Autism spectrum disorders (ASD) are complex conditions whose pathogenesis may be attributed to gene-environment interactions. There are no definitive mechanisms explaining how environmental triggers can lead to ASD although the involvement of inflammation and immunity has been suggested. Inappropriate antigen trafficking through an impaired intestinal barrier, followed by passage of these antigens or immune-activated complexes through a permissive blood-brain barrier (BBB), can be part of the chain of events leading to these disorders. Our goal was to investigate whether an altered BBB and gut permeability is part of the pathophysiology of ASD.Postmortem cerebral cortex and cerebellum tissues from ASD, schizophrenia (SCZ), and healthy subjects (HC) and duodenal biopsies from ASD and HC were analyzed for gene and protein expression profiles. Tight junctions and other key molecules associated with the neurovascular unit integrity and function and neuroinflammation were investigated.Claudin (CLDN)-5 and -12 were increased in the ASD cortex and cerebellum. CLDN-3, tricellulin, and MMP-9 were higher in the ASD cortex. IL-8, tPA, and IBA-1 were downregulated in SCZ cortex; IL-1b was increased in the SCZ cerebellum. Differences between SCZ and ASD were observed for most of the genes analyzed in both brain areas. CLDN-5 protein was increased in ASD cortex and cerebellum, while CLDN-12 appeared reduced in both ASD and SCZ cortexes. In the intestine, 75% of the ASD samples analyzed had reduced expression of barrier-forming TJ components (CLDN-1, OCLN, TRIC), whereas 66% had increased pore-forming CLDNs (CLDN-2, -10, -15) compared to controls.In the ASD brain, there is an altered expression of genes associated with BBB integrity coupled with increased neuroinflammation and possibly impaired gut barrier integrity. While these findings seem to be specific for ASD, the possibility of more distinct SCZ subgroups should be explored with additional studies.

Defeat, Distress, and Glucocorticoids Understanding how individuals control emotions and cope with stressful events is a major clinical concern and of importance for the treatment of psychiatric illnesses (see the Perspective by McEwen ). Barik et al. (p. 332 ) discovered that aggressive defeat stress in mice caused glucocortioid release and increased activity in the dopamine system. Deleting the glucocorticoid receptors in dopaminoceptive neurons completely prevented the social avoidance that usually follows aggressive defeat. How the combination of genetic factors and environmental stressors during adolescence determines adult behavior and how their disturbance results in neuropsychiatric disorders is poorly understood. Niwa et al. (p. 335 ) found that isolation stress during adolescence, which does not cause any long-lasting changes in wild-type mice, induced significant neurochemical and behavioral alterations in mutant mice expressing a dominant-negative variant of the disrupted in schizophrenia 1 gene under the control of the prion protein promoter. These deficits could be reversed by a glucocorticoid receptor antagonist.

Importance

 Large-scale neuroimaging studies have revealed group differences in cortical thickness across many psychiatric disorders. The underlying neurobiology behind these differences is not well understood. 

Objective

 To determine neurobiologic correlates of group differences in cortical thickness between cases and controls in 6 disorders: attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD), autism spectrum disorder (ASD), bipolar disorder (BD), major depressive disorder (MDD), obsessive-compulsive disorder (OCD), and schizophrenia. 

Design, Setting, and Participants

 Profiles of group differences in cortical thickness between cases and controls were generated using T1-weighted magnetic resonance images. Similarity between interregional profiles of cell-specific gene expression and those in the group differences in cortical thickness were investigated in each disorder. Next, principal component analysis was used to reveal a shared profile of group difference in thickness across the disorders. Analysis for gene coexpression, clustering, and enrichment for genes associated with these disorders were conducted. Data analysis was conducted between June and December 2019. The analysis included 145 cohorts across 6 psychiatric disorders drawn from the ENIGMA consortium. The numbers of cases and controls in each of the 6 disorders were as follows: ADHD: 1814 and 1602; ASD: 1748 and 1770; BD: 1547 and 3405; MDD: 2658 and 3572; OCD: 2266 and 2007; and schizophrenia: 2688 and 3244. 

Main Outcomes and Measures

 Interregional profiles of group difference in cortical thickness between cases and controls. 

Results

 A total of 12 721 cases and 15 600 controls, ranging from ages 2 to 89 years, were included in this study. Interregional profiles of group differences in cortical thickness for each of the 6 psychiatric disorders were associated with profiles of gene expression specific to pyramidal (CA1) cells, astrocytes (except for BD), and microglia (except for OCD); collectively, gene-expression profiles of the 3 cell types explain between 25% and 54% of variance in interregional profiles of group differences in cortical thickness. Principal component analysis revealed a shared profile of difference in cortical thickness across the 6 disorders (48% variance explained); interregional profile of this principal component 1 was associated with that of the pyramidal-cell gene expression (explaining 56% of interregional variation). Coexpression analyses of these genes revealed 2 clusters: (1) a prenatal cluster enriched with genes involved in neurodevelopmental (axon guidance) processes and (2) a postnatal cluster enriched with genes involved in synaptic activity and plasticity-related processes. These clusters were enriched with genes associated with all 6 psychiatric disorders. 

Conclusions and Relevance

 In this study, shared neurobiologic processes were associated with differences in cortical thickness across multiple psychiatric disorders. These processes implicate a common role of prenatal development and postnatal functioning of the cerebral cortex in these disorders.

Abstract Objective 7 Tesla (T) longitudinal magnetic resonance spectroscopy (MRS) offers a precise measurment of metabolic levels in human brain via a non-invasive approach. Studying longitudinal changes in neurometabolites could help identify trait and state markers for diseases and understand inconsistent findings from different researchers due to differences in the age of study participants and duration of illness. This study is the first to report novel longitudinal patterns in young adulthood from both physiological and pathological viewpoints using 7T MRS. Methods Utilizing a four-year longitudinal cohort with 38 first episode psychosis (FEP) patients (onset within 2 years) and 48 healthy controls (HC), the authors examined the annual percentage changes of 9 neurometabolites in 5 brain regions. Results Both FEP patients and HC subjects were found to have significant longitudinal reductions in glutamate (Glu) in the anterior cingulate cortex (ACC). Only FEP patients were found to have a significant decrease over time in γ-aminobutyric acid (GABA), N-acetyl aspartate (NAA), myo-inositol (mI), and total choline (tCho: phosphocholine plus glycerophosphocholine) in the ACC. Uniquely, glutathione (GSH) was found to have a near zero annual percentage change in both FEP patients and HC subjects in all 5 brain regions over a four-year timespan in young adulthood. Conclusions GSH could be a trait marker for diagnostic applications at least in young adulthood. Glu, GABA, NAA, mI, and tCho in the ACC are associated with the patient’s status and could be state markers for mechanistic studies of psychotic disorders, including those for progressive pathological changes and medication effects in young adulthood.

Abstract Treatment resistant (TR) psychosis is considered to be a significant cause of disability and functional impairment. Numerous efforts have been made to identify the clinical predictors of TR. However, the exploration of molecular and biological markers is still at an early stage. To understand the TR condition and identify potential molecular and biological markers, we analyzed demographic information, clinical data, structural brain imaging data, and molecular brain imaging data in 7 Tesla magnetic resonance spectroscopy, from a first episode psychosis cohort that includes 138 patients. Age, gender, race, smoking status, duration of illness, and antipsychotic dosages were controlled in the analyses. We found that TR patients had a younger age at onset, more hospitalizations, more severe negative symptoms, a significant reduction in the volumes of the hippocampus (HP) and superior frontal gyrus (SFG), and a significant reduction in glutathione (GSH) levels in the anterior cingulate cortex (ACC), when compared to non-TR patients. The combination of multiple markers provided a better classification between TR and non-TR patients compared to any individual marker. Our study shows that ACC GSH, HP and SFG volumes, and age at onset could potentially be trait biomarkers for TR diagnosis, while hospitalization and negative symptoms could be used to evaluate the progression of the disease. Multimodal cohorts are essential in obtaining a comprehensive understanding of brain disorders.

ABSTRACT Recent reports have indicated that the occurrence of symptom exacerbation in early-stage psychosis could result in brain changes. Such a symptom exacerbation is frequently called relapse, which underlies a poorer disease outcome. Thus, it is important to identify neuroimaging alterations that are specifically seen in patients who experience relapse in early-stage psychosis. We hypothesized that this specific patient group may be more homogenous in disease-associated signatures likely to be linked to relapse, compared with the overall patient group. Such sub-stratified patient group and neuroimaging signatures would be useful for the biological understanding of relapse. To address this goal, we conducted a cross-sectional study (85 patients with early-stage psychosis and 94 healthy controls) with the use of medical records in a retrospective manner. To define the specific sub-group with the past experience of relapse, we used hospitalization due to psychotic symptom exacerbation, according to many publications that used this factor as a proxy for relapse. By examining resting-state functional connectivity (FC) for the study subjects, we validated our hypothesis and defined 131 FCs possibly associated with relapse. Through these studies, 3 brain regions (the thalamus, precentral gyrus, and dorsal anterior cingulate cortex) were underscored.