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

O transtorno do espectro autista é uma condição complexa que afeta a forma como uma pessoa se comunica, interage com os outros e experiencia o mundo. Embora os cientistas saibam há muito tempo que os genes e o ambiente desempenham um papel, os mecanismos biológicos precisos que impulsionam a condição permanecem elusivos. Nos últimos anos, a atenção voltou-se para o intestino, especificamente para os trilhões de bactérias minúsculas que vivem lá. Esses micróbios não apenas digerem alimentos; eles se comunicam com o cérefe através de uma rede de nervos, hormônios e sinais químicos conhecida como eixo microbiota-intestino-cérebro. Quando este sistema de comunicação falha, pode contribuir para os sintomas do autismo. Para entender essa conexão, os pesquisadores frequentemente observam os metabólitos, que são as pequenas moléculas químicas produzidas quando nossos corpos e nossas bactérias intestinais decompõem alimentos e processam energia. Essas moléculas atuam como uma linguagem química, dizendo-nos o que está acontecendo dentro do corpo em um nível microscópico.

Uma equipe de pesquisadores do Hospital Zhongnan da Universidade de Wuhan decidiu ouvir essa linguagem química examinando duas partes diferentes do corpo ao mesmo tempo: o próprio intestino e a corrente sanguínea. Embora muitos estudos anteriores tenham analisado ou as fezes ou a urina isoladamente, este grupo queria ver o quadro completo de como o ambiente local no intestino se conecta ao resto do corpo. Eles recrutaram trinta e três crianças com autismo e vinte e sete crianças sem a condição. De cada criança, coletaram amostras de fezes e urina. Usando máquinas avançadas que podem identificar milhares de estruturas químicas minúsculas de uma só vez, os cientistas mapearam o panorama metabólico de ambos os grupos. Eles procuravam assinaturas químicas específicas que apareciam nas crianças autistas, mas não nas outras, esperando traçar um caminho do intestino ao cérebro.

A análise revelou uma diferença clara na forma como as crianças com autismo processavam um nutriente específico chamado triptofano. O triptofano é um aminoácido encontrado nos alimentos que o corpo utiliza para criar substâncias importantes para o cérebro e para o sono. Nas amostras de fezes das crianças autistas, os pesquisadores encontraram níveis significativamente mais baixos de duas substâncias fundamentais: o indol e uma forma de melatonina chamada 6-hidroxi-melatonina. O indol é uma substância química produzida pelas bactérias intestinais quando elas decompõem o triptofano, e a melatonina é o hormônio que regula o ciclo sono-vigília. O fato de esses níveis estarem baixos no intestino sugere que as bactérias nessas crianças não estão decompondo o triptofano corretamente. Esse achado está alinhado com a observação bem conhecida de que muitas crianças com autismo têm dificuldades com o sono, pois o corpo pode não estar produzindo os sinais químicos necessários para o descanso.

A história não terminou no intestino. Quando os pesquisadores observaram a urina, que reflete o que está acontecendo no resto do corpo, encontraram um padrão diferente, porém relacionado. A urina das crianças autistas continha níveis mais altos de certos outros produtos de decomposição do triptofano, como o 5-metoxitriptofano, enquanto os níveis de ácido 2-metilnicotínico eram menores. Esse descompasso entre o que estava acontecendo no intestino e o que aparecia na urina sugere uma interrupção sistêmica. Parece que a via do triptofano está interrompida em vários pontos, impedindo o corpo de produzir as substâncias certas no momento certo. Essa interrupção provavelmente afeta não apenas o sono, mas também o equilíbrio dos neurotransmissores, as substâncias químicas que as células cerebrais usam para conversar umas com as outras.

Além da via do triptofano, o estudo descobriu evidências de uma crise energética mais profunda dentro das células. Os pesquisadores encontraram substâncias químicas específicas envolvidas no principal ciclo de produção de energia do corpo elevadas tanto nas fezes quanto na urina das crianças autistas. Essas substâncias fazem parte de um processo que alimenta as mitocôndrias, as pequenas estruturas dentro das células que atuam como usinas de energia. Quando essas usinas não funcionam de forma eficiente, o corpo não consegue gerar energia adequadamente e os produtos residuais se acumulam. A presença simultânea dessas anormalidades relacionadas à energia, tanto no intestino quanto na urina, aponta para um problema sistêmico, sugerindo que a causa raiz do distúrbio metabólico pode ser uma falha na capacidade das células de produzir energia. Isso apoia a ideia de que o autismo envolve uma interrupção ampla na rede de energia do corpo, estendendo-se muito além do cérebro.

Para entender como as bactérias intestinais podem estar causando essas mudanças, os cientistas construíram um mapa mostrando como a abundância de diferentes grupos bacterianos correlacionava-se com os níveis dessas substâncias químicas. Eles descobriram que certas bactérias, que às vezes podem ser prejudiciais, estavam ligadas aos baixos níveis da substância benéfica melatonina. Por outro lado, outras bactérias que costumam ser úteis estavam ligadas aos níveis mais altos das substâncias relacionadas à energia. Isso sugere que a composição do microbioma intestinal em crianças com autismo não é apenas diferente, mas está ativamente impulsionando os erros metabólicos observados no estudo. As bactérias estão provavelmente alterando o ambiente químico de uma forma que interrompe a capacidade do corpo de processar nutrientes e gerar energia.

Os pesquisadores foram cuidadosos ao notar que suas descobertas são um ponto de partida, e não uma resposta final. Como o estudo observou um único momento no tempo, eles não podem afirmar com certeza se essas mudanças metabólicas causaram o autismo ou se foram resultado dele. O grupo de crianças estudado também era relativamente pequeno, e as idades e gêneros não foram perfeitamente combinados entre os dois grupos, embora métodos estatísticos tenham sido usados para considerar essas diferenças. Apesar dessas limitações, o estudo fornece uma visão unificada e forte do problema. Ao observar tanto o intestino quanto o corpo juntos, a equipe mostrou que o autismo está associado a um distúrbio generalizado na forma como o corpo lida com o triptofano e gera energia. Este trabalho sugere que tratamentos futuros podem focar em reparar o microbioma intestinal para restaurar o fluxo dessas substâncias vitais, potencialmente ajudando a melhorar tanto o sono quanto o bem-estar geral de crianças com autismo.