Miscelaneas

Buenos Aires 01 de Septiembre del 2022

Neonatal CSF Vasopressin Concentration and Diagnoses of Autism Spectrum Disorder / Concentración de Vasopresina en LCR Neonatal y Diagnóstico Trastorno del Espectro Autista

 

Neonatal CSF Vasopressin Concentration and Diagnoses of Autism Spectrum Disorder

 

                                           Ozge Oztan, Joseph Garner, John Constantino and Karen Parker

                                                                                      PNAS – April 2020


INTRODUCTION


Autism is a poorly understood brain disorder of childhood onset. It is characterized by social impairments and diagnosed behaviorally.
Early diagnosis fosters better developmental outcomes through behavioral intervention. However, long clinic wait times to undergo behavioral evaluation contribute to delayed diagnoses and treatments.
Emerging evidence indicates that a biomarker of autism may be present before behavioral symptoms emerge. If replicated, this approach could be useful for assessing autism risk and facilitating early intervention in high-risk individuals.
We report that cerebrospinal fluid vasopressin concentration is significantly lower in newborns diagnosed with autism later in childhood.

ABSTRACT

Autism spectrum disorder (ASD) is a brain disorder characterized by social impairments.
ASD is currently diagnosed on the basis of behavioral criteria because no robust biomarkers have been identified.
However, we recently found that cerebrospinal fluid (CSF) concentration of the “social” neuropeptide arginine vasopressin (AVP) is significantly lower in pediatric ASD cases vs. controls. As an initial step in establishing the direction of causation for this association, we capitalized upon a rare biomaterials collection of newborn CSF samples to conduct a quasi-prospective test of whether this association held before the developmental period when ASD first manifests. CSF samples had been collected in the course of medical care of 0- to 3-mo-old febrile infants (n = 913) and subsequently archived at −70 °C. We identified a subset of CSF samples from individuals later diagnosed with ASD, matched them 1:2 with appropriate controls (n = 33 total), and quantified their AVP and oxytocin (OXT) concentrations. Neonatal CSF AVP concentrations were significantly lower among ASD cases than controls and individually predicted case status, with highest precision when cases with comorbid attention-deficit/hyperactivity disorder were removed from the analysis. The associations were specific to AVP, as ASD cases and controls did not differ in neonatal CSF concentrations of the structurally related neuropeptide, OXT.
These preliminary findings suggest that a neurochemical marker of ASD may be present very early in life, and if replicated in a larger, prospective study, this approach could transform how ASD is detected, both in behaviorally symptomatic children, and in infants at risk for developing it.

RESULTS

 This study revealed that 0- to 3-mo-old neonates later diagnosed with ASD had significantly lower CSF AVP concentrations compared to those who did not later receive an ASD diagnosis. Neonatal CSF AVP concentration also individually identified ASD cases with high precision in this archival collection. These findings extend our prior CSF AVP research conducted in behaviorally symptomatic children to suggest that this putative ASD biomarker may be present very early in life, before behavioral symptoms emerge. If replicated, assessment of CSF AVP concentration in infants may be useful for identifying those at risk for developing ASD, prioritizing patients for early clinical monitoring, specifying biologically tractable subgroups, and facilitating intervention in high-risk individuals.

The present findings were specific to AVP, as we found no evidence that the nearly structurally identical neuropeptide OXT differed between groups or predicted individual ASD risk. These findings are consistent with those of our previous studies implicating CSF AVP (but not CSF OXT) as a marker of impaired sociality in naturally low-social male rhesus monkeys and in two independent cohorts of ASD-diagnosed children (two-thirds of whom were male). Preclinical research has shown that AVP plays a critical role in regulating prosocial behavior, particularly in male mammals. Given that ASD affects four times as many males as females, a better understanding of brain AVP signaling impairments may provide insight into male-biased vulnerability to this social disorder.

It is well established that experimental dysregulation of the brain AVP signaling pathway produces robust social deficits in mice and voles. Natural silencing of AVP gene activity from birth is also associated with robust social developmental deficits in Brattleboro rats, suggesting that early impairment in brain AVP signaling may similarly contribute to the pathogenesis of social deficits in young humans. However, AVP itself has yet to be implicated as a high confidence ASD risk gene (https://gene-archive.sfari.org/database/human-gene/AVP). It therefore seems more plausible that the AVP signaling pathway may be one of several common biological pathways impacted by the convergence of multiple and diverse ASD susceptibility genes. Conceivably, such a phenomenon would explain why:
1) CSF AVP concentration is closely linked to behavioral symptom severity in idiopathic ASD patients
2) AVP treatment improves social abilities in idiopathic ASD patients with polygenic disease burden

 The accuracy of low neonatal CSF AVP concentration to correctly identify ASD cases in this study, although robust, was imperfect, as two of nine ASD cases and 2 of 17 controls were misclassified by the analysis. It bears mention that these misclassified individuals were all from the ASD + ADHD trios. Although few detection methods are 100% accurate, it seems likely that in a disorder as clinically heterogeneous as ASD, other as yet unidentified CSF proteins could be incorporated into a multidimensional biomarker panel by which to more sensitively detect ASD and risk for developing it. Such an approach would also guard against misclassification of healthy individuals (given ASD’s low base rate), and could be used to better distinguish ASD from other neuropsychiatric illnesses (e.g., ASD vs. ADHD vs. ASD + ADHD).

There are several limitations of this study that merit comment:
*First, although our participants were drawn from a large sample (n = 913), our final study cohort was small (n = 33), and ASD diagnoses were ascertained by medical record review. Although there is 93% overlap between community diagnosis and clinical confirmation of an ASD diagnosis, it is essential that our preliminary findings be replicated in a larger-scale prospective study, inclusive of gold-standard ASD research diagnostic assessments. We do note here, however, that the recognition rate of ASD in our sample (11 of 913) is in keeping with the population prevalence of ASD at that time, in the same state (Missouri), as monitored by the Centers for Disease Control and Prevention.
*Second, our case-control study design did not accommodate a disease differential, and thus could have unintentionally overestimated the CSF AVP effect in this study. Future work, inclusive of other brain disorders with and without social impairment, will be required to test whether low CSF AVP concentration is indeed specific to ASD, as opposed to a more general “signature” of altered brain development (and, thus, potentially equally predictive of other disorders).
*Third, our participants were a sample of convenience due to the challenges involved in obtaining CSF from infants for research purposes. No infant in our study was completely healthy; it is therefore possible that their febrile status in some way altered their CSF AVP concentrations, but there is no reason to think that this would have occurred in a systemically different manner between the two groups.
*Finally, ascertainment bias in participant selection conceivably could have led us to overlook neonates with low CSF AVP concentrations that nevertheless developed typically. We think this is unlikely because we oversampled controls for just this reason, and so the range of control CSF AVP concentrations is most likely a reasonable reflection of the control population as a whole (but one of course that warrants replication).

We note that the decision to disseminate these preliminary results issues from a number of critical scientific considerations. That a previously identified neurochemical marker of ASD may be present very early in life, before behavioral symptoms emerge, is of high scientific significance, particularly given no reliable biomarker of ASD yet exists.
Although the relationship between the AVP signaling pathway and ASD is associative, it nevertheless may have profound implications for understanding the cause and potential prevention of this debilitating condition.
Human CSF is a difficult-to-acquire biomaterial. To our knowledge, the archival collection of neonatal CSF described in this study—with accompanying opportunity to ascertain patient outcomes through 12 y of age—represents the only prospective sample in the world of its kind, large enough to capture the number of cases represented here, and one that will take a decade to reproduce prospectively.

These considerations all drive to the same conclusion: A larger-scale prospective study is now warranted, inclusive of disease differentials and refined behavioral characterization to replicate and extend these preliminary findings. Should this approach continue to hold promise, neonatal assessment of CSF AVP concentration in high-risk individuals may stand to revolutionize how ASD is evaluated and treated, enabling earlier detection, improved diagnostic yield, and reduced time to treatment.


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INTRODUCCION

El autismo es un trastorno cerebral poco conocido que aparece en la niñez. Se caracteriza por deficiencias sociales y se diagnostica conductualmente.
El diagnóstico temprano permite mejores resultados de desarrollo a través de la intervención conductual. Sin embargo, los largos tiempos de espera en la clínica para someterse a una evaluación del comportamiento contribuyen a retrasar los diagnósticos y tratamientos.
La evidencia emergente indica que un biomarcador de autismo puede estar presente antes de que surjan los síntomas conductuales. Si se replica, este enfoque podría ser útil para evaluar el riesgo de autismo y facilitar la intervención temprana en personas de alto riesgo.
Nosostros informamos que la concentración de vasopresina en el líquido cefalorraquídeo es significativamente menor en los recién nacidos diagnosticados con autismo más adelante en la infancia.

RESUMEN

El trastorno del espectro autista (TEA) es un trastorno cerebral caracterizado por deficiencias sociales. Actualmente, el TEA se diagnostica sobre la base de criterios conductuales porque no se han identificado biomarcadores sólidos. Sin embargo, recientemente descubrimos que la concentración del neuropéptido arginina vasopresina (AVP) en el líquido cefalorraquídeo (LCR) es significativamente menor en los casos pediátricos de TEA que en los controles. Como un paso inicial para establecer la dirección de la causalidad de esta asociación, aprovechamos una colección de biomateriales raros de muestras de LCR de recién nacidos para realizar una prueba cuasi prospectiva de si esta asociación se mantuvo antes del período de desarrollo cuando el TEA se manifiesta por primera vez.Las muestras de LCR se recogieron en el curso de la atención médica de lactantes febriles de 0 a 3 meses de edad (n = 913) y posteriormente se archivaron a -70 °C. Identificamos un subconjunto de muestras de LCR de personas a las que luego se les diagnosticó TEA, las emparejamos 1:2 con controles apropiados (n = 33 en total) y cuantificamos sus concentraciones de AVP y oxitocina (OXT). Las concentraciones de AVP en el LCR neonatal fueron significativamente más bajas entre los casos de TEA que en los controles y el estado del caso predicho individualmente, con mayor precisión cuando se eliminaron del análisis los casos con trastorno por déficit de atención/hiperactividad comórbido. Las asociaciones fueron específicas de AVP, ya que los casos y controles de ASD no difirieron en las concentraciones neonatales del neuropéptido estructuralmente relacionado, OXT, en el líquido cefalorraquídeo.
Estos hallazgos preliminares sugieren que un marcador neuroquímico de ASD puede estar presente muy temprano en la vida, y si se replica en un estudio prospectivo más grande, este enfoque podría transformar la forma en que se detecta ASD, tanto en niños sintomáticos conductuales como en bebés con riesgo de desarrollar eso.

RESULTADOS

Este estudio reveló que los recién nacidos de 0 a 3 meses de edad con diagnóstico posterior de TEA tenían concentraciones de AVP en LCR significativamente más bajas en comparación con aquellos que no recibieron posteriormente un diagnóstico de TEA. La concentración de AVP en LCR neonatal también identificó casos de TEA individualmente con alta precisión en esta colección de archivo. Estos hallazgos amplían nuestra investigación previa de AVP en LCR realizada en niños sintomáticos conductuales para sugerir que este biomarcador putativo de TEA puede estar presente muy temprano en la vida, antes de que surjan los síntomas conductuales. Si se replica, la evaluación de la concentración de AVP en LCR en bebés puede ser útil para identificar a aquellos en riesgo de desarrollar TEA, priorizar a los pacientes para un control clínico temprano, especificar subgrupos biológicamente tratables y facilitar la intervención en individuos de alto riesgo.

Los presentes hallazgos fueron específicos de AVP, ya que no encontramos evidencia de que el neuropéptido OXT, casi estructuralmente idéntico, difiriera entre los grupos o predijera el riesgo individual de TEA. Estos hallazgos son consistentes con los de nuestros estudios previos que implican a la AVP del LCR (pero no a la OXT del LCR) como un marcador de alteración de la sociabilidad en monos rhesus machos naturalmente poco sociales y en dos cohortes independientes de niños diagnosticados con TEA (dos tercios de los cuales fueron masculino). La investigación preclínica ha demostrado que la AVP desempeña un papel fundamental en la regulación del comportamiento prosocial, especialmente en los mamíferos machos. Dado que el TEA afecta cuatro veces más a los hombres que a las mujeres, una mejor comprensión de las deficiencias de señalización de AVP en el cerebro puede proporcionar información sobre la vulnerabilidad del sesgo masculino a este trastorno social.Está bien establecido que la desregulación experimental de la vía de señalización de AVP en el cerebro produce fuertes déficits sociales en ratones y campañoles. El silenciamiento natural de la actividad del gen AVP desde el nacimiento también se asocia con fuertes déficits de desarrollo social en ratas Brattleboro, lo que sugiere que el deterioro temprano en la señalización cerebral de AVP puede contribuir de manera similar a la patogénesis de los déficits sociales en humanos jóvenes. Sin embargo, la propia AVP aún no se ha implicado como un gen de riesgo de TEA de alta confianza (https://gene-archive.sfari.org/database/human-gene/AVP). Por lo tanto, parece más plausible que la vía de señalización de AVP pueda ser una de varias vías biológicas comunes afectadas por la convergencia de múltiples y diversos genes de susceptibilidad a los TEA. Posiblemente, tal fenómeno explicaría por qué:
1) La concentración de AVP en LCR está estrechamente relacionada con la gravedad de los síntomas conductuales en pacientes con TEA idiopático
2) El tratamiento con AVP mejora las habilidades sociales en pacientes con TEA idiopático con carga de enfermedad poligénica.

La precisión de la baja concentración de AVP en LCR neonatal para identificar correctamente los casos de TEA en este estudio, aunque sólida, fue imperfecta, ya que dos de nueve casos de TEA y 2 de 17 controles fueron clasificados erróneamente por el análisis. Vale la pena mencionar que estos individuos mal clasificados eran todos de los tríos ASD + ADHD. Aunque pocos métodos de detección son 100% precisos, parece probable que en un trastorno tan clínicamente heterogéneo como el TEA, otras proteínas del LCR aún no identificadas podrían incorporarse a un panel de biomarcadores multidimensionales para detectar con mayor sensibilidad el TEA y el riesgo de desarrollarlo. Tal enfoque también protegería contra la clasificación errónea de individuos sanos (dada la tasa base baja de ASD), y podría usarse para distinguir mejor ASD de otras enfermedades neuropsiquiátricas (por ejemplo, ASD vs. ADHD vs ASD + ADHD).
Hay varias limitaciones de este estudio que merecen comentario:
  *Primero, aunque nuestros participantes se extrajeron de una muestra grande (n = 913), nuestra cohorte de estudio final fue pequeña (n = 33) y los diagnósticos de TEA se determinaron mediante la revisión de registros médicos. Aunque existe una superposición del 93 % entre el diagnóstico comunitario y la confirmación clínica de un diagnóstico de TEA, es esencial que nuestros hallazgos preliminares se reproduzcan en un estudio prospectivo a mayor escala, que incluya evaluaciones diagnósticas de investigación de TEA de referencia. Sin embargo, notamos aquí que la tasa de reconocimiento de ASD en nuestra muestra (11 de 913) está en consonancia con la prevalencia de ASD en la población en ese momento, en el mismo estado (Missouri), según lo supervisado por los Centros para el Control de Enfermedades. y Prevención.
 *En segundo lugar, nuestro diseño de estudio de casos y controles no se adaptó a un diferencial de enfermedad y, por lo tanto, podría haber sobrestimado involuntariamente el efecto de AVP en LCR en este estudio. Se requerirá trabajo futuro, que incluya otros trastornos cerebrales con y sin deterioro social, para evaluar si la concentración baja de AVP en el LCR es realmente específica del TEA, en oposición a una "firma" más general de desarrollo cerebral alterado (y, por lo tanto, potencialmente igualmente predictivo de otros trastornos).
  *Tercero, nuestros participantes fueron una muestra de conveniencia debido a los desafíos involucrados en la obtención de LCR de bebés para fines de investigación. Ningún bebé en nuestro estudio estaba completamente sano; por lo tanto, es posible que su estado febril alterara de alguna manera sus concentraciones de AVP en LCR, pero no hay razón para pensar que esto habría ocurrido de una manera sistémicamente diferente entre los dos grupos.
  *Finalmente, el sesgo de determinación en la selección de los participantes posiblemente podría habernos llevado a pasar por alto a los recién nacidos con concentraciones bajas de AVP en el LCR que, sin embargo, se desarrollaron normalmente. Creemos que esto es poco probable porque sobremuestreamos los controles por este motivo, por lo que el rango de concentraciones de AVP en el LCR de control probablemente sea un reflejo razonable de la población de control en su conjunto (pero uno, por supuesto, que justifica la replicación).

Tomamos nota de que la decisión de difundir estos resultados preliminares se basa en una serie de consideraciones científicas críticas. Que un marcador neuroquímico de TEA previamente identificado pueda estar presente muy temprano en la vida, antes de que surjan los síntomas conductuales, tiene una gran importancia científica, particularmente dado que aún no existe un biomarcador confiable de TEA.
Aunque la relación entre la vía de señalización de AVP y ASD es asociativa, puede tener profundas implicaciones para comprender la causa y la prevención potencial de esta condición debilitante.
LCR humano es un biomaterial difícil de adquirir. Hasta donde sabemos, la colección de archivo de LCR neonatal descrita en este estudio, con la oportunidad que la acompaña de determinar los resultados de los pacientes hasta los 12 años de edad, representa la única muestra prospectiva en el mundo de este tipo, lo suficientemente grande como para capturar la cantidad de casos representados aquí. , y uno que tardará una década en reproducirse prospectivamente.

Todas estas consideraciones conducen a la misma conclusión: ahora se justifica un estudio prospectivo a mayor escala, que incluya diferenciales de enfermedades y una caracterización conductual refinada para replicar y ampliar estos hallazgos preliminares. Si este enfoque continúa siendo prometedor, la evaluación neonatal de la concentración de AVP en el LCR en individuos de alto riesgo puede revolucionar la forma en que se evalúa y trata el TEA, lo que permite una detección más temprana, un mejor rendimiento del diagnóstico y una reducción del tiempo de tratamiento.