대사체 연구, 신생아의 자폐증을 예측하는 바이오마커 발견

커뮤니케이션 생물학 저널 에 최근 게재된 연구에서는 신생아의 대사체학을 사용하여 자폐 스펙트럼 장애 (ASD) 의 발달을 예측할 수 있는 마커를 식별했습니다.

ASD에 대한 바이오마커

자폐 스펙트럼 장애(ASD) 아동은 사회적 상호작용, 언어, 그리고 제한적이거나 반복적인 관심사나 행동 패턴에 어려움을 겪습니다. 치료를 받더라도, 아동기에 자폐 스펙트럼 장애 진단을 받은 후 성인이 되어 독립적으로 생활하는 비율은 20%에 불과합니다.

이전 연구에서는 연령, 성별, 증상 심각도에 따라 다양한 소아 및 성인의 자폐 스펙트럼 장애(ASD)에 대한 대사 및 생화학적 지표를 확인했습니다. 이러한 지표의 상당수는 뇌 구조 및 기능, 면역 체계, 자율신경계, 그리고 미생물군집과 관련이 있습니다. 그러나 단일 유전적 또는 환경적 요인만으로 소아의 모든 자폐 스펙트럼 장애 사례를 설명할 수는 없습니다.

세포 위험 반응(CDR) 모델

세포 위험 반응(CDR) 모델은 환경적 및 유전적 스트레스 요인을 발달 변화 및 자폐 스펙트럼 장애(ASD)와 연결하는 대사 경로를 설명합니다. CDR은 스트레스 요인 노출 시점부터 시작하여 이러한 손상이나 스트레스에 대한 대사, 염증, 자율신경, 내분비, 신경학적 반응의 다양한 변화를 따라갑니다.

ASD는 태아기나 유아기에 스트레스 요인이 발생할 때 CDR을 따라갈 가능성이 더 높습니다. 이러한 스트레스 요인은 CDR의 네 가지 영역, 즉 미토콘드리아, 산화 스트레스, 선천 면역, 그리고 미생물군에 영향을 미칩니다. 세포외 아데노신 삼인산(eATP)은 모든 CDR 경로의 기본적인 조절자입니다.

신호 분자로서의 ATP

ATP는 지구상 모든 생명체의 에너지 화폐입니다. ATP의 약 90%는 미토콘드리아에서 생성되어 모든 대사 경로에 사용됩니다. 세포 밖에서 eATP는 메신저 분자 역할을 하여 세포의 퓨린 반응 수용체에 결합하여 위험을 경고하고 전반적인 CDR 반응을 유도합니다.

ASD의 대사에서 ATP

ATP에 반응하는 퓨린 대사 및 퓨린성 신호전달의 조절 장애는 실험 및 인체 연구에서 확인되었으며, 다중오믹스 분석을 통해 확인되었습니다. eATP의 역할은 비만세포와 미세아교세포, 신경 민감화, 신경가소성을 포함하여 ASD에서 변화되는 신경발달의 여러 측면에 핵심적인 역할을 합니다.

연구 결과

자폐 스펙트럼 장애(ASD) 전 단계와 정상 발달 단계(TD) 영아는 임신과 유아기 동안 환경 요인 노출에 차이가 없었습니다. 자폐 스펙트럼 장애 전 단계 영아의 약 50%가 발달 퇴행을 보인 반면, TD 그룹에서는 2%만이 발달 퇴행을 보였습니다. 자폐 스펙트럼 장애 진단 시 평균 연령은 3.3세였습니다.

ASD 출생 코호트에서 대사산물이 평균 이상으로 증가했으며, 5세에도 출생 코호트 대비 절반 이상 증가했습니다. 이러한 대사산물에는 스트레스 분자와 새로 형성된 mRNA를 코팅하는 퓨린 7-메틸구아닌이 포함되었습니다.

연구 결과는 ASD가 정상 발달 아동과는 다른 대사 양상을 보이며, 연령, 성별, 그리고 질병의 심각도에 따라 달라진다는 것을 보여줍니다. 이러한 변화는 ASD의 비정상적인 신경생물학적 특성에 반영됩니다.

종합적으로 볼 때, 퓨린 네트워크 역전 실패는 GABA성 네트워크 역전 실패로 이어짐을 시사할 수 있습니다. 억제 연결의 상실은 자연적인 감쇠를 감소시켜 RAS 네트워크에서 칼슘 신호전달의 과도한 흥분을 유발합니다.

향후 연구에서는 이러한 결과를 활용하여 신생아와 영아를 위한 더 나은 선별 도구를 개발하여 자폐 스펙트럼 장애(ASD) 위험이 있는 아동을 식별할 수 있을 것으로 기대됩니다. 이는 자폐 스펙트럼 장애(ASD) 아동의 조기 진단 및 중재에 도움이 되어 궁극적으로 치료 결과를 개선하고 유병률을 감소시킬 수 있습니다.