6 luni, în timp ce sugarii hrăniți cu formulă prezintă o reprezentare mai mare a Clostridium difficile în intestin [ 46 , 47 ]. Tratamentele cu antibiotice, chiar dacă sunt întreprinse pentru o perioadă scurtă, pot induce modificări de lungă durată ale microbiotei intestinale, atât la om, cât și la modelele animale [ 48 , 49 ]. Yassour și colab. a demonstrat că copiii tratați cu antibiotice în primii 3 ani de viață au compoziții diferite de microbiomi intestinali [ 50], în timp ce Korpela și colegii săi au arătat că o modificare de lungă durată a microbiotei intestinale la copii după un curs de antibiotice macrolide poate fi asociată cu obezitatea și astmul [ 48 ]. Disbioza intestinală este raportată în mai multe afecțiuni, cum ar fi defecte imunologice, boala Crohn, obezitate, boală inflamatorie intestinală (IBD) și comportamente anormale la copii (inclusiv cei cu TSA) [ 27 , 38 , 51 , 52 ].

Modificări în compoziția microbiotei și a metaboliților săi au fost demonstrate atât la modelele animale de TSA cât și la copii cu TSA, precum și la cei cu tulburare de dezvoltare omniprezentă - nespecificată altfel (PDD-NOS) [ 22 , 28 , 44 , 53 ] . La șoareci, administrarea medicamentului antiepileptic acid valproic (VPA) la femeie în timpul sarcinii induce comportamente sociale asemănătoare autismului și diferențe în filul Firmicutes și Bacteroidetes la descendenți [ 54]. Microbiomul enteric al copiilor cu autism este diferit de cel al fraților neurotipici și al controalelor sănătoase și s-au observat diferențe și între persoanele cu boală autistă (AD) și celelalte ASD care nu îndeplinesc toate criteriile de diagnostic ale AD (de exemplu, PDD -NOS) [ 22 ]. Microflora crescută și diversitatea microbiană redusă caracterizează microbiota intestinală a ASD; această combinație de factori poate duce la creșterea excesivă a bacteriilor dăunătoare contribuind la severitatea simptomelor autiste [ 55 , 56 ].

Prin pirosecvențierea microbiomului intestinal din probe fecale, au fost raportate niveluri mai scăzute ale firului Firmicutes cu o abundență relativ mai mare de bacteroidete [ 23 ]. Bacteroidetele sunt bacterii producătoare de acid gras cu lanț scurt (SFA), iar metaboliții lor, în special acidul propionic, pot influența comportamentul SNC și al autismului prin modularea axei intestin-creier [ 23 ]. De Angelis și colegii săi au demonstrat că abundența Firmicutes este mai mică în probele fecale ale copiilor cu autism decât în ​​probele fecale ale copiilor sănătoși, dar nu au fost observate diferențe între abundența la persoanele cu PDD-NOS și martori [ 22].]. De asemenea, au fost raportate scăderea nivelului genului Bifidobacterium , care ar putea avea un rol protector în autism prin proprietățile sale antiinflamatorii, precum și niveluri reduse de Prevotella, Coprococcus și Veillonellaceae , care sunt responsabile de digestia și fermentarea carbohidraților [ 56 , 57 ]. Lactobacillus, Clostridium, Desulfovibrio, Caloramator, Alistipes, Sarcina, Akkermansia, Sutterellaceae și Enterobacteriaceae s-au dovedit a fi mai abundente la copiii cu ASD și la controalele fraților decât la copiii sănătoși [ 22 , 24 , 55 , 58]. Desulfovibrio , un bacil anaerob care este rezistent la antibiotice comune, cum ar fi cefalosporinele, este mai frecvent la persoanele cu TSA [ 23 , 58 , 59 ]. Copiii cu autism au avut în mod semnificativ mai multe infecții ale urechii și li s-au administrat cantități mai mari de antibiotice decât copiii de control [ 58 ], iar acest lucru poate duce la o creștere excesivă a speciilor Desulfovibrio care produc factori virulenți importanți (adică lipopolizaharide) implicați în patogeneza comportamentelor sociale autiste [ 60 ]. Biopsiile duodenale luate de la pacienții cu TSA cu probleme gastrointestinale au relevat un nivel crescut al genului Sutterella, care este asociat cu metabolismul mucoasei, iar aceste date au fost confirmate de un alt studiu al scaunelor de la copii cu TSA [ 61 , 62 ]. Cu toate acestea, diferențele în compoziția microbiomului intestinal găsite de Finegold în 2010 nu par să fie semnificative statistic între controalele fraților și mai mulți subiecți cu autism. Deoarece există o cantitate mare de dovezi ale mai multor cazuri de TSA în familii, s-a propus că copiii autiști ar putea transmite microbiota lor fecală fraților sau colegilor lor, ceea ce coincide cu dezvoltarea autismului la copiii predispuși [ 23 ]. Dintre filul Firmicutes , creșterea excesivă a genului Clostridiumla copiii cu autism a fost documentată în mai multe studii [ 23 , 57 , 61 , 63 , 64 ]. Parracho și colab. a raportat o incidență mai mare a Clostridium histolyticum la copiii cu autism decât în ​​grupul de control al copiilor sănătoși, iar abundența Clostridium perfringens în scaunele copiilor cu autism a fost confirmată de alte câteva studii [ 24 , 57 , 63 , 64 ]. Posibilul rol al Clostridiumîn etiopatogenia autismului a fost propusă pentru prima dată în 1998 de Ellen Bolte, o mamă a unui copil cu autism regresiv, care a observat apariția modificărilor neurocomportamentale după cursuri repetate de antibiotice și diareea cronică în consecință [ 65 ]. Mai mult, ipoteza Clostridium ca factor de risc potențial pentru TSA a fost susținută de un studiu în care copiii cu autism regresiv au fost tratați cu un curs oral de 6 săptămâni de vancomicină (un antibiotic utilizat împotriva Clostridium ), care a dus la o îmbunătățire semnificativă a atât simptomele neurocomportamentale, cât și cele gastrointestinale [ 66]. Cu toate acestea, simptomele gastro-intestinale recurente și neurocomportamentale au apărut treptat după întreruperea tratamentului, posibil din cauza sporilor de Clostridium care au fost rezistenți la vancomicină și s-ar putea transforma în forme infecțioase mai târziu [ 65 , 67 ]. Clostridiaceae sunt, de asemenea, capabile să producă unii metaboliți, cum ar fi fenoli, p-crezol și derivați de indol, care sunt potențial toxici pentru oameni [ 68 ]; acești metaboliți au fost detectați în probe fecale ale copiilor cu PDD-NOS și în cantități chiar mai mari în probe de la copii cu AD [ 24]. Interesant, o recenzie recentă a postulat rolul glifosatului (GLY), un pesticid de mediu, în patogeneza autismului prin creșterea creșterii Clostridiei producătoare de toxine [ 69 ]. Într-adevăr, Clostridium perfringens și Clostridium botulinum sunt cunoscute ca fiind extrem de rezistente la GLY, spre deosebire de alte bacterii benefice precum Bifidobacterium și Lactobacillus . Astfel, nivelurile de mediu ale GLY pot influența în mod dăunător axa intestin-creier și pot contribui la patogeneza autismului prin alterarea microbiomului și producerea de toxine Clostridium [ 69 ].

Deoarece există dovezi că indivizii autiști au probleme de digerare și malabsorbție, un studiu recent a analizat microbiomul mucoasei duodenale la subiecții cu autism și nu a constatat diferențe în diversitatea bacteriană orală a microbiomului comparativ cu grupul de control sănătos, precum și nicio diferență în dizaharidază. activitate [ 70 ]. Microbiota orală a fost investigată recent, dar nu s-au găsit diferențe în bogăția și diversitatea microbiotei în probele salivare ale persoanelor cu AD și copii sănătoși. Cu toate acestea, la copiii cu TSA a fost observată o diversitate bacteriană minoră, dar statistic mai mică, comparativ cu martorii [ 71 ]. În special, o prevalență scăzută a Prevotella, un microorganism comensal implicat în metabolismul zaharidelor și în biosinteza vitaminelor [ 72 ], a fost detectat în probele salivare și dentare ale persoanelor cu TSA [ 71 ]. Întrucât se crede că pacienții cu autism au afectat digestia carbohidraților [ 61 ], refacerea deficitului relativ de Prevotella poate avea un potențial terapeutic pentru simptomele ASD [ 71 ].

Disbioza în TSA implică nu numai specii bacteriene, ci și drojdii, după cum sa raportat în studii recente [ 24 , 73 , 74 , 75 ]. Candida albicans gastrointestinală este de două ori mai abundentă la copiii cu TSA decât la indivizii normali și poate elibera amoniac și alte toxine, inducând comportamente autiste [ 74 , 75 ]. Cu toate acestea, rolul ciupercilor în TSA nu a fost clar elucidat și sunt necesare mai multe studii cu probe mari.

Pe scurt, deși au fost publicate multe studii privind disbioza în microbiota intestinală a persoanelor cu ASD, există încă puțin consens cu privire la compoziția exactă a microbiomului intestinal care este specifică persoanelor cu ASD, iar unele studii au descris rezultate opuse. Motivul posibil pentru aceste rezultate opuse poate fi lipsa de omogenitate în ceea ce privește vârsta, dieta, tratamentul farmacologic, zona geografică, comorbiditățile și severitatea simptomelor neurocomportamentale și gastro-intestinale la pacienții înscriși. De exemplu, microbiota fecală a persoanelor mai tinere conține proporțional mai puține bacteroidete comparativ cu cea a persoanelor în vârstă [ 76 ], iar profilul microbiomului poate varia în funcție de secțiunea tractului gastrointestinal din care a fost prelevată proba [59 ]. Prin urmare, pentru a compara și evalua corect rezultatele asupra microbiotei intestinale în TSA, sunt necesare studii pe grupuri omogene de pacienți.

4. Anomalii gastrointestinale în tulburarea spectrului autist și „ipoteza inflamației”

Ipoteza unei legături între întreruperea microbiotei intestinale și TSA a provenit din dovezile că copiii cu TSA pot avea tulburări gastrointestinale. Au fost raportate o gamă largă de anomalii GI, cum ar fi diaree, constipație, vărsături, probleme de hrănire, reflux și dureri abdominale [ 25 ]. Conform celor două studii recente, aproximativ 40% dintre pacienții cu TSA se plâng de simptome gastrointestinale [ 77 , 78 ] și, conform unei meta-analize clinice, tulburările funcționale GI apar mai des la copiii cu TSA decât la copiii sănătoși [ 79]. S-a emis ipoteza că prezența unei microbiote modificate asociate cu probleme gastrointestinale la un copil cu predispoziție genetică pentru TSA poate facilita exprimarea unui fenotip autist sau poate crește severitatea simptomelor neurocomportamentale [ 80 ]. Într-adevăr, copiii cu tulburări ASD și GI pot prezenta anxietate mai severă, iritabilitate și sevraj social, comparativ cu cei fără tulburări GI [ 81 ]. Severitatea simptomelor neurocomportamentale pare să crească riscul de a avea probleme gastrointestinale [ 77 ] și invers [ 9]]. În studiul CHARGE (CHildhood Autism Risks from Genetics and Environment), incidența anomaliilor gastro-intestinale a fost asociată cu comportamente mai consistente ale autismului, măsurate prin lista de verificare a comportamentului aberant. Pe de altă parte, severitatea autismului măsurată prin Lista de verificare a evaluării tratamentului cu autism (ATEC) a fost corelată cu un indice de severitate GI mai mare [ 79 ]. Există dovezi din ce în ce mai mari că tulburările gastrointestinale la copiii cu autism pot fi legate de disbioza intestinală din cauza stării inflamatorii [ 82 , 83 , 84 , 85 , 86 ] și a microbiotei fecale anormale atât la pacienții cu boli inflamatorii intestinale, cât și la copii cu TSA cu Tulburările GI sugerează această corelație.

Deși există încă puțin consens, unele studii au demonstrat diferite expresii ale markerilor de inflamație la copiii cu TSA [ 87 , 88 , 89 , 90 ], iar multe recenzii recente indică corelația dintre inflamație și disfuncție imună la copiii cu TSA cu comorbidități GI [ 25 , 81 , 85 ]. Prin compararea profilurilor transcriptomice ale biopsiilor intestinale de la copii cu ASD, colită ulcerativă (UC) și boala Crohn (CD), un grup de cercetători a arătat că profilul transcripțional al țesuturilor ileale și colonice la copiii cu ASD a fost similar cu cel al indivizilor cu boală inflamatorie intestinală [ 82]. Cu toate acestea, alte studii nu au găsit o creștere a calprotectinei fecale, lactoferinei, IgA secretoare sau elastazei la pacienții cu TSA comparativ cu copiii tipici [ 44 , 53 , 83 ]. Cu toate acestea, infiltrarea limfocitelor, monocitelor, celulelor naturale ucigașe și eozinofilelor a fost observată în țesuturile din biopsiile intestinale ale copiilor cu autism, precum și la persoanele cu alte boli, cum ar fi imunodeficiența și alergiile alimentare [ 25].]. O acumulare excesivă de produse finale avansate de glicație (AGE) a fost raportată în creierele cu autism. Prin interacțiunea lor cu RAGE-ul receptorilor putativi, vârstele pot promova neuroinflamarea, stresul oxidativ și degenerarea neuronală. Cu toate acestea, Boso și colegii săi au sugerat o inflamație sistemică ca urmare a disfuncției axei AGE-RAGE la copiii cu autism, cu niveluri mai ridicate de RAGE (adică, receptori pentru produse finale glicante avansate) și ligandul lor proinflamator S100A9 în sângele celor pacienți [ 84 ]. Un studiu recent a arătat că astrocitele derivate de la copii cu TSA au niveluri mai ridicate de citokine proinflamatorii comparativ cu neuronii derivați de control [ 85]], iar acest lucru ar putea contribui la dezvoltarea alterată a neuronilor și a sinapselor la copiii cu TSA [ 7