Разработана модель для диагностики РАС по микробиому кишечника

Расстройства аутистического спектра (РАС) — это гетерогенная группа нарушений нейроразвития. Считается, что причиной РАС являются генетические факторы в сочетании с влиянием окружающей среды. Исследования последних десяти лет говорят о том, что микробиом кишечника воздействует на центральную нервную систему (ЦНС) человека напрямую и путем регуляции нейроиммунных сетей. Предположительно, существует связь между микроорганизмами, обитающими в кишечнике человека, и риском развития РАС.

Данная гипотеза подтверждается результатами доклинических исследований, согласно которым микробиом детей с РАС отличается от нормы и развивается иначе, чем у их нейротипичных ровесников. Мыши, лишенные собственной микробиоты и получившие фекальную микробиоту от людей с РАС, начинали демонстрировать характерное для РАС поведение, а перенос фекальной микробиоты от нейротипичных людей детям с РАС приводил к улучшению их состояния.

Ученые из Китайского университета Гонконга и коллабораторы использовали технологии метагеномного секвенирования для изучения различных микроорганизмов, населяющих кишечник человека — архей, грибов, вирусов и бактерий. Всего в проекте участвовали 1627 детей в возрасте 1–13 лет, фенотипическая характеристика каждого участника включала в себя 236 факторов.

Для решения разных задач исследования были сформированы пять независимых когорт, из них в три вошли дети с РАС. Для внешней валидации были использованы ранее опубликованные результаты секвенирования фекальных образцов 237 детей. В состав двух дополнительных когорт без РАС вошли дети с синдромом дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) и дети с атопическим дерматитом — оба этих распространенных заболевания связаны с изменениями микробиома кишечника.

Исследование фекальных образцов показало, что у детей с РАС разнообразие микроорганизмов было ниже, чем у нейротипичных детей. По численности 14 видов архей, 51 вида бактерий, семи видов грибов и 18 видов вирусов дети с РАС отличались от нейротипичных ровесников; показатель относительной численности для 80 из 90 идентифицированных видов микроорганизмов был ниже у детей с РАС. Разница была особенно заметна в отношении бактерий: у детей с РАС практически не было Streptococcus thermophilus и бактерий, вырабатывающих короткоцепочечные жирные кислоты (Bacteroides sp. PHL2737 и Lawsonibacter asaccharolyticus), а также Weissella confuse и W. сibaria.

Среди проанализированных факторов диагноз РАС сильнее остальных влиял на метаболические пути микробиома и метагеном. Авторы выявили 12 метаболических путей, девять из которых угнетались у детей с РАС, а три, напротив, активировались. Например, при РАС хуже работали пути биосинтеза убихинола 7 и тиаминдифосфата, а также ГАМК-шунт, характерный для нервной ткани. При этом известно, что убихинол является антиоксидантом и приводит к улучшению состояния детей с РАС, угнетение синтеза тиаминдифосфата связано с РАС и другими расстройствами психики, а ГАМК — основной тормозной нейромедиатор ЦНС млекопитающих, который также связан с РАС.

Исследователи задались целью определить, какие характеристики микробиома кишечника наиболее показательны для выявления детей с РАС, и включить их в прогностическую модель. Оказалось, что модель на основе анализа метаболических путей микробиома является наиболее эффективной для выявления РАС (AUC, то есть площадь под кривой ошибок, равняется 0,87), за ней по эффективности следует анализ метагенома (AUC 0,86), бактериального состава (AUC 0,85), состава архей (AUC 0,76), грибов (AUC 0,74) и вирусов (AUC 0,68). Однако лучшие прогностические результаты показала комплексная модель, объединяющая отдельные модели и учитывающая 31 характеристику микробиома (AUC 0,91). Это значит, что панель из 31 маркера фекального микробиома является потенциально эффективным неинвазивным инструментов для диагностики РАС.

Проверка разработанной комплексной модели на одной из когорт показала следующие результаты: AUC 0,87, чувствительность 91% и специфичность 73%. Высокие значения был достигнуты и при проверке модели в других когортах. При проверке в когортах без РАС были получены следующие данные: в группе с СДВГ AUC 0,51, в группе с атопическим дерматитом AUC 0,58, доля ложноположительных результатов составила 8,7%. Это означает, что разработанная модель является специфичной для диагностики РАС.

По словам ученых, можно утверждать, что диета влияет на микробиом детей с РАС, однако качественные и количественные изменения микробиома, связанные с РАС, не исчезают даже после того, как был учтен фактор питания. Это значит, что нельзя считать РАС-ассоциированный дисбактериоз только результатом потребления тех или иных продуктов. Исследователи считают, что их комплексная модель может использоваться для диагностики РАС.

Микробиом кишечника регулирует «функциональную архитектуру» расстройств аутистического спектра