Hasta la fecha, el diagnóstico del trastorno de espectro autista se basa en la medicina clínica y se apoya en la aplicación de pruebas de observación estandarizadas así como en cuestionarios/entrevistas. No obstante, la ciencia trabaja en identificar biomarcadores específicos del autismo -inmunitarios, hormonales y neurofisiológicos- para mejorar el diagnóstico precoz, definir fenotipos clínicos e identificar condiciones médicas concurrentes.
Un grupo de investigadores se propuso revisar la literatura disponible sobre el tema y responder a cuánto se ha avanzado en la investigación para la aplicación clínica de las técnicas metabolómicas como herramienta para el diagnóstico del autismo, como parte de lo que hoy se conoce como medicina de precisión. En términos generales, lo que el grupo encontró, tras analizar 37 papers publicados entre 2010 y 2022, en PubMed, Medline y Google Scholar es que “el empleo de los análisis metabolómicos en la práctica clínica dista mucho de estar introducido, lo que significa que son necesarios más estudios para la transición completa de la metabolómica de la investigación clínica a la rutina del diagnóstico clínico”. Los estudios analizados, en su conjunto, abarcan a 2,079 individuos diagnosticados con TEA. Dieciséis de estos estudios se realizaron en Europa, doce en Asia, ocho en Estados Unidos y uno en Australia.
Asimismo, afirman que “la identificación de una huella metabolómica específica del trastorno podría ayudar y apoyar al clínico en el proceso diagnóstico, aunque no por sí sola, sino siempre en asociación con el diagnóstico de síntomas clínicos de alerta”.
La importancia de esta técnica está en que “el metabotipo puede reflejar la heterogeneidad clínica de un trastorno autista; varios metabolitos pueden ser expresiones de vías metabólicas desreguladas, por lo que pueden dar lugar a perfiles clínicos”. Es decir que, de lograr identificarlos, en vez de diagnosticar a un niño a los 4 años, como suele suceder, podría hacerse desde que aparecen las primeras señales, algo que puede darse antes del primer año de vida e, incluso, aplicarse una prueba de tamizaje basada en biomarcadores a recién nacidos con riesgo de que podrían desarrollar el TEA.
En el paper, titulado Metabolómica: Perspectivas de empleo clínico en el trastorno del espectro autista, publicado el 29 de agosto de 2023 en PubMed, los investigadores señalan que “las herramientas metabolómicas ofrecen la posibilidad de evaluar la compleja relación entre la etiología de una enfermedad y la fisiología de un organismo, proporcionando un fenotipo funcional completo mediante la integración de características clínicas con factores de riesgo tanto genéticos como no genéticos. Considerando que las técnicas metabolómicas se basan en la obtención de muestras biológicas, su carácter no invasivo representa otro punto fuerte de este enfoque, especialmente en el contexto de los individuos con TEA”.
Y, aunque, en este momento, “la metabolómica no represente una herramienta diagnóstica específica de los TEA, esta técnica ya puede emplearse para estratificar a la población de TEA según distintos perfiles clínicos (por ejemplo, trastornos gastrointestinales, problemas de sueño, selectividad alimentaria)”, afirmaron en el paper los investigadores Martina Siracusano, Lucrezia Arturi, Assia Riccioni, Antonio Noto, Michele Mussap, Luigi Mazzone.
A continuación, la transcripción completa del estudio, realizada con la versión gratuita del traductor DeepL.
(This article belongs to the Special Issue From Molecular Mechanism to Therapy in Autism Spectrum Disorder)
Resumen
La medicina de precisión es inminente, y la metabolómica es uno de los principales actores en escena. Resumimos y discutimos la literatura actual sobre la aplicación clínica de las técnicas metabolómicas como posible herramienta para mejorar el diagnóstico precoz del trastorno del espectro autista (TEA), definir fenotipos clínicos e identificar condiciones médicas concurrentes. Se realizó una revisión de la literatura actual tras consultar PubMed, Medline y Google Scholar. Se incluyó un total de 37 artículos publicados en el periodo 2010-2022. Los estudios seleccionados incluyen en conjunto 2079 individuos diagnosticados con TEA (1625 varones, 394 mujeres; edad media de 10, 9 años), 51 con otras comorbilidades psiquiátricas (retrasos en el desarrollo), 182 individuos en riesgo (hermanos, aquellos con condiciones genéticas) y 1530 controles sanos (DT). La metabolómica, que refleja la interacción entre la genética y el entorno, representa una técnica innovadora y prometedora para abordar el TEA. El metabotipo puede reflejar la heterogeneidad clínica de un trastorno autista; varios metabolitos pueden ser expresiones de vías metabólicas desreguladas, por lo que pueden dar lugar a perfiles clínicos. Sin embargo, el empleo de los análisis metabolómicos en la práctica clínica dista mucho de estar introducido, lo que significa que son necesarios más estudios para la transición completa de la metabolómica de la investigación clínica a la rutina del diagnóstico clínico.
Palabras clave: trastorno del espectro autista; metabolómica; biomarcadores; perfil clínico; fenotipo; trastornos del sueño; problemas gastrointestinales; selectividad alimentaria; detección precoz; metabolismo
Esta tabla resume los principales metabolitos analizados en el resumen. Se ofrece una descripción detallada del tipo de metabolitos, la vía en la que están implicados, los mecanismos de producción y sus respectivas funciones fisiológicas y patológicas (Fuente: Human Metabolome Database-HMDB https://hmdb.ca, consultado el 26 de enero de 2023).
1. Introducción
El trastorno del espectro autista (TEA) es un trastorno del neurodesarrollo caracterizado por una alteración de la comunicación social de inicio en la infancia, asociada a conductas restringidas y estereotipadas [1].
La heterogeneidad fenotípica de este trastorno del neurodesarrollo surge a diferentes niveles: clínico (gravedad de los síntomas centrales y de los comportamientos asociados) y médico (afecciones concurrentes que incluyen, sobre todo, trastornos del sueño y trastornos gastrointestinales). Esta heterogeneidad se reproduce a nivel molecular de forma reflejada; es decir, a cada fenotipo clínico o médico corresponde un fenotipo molecular específico.
Desde un punto de vista clínico, la variabilidad en las capacidades cognitivas, adaptativas y del lenguaje observada entre los individuos con TEA conduce a dos fenotipos clínicos principales estrictamente ligados al nivel de capacidades cognitivas, adaptativas y al nivel de apoyo requerido: alto (HF-ASD)- o bajo funcionamiento (LF-ASD) [2,3]. Además, el perfil conductual de un individuo con autismo oscila entre una mayor o menor presencia de patrones de conducta repetitivos y restringidos (RRBs), sensibilidad sensorial atípica, rigidez cognitiva (incluyendo selectividad alimentaria) y deterioro sociocomunicativo [4,5]. La variabilidad en los fenotipos clínicos de los TEA contribuye a plantear retos en el proceso de diagnóstico y puede representar un factor crucial implicado en las respuestas individuales al tratamiento [4].
Desde un punto de vista clínico, el autismo se asocia a un número considerable de trastornos médicos y psiquiátricos concurrentes. En particular, los individuos con TEA tienen 3,5 veces más probabilidades de sufrir problemas gastrointestinales (GI) en comparación con sus compañeros con desarrollo típico (TD) [6], mientras que la prevalencia estimada de trastornos del sueño es de alrededor del 13% de la población con TEA, en comparación con el 3,7% de la población general [7]. Además, se observan con frecuencia afecciones concurrentes de epilepsia, trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH), ansiedad y trastornos del estado de ánimo [8].
Hasta la fecha, el diagnóstico del autismo se basa en la clínica, aunque se apoya en el uso de herramientas de observación estandarizadas y cuestionarios/entrevistas (por ejemplo, el esquema de observación diagnóstica del autismo, segunda edición-ADOS-2; la entrevista diagnóstica del autismo-revisada-ADI-R). De hecho, aún no se dispone de biomarcadores específicos y fiables. La identificación de biomarcadores para el TEA puede ser útil para ayudar a los clínicos a mejorar el proceso de diagnóstico. Ninguna proteína, enzima o metabolito puede considerarse por sí solo un biomarcador candidato del autismo; más bien, un panel de componentes biológicos podría cumplir los criterios para la detección y el seguimiento de fenotipos autistas específicos.
Los análisis genéticos (microarrays cromosómicos, prueba del cromosoma X frágil) se recomiendan como primer examen instrumental en caso de diagnóstico de TEA [9]; sin embargo, las mutaciones genéticas sólo explican el 10-20% de los casos de autismo, mientras que una parte de los casos se deben a polimorfismos comunes [10,11].
Por este motivo, la investigación científica avanza hacia la identificación de biomarcadores específicos del autismo -inmunitarios, hormonales y neurofisiológicos- y, aunque se han demostrado resultados prometedores, hasta la fecha no existen marcadores establecidos.
La serotonina [12,13], la oxitocina [14] y la desregulación del sistema inmunitario son algunas de las pruebas que han surgido de los análisis basados en biofluidos, que, sin embargo, carecen de especificidad para la enfermedad.
Dado que es necesario establecer marcadores para el TEA, las ciencias -ómicas (genómica, epigenómica, transcriptómica, proteómica, metabolómica), y en particular la metabolómica, ofrecen perspectivas prometedoras, representando una disciplina en expansión en la investigación actual del autismo [15]. La metabolómica es una técnica que permite identificar y detectar la presencia de conjuntos enteros de moléculas de bajo peso molecular (<1000 Da) en muestras biológicas (orina, heces, plasma, líquido cefalorraquídeo) [16]. Uno de sus puntos fuertes está representado por su capacidad para instantanear las rápidas variaciones diarias en cuestiones metabólicas debidas a cambios clínicos, terapéuticos y de estilo de vida [15]. Las herramientas metabolómicas ofrecen la posibilidad de evaluar la compleja relación entre la etiología de una enfermedad y la fisiología de un organismo [17], proporcionando un fenotipo funcional completo mediante la integración de características clínicas con factores de riesgo tanto genéticos como no genéticos [18] (Figura 1). Considerando que las técnicas metabolómicas se basan en la recogida de muestras biológicas, su carácter no invasivo representa otro punto fuerte de este enfoque, especialmente en el contexto de los individuos con TEA. Varios estudios han intentado detectar una huella metabólica del TEA [19,20,21,22,23] e identificar vías metabólicas relacionadas con enfermedades concurrentes [24,25].
La literatura disponible sobre metabolómica y TEA es amplia; sin embargo, hasta donde sabemos, carece de revisiones narrativas dirigidas principalmente a los clínicos (psiquiatras infantiles, pediatras y neurólogos infantiles) que trabajan en el campo de los TEA (diagnóstico, seguimiento, atención médica y tratamiento).
Así, la presente revisión pretende resumir y discutir la literatura actual sobre la aplicación de técnicas metabolómicas en la población clínica con TEA, centrándose en tres niveles diferentes:
Investigar los perfiles metabolómicos de los individuos con TEA para mejorar el diagnóstico precoz;
Destacar las posibles relaciones entre los patrones metabolómicos y los perfiles de gravedad de los síntomas entre los individuos con TEA;
Identificar la asociación entre los patrones metabolómicos y la presencia de condiciones médicas co-ocurrentes en la población clínica con TEA.
Por lo tanto, esta revisión narrativa contribuye dando una interpretación del empleo de técnicas metabolómicas en la práctica clínica sobre el autismo.
Se llevó a cabo una revisión de la literatura actual relativa a la aplicación del análisis metabolómico en individuos con TEA con el fin de dar una visión general de los datos disponibles sobre este tema.
Dos autores llevaron a cabo esta investigación de forma independiente, consultando PubMed, Medline y Google Scholar. "Autismo", "neurodesarrollo", "comorbilidades médicas", "fenotipo", "metabolómica", "perfil del metaboloma" y "biofluidos" se seleccionaron como palabras clave para la investigación. Se consideraron como criterios de inclusión los siguientes: trabajos originales en lengua inglesa, estudios realizados en muestras humanas (más de 10 individuos), texto completo disponible, y un enfoque en los tres objetivos en la población TEA (perfil metabolómico y diagnóstico precoz del TEA; patrones metabolómicos y perfiles de gravedad de los síntomas; y patrones metabolómicos y condiciones médicas co-ocurrentes). Por otro lado, se excluyeron comentarios, editoriales, protocolos, trabajos escritos en idiomas distintos al inglés y estudios realizados en modelos animales.
En el enlace al estudio podrá encontrar tres tablas. La No.1 incluye 22 estudios que investigan el uso de análisis metabolómicos para la identificación precoz de los TEA (objetivo 1). La No.2 incluye 8 estudios que emplean análisis metabolómicos para caracterizar los fenotipos clínicos de TEA en términos de gravedad de los síntomas
centrales (AIM 2). La No.3 incluye 7 estudios que investigan el posible uso de la metabolómica para identificar afecciones médicas concurrentes entre la población clínica de TEA (AIM 3).
Esta tabla incluye 7 estudios que investigan el posible uso de la metabolómica para identificar afecciones médicas concurrentes entre la población clínica con TEA. En este extracto de la tabla se ven dos de ellos.
2. Discusión
Dentro de este estudio, se ofrece una visión general de la literatura sobre metabolómica y TEA, analizando las posibles aplicaciones de esta técnica en el contexto de este trastorno del neurodesarrollo, concretamente en los siguientes contextos: diagnóstico precoz; caracterización del fenotipo clínico de TEA; y detección de condiciones médicas co-ocurrentes entre la población clínica de TEA (Figura 2; Tabla 4). Se incluyó en la revisión un total de 37 artículos relevantes publicados en el periodo 2010-2022. En general, los estudios seleccionados incluyeron un total de 2.079 individuos diagnosticados con TEA (1,625 varones, 394 mujeres; edad media de 10,9 años), 51 individuos con otras comorbilidades psiquiátricas (retrasos en el desarrollo), 182 individuos en riesgo (hermanos, aquellos con condiciones genéticas) y 1.530 controles sanos (DT). Dieciséis de estos estudios se realizaron en Europa [21,22,24,25,29,30,31,35,37,39,41,44,45,47,52,56], doce en Asia [23,28,33,34,36,40,42,43,46,50,54,55,58], ocho en EE.UU. [27,32,38,48,49,51,53,57] y uno en Australia [58].
2.1. ¿Cuál es el papel de la metabolómica en la identificación precoz de los TEA?
Los primeros signos de autismo aparecen en los primeros 12 meses, aunque la edad media de diagnóstico del TEA sigue siendo alrededor del 4º año de vida [59,60]. Mejorar el diagnóstico precoz e iniciar una intervención más temprana representan prioridades para optimizar los resultados; sin embargo, la identificación de signos de TEA en niños pequeños sigue siendo un reto para los clínicos, ya que algunos niños, especialmente los que padecen TEA-HF, pueden no mostrar manifestaciones clínicas a edades tempranas [61].
En este contexto, la aplicación de análisis metabolómicos puede representar una técnica prometedora para el diagnóstico precoz del TEA (en caso de identificación de un marcador metabólico específico del autismo), especialmente en poblaciones de riesgo, definidas como condiciones caracterizadas por una mayor posibilidad de verse afectadas por el autismo, como la familiaridad con el TEA (especialmente en el caso de hermanos de individuos autistas), síndromes genéticos (como el síndrome X frágil y el complejo de esclerosis tuberosa) y enfermedades maternas (por ejemplo, activación inmunitaria materna) [62,63].
La técnica metabolómica, que mide el nivel de metabolitos específicos en biofluidos, evalúa indirectamente el funcionamiento de las vías en las que intervienen los metabolitos. Las investigaciones muestran que las vías metabólicas más comúnmente descritas como alteradas en individuos con TEA son las siguientes: metabolismo de aminoácidos y ácido nicotínico, disfunciones mitocondriales y estado antioxidante, además del papel desempeñado por los metabolitos relacionados con la microbiota intestinal [64]. Además, otras alteraciones observadas con frecuencia en la población clínica de TEA incluyen los aminoácidos aromáticos -precursores de neurotransmisores- y los niveles hormonales implicados en la regulación del sistema nervioso (también se observaron con frecuencia catecolaminas, dopamina y serotonina) [15]. La Tabla 1, la Tabla 2 y la Tabla 3 resumen los principales estudios metabolómicos, proporcionando un perfil metabolómico para los individuos con TEA en comparación con la población general y aquellos con condiciones de riesgo.
Específicamente en relación con el metabolismo de los aminoácidos, la evidencia destaca aberraciones en glutamato, tirosina y homocitrulina en la población con TEA [23,26,29,32,40,42,43]. Sin embargo, los resultados siguen siendo inconsistentes, probablemente debido a la variabilidad en la edad, el sexo, la gravedad de los síntomas y la presencia de otras afecciones concurrentes en las muestras seleccionadas, así como a la falta de un grupo de control debidamente emparejado [22,24,26,30,31,32,43,64,65].
La vía del ácido triptófano-nicotínico (N-metil-2-piridona-5-carboxamida, N-metil ácido nicotínico y N-metil nicotinamida) suele estar alterada en los TEA [26]. Esta vía está implicada en el estrés oxidativo y en la regulación del ciclo sueño/vigilia (véase en el siguiente párrafo las implicaciones específicas de los trastornos del sueño en los TEA). La reducción de la conversión de triptófano en melatonina puede determinar un aumento de la síntesis de ácido nicotínico, con una mayor susceptibilidad al estrés oxidativo [31,64]. Los desequilibrios en la orina de ácido L-treónico (oxidante) y carnosina y urato (metabolitos antioxidantes) son expresiones de un mayor estrés oxidativo [27,31]. Cabe destacar que el estrés oxidativo y las disfunciones mitocondriales [28,66,67] son mecanismos implicados tanto en el funcionamiento social como cognitivo [68,69], dominios generalmente deteriorados en el TEA.
Sin embargo, aunque se han detectado varias aberraciones metabólicas -como las descritas anteriormente- en individuos con TEA, algunas vías metabólicas son compartidas entre trastornos (síndrome de Down, retrasos idiopáticos del desarrollo) [38], lo que dificulta la definición de un perfil metabólico específico para el TEA.
Por último, si a estas alturas la identificación precoz de los síntomas de los TEA (en los primeros años de vida) representa un reto tanto a nivel clínico como molecular, un ámbito de investigación aún más intrigante lo constituyen los periodos pre, peri y postnatal [37,44,70].
Hasta la fecha, la aplicación de las tecnologías disponibles para el perfilado del metaboloma (por ejemplo, espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protones, cromatografía líquida, cromatografía de gases con espectrometría de masas) ofrece la posibilidad de explorar las variaciones tempranas del metaboloma al realizar cribados peri- y postnatales [71]. Recientemente, un cribado longitudinal de recién nacidos [44], realizado mediante el análisis de los perfiles metabolómicos (muestras de sangre recogidas entre 3 y 10 días después del nacimiento y posteriormente biobancadas) de 74 recién nacidos, reveló niveles más elevados de metacolina (un éster sintético de colina que actúa como agonista no selectivo de los receptores muscarínicos) en recién nacidos diagnosticados posteriormente de TEA. Sin embargo, aunque este resultado es prometedor, el posible papel de este metabolito en el contexto del TEA sigue siendo en gran medida desconocido [72].
Resumiendo las pruebas relativas al primer objetivo de este resumen, la mayoría de los estudios informan de alteraciones en la concentración de metabolitos que reflejan vías perturbadas que se sabe que están desreguladas en el TEA: la vía del ácido triptófano-nicotínico, el estrés oxidativo y la disfunción mitocondrial.
Para sacar conclusiones, postulamos que, hoy en día, el papel de la metabolómica en la identificación precoz del TEA está todavía en desarrollo y su utilidad clínica sigue siendo cuestionable. De hecho, la identificación de una huella metabolómica específica de la enfermedad podría ayudar y apoyar al clínico en el proceso diagnóstico, aunque no por sí sola, sino siempre en asociación con el diagnóstico de síntomas clínicos de alerta. Sin embargo, el objetivo es identificar un panel de metabolitos asociado con el riesgo de TEA; este objetivo permitirá la posibilidad de incluir un cribado neonatal basado en la metabolómica en bebés identificados con riesgo de desarrollar autismo.
El fenotipo clínico de los TEA se caracteriza por una variabilidad extrema en cuanto al nivel de gravedad de los síntomas principales de los TEA (afecto social, comportamientos repetitivos y restringidos, incluida la hipersensibilidad o hipersensibilidad sensorial) y los comportamientos asociados (agresividad, ansiedad). La heterogeneidad del fenotipo está estrechamente relacionada con la variabilidad de los resultados [71,73]. Así pues, la identificación de una huella metabólica asociada a un perfil clínico distinto (estratificación del fenotipo) podría contribuir a la delineación de trayectorias clínicas y a la creación de intervenciones a medida [74]. En la Tabla 2 se resumen los principales estudios metabolómicos que abordan este tema.
Recientemente, se informó de una relación positiva entre la gravedad de los síntomas del autismo y los niveles urinarios de los siguientes metabolitos: ácido 2-hidroxiacrílico y ácido 3-hidroxifenil-3-hidroxipropiónico (HPHPA), p-cresol, ácido benzoico, ácido hipúrico y ácido 3-hidroxipentanoico [21]. Curiosamente, todos los metabolitos discriminantes hallados en este estudio estaban estrictamente relacionados con los hábitos dietéticos, la disbiosis intestinal y la disfunción mitocondrial. De hecho, la mayoría de estos metabolitos (ácido 2-hidroxiacrílico, HPAPA, ácido 3-hidroxipentanoico) se producen en el tracto gastrointestinal mediante la intervención de las bacterias intestinales.
Tabla 2. Esta tabla incluye 8 estudios que emplean análisis metabolómicos para caracterizar los fenotipos clínicos de TEA en términos de gravedad de los síntomas centrales (AIM 2). En este extracto se aprecian dos de ellos.
El p-cresol -un compuesto aromático orgánico (4-metilfenol) cuya exposición se produce comúnmente a través del contacto con la piel, la inhalación, los alimentos y las bebidas- ha despertado el interés de los investigadores como biomarcador prometedor del TEA. Varios estudios han demostrado altos niveles de p-cresol en la orina y las heces pero no en la sangre de individuos autistas [65,75] y una correlación significativa entre la magnitud del aumento de p-cresol y la gravedad de los síntomas [47]. Aunque el p-cresol es producido por al menos 55 cepas bacterianas filogenéticamente divergentes pertenecientes a la microbiota intestinal [76], existen pruebas sólidas que demuestran una fuerte asociación entre el exceso de p-cresol y el sobrecrecimiento de Clostridia spp. en el tracto gastrointestinal, especialmente con C. difficile [47].
La administración de p-cresol en ratones provoca síntomas parecidos a los del autismo que se asemejan notablemente a los síntomas básicos y comorbilidades de los individuos autistas [77]. El p-cresol y su derivado conjugado p-cresilsulfato son compuestos tóxicos que inducen lesiones y disfunciones multiorgánicas; en particular, el riñón, el hígado, el endotelio, el sistema inmunitario y el sistema nervioso central (SNC) son los principales objetivos. La neurotoxicidad del p-cresol consiste en la alteración del desarrollo dendrítico, la sinaptogénesis y la función de las sinapsis en las neuronas del hipocampo, como se ha observado en cultivos celulares de ratas [78]; además, el p-cresol provoca la inhibición irreversible de la enzima dopamina-beta-hidroxilasa (DBH), una enzima crítica que cataliza la conversión de dopamina en norepinefrina, con la consiguiente acumulación de dopamina [41,79]. La acumulación de dopamina promueve el daño cerebral debido al exceso de quinonas de dopamina inestables, aductos tóxicos de dopamina y superóxido de oxígeno. A su vez, estos tóxicos provocan un aumento del estrés oxidativo y lesiones en las mitocondrias neuronales [59].
En varios estudios se han descrito concentraciones alteradas de este metabolito [53,64,65], lo que demuestra el papel del p-cresol como metabolito discriminante en el autismo, también en términos de perfiles de gravedad de los síntomas. En este contexto, el aumento de p-cresol se asoció directamente con la gravedad de los síntomas centrales del TEA medidos a través de medidas estandarizadas, incluyendo el programa de observación diagnóstica del autismo-2ª edición [21] y la escala de valoración del autismo infantil (CARS) [47]. Curiosamente, los autores especulan que, dado que una fuente de p-cresol es la exposición ambiental (pinturas, desinfectantes, disolventes, productos de limpieza), los individuos con bajo funcionamiento podrían presentar un exceso de este metabolito debido a la exploración oral común a este perfil clínico (se llevan objetos a la boca con frecuencia). Desde esta perspectiva, otros estudios encontraron una asociación específica del metabolito con mayores conductas estereotípicas y repetitivas [75].
Además, en un estudio reciente sobre individuos preescolares con autismo [24] surgió una correlación entre la gravedad del perfil clínico y el metaboloma fecal, mostrando mayores niveles de aminoácidos en niños con un perfil autista leve y mayores niveles de N-metilhidantoína, 1,3-dihidroxiacetona y fucosa en niños con mayor deterioro clínico. Por último, el metabolismo de los aminoácidos, los neurotransmisores monoamínicos, el ácido γ-aminobutírico (GABA), la ornitina y la colina se han relacionado recientemente con los síntomas centrales y el comportamiento aberrante en el TEA [48,49,50,51]. En particular, la correlación negativa entre el GABA (disminución del nivel de neurotransmisores inhibitorios) y los síntomas centrales del autismo [41,48,49] apoya la teoría de un desequilibrio excitatorio-inhibitorio en el TEA [40,80].
Otro metabolito crucial es el ácido 3-(3-hidroxifenil)-3-hidroxipropiónico (HPHPA), un ácido orgánico derivado de fuentes nutricionales y que surge del metabolismo bacteriano en el tracto gastrointestinal, especialmente de la acción de la bacteria anaerobia Clostridia spp. Se descubrió que el HPHPA era elevado en la orina de individuos autistas [81].
Shaw [82] postuló que Clostridia spp. productoras de HPHPA y p-cresol también podrían estar implicadas en las alteraciones del metabolismo de la dopamina y la norepinefrina, promoviendo el estrés oxidativo y el daño cerebral. El HPHPA se origina en la vía bacteriana de la m-tirosina, un análogo de la tirosina que promueve los síntomas del núcleo autista en modelos animales. El exceso crónico de HPHPA convierte este metabolito en neurotoxina y metabotoxina; no está claro si los efectos tóxicos se deben a la propiedad de mimetizar las catecolaminas, alterando la neurotransmisión, o a la capacidad de actuar como análogo de la tirosina y la fenilalanina. Nuestro grupo descubrió que los niveles de HPHPA en orina se correlacionan positivamente con la gravedad de los síntomas centrales del TEA, evaluados con la puntuación de gravedad calibrada ADOS-2 [21].
El ácido benzoico es un compuesto orgánico que contiene un anillo bencénico que lleva al menos un grupo carboxilo. El ácido benzoico es un subproducto del metabolismo bacteriano de la fenilalanina y también se produce por la fermentación bacteriana de polifenoles derivados de frutas o bebidas tomadas con la dieta. Los niveles urinarios elevados de ácido benzoico pueden indicar una escasez de glicina, el aminoácido necesario para su transformación en ácido hipúrico mediante la desaminación de la enzima bacteriana fenilalanina. Se encontraron anomalías en la excreción de ácido hipúrico muy pronto en individuos con autismo [46], lo que indica alteraciones en la microbiota intestinal; en particular, se observó un sobrecrecimiento de Clostridia spp. [26,83,84].
Tambien puede leer sobre este tema en: Estudio busca ampliar diagnóstico de los TEA a través de perfiles metabólicos específicos
La heterogeneidad clínica de los TEA puede observarse desde el inicio del trastorno del neurodesarrollo. Entre las formas en que pueden aparecer los síntomas tempranos del TEA, se encuentra la regresión, entendida como una pérdida de habilidades en el desarrollo, el lenguaje y/o el comportamiento [85]. Hasta la fecha, se sabe poco sobre el mecanismo subyacente de este fenómeno, y ésta sigue siendo una de las cuestiones más desafiantes en el contexto del autismo. (¿Cuán frecuente es el fenómeno? ¿Cuándo se produce? ¿Por qué algunos niños muestran regresión y otros no? ¿Cómo puede medirse la regresión?)
Recientemente, Rangel-Huerta y colegas [22] intentaron detectar, en los dos primeros años de vida, un perfil metabolómico relacionado con una condición clínica de regresión (identificada mediante un cuestionario de cinco ítems basado en el ADI-R). Surgieron diferencias leves en los niveles sanguíneos de metabolitos endógenos (incluida la arginina) y del metabolismo lipídico (mono- y diacilgliceroles) entre los dos grupos (niños con y sin regresión). En concreto, los niños con TEA con regresión mostraban perfiles metabólicos caracterizados por mayores concentraciones de arginina [22]. Se cree que los niveles más altos de este metabolito están relacionados con el aumento del estrés oxidativo a través de la vía del óxido nítrico (NO) [22,64]. Además, un estudio reciente [51] (Brister et al., 2022) descubrió que la regresión del neurodesarrollo estaba asociada a cambios en la nicotinamida y el metabolismo energético.
En cuanto al metabolismo lipídico, en los niños con regresión se observó una acumulación de mono- y diacilgliceroles y una disminución de los ácidos grasos de cadena larga y media. Estas aberraciones metabolómicas reflejan alteraciones en el metabolismo del triacilglicerol y los fosfolípidos, los ácidos grasos y la β-oxidación observadas habitualmente en la población clínica con TEA [86,87].
Por último, incluso el conocido p-cresol ha sido investigado desde la perspectiva de detectar una posible huella metabolómica de la regresión [47].
En conclusión, hemos descrito las principales aberraciones metabólicas asociadas a perfiles clínicos específicos: la gravedad de los síntomas centrales del TEA y los comportamientos aberrantes (p-cresol, HPHPA, derivados aminados, metabolismo lipídico y energético) y la regresión conductual al inicio del trastorno (arginina, p-cresol, nicotinamida).
Sin embargo, el punto clave es el siguiente: ¿cómo puede un metabolito ser una medida de la heterogeneidad clínica y de la gravedad clínica? Esta pregunta sigue en su mayor parte sin respuesta; no obstante, se pueden hacer algunas especulaciones. Hemos mencionado los principales metabolitos implicados de algún modo en los TEA; sin embargo, deberíamos optar por una perspectiva diferente, no restringida y limitada a un único constituyente, sino ampliada a la interacción entre elementos: el genotipo individual y múltiples factores ambientales (es decir, hábitos dietéticos, microbioma intestinal). El metabotipo puede representar dicha interacción y, en estos términos, los metabotipos específicos -un panel de constituyentes biológicos, en lugar de proteínas, enzimas o metabolitos individuales- compartidos por individuos con TEA pueden ser una mejor expresión del fenotipo clínico del autismo en términos tanto de heterogeneidad como de gravedad de los síntomas [88].
Cabe destacar que, dentro de la población con TEA, la nutrición y la selectividad alimentaria (entendida como una ingesta restringida de alimentos debido a cuestiones sensoriales como la consistencia, el color, la temperatura y el sabor) constituyen un problema común y desafiante para el fenotipo clínico de los individuos con TEA, contribuyendo a la heterogeneidad y gravedad clínicas. De hecho, la selectividad alimentaria está estrechamente vinculada a factores ambientales como los hábitos dietéticos (la variedad y la cantidad de alimentos ingeridos) y la disbiosis intestinal que, a su vez, tienen varias implicaciones para el metabotipo.
Cabe señalar que la nutrición y los hábitos alimentarios desempeñan un papel clave en la interacción entre el microbioma, el intestino y el cerebro (el denominado eje intestino-cerebro). La selectividad alimentaria puede influir en el microbioma intestinal; por lo tanto, esta cuestión refleja el posible vínculo entre la nutrición, el microbioma, el perfil metabolómico y el comportamiento. Por un lado, la selectividad alimentaria induce una ingesta inadecuada de nutrientes (que influye en el microbioma intestinal); por otro, la rigidez y los hábitos alimentarios repetitivos pueden ser responsables de una ingesta excesiva de alimentos específicos (es decir, hidratos de carbono), lo que repercute de nuevo en la composición microbiana intestinal. Recientemente, Mussap et al. [21] investigaron un posible perfil metabólico urinario relacionado con los hábitos alimentarios, encontrando la 7-metilxantina y el ácido úrico como metabolitos prometedores que caracterizan a los individuos con TEA y selectividad alimentaria.
Tales premisas sugieren que la metabolómica puede aportar una contribución adicional a la estratificación de la población con TEA.
2.3. ¿Pueden los patrones metabolómicos ser indicadores de enfermedades concurrentes en los TEA?
Las comorbilidades son muy frecuentes entre los individuos con TEA [89], especialmente los trastornos del sueño (13%) y los síntomas gastrointestinales (GI) (46-84%), lo que sugiere posibles mecanismos fisiopatológicos compartidos entre el autismo y estas comorbilidades [7,10]. Desgraciadamente, el deterioro del lenguaje y la comunicación -característico de los individuos con autismo- representa una fuerte barrera para el reconocimiento rápido de estos síntomas médicos. Por lo tanto, la identificación de biomarcadores específicos relacionados con la enfermedad podría ayudar en la gestión clínica.
2.3.1. Trastornos gastrointestinales
Cada vez hay más literatura que informa de una correlación entre la presencia de trastornos gastrointestinales (por ejemplo, dolor abdominal, estreñimiento, diarrea crónica y reflujo) y el perfil conductual (irritabilidad, problemas de exteriorización, desregulación conductual y patrones repetitivos de conducta) [90,91].
La relación entre los síntomas GI y el comportamiento es objeto de debate y representa un tema clave de investigación clínica dentro de los trastornos del neurodesarrollo, especialmente los TEA. Ciertamente, un malestar que no puede ser explicado debido a dificultades comunicativas (lenguaje y/o deterioro cognitivo) puede conducir a un empeoramiento conductual (comportamiento agresivo, irritabilidad, rabietas, mayor comportamiento repetitivo) que son difíciles de interpretar clara y adecuadamente por las familias y los clínicos. Sin embargo, existe un vínculo neurobiológico establecido entre la microbiota intestinal y la función cerebral (el eje intestino-cerebro), que se explica principalmente a través de los siguientes mecanismos: la modulación directa del sistema nervioso entérico por metabolitos intestinales; y la producción de metabolitos bioactivos -incluidas neurotoxinas y neurotransmisores (es decir, GABA)- inducidos por la microbiota intestinal [92].
Los trastornos gastrointestinales están asociados a la disbiosis intestinal en la población general [93] y también en el TEA [94]. Por lo tanto, los metabolitos derivados de la microbiota intestinal -medidos mediante metabolómica- pueden ser indicadores de trastornos GI subyacentes en el TEA.
Entre las alteraciones metabolómicas urinarias y fecales más frecuentes descritas en la población con TEA, se encuentran los niveles anormales de ácido hipúrico, ácido p-hidroxifenilacético y ácido 3-(3-hidroxifenil)-3-hidroxipropanoico, ácido propiónico, p-cresol, isopropanol y GABA. Estas alteraciones metabólicas pueden estar causadas por disbiosis intestinal, especialmente por el sobrecrecimiento de Clostridium, Alistipes, Akkermansia, Caloramator y Sarcina spp. y el agotamiento de Prevotella spp., E. siraeum y Bifidobacterium spp. [53,95].
El estreñimiento crónico suele caracterizar el TEA en niños y representa una causa común de visitas a urgencias e ingresos hospitalarios [96]. Incluso en lo que respecta a esta afección médica, el p-cresol desempeña un papel fundamental. De hecho, se han asociado niveles más elevados de este metabolito con el estreñimiento crónico a través de dos mecanismos principales: el aumento de la producción de p-cresol, debido principalmente a la disbiosis intestinal [65]; y el tiempo de tránsito intestinal lento, que conduce a una mayor absorción de p-cresol y da lugar a una mayor excreción renal [47]. Ambos mecanismos se asocian siempre a un intestino permeable, el factor más importante que favorece el tránsito de metabolitos microbianos intestinales y toxinas desde la luz intestinal a la circulación.
Otras alteraciones de metabolitos (es decir, ácido orgánico, azúcares, hipurato, glicina, triptófano, creatinina, taurina) se han relacionado con trastornos GI dentro del autismo [30,35,95].
Recientemente, Dan y sus colegas [55] examinaron la relación entre el perfil metabolómico y la microbiota en muestras fecales de individuos con TEA afectados por estreñimiento crónico. Los autores hallaron una asociación significativa entre los cambios en las concentraciones de serotonina, dopamina, histidina y GABA y la depleción de especies de Sutterella, Prevotella y Bacteroides. Curiosamente, dada la implicación de los metabolitos mencionados en el comportamiento, los autores afirmaron que sus hallazgos proporcionan una pista para comprender mejor los mecanismos fisiopatológicos relacionados con los comportamientos autistas.
Cabe destacar que otros autores subrayan la necesidad de emplear con precaución los resultados de la metabolómica (la concentración alterada de metabolitos fecales o urinarios derivados del intestino) como indicadores indirectos de disbiosis intestinal (riqueza y diversidad de especies de la microflora) y, posteriormente, como biomarcadores de trastornos gastrointestinales, sugiriendo un uso combinado del análisis de la microbiota y la metabolómica [56].
Por último, hasta el momento, la metabolómica (asociada o no a la microbiómica) no representa la práctica clínica para la detección de trastornos GI dentro del TEA y no es probable que sustituya a las investigaciones instrumentales rutinarias utilizadas para la detección de afecciones GI (es decir, examen de heces, gastroscopia). Sin embargo, la metabolómica puede tener implicaciones significativas para descifrar mejor los mecanismos fisiopatológicos subyacentes al eje intestino-cerebro en el autismo.
2.3.2. Trastornos del sueño
Los trastornos del sueño (por ejemplo, despertares, parasomnias) tienen repercusiones negativas en el fenotipo clínico del individuo y en la calidad de vida de toda la familia [7,54,97]. Una mejor comprensión de los mecanismos metabólicos subyacentes implicados en los trastornos del sueño puede ser útil para delinear intervenciones específicas.
La serotonina y la melatonina -y las respectivas vías en las que están implicadas- son dos metabolitos clave del ciclo sueño/vigilia frecuentemente desregulados en el TEA [14,54,98].
Se ha descrito un aumento de la concentración de serotonina y una disminución de los niveles de melatonina y ácido 3-hidroxibutírico en individuos con TEA y trastornos del sueño [14,41,98]. De hecho, los autores describieron una asociación positiva de las medidas de resultado del sueño y la abundancia de dos bacterias intestinales clave (Faecalibacterium y Agathobacter), y una correlación negativa de los trastornos del sueño con los cambios en los metabolitos fecales (ácido 3-hidroxibutírico). Esto refleja el impacto de las alteraciones microbianas y metabólicas en el sueño.
Además, las alteraciones en los metabolitos urinarios implicados en la vía del triptófano (disminuciones en la cinurenina y el ácido cinurénico; aumentos en el ácido quinolínico y el ácido xanturénico) y, posteriormente, en los procesos de oxidorreducción se notifican con frecuencia en los TEA [21,25,45], lo que subyace al papel de estos dos mecanismos en el autismo.
En conjunto, estos resultados, aunque todavía no sean consistentes, sugieren posibles mecanismos fisiopatológicos compartidos entre el TEA y los trastornos del sueño y las alteraciones GI.
3. Conclusiones
Este resumen pone de manifiesto que el uso de análisis metabolómicos para la detección precoz de síntomas de TEA con el fin de definir un perfil clínico específico e identificar afecciones médicas concurrentes es prometedor, pero aún no es aplicable a la práctica clínica diaria de diagnóstico con una persona con TEA. Aún no se han identificado definitivamente perfiles metabólicos específicos en el suero o la orina de individuos autistas; no obstante, varias alteraciones metabólicas -vinculadas a mecanismos fisiopatológicos de trastornos del neurodesarrollo- parecen caracterizar el TEA y las afecciones concurrentes.
De hecho, aunque la metabolómica no represente una herramienta diagnóstica específica de los TEA, esta técnica ya puede emplearse para estratificar a la población de TEA según distintos perfiles clínicos (por ejemplo, trastornos gastrointestinales, problemas de sueño, selectividad alimentaria).
Varios límites afectan a la literatura actualmente disponible; no nos permiten extraer conclusiones fiables que sean relevantes para todas las poblaciones clínicas de TEA. En primer lugar, la edad de los individuos autistas es heterogénea entre los estudios; por lo tanto, es necesario realizar estudios con un gran número de individuos con TEA divididos en función de su edad (preescolares, escolares, adolescentes, adultos). Además, los estudios no son fácilmente comparables debido a la utilización de diferentes métodos (NMR, GC-MS, LC-MS), enfoques (dirigidos o no dirigidos), enfoques estadísticos multivariantes, biofluidos (sangre, plasma, orina, heces) y gravedad de la enfermedad.
En conclusión, la pregunta de "¿cómo puede un metabolito ser una medida de la heterogeneidad clínica?" sigue en su mayor parte sin respuesta. Una respuesta plausible podría ser que un fenotipo específico no se refleja en un único metabolito, sino en un perfil metabólico que comprende un conjunto de elementos, es decir, el metabotipo. Este último, al ser posiblemente indicativo de una condición clínica, es por tanto un enfoque prometedor para el TEA.
Contribuciones de los autores
Conceptualización, M.M., M.S., L.A. y L.M.; metodología, A.R. y A.N.; investigación, L.A., A.R. y M.S.; redacción-preparación del borrador original, L.A. y M.S.; redacción-revisión y edición, L.A., M.S., A.N. y M.M.; visualización, L.A. y M.S.; supervisión, L.M. y M.M. Todos los autores han leído y aceptado la versión publicada del manuscrito.