Ученые из RIKEN Brain Science Institute (BSI) в Японии связали ранний дефицит серотонина с несколькими симптомами, которые возникают при расстройстве аутистического спектра (ASD). В исследовании, опубликованном в Science Advances, изучались уровни серотонина, схемы мозга и поведение на мышиной модели РАС. Эксперименты показали, что повышение серотонинергической активности в мозге на раннем этапе развития привело к более сбалансированной мозговой деятельности и улучшило аномальную коммуникабельность этих мышей.
Как объясняет руководитель группы Тору Такуми, "Хотя нарушения в серотониновой системе считались частью патофизиологии РАС, функциональное влияние дефицита серотонина на РАС было совершенно неизвестно. Наша работа показывает, что раннее серотонинергическое вмешательство устраняет региональные возбуждающие / тормозящие аномалии в головном мозге, а также поведенческие аномалии."
Хотя причины и симптомы РАС разнообразны, у многих людей с РАС слишком много геномных мутаций. Ранее группа Такуми создала мышиную модель РАС, продублировав на мышах одну из наиболее частых копий, обнаруживаемых у людей с РАС. Эти мыши демонстрируют множество поведенческих симптомов РАС, включая плохое социальное взаимодействие и низкую поведенческую гибкость. У модельных мышей также снижен уровень серотонина в мозге во время развития – еще один симптом, обнаруженный у пациентов с РАС.
В недавно опубликованной работе исследователи сосредоточились на этом открытии и изучили, как оно влияет на поведение нейронов в головном мозге, а также на поведение самих мышей.
После определения того, что часть мозга, которая содержит наибольшее количество серотониновых нейронов, была менее активна у мышей модели ASD, чем у мышей дикого типа, группа исследовала сенсорную область мозга, которая получает входные данные от этих серотонинергических нейронов.
Пациенты с РАС часто демонстрируют аномальные реакции в сенсорных областях мозга, и ученые RIKEN обнаружили аналогичные аномалии в области мозга модельных мышей, которые обнаруживают движение усов. Хотя определенные движения усов обычно четко отображаются в этой области мозга, визуализация кальция показала, что данное движение усов активирует гораздо более крупную область сенсорной коры у мышей с моделью ASD. Это означает, что ответы соседних регионов в большей степени перекрывались, что снижает способность различать ощущения.
Перекрытие сенсорных карт указывает на то, что обычно неактивные нейроны каким-то образом активны. Это указывало на снижение ингибирующей активности, и группа подтвердила это, показав, что у мышей модели ASD было меньше тормозных синапсов и более низкая частота естественных тормозных импульсов в сенсорной области.
Эти данные указывают на нарушение коркового баланса возбуждения и торможения. Заметки первого автора Нобухиро Накаи, "Поскольку в сенсорную область поступал аномально низкий уровень серотонина, мы пришли к выводу, что серотониновая терапия младенцам мышей может уменьшить дисбаланс, а также избавить от некоторых поведенческих аномалий."
Чтобы проверить эту гипотезу, команда вводила селективный ингибитор обратного захвата серотонина, обычно называемый СИОЗС, детенышам мышей в течение первых трех недель после рождения. Этот период времени соответствовал периоду времени, в течение которого наблюдалось снижение уровня серотонина у модельных мышей. Исследователи обнаружили, что сенсорные нейроны у модельных мышей, получавших СИОЗС, показали более нормальные тормозные реакции, что улучшило баланс возбуждения / торможения.
Они также обнаружили, что это вмешательство улучшило социальное поведение модельных мышей во взрослом возрасте. Социальное поведение измерялось с помощью теста, в котором мышей помещали в клетку с неизвестной мышью или в пустую клетку. Нормальные мыши проводят больше времени рядом с клеткой с неизвестной мышью, в то время как мыши модели ASD предпочитают пустую клетку. После лечения СИОЗС мыши с моделью РАС проводят больше времени в клетке с неизвестной мышью, что свидетельствует о более нормальном социальном поведении. Еще одно улучшение было замечено в коммуникативном поведении детенышей мышей ASD. В то время как эти щенки проявляли беспокойство, издавая больше вокализаций, чем обычно, такое поведение было спасено лечением СИОЗС. Эти данные свидетельствуют о том, что серотонин может иметь терапевтическое значение для отдельных симптомов РАС.
Глядя в будущее, Такуми оптимистичен, но осторожен. "Наша генетическая модель РАС – одна из многих, и поскольку количество генетических мутаций, связанных с РАС, очень велико, нам необходимо изучить различия и общие механизмы среди множества генетических моделей РАС. Кроме того, прежде чем мы сможем вводить СИОЗС пациентам с РАС, мы должны изучить эффекты СИОЗС более подробно, особенно потому, что побочные эффекты были зарегистрированы в некоторых исследованиях на животных."