Oksijen eksikliği durumu olarak tanımlanan hipoksi, çeşitli patolojilerdeki rolünü anlamak için kritik olan benzersiz hücresel ve moleküler tepkiler ortaya çıkarabilir. Gelişimsel dizileri bozarak moleküler, hücresel ve nöronal değişikliklere ve yaralanmalara yol açabilir. Ayrıca, hipoksiye erken maruz kalma, merkezi sinir sistemi (CNS) gelişimini kesintiye uğratarak aksonal bağlantıyı ve sinaps gelişimini bozar1.
Ek olarak, hipoksinin CNS gelişimi üzerinde olumsuz etkileri olduğu gösterilmiş olsa da, embriyogenez sırasında olduğu gibi belirli koşullar altında kritik bir fizyolojik rol oynayabilir. Normal fizyolojik hipoksi, embriyonik gelişim sırasında oksijen seviyelerinin faydalı bir şekilde doğal olarak düşük olduğu bir durumu ifade eder. Bu süreç, embriyonik hücrelerin anaerobik metabolizmayı teşvik ederek enerji üretmesini sağlar, vaskülarizasyonu hızlandırarak dolaşım sisteminin gelişimini destekler, kalp ve kemiklerin düzgün gelişmesini sağlar ve nöral krest hücrelerinin göçünü uyarır2. Tersine, fizyolojik bağlamının dışında meydana gelen hipoksi, embriyonik gelişim de dahil olmak üzere gelişim ve genel sağlık üzerinde olumsuz etkilere sahip olabilir ve bu da prematüriteye ve hatta embriyonik ölümcüllüğe yol açabilir1. Bu nedenle, birçok yenidoğan normal doğum sırasında hipoksik durumlar yaşadığından, genellikle bakıcılar veya tıbbi personel tarafından hemen tanınmadan, önemli bir halk sağlığı sorunudur3. Ek olarak, hipoksi ile ilişkili nöronal bağlantıdaki değişiklikler, otizm spektrum bozuklukları (ASD) ve zihinsel engelliler dahil olmak üzere nörogelişimsel bozukluklarla bağlantılıdır1.
Moleküler bir perspektiften bakıldığında, hipoksi, sinaptik fonksiyonları düzenleyen genlerin ekspresyonunu değiştirerek, böylece nöronal bağlantıyı bozarak ve nörogelişimsel bozuklukların gelişimine katkıda bulunarak nörogelişimi etkileyebilir4.
Klinik olarak, neonatal hipoksi, hormonal ve metabolik yollar yoluyla CNS gelişimini etkiler1. Akut hipoksiye yanıt olarak, hipotalamus hızla kortikotropin salgılatıcı hormon ve arginin vazopressini serbest bırakır, bu daha sonra ön hipofizden adrenokortikotropik hormon salınımını tetikler, ardından fetal adrenal kortekste glukokortikoid üretimi izler ve bu yanıtın derecesi hipoksinin yoğunluğu ve süresi ile ilişkilidir. Hipotalamik-hipofiz-adrenal (HPA) eksenin akut strese bu hızlı tepkisi, glukokortikoidlerin stresin fizyolojik etkilerini sınırlamada ve ilişkili gen ekspresyonunu, protein sentezini ve hücresel metabolizmayı etkileyerek fetal homeostazı sürdürmedeki kritik rolünü vurgulamaktadır 5,6.
Azalan normal oksijen seviyeleri, çoğu transkripsiyon faktörleri, Hipoksi ile İndüklenebilir Faktörler (HIF'ler) ve prolil hidroksilazlar (PHD'ler) gibi hücresel oksijen sensörleri tarafından düzenlenen hipoksiye karşı çeşitli yanıtları aktive eder1. İn vitro çalışmalarda7'de gösterildiği gibiO2 homeostazının bir düzenleyicisi olan HIF-1, HIF-1α ve HIF-1β8'den oluşan bir heterodimerdir. Hipoksik koşullar altında, hidrojen atomunun kompleks içindeki bir hidroksil grubu ile değiştirilmesi azalır, bu da HIF-1α birikimine yol açar ve bu daha sonra HIF-1β ile dimerleşir. Sonuç olarak, HIF-1 dimer, yüzlerce genin transkripsiyonunu aktive ettiği çekirdeğeyer değiştirir 1.
Nöronların oksijene bağımlı doğası, onları hipoksik strese karşı özellikle duyarlı hale getirir. Bu nedenle, hipoksi, aksonal yol bulma ve sinaps gelişimini bozarak nöronal fonksiyon üzerinde uzun vadeli etkileri olan beyin fizyolojisi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir9. Nöronal bağlantılardaki bu değişiklikler, ASD'ler ve zihinsel engellilik gibi çeşitli nörogelişimsel bozukluklara yatkın olabilir 9,10.
Perinatal asfiksi, doğum sırasında oksijen yoksunluğu olarak tanımlanır ve maternal-fetal kanama, göbek kordonu basısı, plasental komplikasyonlar, uterus rüptürü, omuz distosisi veya yenidoğanın ilk nefesini alamaması gibi perinatal olayların bir sonucu olarak ortaya çıkabilir. Bu ciddi olay her yıl dünya çapında yaklaşık dört milyon yenidoğanı etkilemekte ve bir milyon yenidoğan ölümüyle sonuçlanmaktadır 11,12,13. Çoğu bebek hipoksi ataklarından kurtulsa da, bazı hastalarda nöbet bozuklukları, serebral palsi, bilişsel gecikmeler ve motor eksiklikler gibi kalıcı nörolojik sorunlara yol açabilen hipoksik-iskemik ensefalopati gelişir. Ek olarak, asfiksi ve iskemi, CNS (% 28), kardiyovasküler sistem (% 25), böbrekler (% 50) ve akciğerler (% 23) gibi çeşitli organ ve sistemlerin işlev bozukluğuna neden olabilir11.
Ek olarak, serebral vasküler sistemin olgunlaşmamış olması ve zayıf otoregülasyon, yenidoğanları iskemik risklere yatkın hale getiren faktörlerdir. Bu tür süreçlerde, inflamasyon ve oksidatif stres, neonatal hipoksik-iskemik hasarın ve ilişkili hücre ölüm mekanizmalarının ana aracılarıdır. Anormal apoptoz, gelişmekte olan beyni motor ve bilişsel bozukluk risklerine maruz bırakabilir14.
ASD'nin karmaşıklığı göz önüne alındığında, poligenik bir yapıya sahip gibi görünen altta yatan genetiğin yanı sıra gelişimini belirleyen çevresel faktörleri anlamak önemlidir. Özellikle, ASD'nin poligenik temeli, genetik yatkınlıkların hipoksi de dahil olmak üzere dış faktörlerle etkileşime girdiği çok faktörlü bir etiyolojiyi ifade eder. Monozigotik ikizlerde gözlenen %60-92'lik uyum, genetik etkilerin önemini vurgularken, uyumsuzluk çevresel faktörlerin de rol oynadığını göstermektedir. Otizm prevalansının 13/10.000 olduğu tahmin edilmektedir ve bu oranın son yıllarda arttığı düşünülmektedir15. Çalışmalar, hamilelik sırasında çevresel faktörlere maruz kalmanın otizm riskini artırabileceği hipotezini desteklemektedir, ancak bu çalışmaların sonuçları, tanı kriterleri, karşılaştırma grupları, örneklem büyüklüğü ve maruziyet değerlendirme yöntemlerindeki farklılıklar nedeniyle genellikle tutarsızdır 15,16.
Ayırt edici nöropatolojik bulgular tam olarak bilinmemekle birlikte, çalışmalar mikroskobik ve fonksiyonel beyin anormalliklerini ortaya koymaktadır. Bu anormallikler, etiyolojik olarak anlamlı dönemin in utero olabileceğini ve patogenezin prenatal dönemde başlayabileceğini düşündürmektedir15. Hamilelik sırasındaki maruziyetler, otizm için potansiyel risk faktörleri üzerine epidemiyolojik araştırmaların ana odak noktasıdır. Özellikle, obstetrik komplikasyonların ASD riskini artırabileceği hipotezi birçok çalışma tarafından desteklenmektedir, ancak bu etkilerin büyüklüğü ve sonuçları çalışmalar arasında değişmektedir17.
Genetik faktörlere ek olarak, epigenetik mekanizmalar hipoksik koşullar altında gen ekspresyonunun düzenlenmesinde anahtar bir rol oynamaktadır. Özellikle, miRNA'lar, hipoksiye hücresel yanıtta, HIF üzerindeki etkileri gibi önemli bir düzenleyici mekanizma sunar. Hipoksinin erken aşamalarında, miRNA seviyelerindeki spesifik değişiklikler HIF-1 birikimine ve stabil HIF-2 ve HIF-3 seviyelerinin korunmasına katkıda bulunabilir18. Birçok miRNA'nın ekspresyon profili hipoksik ve iskemi koşulları altında değişse de, sınırlı sayıda hipoksi ile ilişkili miRNA'nın fonksiyonel bir rol oynadığı ve HIF ekspresyonunu etkilediği gösterilmiştir. Bu, dokuya özgü miRNA ekspresyonu18 nedeniyle farklı insan dokularının neden hipoksik tepkilerde farklılık gösterdiğini açıklar.
Ortaya çıkan veriler ayrıca spesifik miRNA'ların ASD patolojisinde rol oynadığını göstermektedir. Önceki çalışmamızda, kanserde hücre sağkalımını, farklılaşmasını ve stres yanıtlarını düzenlediği bilinen miR-19a-3p, miR-361-5p, miR-150-5p, miR-126-3p ve miR-499a-5p'nin OSB hastalarında anormal ekspresyon sergilediğini ve potansiyel olarak nörogelişimsel sonuçları etkilediğini gösterdik. Daha sonra bu bulguları ASD'nin fare modellerinden alınan kan, hipotalamus ve sperm örneklerinde doğruladık ve gen düzenleyici değişikliklerin hastalık19 ile tutarlı bir ilişkisini gösterdik. Bu sonuçlar, bu miRNA'ların büyüme ve gelişmenin önemli aşamalarında aşağı regülasyonunun ASD gibi hastalıkların gelişimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceğini göstermektedir. Bu ayrıca neonatal hipoksinin moleküler ve davranışsal özellikler üzerindeki derin etkisini göstermektedir.
Bu çalışmada, hafif ila orta derecede neonatal hipoksinin yetişkinlikte otizm gelişme riski üzerindeki etkisini test ettik. Bunu yapmak için, yenidoğan fareler farklı hipoksi seviyelerine maruz bırakıldı. Gerçekten de, doğumda hipoksi yaşayan fareler, yetişkinlikte davranış değişiklikleri ve daha da önemlisi moleküler düzeyde ASD ile ilişkili değişiklikler sergiler. Bu nedenle, sonuçlarımız hipoksinin uzun vadeli etkileri hakkında değerli bilgiler sağladı.