Российские ученые первыми проанализировали особенности метаболизма (обмена веществ) в префронтальной коре мозга людей с аутизмом

Филипп Хайтович

В июне 2019 года в весьма авторитетном журнале Communication Biology была опубликована работа наших соотечественников, ученых Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколковского института науки и технологии под руководством профессора Филиппа Хайтовича. Работа эта по-своему уникальна: наши ученые первыми проанализировали особенности метаболизма (обмена веществ) в префронтальной коре мозга людей с аутизмом, используя коллекцию посмертных образцов мозговой ткани Школы медицины Икан (Маунт Синай, Нью-Йорк).

Филипп Хайтович любезно согласился ответить на наши вопросы о своем исследовании.

– Как возникла идея исследовать особенности аутичного мозга на молекулярном уровне?

– Интерес к аутизму возник у нас давно, и первая работа на эту тему была опубликована 5 лет назад. Мозг человека с аутизмом интересен по двум причинам. Прежде всего, с практической точки зрения.

Ученые стремятся установить биологические механизмы, лежащие в основе этого расстройства. Не зная их, трудно двигаться вперед как в ранней диагностике, так и в разработке терапий.

Большие надежды возлагались на генетику, однако они, в основном, не оправдались.

Конечно, существует ряд синдромальных форм аутизма (синдром ломкой Х-хромосомы, синдром Ретта и некоторые другие). С ними все более или менее ясно: в каждом таком случае причиной является определенная генетическая поломка.

Но большая часть случаев аутизма находится за рамками синдромальных форм.

Ученые выявили множество генов, чьи мутации либо просто изменения активности могут быть связаны с возникновением аутизма, однако прямой причинно-следственной связи тут нет.

Это значит, что анализ ДНК маленького ребенка, если только речь не идет об одном из синдромов, не позволит нам диагностировать аутизм, либо даже с достаточной точностью отнести его к группе риска.

Исследуя мозг на молекулярном уровне, мы пытаемся приблизиться к ответу на вопрос о причине этого расстройства, что должно продвинуть нас и в направлении создания диагностических инструментов, и в поиске терапий.

Кроме того, это вопрос очень интересен и с теоретической точки зрения. При аутизме «ломаются» именно специфически человеческие функции мозга: социальное взаимодействие, коммуникация, способность моделировать то, как другой человек воспринимает происходящее.

Сегодня мы знаем, как наш мозг отличается от мозга приматов или грызунов по своей анатомии, но гораздо меньше нам известно о его отличиях на молекулярном уровне, и это исследование дало нам возможность получить новые знания в этой области.

– Ученые очень активно работают над поиском биомаркеров аутизма для того, чтобы возможной стала ранняя его диагностика. Можно ли использовать ваши находки с этой целью?

– Да, можно. И мы идем к созданию такого диагностического инструмента достаточно уверенно. Мы видим корреляцию между изменениями в мозге и в плазме крови. Правда, эта корреляция обратная: те метаболиты, содержание которых у людей с аутизмом в мозге повышено, снижены в плазме.

Поскольку мы стремимся к ранней диагностике аутизма, речь идет о тестах для совсем маленьких детей, и мы работаем над тем, чтобы, по возможности, сделать их неинвазивными, не подвергать малышей болезненным процедурам.

Вполне вероятно, что уровень метаболитов можно будет проверить на соскобе с поверхности кожи или даже в выдыхаемом ребенком воздухе.

Но для создания диагностического инструмента предстоит пройти еще очень длинный путь. Необходимо создать модель, тщательно проверить и перепроверить ее на множестве образцов, представить клинический метод, усовершенствовать его, и так далее. Все это займет не один год.

И тем не менее, уже сейчас ясно, что поиск биологических маркеров аутизма смещается из области генетики в область молекулярной биологии. Определенные изменения в метаболизме при расстройствах аутистического спектра воспроизводятся в разных исследованиях, и их можно отловить за пределами головного мозга.

Но тут есть и серьезная сложность. Метаболизм мозга сильно меняется в первые годы жизни. Когда человек рождается, его мозг составляет примерно 25% от того объема, которого он достигнет в процессе роста и развития, так что большая его часть формируется уже при жизни.

Мы исследовали посмертные образцы мозговой ткани людей с аутизмом в возрасте от 2 лет. Не исключено, что те биомаркеры аутизма, которые мы установили для них, не подойдут для ранней диагностики, у совсем маленьких детей могут оказаться иные биомаркеры. Поэтому ученым нужно найти какие-то способы исследовать метаболизм мозга детей до двух лет.

– Вы установили определенные отличия аутичного мозга, и во многом они оказались связаны с обменными цепочками глутамата. Это интересная находка, так как глутамат – нейромедиатор, передающий возбуждающий сигнал, и есть немало работ, в которых получены свидетельства значительного преобладания возбуждающего сигнала над тормозящим при аутизме. Можно ли говорить, что найденные вами особенности – это и есть причина аутизма, или это определенный сопутствующий фактор, скорее, имеющий с аутизмом общие корни?

– Нельзя ответить на этот вопрос определенно и категорически. Но я думаю, что метаболизм если и не является причиной, то стоит к ней очень близко.

Когда мы рассматривали активность генов в образцах мозговой ткани людей с аутизмом, то обнаружили, что гены со сниженной активностью – это как раз те, которые отвечают за синаптические контакты, то есть за связь клеток мозга между собой и передачу сигнала, поэтому именно нарушения в этой сфере представляются первичными при аутизме.

Рассматривая гены, связанные с нейровоспалением, которое тоже является важным фактором этого расстройства, мы видели, что их активность остается в норме.

Отсюда мы делаем вывод, что, скорее всего, нейровоспаление – это не причина аутизма, а вторичный фактор, сопутствующий ему.

– Если обменные нарушения столь значимы при аутизме, можем ли мы говорить, что аутизм – это заболевание всего организма? Вопрос это не праздный, так как у детей и взрослых с РАС очень часто встречаются сопутствующие заболевания.

– Здесь я должен проявить осторожность, так как я не врач, поэтому могу предложить в качестве ответа на этот вопрос только мнение молекулярного биолога.

Основной орган, который поражен при аутизме – это мозг, и я думаю, что причина аутизма локализована именно в нем.

Плазма крови – специфическая ткань, которая связана со всеми остальными органами, с мозгом в том числе, поэтому обнаружив что-то в плазме, мы еще не можем сделать вывод о том, что причина нарушений не в мозге, а где-то еще.

Но нужно иметь в виду, что нарушения в мозге неизбежно отражаются на других тканях организма. Например, при неврологических расстройствах мозг может требовать больше глюкозы, и, соответственно, это может сказаться на состоянии мышц, которые в результате глюкозы недополучают.

Сопутствующие заболевания при аутизме могут быть в определенной степени вызваны факторами подобного рода.

– А можем ли мы повлиять на метаболизм мозга, регулируя питание ребенка с аутизмом, либо при помощи биологически активных добавок? На эту тему проводится немало исследований, но их результаты пока что довольно противоречивы.

– Мы должны помнить, что аутизм – это спектральное расстройство, и люди в этом спектре могут значительно отличаться друг от друга. Наверняка, какому-то проценту детей и взрослых с этим расстройством определенные метаболические режимы могут быть полезны, часть симптоматики при помощи диет может быть снята.

Но я не думаю, что таким образом можно повлиять на ключевые симптомы аутизма, потому что они – результат уже сформированного мозга, а после того, как мозг сформирован, изменить то, как он функционирует, очень непросто.

– Хочу задать вам вопрос, как исследователю эволюции мозга. Есть такая модная идея: аутизм – это некая новая ступень эволюции, и через несколько поколений большинство людей на планете станет в какой-то степени аутистами. Что вы думаете об этом?

– Прежде всего, в такой постановке вопроса содержится не совсем правильное понимание эволюции как лестницы, каждая последующая ступенька которой совершеннее предыдущей. На самом деле, это, прежде всего, большое разнообразие.

Человечеству для выживания и развития необходимы люди с очень разными способностями.

Мы знаем примеры гениальных аутистов. Мы знаем, что они могут оставить далеко позади большинство нейротипичных людей в том, как они запоминают и анализируют данные, классифицируют их. Для людей с аутизмом часто характерно огромное внимание к деталям, которые могут быть незаметны человеку вне спектра.

Вместе с тем, у мозга множество разнообразных функций, и нельзя сказать, что крайнее развитие каких-то из них представляет собой новую, более высокую ступень эволюции. А кроме того, экстремальное развитие каких-то функций дает огромную нагрузку на всю систему и приводит к ее поломкам в других местах.

Например, у аутистов, как правило, нарушена интеграция разных типов поступающей в мозг информации, и это затрудняет обучение такого ребенка.

Мы показываем ребенку картинку собаки и произносим слово «собака», визуальный и звуковой сигналы интегрируются в единое целое, так ребенок осваивает язык и речь. Для ребенка с аутизмом этого может быть недостаточно, необходимы какие-то еще приемы для обучения его говорению.

Иными словами, в классическом случае аутизма одни способности мозга развиты чрезвычайно сильно, другие, наоборот, ослаблены.

Определенно можно сказать одно: человечеству как виду невозможно было бы выжить без разнообразия типов мозга.

Если бы мы обладали равными способностями и мыслили одинаково, мы бы просто погибли, потому что рано или поздно случилась бы катастрофа, которую никто из нас не смог бы предвидеть и предотвратить.

А пока мозг разных людей работает по-разному, человечество живет и развивается.

Фото: Павел Смертин