Аминокислоты мочи при аутизме

Для пациента и его родственников

Какую роль играют аминокислоты в процессах функционирования мозга?  Уровень каких аминокислот снижены в крови детей с аутизмом? 

Аминокислоты, строительные блоки пептидов и белков, играют важную роль в поддержании различных функций организма. Усвоение пищевых аминокислот облегчается многочисленными переносчиками аминокислот, при этом некоторые аминокислоты поступают непосредственно из пищи, а другие синтезируются эндогенно. Эти молекулы служат предшественниками для широкого спектра белков, эффективно внося вклад в процессы организма. Метаболизм аминокислот тесно регулируется желудочно-кишечной и мочевыделительной системами, в частности почками, которые играют жизненно важную роль в этом процессе. В частности, анализ мочи может предоставить ценную информацию о метаболических нарушениях или дисбалансе питания, учитывая состав из многочисленных метаболитов. Общепризнанно участие аминокислот, в развитии мозга, а также в возникновении и проявлении расстройств аутистического спектра (Zarkesh M., et.al., 2020). Аминокислоты играют важную роль, как в процессах  функционирования мозга, так и в качестве промежуточных продуктов метаболизма и материал для синтеза белка и как медиаторы межнейронной коммуникации. Нарушения метаболизма аминокислот способствуют появлению и выраженности симптомов, связанных с аутизмом. Например, при этом расстройстве наблюдалось снижение уровня незаменимых аминокислот, таких как лейцин, изолейцин и валин в плазме. Эти нарушения могут влиять на синтез белка, важный процесс в развитии и функционировании центральной нервной системы. Дефицит триптофана и низкий уровень серотонина способствуют возникновению тревожности и агрессии, наблюдаемых при аутизме.  Кроме того, аминокислоты играют важную роль в регуляции нейротрансмиттеров, так, например, γ-аминомасляная кислота и глутамат, два важнейших нейротрансмиттера в центральной нервной системе, регулируются уровнями других аминокислот. Более высокое количество глутамата, возбуждающей аминокислоты, может быть вовлечено в повторяющееся поведение и нарушения коммуникации, наблюдаемые при этом расстройстве.

Для врача

С какими показателями метаболизма коррелируют уровни аминокислот при психических расстройствах?  Какую роль играют аспарагиновая аминокислота, серин и глутамин в патогенезе расстройств аутистического спектра? 

Периферические концентрации некоторых аминокислот могут коррелировать с центральными функциями мозга, а изменения в биодоступности аминокислот и/или метаболизме нейротрансмиттеров могут способствовать патогенезу психических расстройств (Randazzo M., 2023).  Добавление незаменимых аминокислот ослабляет выраженность повторяющегося поведения и дефицит коммуникации у детей с расстройствами аутистического спектра. У детей с расстройством аутистического спектра метаболиты мочи могут отражать дисфункции различных путей, вовлеченных в этиологию расстройства, включая окислительный стресс, воспаление, митохондриальную дисфункцию и нарушение регуляции кишечного микробиома (Rossignol D.A., Frye R.E., 2012). Дети с аутизмом имеют более высокий уровень аспарагиновой кислоты по сравнению со своими сверстниками, причем аутичные мальчики демонстрировали особенно высокие значения. Дети с аутизмом в возрасте до 5 лет имели более высокий уровень аспарагиновой кислоты по сравнению со старшими аутичными детьми и контрольной группой. Аспарагиновая кислота, эндогенная аминокислота, выполняет различные нейроэндокринные функции и действует как предшественник нейротрансмиттеров, таких как N-метил-d-аспарагиновая кислота (NMDA), которая имеет решающее значение для развития и функционирования нервной системы (D’Aniello A., 2007).  Более того, аспарагинсинтетаза, превращающая аспартат в аспарагин, необходима для психического здоровья, а ее дефицит может привести к психоневрологическим симптомам, таким как судороги и умственная отсталость (Lomelino C., et.al., 2017). Глутамин, заменимая аминокислота, играет жизненно важную роль в метаболизме, клеточной целостности, синтезе белка и регуляции окислительно-восстановительного потенциала. Он также может влиять на метаболические пути и клеточные защитные механизмы, влияя на общий гомеостаз организма. Интересно, что низкие уровни глутамина в моче связаны с позитивным эффектом терапии симптомов аутистического спектра (Bent S.,et.al., 2018). Серин, другая незаменимая аминокислота, ниже у детей с аутизмом по сравнению с контрольной группой. Серин играет важную роль в синтезе белка, нейротрансмиссии, циклах фолиевой кислоты и метионина, и его дефицит может привести к дисфункциям нервной системы. 

Для исследователя

Изменения концентрации каких аминокислот исследовалось при расстройствах аутистического спектра в крови и моче? Какую роль играет пол в изменении уровней аминокислот при аутизме? Какую роль играют тирозин и ДОФА при аутизме? Почему как высокий, так и низкий уровни триптофана в моче связаны с аутизмом?

Уровни нейроактивных аминокислот в жидкостях организма (кровь, моча и т. д.), включая глутамат, глутамин, таурин, гамма-аминомасляную кислоту, глицин, триптофан и серин изучались при расстройствах аутистического спектра, но результаты, представленные в литературе, не являются окончательными (Zheng H., et.al., 2017). Исследование выявило  различия в уровнях глутамина, серина, гидроксипролина, тирозина, аспарагиновой кислоты и триптофана между здоровыми детьми и больными аутизмом/ Кроме того, были отмечены различия в зависимости от пола, с вариациями в уровнях серина, треонина и аспарагиновой кислоты, и в зависимости от возраста, с различиями в уровнях гистидина, треонина, пролина, валина, метионина, аспарагиновой кислоты, глутаминовой кислоты, альфа-аминоадипиновой кислоты, саркозина и бета-аланина. Значительные различия наблюдались в определенных аминокислотах среди мальчиков-аутистов в зависимости от возраста, включая аспарагиновую кислоту, глутаминовую кислоту, аланин, глутамин, гистидин, тирозин и валин (Anastasescu C., et.al., 2024). Однако такая значимость не наблюдалась среди девочек или в отношении возраста. у мальчиков-аутистов наблюдались более низкие уровни серина по сравнению с мальчиками из контрольной группы, в то время как у девочек, как правило, более высокие уровни серина независимо, хотя и статистически незначимые.  Исследование A. Timperio et al. в 2022 году позволили выдвинуть гипотезу, что низкие уровни тирозина и ДОФА в моче детей с аутизмом обусловлены дефицитом фермента фенилаланингидроксилазы, что приводит к дестабилизации баланса тирозин-фенилаланин с дисбалансом микробиома кишечника и усугублением симптомов аутистического спектра. Низкие уровни триптофана также связаны с симптомами аутистического спектра (National Center for Biotechnology Information, 2023). Другие авторы продемонстрировали отрицательную корреляцию между уровнем триптофана и тирозина в моче и симптомами аутистического спектра, что позволяет предположить, что повышенный уровень этих аминокислот может усугублять эти симптомы ( Bent S.,et.al., 2018). Что касается треонина, мальчики в группе аутизма показали значительно более высокие значения по сравнению с мальчиками в контрольной группе. Треонин, принадлежащий к семейству аспартата, служит протеиногенной аминокислотой.  Его распад генерирует ацетилхолинэстеразу А и глицин, которые способствуют различным физиологическим процессам и общему гомеостазу организма. Парный анализ выявил статистически значимые различия в мочевом треонине, причем у детей младше 5 лет с аутизмом наблюдались более высокие уровни, чем у детей старше 5 лет: 213,85 ± 121,76 против 136,44 ± 89,49 (Anastasescu C., et.al., 2024)..

Литература 

Anastasescu C., et.al. A Clinical Study of Urine Amino Acids in Children with Autism Spectrum Disorder. Life (Basel) 2024 May; 14(5): 629

Bent S., Lawton B., Warren T., Widjaja F., Dang K., Fahey J.W., Cornblatt B., Kinchen J.M., Delucchi K., Hendren R. Identification of urinary metabolites that correlate with clinical improvements in children with autism treated with sulforaphane from broccoli. Mol. Autism. 2018;9:35.

D’Aniello A. d-Aspartic acid: An endogenous amino acid with an important neuroendocrine role. Brain Res. Rev. 2007;53:215–234.

Lomelino C., Andring J.T., McKenna R., Kilberg M.S. Asparagine synthetase: Function, structure, and role in disease. J. Biochem. Mol. Biol. 2017;292:19952–19958.

National Center for Biotechnology Information PubChem Compound Summary for CID 6288, Threonine. [(accessed on 30 July 2023)]

Randazzo M., Prato A., Messina M., Meli C., Casabona A., Rizzo R., Barone R. Neuroactive Amino Acid Profile in Autism Spectrum Disorder: Results from a Clinical Sample. Children. 2023;10:412.

Rossignol D.A., Frye R.E. A review of research trends in physiological abnormalities in autism spectrum disorders: Immune dysregulation, inflammation, oxidative stress, mitochondrial dysfunction and environmental toxicant exposures. Mol. Psychiatry. 2012;17:389–401.

Timperio A.M., Gevi F., Cucinotta F., Ricciardello A., Turriziani L., Scattoni M.L., Persico A.M. Urinary Untargeted Metabolic Profile Differentiates Children with Autism from Their Unaffected Siblings. Metabolites. 2022;12:797. 

Zarkesh M.R., Sedghi M., Pazhoomand R., Mozaffari S. Clinical study on the efficacy of therapeutic approach with omega-3 fatty acids in autism spectrum disorders. Asian J. Psychiatry. 2020;48:101873.

Zheng H.F., Wang W.Q., Li X.M., Rauw G., Baker G.B. Body fluid levels of neuroactive amino acids in autism spectrum disorders: A review of the literature. Amino Acids. 2017;49:57–65.