Untargeted Cross-Matrix Metabolomics Reveals Tryptophan Metabolism Shift in Children with Autism

Le trouble du spectre de l'autisme est une condition complexe qui affecte la façon dont une personne communique, interagit avec les autres et expérimente le monde. Bien que les scientifiques sachent depuis longtemps que les gènes et l'environnement jouent un rôle, les mécanismes biologiques précis qui pilotent cette condition restent insaisissables. Ces dernières années, l'attention s'est portée sur l'intestin, et plus précisément sur les trillions de minuscules bactéries qui y vivent. Ces microbes ne se contentent pas de digérer la nourriture ; ils communiquent avec le cerveau par un réseau de nerfs, d'hormones et de signaux chimiques appelé l'axe microbiote-intestin-cerveau. Lorsque ce système de communication fonctionne mal, cela peut contribuer aux symptômes de l'autisme. Pour comprendre ce lien, les chercheurs examinent souvent les métabolites, qui sont les petites molécules chimiques produites lorsque notre corps et nos bactéries intestinales décomposent la nourriture et traitent l'énergie. Ces molécules agissent comme un langage chimique, nous indiquant ce qui se passe à l'intérieur du corps à un niveau microscopique.

Une équipe de chercheurs de l'hôpital Zhongnan de l'Université de Wuhan a décidé d'écouter ce langage chimique en examinant deux parties différentes du corps simultanément : l'intestin lui-même et le flux sanguin. Alors que de nombreuses études précédentes ont examiné soit les selles, soit l'urine de manière isolée, ce groupe voulait voir l'image complète de la façon dont l'environnement local dans l'intestin se connecte au reste du corps. Ils ont recruté trente-trois enfants atteints d'autisme et vingt-sept enfants sans cette condition. Pour chaque enfant, ils ont collecté des échantillons de selles et d'urine. À l'aide de machines avancées capables d'identifier des milliers de minuscules structures chimiques à la fois, les scientifiques ont cartographié le paysage métabolique des deux groupes. Ils cherchaient des signatures chimiques spécifiques qui apparaissaient chez les enfants autistes mais pas chez les autres, espérant tracer un chemin de l'intestin vers le cerveau.

L'analyse a révélé une différence claire dans la façon dont les enfants atteints d'autisme traitaient un nutriment spécifique appelé tryptophane. Le tryptophane est un acide aminé présent dans la nourriture que le corps utilise pour créer des substances importantes pour le cerveau et pour le sommeil. Dans les échantillons de selles des enfants autistes, les chercheurs ont trouvé des niveaux nettement inférieurs de deux substances clés : l'indole et une forme de mélatonine appelée 6-hydroxy-mélatonine. L'indole est une substance chimique produite par les bactéries intestinales lorsqu'elles décomposent le tryptophane, et la mélatonine est l'hormone qui régule le cycle veille-sommeil. Le fait que ces niveaux soient bas dans l'intestin suggère que les bactéries chez ces enfants ne décomposent pas correctement le tryptophane. Cette découverte concorde avec l'observation bien connue selon laquelle de nombreux enfants autistes luttent contre le sommeil, car le corps peut ne pas produire suffisamment de signaux chimiques nécessaires au repos.

L'histoire ne s'est pas arrêtée dans l'intestin. Lorsque les chercheurs ont examiné l'urine, qui reflète ce qui se passe dans le reste du corps, ils ont trouvé un schéma différent mais lié. L'urine des enfants autistes contenait des niveaux plus élevés de certains autres produits de décomposition du tryptophane, tels que le 5-méthoxytryptophane, tandis que les niveaux d'acide 2-méthylnicotinique étaient plus bas. Ce décalage entre ce qui se passait dans l'intestin et ce qui apparaissait dans l'urine suggère une perturbation systémique. Il semble que la voie du tryptophane soit brisée à plusieurs endroits, empêchant le corps de fabriquer les bonnes substances au bon moment. Cette perturbation affecte probablement non seulement le sommeil, mais aussi l'équilibre des neurotransmetteurs, les substances chimiques que les cellules cérébrales utilisent pour communiquer entre elles.

Au-delà de la voie du tryptophane, l'étude a mis en évidence des preuves d'une crise énergétique plus profonde au sein des cellules. Les chercheurs ont découvert que des substances chimiques spécifiques impliquées dans le cycle principal de production d'énergie du corps étaient élevées à la fois dans les selles et dans l'urine des enfants autistes. Ces substances font partie d'un processus qui alimente les mitochondries, les minuscules structures à l'intérieur des cellules qui agissent comme des centrales électriques. Lorsque ces centrales ne fonctionnent pas efficacement, le corps ne peut pas générer l'énergie correctement, et les déchets s'accumulent. La présence simultanée de ces anomalies liées à l'énergie, tant dans l'intestin que dans l'urine, pointe vers un problème systémique, suggérant que la cause profonde du trouble métabolique pourrait être un échec de la capacité des cellules à produire de l'énergie. Cela soutient l'idée que l'autisme implique une perturbation généralisée du réseau énergétique du corps, s'étendant bien au-delà du cerveau.

Pour comprendre comment les bactéries intestinales pourraient causer ces changements, les scientifiques ont construit une carte montrant comment l'abondance de différents groupes bactériens était corrélée aux niveaux de ces substances chimiques. Ils ont découvert que certaines bactéries, qui peuvent parfois être nocives, étaient liées aux faibles niveaux de la substance bénéfique qu'est la mélatonine. Inversement, d'autres bactéries, généralement utiles, étaient liées à des niveaux plus élevés des substances chimiques liées à l'énergie. Cela suggère que la composition du microbiote intestinal chez les enfants autistes n'est pas seulement différente, mais qu'elle conduit activement les erreurs métaboliques observées dans l'étude. Les bactéries modifient probablement l'environnement chimique d'une manière qui perturbe la capacité du corps à traiter les nutriments et à générer de l'énergie.

Les chercheurs ont pris soin de noter que leurs conclusions sont un point de départ plutôt qu'une réponse finale. Comme l'étude a observé un moment unique dans le temps, ils ne peuvent pas affirmer avec certitude si ces changements métaboliques ont causé l'autisme ou en sont le résultat. Le groupe d'enfants étudiés était également relativement petit, et les âges et les genres n'étaient pas parfaitement appariés entre les deux groupes, bien que des méthodes statistiques aient été utilisées pour tenir compte de ces différences. Malgré ces limites, l'étude offre une vision unifiée et robuste du problème. En examinant à la fois l'intestin et le corps, l'équipe a montré que l'autisme est associé à une perturbation généralisée de la gestion du tryptophane et de la génération d'énergie par le corps. Ce travail suggère que les futurs traitements pourraient se concentrer sur la réparation du microbiote intestinal afin de restaurer le flux de ces substances vitales, aidant potentiellement à améliorer le sommeil et le bien-être général des enfants autistes.