学术前沿|揭秘同型半胱氨酸与儿童自闭症谱系障碍的关联

背景介绍

自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）是一种发育性疾病，通常在婴幼儿时期即可发现。ASD的症状范围很广，包括社交交往困难、语言沟通问题、刻板重复行为和兴趣、感觉过敏等。ASD的表现在不同患者间有很大的差异，因此称为“谱系障碍”。 目前，全球范围内ASD的患病率呈上升趋势，但具体原因尚不明确。有关ASD的研究仍在进行中，主要集中在寻找潜在的遗传、环境和生理学因素与该疾病的相关性。

今天，我们要聊一个前沿话题——同型半胱氨酸（Homocysteine）与儿童自闭症谱系障碍（ASD）之间的关系。一项发表在《Frontiers in Molecular Neuroscience》上的研究为我们提供了新的视角。

研究背景-同型半胱氨酸、叶酸与维生素B12的生理功能

同型半胱氨酸是一种含硫氨基酸，是蛋氨酸代谢途径中的一个关键中间体。研究发现，血清中同型半胱氨酸水平的升高与多种神经系统疾病有关，包括认知障碍、痴呆和双相障碍等。此外，高同型半胱氨酸水平还具有直接的神经毒性，可能引起氧化应激和线粒体功能障碍，这些都与ASD的发病机制有关。

叶酸和维生素B12是同型半胱氨酸代谢过程中的关键辅助因子，它们参与蛋氨酸的叶酸依赖性甲基化反应，并是磷脂和髓磷脂合成所必需的。叶酸的减少可能导致同型半胱氨酸积累，进而影响神经元兴奋性和维持，可能促进认知缺陷的发展。

研究结果

自闭症谱系障碍儿童血清同型半胱氨酸与叶酸和维生素B12水平研究：血清样品中ASD组的同型半胱氨酸（P=0.0048）显著高于对照组，叶酸（P=0.003）和维生素B12（P=0.0048）较低于对照组（图1A），且同型半胱氨酸的水平与叶酸和维生素B12呈现负相关（图1B）。

图1：A：实验组与对照组中Hcy、叶酸与VitB12水平的比较；B：自闭症谱系障碍儿童血清Hcy、叶酸和VitB12水平水平之间的相关性。

各临床特征与同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12水平的关联性研究：使用线性回归模型分析血清同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12与ASD的相关性。首先，在模型1中调整了年龄、性别、BMI、调试和维生素使用史，发现血清同型半胱氨酸水平升高，血清叶酸和维生素B12水平降低，与ASD存在显著相关。其次，在模型2中连续调整血清叶酸和维生素B12水平后，同型半胱氨酸水平的升高仍然与ASD显著相关。ASD和对照组血清同型半胱氨酸浓度的累积频率存在明显的差异，与健康对照组相比，ASD儿童的同型半胱氨酸浓度分布显着增加。此外，在亚组分析中，对于每个协变量，血清同型半胱氨酸水平都明显高于健康对照组。因此，同型半胱氨酸的累积可能导致了ASD发生的潜在因素之一（图2）。

图2：A：血清Hcy、叶酸和VitB12水平与ASD之间关联的多变量线性逻辑回归分析；B：两组Hcy水平的累积频率分布。（C-J）血清Hcy水平按年龄、性别、BMI、食物选择性和维生素使用情况分层

区分ASD患儿和健康对照，并探索与ASD严重程度的关联: 在ROC分析中，同型半胱氨酸的AUC为0.899，临界值为6.69，表现出较强的鉴别能力，而叶酸和维生素B12则无法区分ASD患儿与健康对照组。联合使用同型半胱氨酸与叶酸（维生素B12）的AUC均为0.902，略高于单独使用同型半胱氨酸，表明同型半胱氨酸本身可能是一个有效的ASD潜在生物标志物。多元逻辑回归分析显示，同型半胱氨酸水平与ASD严重程度相关，但叶酸和维生素B12的存在减弱了这种关联，说明它们可能在同型半胱氨酸与ASD之间起到调节作用（图3）。

图3：（A-C）：血清Hcy、叶酸和VitB12的ROC曲线；（D） Hcy+叶酸+VitB12、（E） Hcy+叶酸、（F） Hcy+VitB12和（G）叶酸+VitB12的ROC曲线；（H） Hcy、叶酸和 VitB12 的 ROC 曲线坐标，用于区分 ASD 和健康对照。（I），血清Hcy和叶酸与ASD严重程度之间关联的多元逻辑回归分析。

血清同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12水平以及ASD风险和严重程度的RCS分析：结果显示同型半胱氨酸浓度与ASD风险呈正线性相关，而叶酸水平与ASD风险呈负线性相关。此外，ASD严重程度的RCS回归结果显示，血清同型半胱氨酸和叶酸与ASD症状的严重程度之间存在相似的线性关系。血清维生素B12水平与ASD风险之间没有关联（图4）。

图4：血清Hcy和叶酸浓度与ASD风险和严重程度的RCS回归分析。

ASD儿童血清同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12水平与神经发育的关联：ASD儿童血清中的同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12水平与他们的某些发展领域（如适应性行为、粗大运动、精细运动、语言和社会行为）的DQ评分有相关性，其中叶酸和维生素B12水平与更好的功能表现相关，而同型半胱氨酸水平则与功能损害相关（图5）。

图5：以血清中的叶酸和维生素B12浓度为自变量，对适应性行为、粗大运动、精细运动、语言和社会行为发展商（DQ）进行多元线性回归分析。

基于自闭症患儿的尿液非靶向代谢组学分析

采用qULTRA非靶向代谢组学平台，氨探生物也在自闭症患儿尿液样本中发现了相似的结果，即在对差异代谢物进行KEGG通路富集分析后发现了7个代谢小分子引起map00270（半胱氨酸和蛋氨酸代谢）通路的变化，分别是Serine （C00065）、Dicysteine（C00491）、5''-Methylthioadenosine（C00170）、Homocysteine（C00155、Aspartate（C00049）、1-Aminocyclopropane-1-carboxylate（C01234）、Alanine（C00041），其中就出现了同型半胱氨酸的升高（图6A）。同时，在小分子数据库(SMPDB：The Small Molecule Pathway Database)中进行的检索分析也发现了3个小分子共同使叶酸的代谢发生变化，结果与文献中报道的结果相符（图6C）。后续可进行靶向代谢组的验证，从代谢组学的角度验证同型半胱氨酸可能成为区分ASD儿童和健康受试者的新型和敏感的生物标志物。

图6：（A-B）：KEGG通路富集结果；C：SMPDB通路富集结果

总结

基于临床质谱和代谢组学分析全面评估了血清中同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12水平与ASD的临床结果和严重程度之间的关系，并考虑了年龄、性别、BMI、维生素使用和饮食习惯等已知混杂变量。研究结果显示：血清同型半胱氨酸、叶酸和维生素B12可用作生物标志物来预测ASD儿童的发育状况和临床严重程度。降低同型半胱氨酸的干预措施或补充叶酸和维生素B12可能是ASD的可行治疗策略。

参考文献

Jun Li,Jie Ma,MingJuan Liu.Large-Scale Proteome Profiling Identifies Biomarkers Associated with Suspected Neurosyphilis Diagnosis. Frontiers in Molecular Neuroscience. Vol 15 - 2022

Untangled Biosciences

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