dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, farelerin hamilelik sırasında hafif inflamasyona maruz bırakılmasının, yavrularında otizm spektrum bozukluğuna benzeyen beyin ve davranış değişikliklerini tetiklediğini öne sürüyor. Araştırma, bağışıklık sistemini baskılayan rapamisinin tek dozunun, yetişkin farelerde fiziksel yapıdan ziyade beyin fonksiyonunu değiştirerek bu semptomları hızla ama geçici olarak tersine çevirebildiğine dair kanıt sağlıyor.
Otizm spektrum bozukluğu, beyin gelişimi, davranış ve duyusal işlemlerde çeşitli değişikliklerle ilişkili karmaşık bir durumdur. Bilinen bir risk faktörü, hamile bir annenin bir enfeksiyon veya iltihaplanma geçirmesi durumunda ortaya çıkan annenin bağışıklık aktivasyonudur. Bu inflamatuar yanıt fetal beynin gelişimini değiştirebilir. Hem insan hem de hayvan çalışmalarında, bu tür erken bağışıklık olayları, erken yaşamda artan beyin hacmi, değişen sosyal davranışlar ve duyusal girdilere karşı artan hassasiyet dahil olmak üzere daha sonraki nörogelişimsel farklılıklarla bağlantılıdır.
Hücresel düzeyde, bu değişikliklerin çoğu mTOR yolunun aşırı aktivasyonuyla ilişkilidir. mTOR yolu, hücre büyümesini, bölünmesini ve hayatta kalmasını düzenleyen biyolojik bir sinyal ağıdır. Bu sistem hiperaktif olduğunda, anormal sinaps oluşumuna, uyarıcı ve engelleyici beyin sinyalleri arasında dengesizliğe ve nöbetlere karşı artan duyarlılığa yol açma eğilimindedir.
Çalışma yazarları Harley Kornblum, “Beyin gelişimi ve otizm spektrum bozukluğunda mTOR sistemine uzun süredir ilgi duyuyoruz” dedi.UCLA Zihinsel ve Gelişimsel Engelliler Araştırma Merkezi yöneticisi ve psikiyatri, pediatri ve farmakoloji profesörü; Beyin cerrahisi profesörü Neil Harris; ve beyin cerrahisi doçenti Janel Le Belle. “Dr. Le Belle liderliğindeki daha önceki çalışmamız, bir fare türünde hafif anne iltihabının mTOR sistemini aktive ettiğini ve otizmi anımsatan birçok davranışa yol açtığını ve etkilenen genlerin insanlarda otizme neden olduğunu bildiğimiz genetik fare modellerinde de bulunduğunu gösterdi.”
Rapamisin, mTOR yolunu inhibe eden yerleşik bir ilaçtır. Tıpta organ nakli reddini önlemek için yaygın olarak kullanılır. Önceki hayvan araştırmalarında, genç farelere birkaç hafta boyunca rapamisin tedavisi uygulanması, otizmle bağlantılı belirli genetik mutasyonlarla ilişkili fiziksel beyin anormalliklerini önlemişti.
Araştırmacılar, “mTOR yolunu aktive eden bozuklukları olan çocuklarda kullanılan mTOR inhibitörü rapamisin ile tedaviyi denemek istiyorduk” diye ekledi. Ancak rapamisin’in kronik kullanımı bağışıklık sistemini baskılayabilir ve sağlıklı büyümeyi engelleyebilir. Yazarlar bu çalışmayı, yetişkin farelere kısa etkili, tek doz ilaç verildiğinde ne olacağını gözlemlemek için tasarladılar; uzun vadeli yapısal yeniden yapılanma yerine beyindeki ani fonksiyonel değişikliklere odaklandılar.
Yazarlar, hamile farelere bağışıklık tepkisini tetikleyen bakteriyel bir bileşik olan lipopolisakkarit enjekte ederek hafif bir annesel inflamatuar tepkiyi tetikledi. Bu düşük doz, hamile fareleri gözle görülür şekilde hasta etmeden bir tepkiyi tetiklemek için tasarlandı. Yavrular daha sonra erken yetişkinliğe veya ileri yetişkinliğe kadar büyütüldü ve zararsız bir tuzlu su çözeltisi alan kontrol grubuyla karşılaştırmak için erkek ve dişi farelerden oluşan deneysel gruplar oluşturuldu.
Araştırmacılar ilk olarak annede iltihaplanmaya maruz kalan yavruların fiziksel ve moleküler özelliklerini değerlendirdiler. Grup başına 16 farenin doğumundan 200 günlük yaşına kadar beyin ağırlıklarını takip ettiler. Maruz kalan farelerde, kontrol grubuyla karşılaştırıldığında yaşamın erken dönemlerinde hafif bir beyin aşırı büyümesi görüldü, ancak 200. günde bu büyüme yavaşladı ve beyin ağırlıklarının kontrol ortalamasının biraz altına düşmesine neden oldu.
Maruz kalan fareler ayrıca kanlarında sitokinler olarak bilinen bağışıklık proteinlerinin kronik olarak yüksek seviyelerini de korudu. Beyin dokuları, mTOR yolunun sürekli aşırı aktivasyonunu gösterdi. Bağışıklık hücrelerinin devam eden sorunlara neden olup olmadığını görmek için araştırmacılar bazı farelerde bir tür beyin bağışıklık hücresi olan mikroglia’yı tüketti. Bu azalma genç yetişkin farelerde davranışları iyileştirdi ancak yaşlı yetişkin farelere yardımcı olamadı; bu da diğer fonksiyonel mekanizmaların davranışsal özellikleri yaşamın ilerleyen dönemlerinde koruduğunu öne sürdü.
Davranışı test etmek için bilim adamları açık alan testlerinde 26 fareden oluşan grupları gözlemlediler. Maruz kalan fareler, kontrol fareleriyle karşılaştırıldığında tımar etme ve daire çizme gibi tekrarlayan davranışlara kabaca iki kat daha fazla zaman harcadı. Araştırmacılar kilogram başına 5 miligramlık dozda tek bir rapamisin enjeksiyonu uyguladığında, maruz kalan farelerdeki tekrarlayan davranışlar iki saat içinde kontrol farelerinde görülen seviyelerle eşleşecek şekilde düştü.
Araştırmacılar PsyPost’a “Rapamisinin etkilerinin bu kadar hızlı olması bizi çok şaşırttı” dedi. “Eğer mTOR sistemi yetişkinde hala aktifse, bunun beyin hücrelerinin birbirleriyle nasıl bağlantı kurduğunun yapısını etkileyeceğini ve bunun da beklenen etkilerin birkaç saatten daha uzun süreceği anlamına geleceğini bekliyorduk.”
Bu davranışsal kurtarma geçiciydi, çünkü tekrarlayan davranışlar 72 saat sonra önceki yüksek seviyelerine geri döndü. Yazarlar ayrıca 10 fareden oluşan gruplarda beş hafta boyunca günlük enjeksiyonları test etti. Farelerin ilaca karşı bir tolerans geliştirdiğini ve bunun da ilacın davranışsal faydalarının kademeli olarak kaybolmasına yol açtığını buldular.
Çalışma aynı zamanda bireylerin dokunmaya veya sese karşı oldukça hassas olduğu ortak bir özellik olan duyusal aşırı duyarlılığı da ölçtü. Sekiz fareden oluşan gruplar kullanan araştırmacılar, hayvanları hem pürüzsüz hem de pürüzlü zemin yüzeylerine sahip bir kutuya yerleştirerek dokunsal kaçınmayı test etti. Maruz kalan fareler, pürüzlü dokulu zeminden aktif olarak kaçındı ve orada kontrol farelerine göre daha az zaman harcadı. Tek doz rapamisinin ardından, maruz kalan farelerin sert zeminde geçirdikleri süre arttı, bu da duyusal toleranslarının normalleştiğini gösteriyor.
Duyusal hassasiyetler günlük yaşamı bozabilir ve diğer zorlukları daha da kötüleştirebilir. Yazarlar, “Sonuçlarımız, fare modelimizde duyu sisteminin önemli bir rolüne ve bunun rapamisin ile düzeltilmesine işaret ediyor” dedi. “Otizmde duyusal semptomların oldukça sakatlayıcı olduğu biliniyor ve artık duyusal yanıt vermedeki anormalliklerin, normalde duyu sistemi tarafından aracılık edildiğini düşünmediğimiz davranışların çoğuna katkıda bulunabileceğine dair bazı kanıtlar var.”
Duyusal ve davranışsal değişiklikler çoğunlukla beyin hücrelerinin nasıl ateşlendiğiyle ilgili olduğundan, araştırmacılar bireysel beyin hücrelerinin elektriksel aktivitesini incelediler. Duyusal korteksteki piramidal nöronlara odaklanarak grup başına 24 farenin beyin dilimlerini analiz ettiler. Maruz kalan farelerden alınan nöronlar, kontrol nöronlarıyla karşılaştırıldığında daha yüksek bir frekans ve spontan elektrik deşarjı genliği sergiledi, bu da aşırı uyarılabilirliğe işaret ediyor. Fareleri veya beyin dilimlerini rapamisin ile tedavi etmek bu hiperaktiviteyi hızla azalttı.
Canlı hayvanlardaki bu aşırı uyarılabilirliği test etmek için araştırmacılar, sekiz fareden oluşan gruplara nöbeti tetikleyen bir kimyasal uyguladılar. Maruz kalan sekiz farenin tümü, sekiz kontrol faresinden yalnızca ikisine kıyasla, yüksek dozda gözle görülür nöbetler yaşadı. Rapamisin uygulaması, maruz kalan grupta nöbet skorlarının şiddetini azalttı.
Beyin çapındaki iletişimi gözlemlemek için yazarlar, grup başına 16 fareyi taramak üzere fonksiyonel manyetik rezonans görüntülemeyi kullandılar. Bu teknik, farklı beyin bölgelerinin aktivitelerini nasıl senkronize ettiğini izleyen fonksiyonel bağlantıyı ölçer. Maruz kalan fareler, özellikle duyusal işlem alanları ve talamus gibi subkortikal bölgeler arasında, kontrol farelerine göre daha yüksek düzeyde bağlantı sergiledi. İki saatlik rapamisin tedavisinin ardından, bu hiper bağlantı duyusal kortekste azaldı ve beyinde yeniden düzenlenerek fonksiyonel ağı kontrol farelerine çok benzeyen bir duruma geri getirdi.
Bu sinirsel yeniden yapılanma, yetişkin farelerde belirli devrelerin uyarlanabilir kaldığına dair kanıt sağlar. Yazarlar, ortalama bir kişinin “otizmle ilişkili bazı davranışların beyin olgunlaştıktan sonra bile iyileşebileceği” fikrini bir kenara bırakması gerektiğini söyledi. “Ayrıca, beyindeki bu fare modelinden etkilenen ve rapamisin ile değiştirilen yolları (bağlantıları) belirledik.”
Son olarak araştırmacılar beyin hücrelerindeki gen ifadesini analiz ettiler. Maruz kalan farelerin, elektrik yüklerinin hücrelere girip çıkmasını kontrol eden iyon kanallarıyla ilgili genlerde aktivitenin değiştiğini buldular. Akut rapamisin tedavisinden sonra, beyin hücresi uyarılabilirliği ve otizm riskiyle ilişkili genlerin ekspresyonu hızla tipik seviyelere geri döndü. Bu, ilacın uyarılma ve inhibisyonun moleküler dengesini hızla ayarlayarak çalıştığını gösterir.
Bu çalışmadan elde edilen bulgular, annedeki inflamasyonun spesifik bir hayvan modeline dayanmaktadır ve farelerde görülen fizyolojik tepkiler, doğrudan insanın nörogelişimine yansımamaktadır. Rapamisin güçlü immünosüpresif özelliklere sahip olduğundan insanlarda davranışsal veya duyusal semptomlar için pratik bir günlük tedavi değildir.
Yazarlar, “Şu anda klinik olarak kullanılan rapamisinin veya yakın akrabalarının otizmin ‘tedavisi’ olacağına inanmıyoruz” diye uyardı. “Birincisi, etkilerimiz geçiciydi ve birkaç tedaviden sonra azaldı. İkincisi, bir ilaç sınıfı olarak bunların önemli yan etkileri olabilir, özellikle de bağışıklık sistemini baskılayan.” “Onaylandığı koşullar dışında bu ilaçlarla tedaviyi önermeyeceklerini” vurguladılar.
İlaç, doğrudan bir tedavi görevi görmek yerine, bilim adamlarının hedef alabileceği altta yatan mekanizmaları ortaya çıkarmaya yardımcı oluyor. Yazarlar, “Bulgularımıza otizmle ilişkili davranış ve semptomları ve bunların nasıl tedavi edilebileceğini daha fazla araştırmak için bir dayanak noktası olarak bakıyoruz” diye açıkladı.
Araştırma ekibi ileriye dönük olarak diğer müdahaleleri keşfetmeyi planlıyor. “Bir dizi çalışmada rapamisinin etki gösterdiği aşağı yönlü moleküler yolları keşfetmeye çalışıyoruz, böylece potansiyel olarak yeni tedaviler geliştirebiliriz” dediler. “Diğer yaklaşımda, modelimizde yanlış düzenlenen sinir yollarını araştırıyoruz ve bu yolların transkraniyal manyetik uyarım gibi terapötik araçlarla işlevsel olarak manipüle edilip edilemeyeceğini görüyoruz.”
Çalışma, “Akut rapamisin tedavisi, annedeki enflamasyonlu fare modelinde farklı işlev bozukluğu mekanizmalarını ortaya koyuyor,”nın yazarı Le Belle JE, Condro MC, Cepeda C, Oikonomou KD, Tessema K, Dudley L, Schoenfield J, Kawaguchi R, Geschwind D, Silva AJ, Zhang Zhang, Shokat K, Harris NG ve Kornblum HI.
