Медиатека

Антидепрессанты, тяжёлые металлы и микроэлементы: новое в патогенезе аутизма

Расстройства аутистического спектра (РАС) охватывают широкую группу психических заболеваний, вызванных нарушением развития нервной системы. Распространённость РАС в общей популяции составляет приблизительно 1–2%. Риск развития РАС на 50–87% обусловлен генетическими факторами: на сегодняшний день известно более 100 генов, ассоциированных с данной группой заболеваний. 1

Оставшийся риск приходится на факторы окружающей среды. В частности, причиной нарушения развития нервной системы может быть воздействие различных химических веществ, таких как тяжёлые металлы. Например, свинец, основным источником которого является промышленность; бисфенол, который используется в производстве жёсткой поликарбонатной пластмассы и эпоксидных смол; или этанол. На развитие нервной системы могут также влиять нарушения обмена некоторых элементов, таких как марганец и цинк; фармакологические средства, в том числе используемые для терапии психических расстройств, например, вальпроевая кислота и флуоксетин, которые широко применяются для лечения биполярного аффективного расстройства и депрессии соответственно. 2, 3

Роль этих факторов в развитии РАС изучили авторы статьи, опубликованной в журнале Scientific Reports. 2 Учёные использовали модель человеческих индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из дифференцирующихся нейронных предшественников. Вальпроевую кислоту, бисфенол, флуоксетин и этанол применяли в концентрациях, не вызывающих нарушения пролиферации клеток. Экспрессию генов, отвечающих на воздействие химических агентов, анализировали с помощью метода секвенирования РНК RNA-seq.

Клеточные линии включали контрольную группу, представленную двумя нейротипичными («здоровыми») линиями, полученными от представителей обоих полов (CTRLMale, CTRLFemale), и экспериментальную группу с двумя генетическими вариантами, ассоциированными с РАС (мутация в сайте сплайсинга гена кальций/кальмодулинзависимой сериновой протеинкиназы, ASD17AII–ASDCASK, и мутация в гене гетерогенного ядерного рибонуклеопротеина U, ASD12BI–ASDHNRNPU), полученными от лиц мужского пола (Рис. 1).

Специфический для стволовых клеток фактор транскрипции SOX2 визуализировали с помощью иммуногистохимии и конфокальной микроскопии. Различия в уровне пролиферации клеток оценивали на 5-й день после индукции дифференцировки с использованием синтетического нуклеозида бромдезоксиуридина (5-бромо-2'-дезоксиуридин, BrdU), который способен заменять тимидин в процессе репликации ДНК во время S фазы клеточного цикла. 2


Рис. 1. План исследования. (A) Воздействие химических факторов на нейроэпителиальные стволовые клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека во время дифференцировки нейральных предшественников в течение 5 дней. Pb – свинец, FH – флуоксетина гидрохлорид, EtOH – этанол, VPA – вальпроевая кислота, BPA – бисфенол A, Zn – дефицит цинка. В исследовании использовались четыре клеточные линии – два нейротипичных контроля, полученных от здоровых представителей мужского (CTRLMale) и женского (CTRLFemale) пола, и линии, полученные от лиц мужского пола с РАС (ASDCASK, ASDHNRNPU). После выделения РНК из клеток после воздействия проводилось объёмное секвенирование РНК с последующим анализом экспрессии генов. (Б) Для изучения эффектов химических агентов на метаболические процессы в клетках использовали прямую масс-спектрометрию с ионизацией посредством электрораспыления (ESI-MS). 2

Несмотря на то, что все остальные химические агенты не влияли на пролиферацию клеток, свинец в выбранной концентрации (3 µM) снижал пролиферацию в линии ASDCASK и оказывал негативное воздействие на функциональную активность холинергических синапсов, рост аксонов, клеточную адгезию и сборку аксонем (цилиндры из микротрубочек, формирующие основу ресничек и жгутиков). Более того, свинец и флуоксетин были единственными факторами, которые вызывали изменения в активности генов. В общей сложности было найдено 69 генов, реагирующих на воздействие свинца. Генов, реагирующих на бисфенол, вальпроевую кислоту, этанол и дефицит цинка, обнаружено не было, однако эти факторы оказали существенное влияние на метаболические процессы в клетках. 2

Согласно данным масс-спектрометрии, флуоксетин вызывал повышение синтеза жирных кислот, спиртов, стерола и стероидов. Вместе с этим нарушались процессы формирования и подвижности ресничек и сборка аксонемно-динеинового комплекса (динеины включают группу моторных белков, которые перемещаются по поверхности микротрубочек цитоскелета и транспортируют различные внутриклеточные компоненты). 2

Бисфенол способствовал активации процессов сборки белково-липидных комплексов, организации митохондриальной мембраны и подавлению химической чувствительности. Воздействие вальпроевой кислоты приводило к подавлению 30 процессов, включая формирование нейронных проекций и развитие аксонов. Этанол и дефицит цинка приводили к нарушению регуляции апоптоза эндотелиальных клеток и хемотаксиса соответственно. Недостаточность цинка также была связана с подавлением активации плазминогена и нарушению фибринолиза. 2

Гены, отвечающие на воздействие свинца, были связаны с ранним (внутриутробным) этапом развития нервной системы, а гены, отвечающие на воздействие флуоксетина – с поздним (постнатальным) этапом. Они экспрессировались в лобной, височно-теменной и сенсомоторной коре и подкорковых областях. 2

Молекулярные механизмы, опосредующие влияние факторов окружающей среды на развитие поведенческих и когнитивных нарушений, остаются предметом активного изучения. Особенно у лиц с высоким генетическим риском. Использование индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, полученных из нейрональных предшественников, как у типично развивающихся людей, так и у людей с РАС, позволяет изучать взаимодействия генетических и средовых факторов на развитие нервной системы и выявлять гены, которые наиболее чувствительны к внешним воздействиям.

Влияние флуоксетина на гены, связанные с развитием нервной системы, ставит вопрос о целесообразности и безопасности назначения антидепрессантов во время беременности. Особое внимание при подготовке к беременности также стоит уделять дефициту важнейших микроэлементов, таких как цинк. Негативное влияние свинца на пролиферацию клеток и развитие нервной системы ещё раз подчеркивает, насколько важную роль в вопросах здоровья человека играют экологические факторы.


Литература

1. Rolland T. et al. Phenotypic effects of genetic variants associated with autism. Nature Medicine, 2023.

2. Arora A. et al. Screening autism-associated environmental factors in differentiating human neural progenitors with fractional factorial design-based transcriptomics. Scientific Reports, 2023.

3. Arora M. et al. Fetal and postnatal metal dysregulation in autism. Nature Communications, 2017.