Die Suche nach Ursachen für Autismus ist eine entmutigende Aufgabe - und Forscher untersuchen eine Vielzahl von Faktoren, die eine Rolle spielen könnten. Mehrere Studien haben einen Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Autismus festgestellt - andere jedoch nicht. Foto mit freundlicher Genehmigung von Steinphoto

Wenn Sie nur auf die Zahlen schauen, könnten Sie denken, dass die Autismusraten außer Kontrolle geraten. Die Raten schienen bei 1 in 150 in 2000 hoch genug zu sein, als Beamte des Gesundheitswesens anfingen Verfolgung eines stetigen Anstiegs des Syndroms in den Vereinigten Staaten. Und zu der Zeit, die Schätzungen in 2012 bei 1 in 68 schließlich flachgelegt wurden, hatten sich viele Eltern umarmt unbegründete Theorien Impfstoffe für eine Autismus-Epidemie verantwortlich machen, die zum Tanken beiträgt Ausbrüche von Masern und anderen einst seltenen Krankheiten.

Experten führen den größten Teil des Aufschwungs jedoch auf ein gesteigertes Bewusstsein, besseren Zugang zu Dienstleistungen und erweiterte Kriterien zur Diagnose des neurologischen Entwicklungssyndroms zurück, das durch eingeschränkte Interessen oder Verhaltensweisen und Probleme mit Kommunikation und sozialen Interaktionen gekennzeichnet ist.

Autismus ist bemerkenswert vielfältig und umfasst ein breites Spektrum von Behinderungen und Gaben. "Wenn Sie ein Kind mit Autismus getroffen haben", sagen Eltern und Kliniker gerne, "haben Sie ein Kind mit Autismus getroffen." Diese Heterogenität, die auch eine Reihe von körperlichen Beschwerden beinhaltet, hat die Suche nach Autismus verursacht entmutigende Aufgabe.

Daten aus dem Netzwerk zur Überwachung von Autismus und Entwicklungsstörungen der Zentren für Krankheitskontrolle und Prävention. Grafik von Sean Quinn

Die meisten Studien haben sich auf Gene konzentriert und legen nahe, dass Hunderte von Genvarianten können das Risiko erhöhen. Sogenannte Kopienzahlvariationen, die lange Abschnitte von duplizierter oder deletierter DNA umfassen, die die Genexpression verändern können, erscheinen besonders häufig bei Autismus.

Eindeutige Beweise für die genetischen Wurzeln von Autismus kamen, als eine 1977-Studie zeigte, dass eineiige Zwillinge, die das gleiche Genom teilen, waren viel wahrscheinlicher auch eine Autismus-Diagnose zu teilen als zweieiige Zwillinge. Wir wissen jetzt, dass ein jüngeres Geschwister eines Kindes, bei dem Autismus diagnostiziert wurde, ein Gesicht hat höheres Risiko der Entwicklung der Bedingung als andere Kinder. Aber Zwillinge teilen auch die gleiche Umgebung, einschließlich der Gebärmutter. Und diese gemeinsame Umgebung, als 2011-Studie von Zwillingspaaren berichtetscheint eine größere Rolle zu spielen als bisher angenommen.

Ein möglicher Einfluss von Umweltfaktoren auf das Autismusrisiko besteht in der Veränderung von "epigenetischen Faktoren" - Proteinen und anderen Molekülen, die die Art und Weise beeinflussen, wie Gene exprimiert werden, ohne die DNA-Sequenz zu verändern. Eine solche Faktoren, die für eine normale Entwicklung des Gehirns entscheidend sind, reagieren auf verschiedene Expositionen in der Umwelt, von endokrinen Disruptoren bis zu Folsäure in der Nahrung.

Wissenschaftler hoffen, dass sie durch die Identifizierung von Genen oder genetischen Profilen, die die Anfälligkeit für bestimmte Umweltbelastungen erhöhen, Möglichkeiten finden werden, um behindernde Aspekte von Autismus zu lindern. Aber die Wissenschaft "fängt gerade erst an", sagt Lisa Croen, Direktorin des Autismus-Forschungsprogramm bei Kaiser Permanente Forschungsabteilung. Was Autismus verursacht und wie Umweltagenten mit genetischen und epigenetischen Faktoren interagieren, um das Risiko zu erhöhen, bleibt eine offene Frage.

Ein weites Netz werfen

Mehrere Faktoren beeinflussen wahrscheinlich die Wahrscheinlichkeit eines Kindes, an Autismus zu erkranken. Und obwohl Wissenschaftler darin übereinstimmen, dass genetische und Umweltfaktoren beide eine Rolle spielen, hat die Genetikforschung die Arbeit an Umweltvernetzungen weit hinter sich gelassen.

"Bis 2007 hatten wir praktisch keine Forschung über die Welt der Umweltgefahren und des Autismus", sagt Irva Hertz-Picciotto, der das MIND Institute-Programm für Umweltepidemiologie von Autismus und Neuroentwicklung an der University of California, Davis, leitet. Ab etwa 2010 sagte sie: "Plötzlich haben es alle studiert."

Für Wissenschaftler umfassen Umweltrisiken alles, was über das Genom hinausgeht. Bisher haben sie eine mögliche Rolle für Luftverschmutzung, Pestizide, Alter der Eltern, medizinische Bedingungen einschließlich Infektion und Diabetes, Schwangerschaftsvorsorge, Lebensstilfaktoren wie die Ernährung der Mutter, Rauchen und Alkoholkonsum und Zeit zwischen den Schwangerschaften untersucht. Die Ergebnisse vieler dieser Studien waren gemischt. Selbst wenn eine Studie einen Zusammenhang zwischen einem Umweltfaktor und einem erhöhten Risiko feststellt, deutet dies nicht auf eine Kausalität hin, sondern legt diesen Faktor nahe könnte Risiko erhöhen.

In einer Übersichtsartikel Von epidemiologischen Studien zu nicht-genetischen Autismus-Faktoren berichteten die Forscher von einem fortgeschrittenen Alter der Eltern und einer Frühgeburt als festgestellten Risikofaktoren sowie von kurzen Intervallen zwischen Schwangerschaft und pränataler Exposition gegenüber Luftverschmutzung als mögliche Risikofaktoren. Sie kamen zu dem Schluss, dass eine lange Liste anderer möglicher Umweltfaktoren, einschließlich endokriner Störungen, weitere Untersuchungen erforderlich machen.

Endokrine Disruptoren sind auf den Prüfstand gekommen weil sie hormonelle Signalwege beeinflussen können, die an der Entwicklung des Gehirns beteiligt sind. Aber Es wurden Studien von endokrinen Disruptoren, einschließlich Flammhemmern und perfluorierten Verbindungen, haben zu widersprüchlichen Ergebnissen geführt.

"Es gibt noch keine konsistente Evidenzbasis", sagt Croen.

Der Nachweis eines erhöhten Risikos erscheint Stärker für Phthalate, Chemikalien, die in diversen Verbraucherprodukten von Kosmetika bis zu Beißringen gefunden werden. Doch selbst diese Ergebnisse variieren. "Die Gründe für diese unterschiedlichen Ergebnisse beziehen sich auf das Studiendesign, die Methodik, die Ermittlung der Expositionen, die Art und Weise, wie Menschen untersucht werden, sowie die Art und Weise, wie Fälle festgestellt werden", sagt Croen. "Es ist irgendwie unordentlich."

Die Luftverschmutzung hat bisher die größte Aufmerksamkeit erhalten, sagt Hertz-Picciotto. Und obwohl Luftverschmutzung viele enthält bekannte neurotoxische StoffeEs gibt auch ein bisschen StraßenbeleuchtungseffektDas sind die Daten. Bundes-, Landes- und lokale Behörden haben seit der Verabschiedung des Clean Air Act in 1970 eine Reihe von Luftschadstoffen überwacht und den Forschern damit eine Fundgrube an Daten zur Verfügung gestellt, mit der sie ermitteln können, wo schwangere Frauen leben, und auf mögliche Expositionen schließen können.

Mehrere gut konzipierte Studien haben einen Zusammenhang zwischen Luftverschmutzung und Autismus, einschließlich der Kinder-Autismus-Risiken aus Genetik und Umwelt, gefunden BERECHNEN, Studie, die Hertz-Picciotto seit 2002 durchgeführt hat. Aber ein paar ebenso solide Studien haben nicht. "Ich denke, die Jury ist immer noch auf Luftverschmutzung", sagt Hertz-Picciotto.

In einer CHARGE-Studie über die Exposition von Organophosphatpestiziden während der Schwangerschaft stellte das Team von Hertz-Picciotto fest, dass Frauen während ihrer Schwangerschaft innerhalb von 1.5-Kilometern (knapp eine Meile) von behandelten landwirtschaftlichen Feldern lebten hatte ein 60-Prozent höheres Risiko ein Kind mit Autismus diagnostiziert zu haben. Das Pestizid Chlorpyrifos war im zweiten und dritten Trimester mit einem erhöhten Risiko verbunden.

Neuere Studien an Mausmodellen zur Untersuchung von Autismus-Risikofaktoren (z. B. hier und hier) berichtet, dass die pränatale Exposition gegenüber Pestiziden, einschließlich Chlorpyrifos, das normale soziale, explorative und vokale Verhalten der Tiere beeinträchtigen kann. Die Extrapolation von Mäusen auf Menschen ist notorisch schwierig, aber die Wissenschaftler hoffen, dass die Modelle ihnen helfen werden, nach Expositionen zu suchen, die Autismus-Suszeptibilitätsgene stören und Gen-Umwelt-Interaktionen in Verbindung mit einem erhöhten Risiko identifizieren. Wissenschaftler bei der US-Umweltschutzbehörde empfohlene Einschränkung Alle Verwendungen von Chlorpyrifos in 2015 basieren auf dem Nachweis, dass das neurotoxische Pestizid Säuglinge und Kinder einem Risiko aussetzen könnte. EPA-Administrator Scott Pruitt diese Entscheidung aufgehoben im März.

Da schwangere Frauen, die in landwirtschaftlichen Gemeinschaften leben, die Exposition gegenüber Pestiziden nicht vollständig vermeiden können, haben Forscher nach Faktoren gesucht, die die Pestizid-assoziierten Autismus-Risiken verringern könnten. Das Team von Hertz-Picciotto hielt Folsäure für einen potenziellen mildernden Faktor, der auf der Tatsache beruht, dass die toxischen Effekte von Umweltkontaminanten besser ausgeglichen werden. Und mehrere Studien haben berichtet, dass Mütter, die Folsäure Ergänzungen nahmen, weniger wahrscheinlich Kinder mit Autismus hatten als diejenigen, die nicht taten, obwohl a große Studie gefunden keine solche Verbindung.

In einer Papier veröffentlicht Anfang dieses Monats berichteten Hertz-Picciotto und ihre Kollegen über Hinweise, die nahelegen, dass Folsäureergänzungen das Autismus-Risiko in Verbindung mit der Pestizid-Exposition reduzieren könnten. Für Frauen, die vor der Empfängnis oder in den ersten drei Monaten der Schwangerschaft Pestiziden ausgesetzt waren, stellte sich heraus, dass die Einnahme von Folsäure im ersten Monat der Schwangerschaft die Wahrscheinlichkeit, ein Kind mit Autismus diagnostiziert zu haben, verringert. Ob die Ergänzungen wirklich die schädlichen Auswirkungen der Pestizide verändern, bleibt zu sehen.

Es hat sich als herausfordernd erwiesen, die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen Genen und Umwelt zu lösen, um zum Autismus beizutragen. Dennoch sagt Hertz-Picciotto, dass Frauen im gebärfähigen Alter Folsäurepräparate einnehmen sollten. Solide Beweise zeigen, dass vor und während des ersten Trimesters mit Folsäure angereicherte vorgeburtliche Vitamine eingenommen werden schützt vor Neuralrohrdefekten, Fehlbildungen des Gehirns und des Rückenmarks. Und genetische Variations, die den Folatstoffwechsel stören, sind ziemlich häufigdem „Vermischten Geschmack“. Seine  American Congress of Geburtshelfer und Gynäkologen und das Eunice Kennedy Shriver National Institut für Kindergesundheit und menschliche Entwicklung empfehlen auch, dass Frauen vor und während der Schwangerschaft Vitamine mit Folsäure einnehmen, um das sich entwickelnde Gehirn und Nervensystem ihrer Babys zu schützen.

Faktoren zur Verringerung des Risikos

Es hat sich als schwierig erwiesen, die vielfältigen Möglichkeiten aufzuklären, mit denen Gene und Umwelt interagieren können, um zu Autismus beizutragen. Genetische oder epigenetische Risiken könnten bei dem Kind, der Mutter oder möglicherweise dem Vater liegen, die alle in einer schwindelerregenden Kombination von Kombinationen mit Umweltfaktoren interagieren. Und diese Wechselwirkungen könnten in zwei Richtungen gehen: Genetik könnte bestimmen, ob eine Exposition negative Auswirkungen hat, oder eine Exposition könnte beeinflussen, wie die Gene exprimiert werden.

"Hier gibt es viele verschiedene Mechanismen, und Sie brauchen die richtigen biologischen Proben, um alle Mechanismen zu betrachten", sagt Croen. Genau das ist das Frühe Autismus-Risiko-Longitudinal-Untersuchung, eine Zusammenarbeit zwischen Kaiser Permanente und drei anderen Forschungszentren.

EARLI möchte untersuchen, warum Autismus in Familien häufig auftritt, indem schwangere Frauen untersucht werden, die ein Kind mit Autismus haben, und dann ihren neugeborenen Kindern folgen. Das Studiendesign ermöglicht es ihnen, potenzielle Risikofaktoren zu identifizieren, wenn das neue Baby ebenfalls Autismus entwickelt. Die Forscher sammelten biologische Proben von den Eltern, untersuchten Kinder in der Klinik an wichtigen Entwicklungsfenstern und besuchten Häuser, um Staub für die chemische Analyse zu sammeln. Sie führten auch eingehende elterliche Umfragen durch, die sich auf die Ernährung der Mutter, die Routinen und den Einsatz von Pestiziden und anderen potenziell toxischen Produkten im Haushalt konzentrierten. Im ein 2015-Papier, das Projekt verknüpfte epigenetische Veränderungen im Sperma des Vaters mit dem Risiko von Autismus bei den Kindern. Die Autoren fanden ähnliche Veränderungen im postmortalen Hirngewebe von Menschen, bei denen Autismus diagnostiziert wurde, was, wie sie sagen, vermuten lässt, dass solche epigenetischen Faktoren im Gehirn des Kindes wirken.

Dennoch bleibt Hertz-Picciotto hoffnungsvoll, dass Fortschritte in Sicht sind. Sowohl EARLI als auch CHARGE haben sich der Initiative "Nationale Gesundheitsinstitute" angeschlossen Umwelteinflüsse auf die Gesundheit der Kinderoder ECHO. Die NIH-Initiative hat seit 300 fast US $ 2015 Millionen in Stipendien vergeben, um eine breite Palette von Gesundheitsbedingungen für Kinder, einschließlich Autismus, zu untersuchen. Diese Initiative zielt darauf ab, Umweltfaktoren in den frühesten Stadien der Entwicklung zu identifizieren, die modifiziert werden könnten, um die Gesundheit von Kindern zu verbessern.

Epidemiologen hoffen, dass eines Tages ein technologischer Durchbruch es ihnen ermöglichen wird, die gesamte Geschichte der Umweltbelastung durch eine Person aus biologischen Proben zu lesen, genauso wie sie das genetische Profil einer Person durch Genomsequenzierung bestimmen können. Bis dahin müssen sich Epidemiologen mit den unordentlichen Werkzeugen ihres Handels zufrieden geben. Dennoch bleibt Hertz-Picciotto hoffnungsvoll, dass Fortschritte in Sicht sind.

"Ich schaue zurück auf Dinge, die wir für 20, 30, 40 Jahre gelernt haben und in einigen Fällen gab es nicht viel mehr Fortschritte als in der Vergangenheit 10", sagt sie. Hertz-Picciotto weist auf Brustkrebsforscher hin, die jetzt erkennen, dass die Veränderungen, die zu Krebs führen, wahrscheinlich in der Kindheit oder Pubertät beginnen. "Sie versuchen, die Dinge 30 Jahre zuvor zu rekonstruieren. Wir gehen nur ein paar Jahre zurück. " 

Über den Autor

Liza Gross ist eine unabhängige Journalistin und Redakteurin von PLOS Biology, die sich auf Umwelt und öffentliche Gesundheit, Ökologie und Naturschutz spezialisiert hat. Ihre Arbeit ist in verschiedenen Outlets erschienen, darunter Die New York Times, Die Washington Post, Die Nation, Entdecken und KQED. twitter.com/liza

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