Животная модель аутизма

Одна из наиболее распространённых моделей на грызунах включает норвежскую крысу (Rattus norvegicus)^[3]. Более современные исследования используют домовую мышь (Mus musculus) из-за её социальной природы. Также применяются линии мышей с выключенным му-опиоидным рецептором и мутантные мыши по гену Fmr1, последние используются и как модели синдром ломкой X-хромосомы^[4].

Норвежская крыса применялась в ранних исследованиях, изучавших потенциальную связь между тиомерсалом и аутизмом, в том числе в работах Мэди Хорниг^[5][6]. Современный научный консенсус не обнаруживает убедительных данных в пользу причинной связи между тиомерсалом и аутизмом^[7][8], а такие ведущие организации, как Институт медицины США^[7], Всемирная организация здравоохранения^[9], а также государственные органы США — FDA^[10] и Центры по контролю и профилактике заболеваний США^[11], отвергают возможность его роли в аутизме и других нейроразвитийных расстройствах.

В этих моделях измеряют поведенческие реакции, такие как бегство к запахам феромонов других мышей, исследование знакомых и незнакомых особей, взаимные социальные взаимодействия, ультразвуковые вокализации, совместное гнездование, сексуальное и родительское поведение, территориальное мечение, агрессию, а также моторные акты и походку^[12][13]. Социальное взаимодействие оценивают по реакции животного на чужую мышь, помещённую на противоположную сторону тестовой коробки^[14].

Учёные из Университета Флориды исследуют с помощью оленьих мышей стереотипное и повторяющееся поведение (например, компульсивный груминг) и его связь с определёнными мутациями^[15]. Крейг Пауэлл из Юго-западного медицинского центра Техасского университета совместно с Autism Speaks изучает возможную роль мутаций гена неуролигина в появлении аутизма^[16]. Исследования подтверждают использование модели крыс для анализа того, как инфекция вируса Борна^[17][18], воздействие вальпроевой кислоты in utero^[19] и материнская иммунизация^[20] могут вызвать или модифицировать аутизм.

Другая цель применения грызунов — выявление механизмов развития аутизма у человека^[1]. Также разработаны шкалы тяжести симптоматики с использованием анализа запаховых меток^[21] и вокализаций^[14] как основы для изучения коммуникативных нарушений.

Отмечено, что у мышей с отсутствием гена окситоцина выявляются выраженные дефекты социального поведения, а исследование этого и других нейропептидов позволяет разрабатывать потенциальные методы терапии аутизма^[22][23]. Мутация гена CNTNAP2, ассоциированная с аутизмом у человека, приводит к снижению уровня окситоцина у мышей. Эксперименты по восполнению окситоцина демонстрируют улучшение социальных дефицитов, что предполагает перспективность подобных терапевтических стратегий. Тем не менее последние исследования подчёркивают, что большинство известных факторов риска аутизма не связаны напрямую с окситоциновой системой, а заболевание обусловлено множеством разнообразных генетических факторов^[24].

Экологические факторы аутизма на моделях грызунов изучаются для понимания нейропатологии в сравнении с человеком. Установлено, что такие воздействия, как инфекция у беременных самок, токсины и особенности питания, влияют на развитие нервной системы и экспрессию генов. В целом последние исследования подчёркивают значимость инфекций во время беременности как фактора риска нарушений развития нервной системы, включая РАС и шизофрению у грызунов^[25].

Детальное рассмотрение показывает, что перечисленные факторы могут увеличивать риск нарушений, нарушая процессы нейроразвития. Например, у грызунов, подвергавшихся воздействию токсинов, наблюдается повышение числа иммунных клеток в префронтальной коре и поддерживающих клеток в гиппокампе, особенно при обработке вальпроевой кислотой. Однако связи между воздействиями среды и нейробиологическими изменениями труднопредсказуемы из-за временных неоднородностей воздействия. Меняющиеся экспозиции объясняют вариабельность фенотипа и поведения животных и неполное совпадение изменений мозга с ожидаемыми для РАС.

Материнская иммунизация также увеличивает риск развития нейроразвитийных расстройств^[26]. Это активирование воспалительных путей из-за инфекции во время беременности, приводящее к выбросу цитокинов. Современные данные показывают связь изменений экспрессии цитокинов в ранние периоды жизни с риском РАС и задержкой развития^[2].

Введение беременным грызунам Poly(I:C), имитирующего вирусную инфекцию, вызывает структурные изменения и воспалительный ответ в мозге потомства. У таких животных отмечается гиперактивность, более агрессивное поведение и снижение социальной активности^[27]. Аналогичный эффект наблюдается при моделировании бактериальной инфекции липополисахаридами (LPS): у потомства повышается воспалительный фон, сохраняющийся до зрелого возраста^[28].

С аутизмом связаны шесть генов, локализованных на X-хромосоме. Первыми были идентифицированы ген умственной отсталости ломкой X-хромосомы (FMR1), мутации которого у грызунов приводят к избыточной плотности дендритных шипиков и снижению социальных реакций, и ген MECP2 (метил-CpG-связывающий белок). У животных с нарушением MECP2 после 16-й недели жизни развиваются тревожность, снижение строительства гнёзд и дефицит социальных взаимодействий — признаки, схожие с аутическим спектром.

Мутации в генах неуролигина 3 и 4 снижают эффективность образования синапсов, что также отмечено у пациентов с РАС. Гены TSC1 и TSC2, связанные с туберозный склероз, приводят к формированию доброкачественных опухолей в разных тканях мозга и тела. Кроме того, многие нарушения при аутизме связаны с сигнальным путём mTOR, изменениями ГАМК-эргических нейронов и работой иммунной системы.

У всех расстройств аутистического спектра имеются свои особенности генетики и экспрессии, влияющие на разные области мозга. В РАС обычно отмечается замедление развития мозга и сокращение объёма серого вещества медиальных отделов височных долей, включая амигдалу и гиппокамп. Эти зоны отвечают за эмоции и обучение, что обосновывает необходимость животных моделей для изучения влияния на них в постнатальный и дородовой периоды.

Аутизм обусловлен задержкой развития, приводящей к снижению связанности ключевых областей мозга. Нарушения сроков критических периодов развития могут влиять на формирование синапсов и когнитивные исходы^[29]. Модель на грызунах востребована, так как их мозг анатомически похож, а поведенческие проявления (социальные структуры и развитие) сопоставимы с таковыми у людей. Для воспроизведения симптомов РАС грызунам вводят вальпроат во внутриутробный период и сравнивают с контрольной группой — такие животные демонстрируют близкие к человеческим изменения развития и поведения.

При внутриутробном воздействии вальпроата мыши рождаются с базисными дефектами, схожими с задержками развития у людей с РАС. Краткий жизненный цикл грызунов облегчает исследование влияния генетических и средовых факторов, способствует ускоренному поиску потенциальных вмешательств. Это также позволяет изучить задержки развития, связанные с ГАМК-системой — ГАМК в ранние этапы развития мозга выполняет, как правило, возбуждающую функцию, необходимую для правильного формирования сетей.

В критические периоды у мозга максимальная способность к обучению — нарушения в работе ГАМК и других нейромедиаторов в это время могут вызывать недоразвитие связей. Ранее или позднее окончание этих периодов ведёт к дефектам формирования сетей, что способствует снижению когнитивных функций при аутизме. Поэтому грызунов широко используют для выяснения причин и профилактики подобных нарушений.

В 2012 году исследователь из Университет Небраски в Керни опубликовал обзор работ, посвящённых использованию зебровых амадин как моделей аутизма, подчёркивая, что нейробиология вокализации сходна у людей и певчих птиц, а социальное обучение играет центральную роль в развитии их способности к вокализации^[30]. Эти параллели проявляются и в экспрессии гена FOXP2 во многих отделах ЦНС, включая зоны, ответственные за двигательную функцию, на всём протяжении развития^[31]. Другие исследователи (в частности, Стефани Уайт из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе) анализировали роль FOXP2 в развитии речевой функции у зебровых амадин и людей^[32][33]. Последующие исследования выявили влияние FOXP2 и FOXP1 на центры мозга, связанные с языком, формирование памяти вокализации и нейронных цепей для песни и речи. У зебровых амадин подавление FOXP2 в базальных отделах ганглиев нарушает пение, что подтверждает ключевую роль этого гена в контроле вокализации. Подавление FOXP1 у молодых птиц приводит к дефициту памяти для усвоения моделей песен.

В 2013 году швейцарские учёные выяснили, что в 91 % (31 из 34) работ по моделированию аутизма с помощью вальпроевой кислоты на животных использовался некорректный уровень статистического анализа: не принималось в расчёт влияние помёта (группы потомков одного помёта), а статистика считалась только по отдельным животным^[34].