藍婉婷，鐘救根,2，沈瑩瑩，龔嘉恒，鄒智，侯曉暉,2

1.廣州體育學院殘疾人運動與健康促進國際協(xié)同創(chuàng)新中心，廣東廣州市 510500；2.上海體育學院運動科學學院，上海市 200438

0 引言

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)屬于廣泛性神經(jīng)發(fā)育障礙，患者在社會互動和社會交往過程中存在持續(xù)性障礙，并在行為、興趣和活動方面表現(xiàn)出限制性、重復(fù)性和刻板性[1]。ASD 的發(fā)生率呈不斷上升趨勢。2019年《中國孤獨癥教育康復(fù)行業(yè)發(fā)展狀況報告Ⅲ》指出，目前我國的ASD 患者超過1 000 萬，兒童約200 多萬，患病率約為1%，并且以每年近20萬的速度增長[2]。

ASD 的病因可能與環(huán)境、遺傳和免疫功能障礙等因素相關(guān)[3]。神經(jīng)炎癥可能是ASD 的一個發(fā)病因素，ASD 患者在外周和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)中均存在異常的炎癥反應(yīng)[4-5]。大腦和腦脊液中小膠質(zhì)細胞激活異常，炎性細胞因子水平升高[6-7]。在病因不明且臨床治療無效的背景下，現(xiàn)有的研究主要探索能夠減輕障礙、提高患者生活質(zhì)量的干預(yù)方法。運動療法是改善ASD 癥狀的有效方法之一[8-9]。規(guī)律運動可以改善ASD 患者的認知、社交、行為及運動表現(xiàn)[10-11]。但運動減輕ASD 癥狀的生物學機制尚未明確。在其他疾病中，運動可以通過減輕神經(jīng)炎癥達到改善疾病癥狀的效果。對抑郁癥動物模型運動干預(yù)的研究顯示[12]，運動可以減輕海馬炎癥和改變小膠質(zhì)細胞的數(shù)量與激活，改善其癥狀。因此，我們推測，運動可能通過減輕神經(jīng)炎癥，特別是調(diào)控小膠質(zhì)細胞和細胞因子，改善ASD患者癥狀[13]。

CiteSpace是結(jié)合信息可視化方法、文獻計量學和數(shù)據(jù)挖掘算法的交互式可視化工具。本文借助CiteSpace 工具對ASD-小膠質(zhì)細胞研究領(lǐng)域的相關(guān)文獻進行可視化分析，探索小膠質(zhì)細胞在ASD中的作用機制、研究熱點及未來發(fā)展趨勢；進一步對ASD的神經(jīng)炎癥中小膠質(zhì)細胞和細胞因子的改變，以及運動改善ASD癥狀的免疫調(diào)控機制和可能通路進行綜述。

1 方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

檢索Web of Science 核心合集數(shù)據(jù)庫，以主題字段檢索，檢索式：(autistic disorder OR autism spectrum disorder OR autism OR autistic OR ASD OR asperger syndrome) AND (microglia OR microglial OR glia OR neuroglial OR Iba1)。檢索時段2012 年1 月至2021年12月。檢索時間2022-01-06。

1.2 數(shù)據(jù)分析軟件與方法

采用CiteSpace 5.8.R3軟件對檢索文獻進行去重篩選和分析，同時使用該軟件對檢索文獻的關(guān)鍵詞行共現(xiàn)分析、聚類分析，探索高頻關(guān)鍵詞。其中關(guān)鍵詞聚類標簽采用對數(shù)似然比(log-likelihood ratio,LLR)算法提取。

2 結(jié)果

2.1 文獻類型與年發(fā)文量

共檢索到文獻825 篇，排除會議、報道、廣告、圖書、報紙、征文通知、人物專訪、主編致詞等不相關(guān)文獻和重復(fù)發(fā)表的文獻，共納入783 篇。其中綜述325 篇，動物實驗373 篇，人群實驗80 篇(多為尸檢結(jié)果)，細胞分子研究等5 篇。近10 年來，有關(guān)于ASD-小膠質(zhì)細胞的研究呈逐年增加趨勢，2021年的發(fā)文量達到2012年的4.5倍。見圖1。

圖1 2012年至2021年ASD-小膠質(zhì)細胞相關(guān)文獻發(fā)表量

2.2 關(guān)鍵詞

2.2.1 共現(xiàn)分析

將ASD-小膠質(zhì)細胞相關(guān)關(guān)鍵詞按頻次排序，頻次出現(xiàn)300 以上的關(guān)鍵詞為autism spectrum disorder和microglia。前20 位(表1)關(guān)鍵詞中與神經(jīng)炎癥相關(guān)的關(guān)鍵詞涉及maternal immune activation、neuroinflammation、astrocyte、cytokine。研究對象主要為動物模型和人群，動物模型包括mouse、mice、rat 等，人群涉及children、adolescent、adult、aged。前20 位關(guān)鍵詞包含1 個與學習記憶等認知功能相關(guān)的重要腦區(qū)[14]prefrontal cortex，之后還有hippocampus、cerebral cortex、corpus callosum、dentate gyrus、dorsolateral prefrontal cortex、corpus callosum、visual cortex等。

表1 頻次前20的關(guān)鍵詞

2.2.2 聚類分析

對關(guān)鍵詞進行聚類分析，共得到24個聚類，聚類大小按文獻量分布，前10 位聚類從大到小依次編號0～9(圖2、圖3)：#0 cerebral cortex、#1 mouse model、#2 young children、#3 neurite、#4 neurons、#5 brain injury、#6 enteric nervous system、#7 risk、#8 cortical development、#9 prenatal exposure。LLR 值越大，對該聚類代表性越強。根據(jù)LLR值確定該聚類的代表標簽詞。

圖2 關(guān)鍵詞聚類圖譜

圖3 關(guān)鍵詞時間演化圖譜

3 討論

3.1 ASD與神經(jīng)炎癥

越來越多的證據(jù)支持神經(jīng)炎癥是ASD病因關(guān)鍵的一環(huán)，并涉及到多個系統(tǒng)的相互作用和改變(如神經(jīng)解剖和細胞分子)。ASD 患者在外周和CNS 中都存在異常的炎癥反應(yīng)[4-5]。如在ASD 患者的腦脊液、血液和尸檢腦組織的樣本中發(fā)現(xiàn)存在免疫細胞失衡及促炎細胞因子水平升高[14]。本研究中，neuroinflammation關(guān)鍵詞排序為第4位，表明神經(jīng)炎癥是ASD-小膠質(zhì)細胞研究領(lǐng)域的熱點。

神經(jīng)炎癥是CNS在損傷、感染、毒素等各種影響內(nèi)穩(wěn)態(tài)因素的刺激下產(chǎn)生的復(fù)雜免疫反應(yīng)，涉及多種免疫細胞和駐留細胞[15]，表現(xiàn)為膠質(zhì)細胞持續(xù)激活和增殖，以及免疫細胞因子過表達[16]。星形膠質(zhì)細胞在支持神經(jīng)元功能、通過血腦屏障運輸物質(zhì)、儲存能量、調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)等方面發(fā)揮重要作用[17]。小膠質(zhì)細胞是定植于CNS的特異性免疫細胞，其從原始髓系祖細胞發(fā)育而來并遷移到大腦中，小膠質(zhì)細胞在大腦的發(fā)育、功能和維持穩(wěn)態(tài)、介導(dǎo)神經(jīng)炎癥方面起著重要作用[18]。在受到外界刺激時，小膠質(zhì)細胞會改變其形態(tài)，以快速地適應(yīng)大腦變化，并通過一系列刺激信號(如細胞因子和ATP)相互影響，從而啟動免疫反應(yīng)[19]。與此同時，小膠質(zhì)細胞的活性也受到促炎和抗炎細胞因子的調(diào)控[20]。

3.1.1 小膠質(zhì)細胞改變

有研究表明[21-22]，與ASD 情緒控制、社會交往和運動協(xié)調(diào)相關(guān)的腦區(qū)受損，在灰質(zhì)(如杏仁核、海馬和楔前葉)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)(如弓狀和鉤狀束)中都存在神經(jīng)解剖學和細胞分子變化。

本研究顯示，#0 cerebral cortex 聚類的文獻研究年份從2012 年延續(xù)至2021 年，表明相關(guān)腦區(qū)的改變在ASD-小膠質(zhì)細胞研究領(lǐng)域中受到持續(xù)關(guān)注。在關(guān)鍵詞排序中，研究部位排名第一的是prefrontal cortex，說明前額葉皮質(zhì)是ASD-小膠質(zhì)細胞領(lǐng)域研究最多、最受關(guān)注的腦區(qū)。

ASD 患者的尸檢結(jié)果表明，前額葉皮質(zhì)神經(jīng)元過度生長的標記物增加，神經(jīng)元樹突棘增加；海馬的樹突分支減少[23]。另一項研究發(fā)現(xiàn)[24]，ASD 大腦中的小膠質(zhì)細胞激活異常，數(shù)量、形態(tài)和神經(jīng)元的相互作用都有改變，尤其是在控制執(zhí)行功能的前額葉背外側(cè)皮質(zhì)等區(qū)域。一項PET/CT 掃描分析[25]揭示了ASD 患者大腦中小膠質(zhì)細胞激活的分布模式，在活體中證明ASD 患者大腦中存在小膠質(zhì)細胞的異常激活。激活的小膠質(zhì)細胞在ASD 患者和對照組大腦的分布模式相似，但在部分腦區(qū)的激活數(shù)量相增加，包括小腦、腦干、前扣帶皮質(zhì)、額葉皮質(zhì)(前和中)、顳葉皮質(zhì)(顳和梭狀回)、頂葉皮質(zhì)、胼胝體等，而這些區(qū)域與ASD患者的學習記憶、刻板行為相關(guān)[25]。

因此，ASD 不同腦區(qū)中小膠質(zhì)細胞的改變可能是導(dǎo)致ASD患者表型異質(zhì)性和嚴重程度的原因，且小膠質(zhì)細胞反應(yīng)的增加與ASD患者大腦中存在的神經(jīng)炎癥相關(guān)[13]。這些證據(jù)表明，神經(jīng)炎癥，特別是小膠質(zhì)細胞的改變，可能是影響ASD發(fā)生發(fā)展的重要因素。

3.1.2 細胞因子改變

細胞因子是由免疫細胞或其他體細胞分泌的具有信息活性的小蛋白，對于大腦的正常發(fā)育、突觸可塑性和對損傷的反應(yīng)必不可少[26]。對ASD 患者的尸檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)，患者腦組織中腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素(interleukin,IL)-6、巨噬細胞集落刺激因子(granulocyte-macrophage colony-stimulating factor,GM-CSF)、干擾素(interferon,IFN)-γ、IL-8 較正常對照組顯著增加[27]。多項動物研究證實，ASD 模型鼠腦組織中存在著促炎細胞因子及其結(jié)合蛋白的過表達，如IL-6、IL-18 和IL-18 結(jié)合蛋白、IL-1 及其受體拮抗劑IL-1ra[28](表2)。正常且穩(wěn)定的IL-1β 及其IL-1ra 對大腦的正常發(fā)育和功能是必要的，過高的IL-1β 可能導(dǎo)致ASD 刻板動作和認知障礙的加劇[29]。而給予ASD 模型小鼠抗炎藥物后，腦組織中IL-17a、IFN-γ 等促炎細胞因子分泌減少，同時IL-10 等抗炎細胞因子分泌增加，小鼠的ASD 樣行為有明顯改善[30]。這些研究表明，ASD 存在異常的炎癥反應(yīng)，包括促炎性細胞因子水平升高和/或抗炎性細胞因子水平降低。由細胞因子改變產(chǎn)生的神經(jīng)炎癥可能是ASD病理生理學機制之一[31]。

表2 ASD患者或動物模型中樞細胞因子的改變

除了中樞細胞因子改變，ASD 患者外周也存在細胞因子異常變化。ASD 核心癥狀與其外周異常神經(jīng)炎癥有關(guān)。在母體免疫激活(maternal immune activation,MIA，一種ASD 模型)小鼠外周血中觀察到IL-6、IL-17、粒細胞和單核細胞數(shù)量以及巨噬細胞中IL-12p40及趨化因子增加；而在母體暴露之前進行流感疫苗預(yù)處理后，皮質(zhì)酮和IL-17a 水平降低，MIA 小鼠社交障礙得到改善[32]。ASD 患者外周血中抗炎細胞因子如IL-4、IL-10、轉(zhuǎn)化生長因子-β1 等分泌減少，可能是ASD 患者重復(fù)刻板行為和適應(yīng)能力降低的原因[33]。有研究發(fā)現(xiàn)[34]，血漿細胞因子水平與ASD 癥狀的嚴重程度相關(guān)，炎性細胞因子水平的升高可能導(dǎo)致溝通障礙加重和異常行為增加。

綜上所述，現(xiàn)有證據(jù)支持ASD的病因可能是神經(jīng)炎癥失調(diào)，小膠質(zhì)細胞的異常激活、炎性細胞因子水平的改變是ASD發(fā)生發(fā)展的重要因素。減輕神經(jīng)炎癥可能是ASD治療未來的研究方向。

3.2 運動可能通過減輕神經(jīng)炎癥改善ASD

運動是一種為改善或保持身體健康而進行的有計劃的身體活動[39]，對健康人以及患有代謝和神經(jīng)精神疾病(如抑郁、焦慮、精神分裂癥、癡呆和其他神經(jīng)退行性疾病)患者都有良好的效果[40]，也被證實可以減少ASD 患者的刻板行為、社會交往缺陷[8]。在進行運動干預(yù)后，ASD 兒童的刻板行為發(fā)生率減少一半以上[41]。在2015年美國國家孤獨癥中心發(fā)布的國家標準項目中，運動被列為ASD 的重點干預(yù)措施之一[42-43]。在現(xiàn)有的研究中，對ASD患者采取運動干預(yù)的時間為30～60 min，運動強度多以患者主觀感覺不適作為監(jiān)測標準，運動方式以有氧運動為主，如慢跑、體操、體育游戲、水上運動、騎馬、太極拳和瑜伽等[44-45]。有研究推薦ASD 患者的運動頻率為每周1～4 次[46]。目前ASD患者的運動干預(yù)在時間、強度、運動量和頻率等具體細節(jié)上仍不明確，除了鼓勵A(yù)SD患者參與和堅持運動，目前還沒有針對該群體的具體運動處方推薦。

雖然關(guān)于運動改善ASD 的生物學機制仍不清楚，但大量研究已經(jīng)證實，規(guī)律的運動可以提高機體抗感染能力，這種免疫調(diào)控與不同的細胞因子反應(yīng)相關(guān)，具體表現(xiàn)為外周抗炎細胞因子IL-6、IL-1ra和IL-10水平升高，促炎細胞因子TNF-α 和IL-1β 水平降低[47]。本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)[48]，適應(yīng)水中運動干預(yù)4 周后，ASD 兒童血漿中IL-1β、IL-2R、IL-4、IL-6 等細胞因子水平下降，學習障礙、焦慮，刻板動作和認知等得到改善。另外，運動可以通過調(diào)節(jié)細胞因子水平，抑制小膠質(zhì)細胞激活，進而減輕神經(jīng)炎癥[49-50]。盡管目前無直接證據(jù)表明運動可以通過調(diào)控ASD患者中樞神經(jīng)炎癥而改善癥狀，但有研究表明[51]，運動可以緩解其他精神或神經(jīng)類疾病的神經(jīng)炎癥，改善其癥狀。

抑郁大鼠模型進行自主跑輪運動干預(yù)6 周，抑郁癥狀顯著改善；三維定量和免疫組化觀察顯示，海馬組織及其各亞區(qū)小膠質(zhì)細胞數(shù)減少，海馬DG 亞區(qū)小膠質(zhì)細胞異常激活減少，血清IL-1β水平降低[12]。

中高強度有氧運動16周可以提高阿爾茨海默病患者腦脊液中血清可溶性髓樣細胞觸發(fā)受體(soluble triggering receptor expressed on myeloid cells,sTREM)2 水平，并改善其認知[51]。sTREM2 可以激活小膠質(zhì)細胞中Akt-GSK3β-β-catenin和NF-κB信號通路，調(diào)節(jié)炎性細胞因子的產(chǎn)生，吞噬凋亡神經(jīng)元及誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[52]。

因此，運動對于神經(jīng)炎癥的調(diào)控非常重要。運動對ASD 癥狀的有益影響也可能是通過減輕神經(jīng)炎癥，或調(diào)控小膠質(zhì)細胞介導(dǎo)的炎癥通路實現(xiàn)的，具體的機制值得進一步深入研究。

3.3 運動改善ASD神經(jīng)炎癥的可能通路

3.3.1 核轉(zhuǎn)錄因子kappaB (nuclear factor-kappa B,NFκB)信號通路

在ASD-小膠質(zhì)細胞相關(guān)研究的前20 位關(guān)鍵詞中出現(xiàn)pathway 一詞。小膠質(zhì)細胞參與ASD 的發(fā)病受多種信號通路調(diào)控。其中，NF-κB 信號通路是近年來備受關(guān)注通路。ASD 患兒外周血中NF-κB 的DNA 結(jié)合活性顯著升高[53]。NF-κB 可能參與ASD 的發(fā)病機制，是未來藥物治療ASD 的潛在靶點[54]。NF-κB 是存在于包括小膠質(zhì)細胞在內(nèi)的幾乎所有細胞中的一種重要的核轉(zhuǎn)錄因子，可以被脂多糖、活性氧、細胞因子等物質(zhì)激活，是炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答的核心介質(zhì)[55]。運動可能通過抑制NF-κB 激活減輕炎癥反應(yīng)。有氧運動可顯著增加抑郁癥小鼠海馬miR-223 的表達，激活miR-223/TLR4/Myd88-NF-κB 通路，從而減輕海馬炎癥，改善其癥狀[56]。運動可能經(jīng)NF-κB 信號通路調(diào)控ASD患者小膠質(zhì)細胞功能，減輕中樞神經(jīng)炎癥。

3.3.2 微生物-小膠質(zhì)細胞軸

除了NF-κB 信號通路外，目前ASD-小膠質(zhì)細胞領(lǐng)域有許多研究關(guān)注到腸道與大腦之間的雙向溝通。在ASD-小膠質(zhì)細胞相關(guān)文獻的關(guān)鍵詞排序中，gut microbiota位居前20位，表明腸道微生物與ASD-小膠質(zhì)細胞聯(lián)系緊密，是目前研究的熱點。

23%～70%的ASD 患者伴有腸易激綜合征、慢性腹瀉和/或便秘等胃腸道疾病[57]。同時，ASD患者的腸道菌群在多樣性和組成上與正常對照組有差異，如梭狀芽胞桿菌和乳酸桿菌的豐度在ASD患者中升高，而普雷沃氏菌減少[58]。隨著“微生物-腸-腦軸”的提出，腸道微生物如何影響大腦的謎團正在慢慢被解開，包括神經(jīng)、激素和免疫途徑[59]。近年來“微生物-小膠質(zhì)細胞軸”作為可能的免疫途徑在ASD的發(fā)生發(fā)展中受到關(guān)注。MIA 模型小鼠不僅表現(xiàn)出腸道生態(tài)失調(diào)、腸道通透性增加和腸道炎癥等胃腸道功能障礙，同時也表現(xiàn)出小膠質(zhì)細胞的異常改變和炎性因子基因表達增加[18,58]。腸道微生物的衍生物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的成熟和穩(wěn)態(tài)功能，可能通過循環(huán)到達大腦，影響小膠質(zhì)細胞增殖、形態(tài)、激活等[60]。在ASD 中關(guān)注腸黏膜屏障和血腦屏障的完整性和腸道微生物群的變化至關(guān)重要。

運動可以促進有益菌種的產(chǎn)生，增加腸道微生物的多樣性，影響微生物-腸-腦軸[61]，可能與減輕ASD神經(jīng)炎癥，改善癥狀有關(guān)。

4 小結(jié)

ASD 的高發(fā)病率和高致殘率會對個人生活質(zhì)量造成嚴重影響，也給家庭和社會帶來沉重負擔。探究ASD 的病因，了解其分子機制，尋找有效的治療策略十分必要。本研究顯示，神經(jīng)炎癥，特別是小膠質(zhì)細胞的改變是ASD 病因?qū)W研究的熱點。ASD 患者體內(nèi)存在的神經(jīng)炎癥與小膠質(zhì)細胞表型、激活、形態(tài)的改變，以及大腦中關(guān)鍵細胞因子水平的改變有關(guān)，這些變化可能是ASD患者表型異質(zhì)性和嚴重程度的原因。

規(guī)律的運動是促進健康的一種經(jīng)濟有效的策略。運動對ASD 患者的積極效應(yīng)在功能層面已經(jīng)被證實，目前亟需機制層面的相關(guān)研究來揭示運動的機理。對其他神經(jīng)或精神類疾病的研究發(fā)現(xiàn)，運動可以調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細胞的激活和細胞因子水平，減輕神經(jīng)炎癥。運動也可能通過減輕ASD患者的神經(jīng)炎癥改善癥狀，其中，NF-κB或腸道微生物-小膠質(zhì)細胞軸可能是重要的通路，值得進一步研究證實。

利益沖突聲明：所有作者聲明不存在利益沖突。