Functional Heterogeneity of the Autism Spectrum Disorder-Associated Gut Microbial Ecosystem Revealed by Fecal Lipopolysaccharides and Bacterial Proteomic Profiling.

چکیده اصلی

The etiology of pediatric autism spectrum disorder (ASD) has been increasingly linked to alterations in the gut-brain axis, highlighting the intricate bidirectional communication between gut microbiota and central nervous system. The molecular mechanisms of this communication are poorly understood. Here we investigated whether ASD-associated gut microbiota could exhibit altered inflammatory molecular outputs by integrating chemistry-driven profiling of fecal lipopolysaccharides (LPS), functional bacterial proteomics, and neuroimmune cellular assays. Structural analyses revealed that LPS from non-autistic healthy donors (NASD) displayed highly conserved carbohydrate and lipid A signatures dominated by hypo-acylated mono-phosphorylated species typically associated with immunomodulatory Bacteroides-derived LPS. In contrast, LPS from ASD children exhibited increased structural heterogeneity. These molecular alterations were functionally reflected in human HMC3 microglial cells, where ASD-derived fecal LPS induced stronger IL-6 and IL-8 release compared with NASD-derived LPS, indicating enhanced neuroinflammatory potential. Functional proteomic profiling disclosed broadly comparable microbial compositions but marked metabolic divergence. These findings suggest that gut microbiota in ASD children are associated with a functionally heterogeneous microbial ecosystem characterized by altered immunostimulatory molecular outputs despite the absence of massive taxonomic shifts, with potential relevance for neuroimmune dysregulation.

ترجمه فارسی چکیده

مکانیسم‌های مولکولی ارتباط گیرنده-میزبان در محور گوارش-مغز در اختلال طیف خودکارتیسم (ASD) به‌طور فزاینده‌ای شناخته شده است، اما هنوز به‌طور کامل درک نشده است. این مطالعه بررسی می‌کند که آیا میکروبیوم گوارشی مرتبط با ASD می‌تواند خروجی‌های مولکولی التهابی متفاوتی داشته باشد یا خیر. تحلیل‌های ساختاری نشان دادند که لیپوپلی‌ساکاریدهای مدفوع از نوزادان سالم (NASD) دارای الگوهای کربوهیدرات و لیپید A ثابت و غالب با گونه‌های تک‌فسفری کم‌آکیل‌شده هستند که معمولاً با لیپوپلی‌ساکاریدهای حاصل از باکتری‌های ایمن‌سازی‌کننده (Bacteroides) مرتبط‌اند. در مقابل، لیپوپلی‌ساکاریدهای مدفوع از کودکان ASD دارای تغییرات ساختاری بیشتر و تنوع بودند. این تغییرات مولکولی در سلول‌های میکروگلیال HMC3 انسانی، منجر به ترشح قوی‌تر IL-6 و IL-8 نسبت به لیپوپلی‌ساکاریدهای NASD شد که نشان‌دهنده پتانسیل التهابی عصبی بیشتر است. پروتئومیک کارکردی نشان داد که ترکیب میکروبی مشابهی وجود دارد، اما اختلافات متابولیکی قابل توجهی مشاهده شد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که میکروبیوم گوارشی در کودکان ASD با یک اکوسیستم میکروبی کارکردی متفاوت و خروجی‌های مولکولی تحریک‌کننده ایمنی تغییر یافته مرتبط است، با وجود اینکه تغییرات طبقه‌بندی گسترده‌ای مشاهده نشده است.

متن کامل اصلی