Spory bakterii Clostridium spp. w patomechanizmie autyzmu

Gayane Martirosian

Katedra i Zakład Mikrobiologii Lekarskiej Śląskiego Uniwersytetu Medycznego w Katowicach Katedra i Zakład Histologii i Embriologii Centrum Biostruktury Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego

Autyzm należy do schorzeń o niewyjaśnionej dotychczas etiologii, chociaż szereg hipotez na ten temat zostało już opisanych. Jedna z nich rozpatruje rolę spor bakterii z rodzaju Clostridium. Zarówno egzo-, jak i endogenne zakażenie sporami uważa się za możliwą przyczynę autyzmu: antybiotyki nie niszczą spór, które po zaprzestaniu antybiotykoterapii przechodzą w formy wegetatywne, produkujące neurotoksyny. W pracy przedstawiono dane literaturowe i hipotezy na temat roli układu pokarmowego i mikroflory jelitowej w patomechanizmie tej choroby.

WPROWADZENIE

Ostatnie ogólnokrajowe badania przeprowadzone w USA wykazują tendencję wzrostu przypadków autyzmu do liczby 1/175 dzieci w wieku szkolnym [1]. Dane literaturowe wskazują jednak, że oprócz czynników genetycznych także czynniki środowiskowe odgrywają bardzo ważną rolę w rozwoju tego schorzenia [2, 3]. Autyzm charakteryzuje się postępującymi behawioralnymi zaburzeniami, ujawniającymi się zazwyczaj we wczesnym dzieciństwie i utrzymującymi się również w wieku dojrzałym [4]. Według danych epidemiologicznych występuje u 10-20 na 10 000 dzieci, z czterokrotną przewagą u chłopców [5]. Chociaż u niektórych dzieci opisano anomalie chromosomalne (stwardnienie guzowate, zespół łamliwego chromosomu X i inne) lub zaburzenia metaboliczne, nie udało się dotychczas ustalić czynników etiologicznych tej choroby.

Bardzo ciekawe wyniki uzyskano w badaniach autystycznych bliźniąt - te monozygotyczne wykazują 90% zgodność w występowaniu autyzmu. Jeżeli zgodność ta jest mniejsza od 100% uważa się, że inne czynniki, np. środowiskowe, mają wpływ na rozwój choroby obok predyspozycji genetycznej. Badania rodzin z co najmniej dwójką dzieci z autyzmem wykazały 10-krotnie wyższą liczbę jej przypadków wśród bliźniąt monozygotycznych. W związku z powyższym bliźnięta uznano za grupę ryzyka wystąpienia autyzmu, chociaż część badaczy nie zgadza się z tymi stwierdzeniami, uważając podobne konkluzje za przesadzone [6, 7].

Symptomy tzw. "regresu autystycznego" występują w około 1/3 przypadków w okresie przed drugim rokiem życia. Dziecko przestaje mówić i kontaktować się z otoczeniem [8].

Autyzm po raz pierwszy został opisany przez Kannera w 1943 roku i dotychczas jest zaliczany do schorzeń o niewyjaśnionej etiologii [9]. Charakteryzuje się zaburzeniami rozwoju mowy czynnej, co utrudnia komunikację z otoczeniem i stwarza dodatkowe problemy w funkcjonowaniu w społeczeństwie. Autystyczne dzieci na ogół mają trudności w nauce i wykazują określony stereotyp zachowań. Zanotowano także, że co trzeci pacjent z tym schorzeniem przebył ataki padaczki [7].

ROLA MIKROFLORY UKŁADU POKARMOWEGO W AUTYZMIE

Znaczeniu fizjologicznej mikroflory jelitowej dla prawidłowego funkcjonowania organizmu człowieka poświęca się ostatnio coraz więcej uwagi, a w ostatnich latach pojawiły się prace wiążące zmiany w mikroflorze jelitowej z objawami neurologicznymi u dzieci. Ciekawe są prace kilku zespołów badających możliwy wpływ zmian mikroflory jelitowej, zwłaszcza beztlenowców z rodzaju Clostńdium, na nasilenie objawów autyzmu. Chcąc przeanalizować opinie naukowców z różnych krajów na ten temat, przeprowadziłam poszukiwania w bazie Medline pod tytułem ąautism & clostridium", przedstawiając podsumowanie tych poszukiwań w niniejszej pracy poglądowej.

W 1998 roku Ellene Bolte (matka autystycznego dziecka) wysunęła hipotezę, że bakterie z rodzaju Clostńdium, a konkretnie Clostridium tetani, lub inne gatunki bakterii mikroflory jelitowej mogą odgrywać rolę w rozwoju objawów autyzmu [10]. Hipotezę swoją oparła na fakcie, iż po doustnym podawaniu wankomycyny do leczenia infekcji o etiologii MRSA (metycylinooporny szczep gronkowca złocistego) u dzieci z autyzmem obserwowano poprawę behawioralną i kliniczną. Autorka zwracała szczególną uwagę na fakt, iż wankomycyna jest antybiotykiem, który prawie nie wchłania się z przewodu pokarmowego i pozostaje tam w dużych stężeniach. Podobne wyniki uzyskano również po zastosowaniu metronidazolu.

Zanotowano także, że zaprzestaniu podawania antybiotyków towarzyszyło nasilenie objawów autyzmu. Dalsze badania ilościowe mikroflory jelitowej dzieci z autyzmem w porównaniu z mikroflorą dzieci z grupy kontrolnej wykazały znaczne różnice, polegające na prawie 10-krot-nie większej liczbie bakterii Clostridium spp.,  u dzieci z autyzmem wyhodowano nawet nieopisany dotychczas szczep, który nazwano Clostńdium bolteae [11,12]. Obecność dużej liczby bakterii Clostridium spp. wyjaśniał również pozytywny efekt po zastosowaniu wankomycyny i metronidazolu - antybiotyków aktywnych wobec szczepów Clostńdium spp. Ponieważ początkowym założeniem tych badań było poszukiwanie drobnoustrojów produkujących neurotoksyny [ 10], które działają na centralny układ nerwowy przez nervus vagus, odpowiadający za unerwienie jelita cienkiego, stąd też pomysł poszukiwania ewentualnych czynników odpowiadających za objawy autyzmu również w górnych odcinkach układu pokarmowego, gdzie oprócz bakterii z rodzaju Clostridium wykryto niespotykane u dzieci zdrowych gatunki bakterii Gram-ujemnych, np. Cetobacterium somerae sp. nov [12].

Obecność dużej liczby szczepów Clostridium spp., zwłaszcza Clostńdium histolyticum w przewodzie pokarmowym dzieci autystycznych w porównaniu z dziećmi zdrowymi potwierdzono w badaniach innych autorów prowadzonych metodami molekularnymi a nie hodowlanymi [13]. Związek mikroflory jelitowej z autyzmem potwierdzono wstrzykując kwas propionowy (jeden z produktów metabolizmu bakterii jelitowych) dokomorowo szczurom, co powodowało znaczne zmiany behawio-ralne [14].

Prof. Finegold [3] próbuje wytłumaczyć fakt nawrotów czy nasilenia objawów autyzmu po zaprzestaniu stosowania wankomycyny na podstawie trzech hipotez:

1.    Nawroty związane są z obecnością spór bakterii z rodzaju Clostńdium, na które nie działają antybiotyki. Po zaprzestaniu stosowania antybiotyku, spory przekształcają się w formy wegetatywne, odpowiedzialne za objawy kliniczne. Nawroty mogą być spowodowane zarówno zakażeniem nowym szczepem, jak i germinacją spor pochodzących z zakażenia poprzedniego. Jednak dopiero przeprowadzenie szeregu badań porównawczych między szczepami wyhodowanymi przed i po nawrotach choroby pozwoli potwierdzić tą hipotezę.

2.    Małe dzieci, a zwłaszcza autystyczne nie są w stanie przestrzegać podstawowych zasad higieny, więc są bardziej narażone na zakażenie drogą fekalno-oralną sporami bakterii Clostridium spp., a także są źródłem kontaminacji środowiska zewnętrznego szczepami własnej mikroflory jelitowej. Spory są oporne na działanie kwasu żołądkowego, a także preparaty dezynfekcyjne, dlatego też przeżywają w środowisku przez długi czas stanowiąc zagrożenie dla innych dzieci, np. z niedoborami odporności wrodzonej oraz w trakcie leczenia immunosupresyjnego. Najlepszą drogą eliminacji spór jest usuwanie mechaniczne w trakcie regularnego sprzątania i czyszczenia, a także częstego mycia rąk.

3. Zwiększenie liczby przypadków autyzmu wśród rodzeństwa również znajduje wytłumaczenie w zwiększonym ryzyku narażenia na kontakt ze sporami Clostridium spp.

Zarówno w przypadku hipotezy drugiej, jak i trzeciej potrzebne są dalsze szczegółowe badania polegające na identyfikacji i porównaniu szczepów Clostridium spp. metodami molekularnymi.

WYBRANE NIEBAKTERYJNE CZYNNIKI ZWIĄZANE Z AUTYZMEM

W 1998 roku w czasopiśmie Lancet ukazała się praca opisująca zaburzenia pokarmowe w postaci bólu brzucha, biegunki, wzdęcia u 12 pacjentów z autyzmem [ 15]. Objawy te występowały równolegle z nasilaniem się objawów autystycznych. Endoskopia wykazała powiększenie węzłów limfatycznych w postaci otorbielonych ciał w błonie podśluzowej ściany jelita. Zaobserwowano także zmiany w samej błonie śluzowej w postaci zaczerwienienia, zaniku unaczynienia i obecności ziarnistości. Ta sama grupa badaczy [16] opisała później podobne objawy u większej liczby pacjentów (60), charakteryzując tą patologię jako ąnowy wariant IBD (ang. inflammatory bowel disease) bez typowych objawów charakterystycznych dla choroby Crohn'a lub wrzodziejącego zapalenia jelit". W górnym odcinku przewodu pokarmowego wykazano następujące zmiany: obecność refluksu przełykowego, przewlekle zapalenie błony śluzowej żołądka i przewlekle zapalenie wpustowe. Sekrecja hormonów peptydowych przez komórki endokrynowe żołądka sprzyjała wydzielaniu dwuwęglanu sodu i wody przez komórki trzustki [17]. Biorąc pod uwagę wyniki opisanych badań wysunięto hipotezę, że autyzmowi towarzyszą patofizjologiczne zmiany w całym układzie pokarmowym.

Szereg autorów nie zgadza się z taką konkluzją, udowadniając w swoich badaniach brak występowania zmian przypominających celiakię, zapalenie [18] lub nietolerancję pokarmową wśród przebadanej grupy dzieci z Wielkiej Brytanii [19] i innych krajów europejskich. Szereg publikacji wykazuje zależność występowania czy nasilania się objawów autyzmu od diety, łącząc je z obecnością w niej mleka krowiego, glutenu i kazeiny. Wpływ glutenu na centralny układ nerwowy wykazano także u dzieci np. z celiakią. Gluten wywołuje ataksję (brak koordynacji) i posiada właściwości reagowania z przeciwciałami antygliadynowymi w komórkach Purkiniego. Działanie glutenu lub jego metabolitów na centralny układ nerwowy może doprowadzić do zaburzeń neurologicznych [20]. W szeregu prac wykazano znaczną poprawę kliniczną u pacjentów autystycznych po wykluczeniu z diety mleka krowiego [21].

Istnieje też teoria wiążąca powstawanie autyzmu ze szczepieniami [22], uszkodzeniami w rozwoju układu pokarmowego [23], nadkwasowością w wyniku hyposekrecji sekretyny [24], deficytem witaminy B12 [15, 25] itd. Opisano także hipotezę nieszczelnego jelita [26], według której u dzieci autystycznych błona śluzowa jelit ma dużo większą przepuszczalność w porównaniu do dzieci zdrowych. Substancje powstałe w wyniku trawienia naturalnego pokarmu (np. mleko krowie, chleb) mogą przeniknąć do krwi poprzez ąnieszczelne jelita" i w taki sposób działać na centralny układ nerwowy. Wiadomo, że podczas trawienia glutenu i kazeiny w świetle jelita cienkiego poprzez działanie trzustkowych i jelitowych peptydaz uwalniają się krótko-łańcuchowe peptydy, podobne do endorfin, zwane egzorfinami. Gliadomorfiny należą do rodziny egzorfin, uwalnianych po trawieniu białka pszenicy gliadyny. Podobnie, kazomorfiny należą do rodziny egzorfin wytwarzanych podczas trawienia białka mlekowego kazeiny. Kazomorfiny i gliadomorfiny są 
potencjalnymi czynnikami psychotropowymi [27]. Hipoteza zaproponowana przez Dohana [26] wynika ze skojarzenia faktu zaburzeń związanych z trawieniem glutenu i zmian w ścianie jelita, umożliwiających przejście neuroaktywnych peptydów z pokarmu do krwi i płynu mózgowo-rdzeniowego, działających na funkcję centralnego układu nerwowego pacjentów ze schizofrenią. Ze względu na podwyższony poziom /S-casomorphiny-7 w moczu pacjentów z autyzmem ta hipoteza może być zastosowana i do grupy chorych autystycznych. Udowodniono także, że zarówno pacjenci z schizofrenią, jak i z celiakią mają podwyższony poziom przeciwciał klasy IgA dla glicyny, kazeiny i /S-laktoglobuliny i zastosowanie diety bezglutenowej powoduje znaczną poprawę behawioralną. Jednak eliminacja glutenu nie likwiduje całkowicie tych objawów, a czasami błędy związane z dietą mogą spowodować zwiększoną produkcję endorfin, co wiąże się ze stałymi zaburzeniami mózgu.

PODSUMOWANIE

Wyniki przedstawionych badań wskazują, że mikroflora jelitowa dzieci autystycznych różni się od mikroflory dzieci zdrowych zarówno ilościowo, jak i jakościowo. Dlatego też prowadzenie dalszych badań porównawczych szczepów bakterii Clostńdium spp. wyhodowanych z jelita grubego dzieci autystycznych i dzieci zdrowych wydaje się uzasadnione, w celu wyjaśnienia szczegółów tych różnic między innymi w kontekście toksynotwórczości, rozprzestrzenienia klonalnego i możliwego wpływu określonych gatunków na zaburzenia procesu trawienia.

..............................................................................................................................................................

PIŚMIENNICTWO

1.    Mental health in the United States: parental report of diagnosed autism in children aged 4-17 years - United States, 2003-2004. MMWR 2206; 55: 481-486.

2.    Herbert M.R.: Autism: a brain disorder, or a disorder that affects the brain? Clin Neuropsychiatry 2005; 2: 354-579.

3.    Finegold S.M.: Therapy and epidemiology of autism-clostridial spores as key elements. Med Hypotheses 2008; 70: 508-511.

4.    Rutter M.: Autistic children: infanci to childhood. Hemin Psychiatry 1970; 2: 435-450.

5.    Bryson S.E.: Brief report: epidemiology of autism. J Autism Dev Disord 1996; 26: 165-167.

6.    Greenberg D.A, Hodge S.E., Sowinski J., Nicoll D.: Excess of twins among affected sibling pairs with autism: implications for the etiology of autism. Am J Hum Genet 2001; 69: 1061067.

7.    White J.F.: Intestinal pathophysiology in autism. Exp Biol Med (Maywood) 2003; 228: 639-649.

8.    Rapin I.: Autism. N Engl J Med 1997; 337: 97-100.

9.    Kanner L: Autistic disturbances of effective contact. Nerv Child 1943; 2: 217-250.

10.    Bolte E.R.: Autism and Clostridium tetani. Med Hypotheses 1998; 51: 133-144.

11.    Song Y., Iiu C, Molitoris D.R., Tomzynski T.J., Lawson P.A, Collins M.D., Finegold S.M.: Clostńdium bolteae sp. non, isolated from human sources. System Apel Microbiol 2003; 26: 84-89.

12.    Martirosian G.: Anaerobic intestinal microflora in pathogenesis of autism? Post Hig Med Dosw 2004; 58: 349-351.

13.    Parracho H.M., Bingham M.O., Gibson G.R., McCartney AL: Differences between the gut microflora of children with autistic spectrum disorders and that of healthy children. J Med Microbiol 2005; 54: 987-991.

14.    MacFabe D.E, Cain D.P, Rodriguez-Capote K, FranklinAE., Hoffman J.E., Boon E, Taylor AR, Kavaliers M., Ossenkopp KP: Neurobiological effects of intraventricular propionic acid in rats: possible role of short fatty acids on the pathogenesis and characteristics of autism spectrum disorders. Behav Res 2007; 176: 149-169.

15.    WakefieldAJ., Munch S.H., AnthonyA, NinnellJ., Casson D.M., Malik M., Berlowitz M., Dillon AP, Thomson M.A, Harvey P, Valentinbe A, Davies S., Walker-Smith J.A: Deal-lymphoid-nodular hyperplasia, non-specific colitis, and pervasive developmental disorders in children. Lancet 1998; 35: 637-641.

16.    Wakefield AJ., Anthony A, Munch S.H., Thomson M.A, Montgomery S.M., Davies S., O'Leary J.J., Berlowitz M., Walker-Smith J.A.: Enterocolitis in children with developmental disorders. Am J Gastroenterol 2000; 95: 2285-2295.

17.    Horvath K, Papadimitrou J.C., Rabsztyn A, Drachenberg C, Tildon J.T.: Gastrointestinal abnormalities in children with autistic disorders. J Pediatr 1999; 135: 559-563.

18.    Fernell E., Fagerberg U., Hellstrom P.M.: No evidence for a clear link between active intestinal inflammation and autism based on analyses of faecal calprotectin and rectal nitric oxide. Acta Paediatr 2007; 96: 1076-1079.

19.    Black C, Kaye J.A., Jick H.: Relation of childhood gastrointestinal disorders to autism: nested case-control study using data from UK Generał practice research Database. Br Med J 2002; 325: 419-421.

20.    Gualteri C.T.: Brain injury and mental retardation: psychopharmacology and neuropsychiatry. Baltimore, MD: Lippincott, Williams and Wilkins, 2002.

21.    Luceralli S., Frediani T., Zingoni AM., Ferruzzi E, Giardini

O., Quintieri E, Barbato M., D'Eufemia P, Cardi E.: Food allergy and infantile autism. Panminerva Med 1995; 37: 137-141.

22.    Kawashima H., Mori T., Kashiwagi Y., Takekuma K., Wakefield AS.: Detection and sequences of measles virus from peripheral mononuclear cells from patients with inflammatory bowel disease and autism. Dig Dis Sci 2000; 45: 723-729.

23.    Nelson K.B., Grether J.K., Croen L.A., Dambrosia J.M., Dickens B.F., Jelliffe L.L., Hansen R.L., Phillips T.M.: Neuropeptides and neurotrophins in neonatal blood of children with autism or mental retardation. Ann Nerol 2001; 49: 597-606.

24.    Iighdale J.R., Hayer C, Duer A, Lind-White C, Jenkins S., Siegel B., Elliot G.R., Heyman M.B.: Effects of intravenous secretin on language and behaviour of children with autism and gastrointestinal symptoms: a single-blinded, open-label pilot study. Pediatrics 2001; 108: E90.

25.    Dillon M.J., England J.M., Compertz D., Goodey PA, Grant D.B., Hussein H.A., Linnell J.C., Matthews D.M., Mudd S.H., Newns G.H., Seakins J.W, Uhlendorf B.W, Wise I.J.: Mental retardation, megaloblastic anaemia, homocysteine metabolism due to an error in B12 metabolism. Clin Sci Mol Med 1974; 47: 43-61.

26.    Dohan F.C.: Hypothesis: genes and neuroactive peptides from food as cause of schizophrenia. Adv Biochim Psychopharmacol 1980; 22: 535-548.

27.    Lindstrom L.H., Nyberg E, Terenius L, Bauer K, Besev G., Gunne L.M., Lyrenas S., Willdeck-Lund G., Lindberg B.: CSF and plasma b-casomorphin-like opioid peptides in post-partum psychosis. Am J Psych 1984; 41: 1059-1066.