مسار نفاذية الأمعاء تُعدّل الميكروبات المعوية ومنتجاتها الأيضية وظيفة وسلامة حاجز الظهارة المعوية. لذلك، يمكن أن يؤثر التغير في التنوع الميكروبي المعوي على سلامة حاجز الأمعاء، مما قد يؤدي إلى حالة "الأمعاء المتسربة". في الواقع، يمكن أن يؤدي ضعف حاجز الأمعاء إلى زيادة مستويات مكونات الميكروبات المعوية (مثل عديد السكاريد الدهني (LPS)) في الدم؛ وتحفيز محور الغدة النخامية-الغدة الكظرية (HPA)؛ وتحفيز الاستجابات المناعية، وإنتاج السيتوكينات مثل الإنترفيرون-γ (IFN-γ)، وعامل نخر الورم-α (TNF-α)، والإنترلوكين-1β (IL-1β)، وIL-4. يمكن لهذه السيتوكينات المناعية أن تنتشر وتخترق الحاجز الدموي الدماغي (BBB)، مما يسبب التهابًا جهازيًا وفي الجهاز العصبي المركزي. وُجد أن مستوى LPS في المصل يزداد بشكل ملحوظ لدى الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد مقارنةً بالأفراد الأصحاء. قد يرتبط هذا بانخفاض درجات التواصل الاجتماعي، والذي لوحظ لدى مرضى اضطراب طيف التوحد. في الحالات الفسيولوجية، يمكن لـ LPS أن يدخل الدماغ، ربما من خلال آلية نقل البروتينات الدهنية، ويسبب ضعفًا عصبيًا وتغيرات سلوكية والتهابًا عصبيًا عن طريق تحفيز مسار إشارات عامل النسخ النووي كابا ب (NF-kB)، المرتبط بتحفيز الخلايا الدبقية الصغيرة وفقدان الخلايا العصبية. أدى الحقن اليومي للفئران الحوامل بعديد السكاريد الدهني (LPS) إلى سلوكيات شبيهة باضطراب طيف التوحد لدى النسل، بما في ذلك فرط الحركة والعيوب الاجتماعية. أشارت العديد من الدراسات إلى أن مرضى اضطراب طيف التوحد لديهم نفاذية معوية غير طبيعية تتراوح من 43% إلى 76%، سواء مع أو بدون أعراض الجهاز الهضمي. علاوة على ذلك، تم الإبلاغ عن نفاذية معوية لدى 9 من أصل 21 طفلاً مصابًا بالتوحد، ولكن ليس لدى 40 طفلاً غير مصاب بالتوحد [26]. وجد دي ماجستريس وزملاؤه أن الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد وأقاربهم من الدرجة الأولى لديهم نفاذية معوية متغيرة بنسبة 36.7% و 21.2% على التوالي، بينما كانت النسبة لدى الأشخاص العاديين 4.8% فقط. وفقًا للدراسات السابقة، لوحظ انخفاض كبير في مستويات mRNA للأوكلودين والزونولين في فئران BTBR الذكور (نموذج فأر للتوحد مجهول السبب). الأوكلودين والزونولين هما بروتينات تنظم نفاذية الأمعاء وترتبط بالحفاظ على نفاذية الأمعاء. ومن المثير للاهتمام، وُجد أن نفاذية الأمعاء انخفضت بشكل ملحوظ لدى مرضى التوحد الذين يتبعون نظامًا غذائيًا خاليًا من الغلوتين والكازين. بالمقارنة مع الدراسات المذكورة أعلاه، أظهرت دراسات أخرى عدم وجود تغييرات في نفاذية الأمعاء لدى الأطفال المصابين بالتوحد، مما يدل على أن اضطراب الحاجز المعوي ليس دائمًا من أعراض التوحد، ولكنه يحدث بشكل أساسي لدى الأطفال المصابين باضطراب طيف التوحد الذين يعانون من تشوهات معوية. مسار الجهاز المناعي تلعب المسارات المناعية دورًا حيويًا في الارتباط ثنائي الاتجاه بين الميكروبات والأمعاء والدماغ، مما يسمح للأمعاء والدماغ بالتأثير على بعضهما البعض. يُعد تكوين الميكروبات المعوية جزءًا أساسيًا من تنظيم التوازن المناعي، حيث تتعرض أسطح الغشاء المخاطي للأمعاء باستمرار للكائنات الدقيقة النافعة والمسببة للأمراض، ويمكنها أن تُحفز استجابة مناعية. بالإضافة إلى ذلك، تحتوي طبقات الغشاء المخاطي للأمعاء على أنواع مختلفة من الخلايا المناعية، بما في ذلك النسيج اللمفاوي المرتبط بالأمعاء (GALT). يستخدم هذا النسيج الخلايا اللمفاوية لإنتاج الغلوبولينات المناعية (IgA). يمكن للغلوبولين المناعي IgA تعديل الاستجابة المناعية الفطرية بمجرد تلامس الخلايا الميكروبية مع الخلايا العصبية المتشعبة في الجهاز العصبي المعوي. في بعض الدراسات، لوحظ ارتفاع مستوى IgA لدى مرضى اضطراب طيف التوحد. تم العثور على علامات التهابية مختلفة لدى الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد. على سبيل المثال، وُجدت مستويات مرتفعة من عامل نخر الورم (TNF) والسيتوكينات المسببة للالتهابات مثل الإنترفيرون (IFN) وIL-1β وIL-6 وIL-8 وIL-12p4 في أدمغة الأطفال المصابين باضطراب طيف التوحد مقارنةً بالمجموعة الضابطة. علاوة على ذلك، كشفت أدمغة مرضى اضطراب طيف التوحد عن نمط من تحفيز الاستجابات المناعية التي تتضمن تنشيط الخلايا الدبقية الصغيرة، المسؤولة عن القضاء على مسببات الأمراض. تم ربط الخلل في الجهاز المناعي لدى مرضى التوحد بتغير تكوين الميكروبات المعوية. على سبيل المثال، أظهرت الفئران الخالية من الجراثيم كثافة أعلى من الخلايا الدبقية الصغيرة في مناطق مختلفة من الدماغ مقارنةً بالفئران التي نشأت في بيئة خالية من مسببات الأمراض (SPF). بالإضافة إلى ذلك، لوحظ سلوك تجنب اجتماعي غير نمطي واستجابة مناعية منخفضة ضد العدوى الفيروسية في هذه الفئران الخالية من الجراثيم. تحسنت كل من عيوب الخلايا الدبقية الصغيرة وأعراض اضطراب طيف التوحد بعد تزويد الفئران الخالية من الجراثيم بالأحماض الدهنية قصيرة السلسلة الميكروبية. اقترحت هذه الدراسة أن الميكروبات المعوية يمكن أن تؤثر بشكل غير مباشر على الجهاز المناعي الفطري، مما قد يُعدل مستويات السيتوكينات المسببة للالتهابات والمضادة للالتهابات في الدورة الدموية، والتي تؤثر بشكل مباشر على توازن الخلايا الدبقية الصغيرة. علاوة على ذلك، في دراسة شياو وآخرون، تم الكشف عن ارتفاع مستوى IL-6 في النسل البالغ لنموذج فأر مصاب بتنشيط مناعي أمومي. ومن المثير للاهتمام أن إضافة بكتيريا Bacteroides fragilis NCTC 9343 إلى نسل الفئران المصابة بتنشيط مناعي أمومي أعادت تكوين الميكروبيوم، ومستويات IL-6، وسلامة نفاذية الأمعاء. وقد وُجد أن العديد من السيتوكينات، بما في ذلك IL-6، تُعدّل مستوى نسخ الوصلات المحكمة وسلامة الحاجز المعوي عن طريق تعديل مستويات CLDN 8 و15. لذلك، يقترح هذا التقرير أن استعادة مستويات IL-6 بوساطة بكتيريا B. fragilis قد تدعم دور IL-6 في نفاذية الأمعاء. المسار الأيضي تُنتج ميكروبات الأمعاء مستقلبات مختلفة يمكنها الانتقال عبر الدورة الدموية الجهازية والتواصل مع خلايا الجهاز المناعي للمضيف، والتأثير على عملية التمثيل الغذائي، و/أو التأثير على الجهاز العصبي المعوي ومسارات الإشارات الواردة للعصب المبهم التي ترسل إشارات مباشرة إلى الجهاز العصبي المركزي. وتشمل المستقلبات المشتقة من الميكروبيوم منتجات متعددة، مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs)، والمركبات الفينولية، والأحماض الأمينية الحرة. حمض البيوتيريك، وحمض البروبيونيك، وحمض الأسيتيك هي جميعها أنواع من الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة الناتجة عن التخمر اللاهوائي للكربوهيدرات غير القابلة للهضم. تلعب الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة دورًا حيويًا في الجسم، مثل الحفاظ على توازن الطاقة، وتعزيز استقلاب الجلوكوز، وخفض وزن الجسم، وتقليل خطر الإصابة بسرطان القولون. بالإضافة إلى ذلك، تُشارك الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة في تنظيم الاستجابة المناعية عن طريق تعديل إفراز سيتوكينات الخلايا التائية. على الرغم من أن البيانات غير متسقة بعض الشيء، فقد وُجد أن مستويات الأسيتات والبروبيونات مرتفعة في الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد، بينما انخفض مستوى البيوتيرات بشكل ملحوظ. يمكن أن يعمل حمض البروبيونيك كسم عصبي يؤثر على سلسلة نقل الإلكترون عن طريق تثبيط تكوين ثنائي نوكليوتيد النيكوتيناميد الأدينين (NADH)، الركيزة الأساسية لسلسلة نقل الإلكترون. يمكن لحمض البروبيونيك أيضًا أن يُحفز الاستجابة المناعية ويُغير التعبير الجيني. وقد ارتبطت المستويات المرتفعة من حمض البروبيونيك بزيادة شدة اضطراب طيف التوحد، على سبيل المثال، في التجارب المخبرية، أظهرت الفئران التي عولجت بحمض البروبيونيك لمدة ثمانية أيام فرط نشاط وحركات نمطية. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الفئران المعالجة بحمض البروبيونيك تغييرات كبيرة في تكوين أنواع جزيئات الفوسفوليبيدات في الدماغ والبلازما. يمكن أن يكون للتغيرات في تكوين فوسفوليبيدات البلازما في الدماغ، وخاصة أثناء النمو، آثار خطيرة على وظيفة الجهاز العصبي المركزي. تماشيًا مع هذه الدراسة، تم رصد أعراض الجهاز الهضمي وتغيرات في مستويات الفوسفوليبيدات في الدم لدى الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد. وبما أن الفوسفوليبيدات هي المكونات الهيكلية الرئيسية للعديد من أغشية الخلايا والأعصاب، فقد يكون اضطراب طيف التوحد، كونه اضطرابًا عصبيًا نمائيًا، مرتبطًا بنقص وظيفي أو اختلالات في استقلاب الأحماض الدهنية. من ناحية أخرى، لوحظ أن البيوتيرات له تأثير إيجابي على السلوكيات المرتبطة باضطراب طيف التوحد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبيوتيرات حماية الخلايا من الإجهاد التأكسدي وتحسين وظيفة الميتوكوندريا أثناء الإجهاد الفسيولوجي. ومن المثير للاهتمام، وُجد أن البيوتيرات يُعيد تصحيح أوجه القصور المرتبطة باضطراب طيف التوحد الناتجة عن حمض الفينيل أسيتيك، على الأرجح عن طريق تعزيز نفاذية الحاجز الدموي الدماغي. وقد لوحظ أن الفئران الخالية من الجراثيم التي تم تلقيحها ببكتيريا Clostridium tyrobutyricum (البكتيريا المنتجة للبيوتيرات) أو بكتيريا Bacteroides thetaiotaomicron المنتجة للأسيتات والبروبيونات، تُحسّن من التعبير عن بروتينات الأوكلودين، والتي وُجد أنها مرتبطة بانخفاض نفاذية الحاجز الدموي الدماغي. علاوة على ذلك، لوحظ ارتفاع معدل وجود مركب p-Cresol ومشتقاته المقترنة في عينات البول لدى الأطفال المصابين باضطراب طيف التوحد. يمكن لمركب p-Cresol أن يُفاقم شدة اضطراب طيف التوحد ووظيفة الأمعاء لأنه يلعب دورًا في العديد من العمليات الأيضية في جسم الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، تم ربط p-Cresol باضطرابات الجهاز العصبي، بما في ذلك زيادة أكسدة الدهون في الدماغ، وتقليل وظيفة إنزيم Na(+)-K+ ATPase، وتثبيط تكوين النورأدرينالين. تُعد بكتيريا Clostridium difficile من أكثر الميكروبات شيوعًا والمعروفة بإنتاج p-Cresol. يمكن لبكتيريا C. difficile تحفيز إنزيم p-hydroxyphenylacetate (p-HPA) وبالتالي تحفيز تخمير التيروزين لإنتاج p-Cresol. ومن الجدير بالذكر أن الفئران التي أعطيت p-Cresol في ماء الشرب لمدة أربعة أسابيع أظهرت تغيرًا في تكوين الميكروبات المعوية وعيوبًا سلوكية اجتماعية. كما أدى تناول p-Cresol إلى انخفاض استثارة خلايا الدوبامين العصبية في المنطقة البطنية السقيفية (VTA) لهذه الفئران، وهي دائرة عصبية مرتبطة بنظام المكافأة الاجتماعية. وارتبط تأثير p-Cresol على السلوك بتكوين الميكروبات المعوية، حيث أن زرع الميكروبات من الفئران المعالجة بـ p-Cresol إلى الفئران الضابطة يمكن أن يُحفز العيوب السلوكية. ومع ذلك، وُجد أن زرع الميكروبات من الفئران الطبيعية إلى الفئران المعالجة بـ p-Cresol يُعيد السلوكيات الاجتماعية الطبيعية. أشار هذا التقرير إلى أن أحد نواتج الأيض الميكروبية، مثل البارا-كريزول، يمكن أن يثير سلوكيات مشابهة لاضطراب طيف التوحد لدى الفئران. بشكل عام، تتوافق جميع هذه الدراسات السابقة مع النظرية الناشئة لاضطراب وظيفة الخلايا العصبية الاستثارية/المثبطة في اضطراب طيف التوحد. مسار الإشارات العصبية يمكن لميكروبات الأمعاء إنتاج جزيئات مثل السيروتونين (5-هيدروكسي تريبتامين، 5-HT)، وحمض غاما-أمينوبوتيريك (GABA)، والأسيتيل كولين، والتي يمكن أن تعمل كناقلات عصبية نموذجية تؤثر على نشاط الجهاز العصبي المعوي والجهاز العصبي المركزي. يُعد السيروتونين أحد الناقلات العصبية الأساسية في الدماغ التي لها وظيفة حاسمة في تنظيم المزاج ونشاط الجهاز الهضمي. يتكون حوالي 95% من إجمالي السيروتونين في جسم الإنسان بواسطة الخلايا المعوية الصماوية في الجهاز الهضمي، بينما يوجد حوالي 5% من السيروتونين المتبقي في الدماغ. ومن المثير للاهتمام، أنه قد ثبت أن ميكروبات الأمعاء مثل أنواع الإشريكية القولونية، وأنواع المكورات المعوية، وأنواع المكورات العقدية، وأنواع المبيضات، تشارك في إنتاج السيروتونين. وقد اقتُرح أن إنتاج وإفراز 5-HT بواسطة الخلايا المعوية الصماوية يتأثر بتكوين ميكروبات الأمعاء. على سبيل المثال، وُجد أن استنزاف ميكروبات الأمعاء بالمضادات الحيوية لدى الفئران يرتبط بضعف التعلم وارتفاع السلوكيات الشبيهة بالاكتئاب. وقد حدث ذلك مع تغيرات في مستويات تركيز 5-HT في الجهاز العصبي المركزي، بالإضافة إلى تغيرات في مستويات الحمض النووي الريبوزي المرسال لمستقبل هرمون إطلاق الكورتيكوتروبين 1 ومستقبل الجلوكوكورتيكويد. علاوة على ذلك، تم الكشف عن علاقة إيجابية بين مستوى 5-HT في الدم وشدة أعراض الجهاز الهضمي. من ناحية أخرى، يمكن أيضًا تكوين السيروتونين من الحمض الأميني الأساسي التربتوفان. تحفز أنواع المطثيات تحويل التربتوفان إلى 5-HT عن طريق رفع مستويات الحمض النووي الريبوزي المرسال لهيدروكسيلاز التربتوفان 1 في الخلايا المعوية الصماوية. ويبدو أن تقليل التربتوفان في النظام الغذائي يزيد من السلوك التوحدي. وبالتالي، تُظهر هذه الدراسات أن ميكروبات الأمعاء يمكن أن تلعب دورًا حاسمًا في إنتاج واستتباب 5-HT. GABA هو حمض أميني يعمل كناقل عصبي مثبط رئيسي في الدماغ. وقد تم الكشف عن نمط متغير من GABA كسمة رئيسية للفيزيولوجيا العصبية لمرضى اضطراب طيف التوحد. إذا حدث خلل في النقل العصبي المثبط لحمض غاما أمينوبوتيريك (GABA) لدى الأفراد المصابين باضطراب طيف التوحد، فقد يؤدي ذلك إلى اختلال في التوازن بين الإثارة والتثبيط في الدماغ، وتغيرات في التواصل العصبي، ومعالجة المعلومات، والاستجابة السلوكية. والجدير بالذكر أن بكتيريا Bifidobacterium spp. وLactobacillus spp. قادرة على إنتاج حمض GABA؛ فعلى سبيل المثال، يؤدي استيطان بكتيريا Lactobacillus rhamnosus JB-1 في أمعاء الفئران إلى زيادة مستوى مستقبلات GABA في العصب المبهم، وتقليل التوتر والسلوكيات الاكتئابية. وتؤكد هذه النتائج مجتمعةً على الدور الأساسي للميكروبات المعوية في مسارات التواصل بين الأمعاء والدماغ، مما يشير إلى أن البكتيريا قد تكون علاجًا مفيدًا.