Gene signalling pathways, putative biomarkers and hypothetical modulation in autism spectrum disorders

Abstract

Abstract. Autism spectrum disorder (ASD) is one of the most common neurological disorders, with a ubiquitous increase in prevalence. A theoretical rationale is providing for identifying potentially clinically significant diagnostic biomarkers and opportunities for targeted pharmacological modulation based on current data on gene signaling pathways. This systematic review is based on data from systematic reviews and meta-analyses devoted to the basic aspects of autism spectrum disorder. This has made it possible to outline approaches to syndrome-associated diagnosis and treatment strategies. This article explores integrative pathogenetic mechanisms of ASD, encompassing prenatal viral exposure, alterations in serotonin and oxytocin signaling pathways, regulation of N-methyl-D-aspartate receptors, SHANK proteins, and members of the Solute Carrier protein family. Immune, viral, and metabolic factors, neurotransmitter systems, synaptic proteins and structural regulation, biomarkers, and therapeutic strategies were detected as diagnostic and modulation promising in ASD. The potential of combined modulation involving retinoic acid derivatives, folates, antioxidants, neurotrophins, oxytocin preparations, glycine, and magnesium has been demonstrated, depending on the syndromic manifestation of ASD. A possible role of the rubella virus in prenatal disruption of retinoic acid metabolism and subsequent impairment of neuronal pathway formation has been demonstrated, as well as the specific influence of the COVID-19 virus on the IGF-1 signaling pathway. An association has been proposed between autoimmune activation during impaired neuronal maturation and ferroptosis processes, resulting in decreased ferritin and transferrin levels in children with ASD. Analysis of the literature explores the potential for more selective diagnosis and modulation in ASD using specific biomarkers and to indicate directions for future research. Розлад аутистичного спектра (РАС) є одним із найпоширеніших неврологічних порушень, із постійним зростанням поширеності. Наведено теоретичне обґрунтування для визначення потенційно клінічно значущих діагностичних біомаркерів та можливостей цільової фармакологічної модуляції на основі сучасних даних про генно-сигнальні шляхи. Це систематичне оглядове дослідження базується на даних систематичних оглядів та мета аналізів, присвячених базовим аспектам розладу аутистичного спектра. Це дозволило окреслити підходи до синдром-асоційованої діагностики та терапевтичних стратегій. У статті розглянуто інтегративні патогенетичні механізми РАС, що охоплюють пренатальний вірусний вплив, зміни у серотонінових та окситоцинових сигнальних шляхах, регуляцію N-метил-D-аспартатних рецепторів, білків SHANK та представників родини Solute Carrier. Імунні, вірусні та метаболічні чинники, нейромедіаторні системи, синаптичні білки та структурна регуляція, біомаркери й терапевтичні стратегії визначені як перспективні для діагностики та модуляції при РАС. Показано перспективність комбінованої модуляції із залученням похідних ретиноєвої кислоти, фолатів, антиоксидантів, нейротрофінів, препаратів окситоцину, гліцину та магнію залежно від синдромальної маніфестації РАС. Встановлено можливу роль вірусу краснухи у пренатальному порушенні метаболізму ретиноєвої кислоти та подальшому порушенні формування нейронних шляхів, а також специфічний вплив вірусу COVID-19 на сигнальний шлях IGF-1. Припускається взаємозв’язок аутоімунної активації при порушенні дозрівання нейронів із процесами фероптозу, результатом чого є зниження рівнів феритину та трансферину у дітей з РАС. Аналіз літератури засвідчує потенціал більш селективної діагностики та модуляції РАС із використанням специфічних біомаркерів та окреслює напрями майбутніх досліджень.