王青青 陳海思 韓奐 高靜芳

自閉癥譜系障礙（autism spectrum disorder，ASD）是一種神經發(fā)育障礙性疾病，通常起病于發(fā)育早期，主要表現(xiàn)為不同程度的社交缺陷、重復受限的行為模式、興趣或活動。近年來ASD 患病率在逐年升高，已成為嚴重影響兒童健康的全球公共衛(wèi)生問題。美國疾病預防與控制中心數(shù)據(jù)顯示，全球兒童和青少年ASD 患病率已達到0.7%～1.5%，且男性的患病率遠高于女性。多數(shù)患者在3～10 歲被確診，平均年齡為4～5歲[1]。相關研究表明，70%的患者共病1 種其他精神障礙，40%的患者共病2 種及以上其他精神障礙，其中最常見的是注意缺陷多動障礙，此外還有品行障礙、破壞性情緒調節(jié)障礙、失眠及焦慮癥等[2]。這不僅對患者自身發(fā)展和正常的社會功能造成一定的影響，也對家庭造成一定的照料負擔。目前關于ASD 的病因及發(fā)病機制仍不明確，有研究發(fā)現(xiàn)除關聯(lián)性較高的遺傳和表觀遺傳學因素外，父母年齡偏大、母體免疫抗體、產前用藥、妊娠合并癥以及有害重金屬物質接觸等對ASD 的發(fā)生和發(fā)展均有不可忽視的作用[3]。此外，有證據(jù)表明腸道菌群的組成與ASD 的發(fā)展也存在著密切關系[4-6]。Sharon 等[7]將人類ASD 患者的腸道微生物移植到無菌小鼠體內，發(fā)現(xiàn)可誘導出小鼠的ASD 行為，這證實腸道微生物與ASD 發(fā)病的關系。本文主要從腸道微生物概述、腸道微生物與ASD 的關系、腸道微生物在ASD 發(fā)病機制中的作用等方面展開，對腸道微生物與ASD 發(fā)病關系的研究進展作一綜述。

1 腸道微生物概述

人體腸道中存在著約100 萬億個微生物，并構成以細菌為主的生態(tài)系統(tǒng)，還包含少量真菌、病毒、原生動物和古菌。健康成人的腸道微生物主要包括四大門，分別為擬桿菌門（革蘭陰性菌，如擬桿菌和普雷沃菌）、厚壁菌門（革蘭陽性需氧菌和厭氧菌，如乳酸桿菌、梭狀芽胞桿菌和瘤胃球菌）、變形桿菌門（如腸桿菌）和放線菌門（如雙歧桿菌），其中厚壁菌門與擬桿菌門比值是評估健康的重要指標[8]。

研究表明，腸道菌群主要在人體代謝、腸道免疫、腸道屏障和腸-腦軸等4 個方面發(fā)揮作用[9]，與人類的健康和疾病息息相關。腸道菌群多樣性降低可能導致肥胖的發(fā)生，且與1 型糖尿病、2 型糖尿病、動脈粥樣硬化、銀屑病關節(jié)炎等多種疾病的轉歸有關；其代謝產物短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）參與調節(jié)體內葡萄糖、膽固醇及脂肪的代謝[10]，氧化三甲胺可以增加動脈粥樣硬化及主要不良心血管事件發(fā)生的風險[11]。炎癥反應是焦慮癥和抑郁癥的重要發(fā)病機制之一。Ang 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌能夠促進腸道Th17 生成并介導炎癥反應的發(fā)生。Simpson 等[13]研究表明，抑郁癥和焦慮癥的患者腸道雙歧桿菌豐度偏高。亦有臨床研究發(fā)現(xiàn)，阿爾茨海默病患者腸道中厚壁菌門減少，而擬桿菌門增加[14]。一項糞便菌群移植實驗證實精神分裂癥患者的腸道微生物能通過影響谷氨酸的代謝來誘導受體小鼠表現(xiàn)出精神病性癥狀[15]。Grimaldi 等[5]使用益生元對30 例ASD 患兒進行干預，結果發(fā)現(xiàn)益生元聯(lián)合飲食治療后，患兒的自閉癥治療評估量表社交評分、自閉癥譜系商社交技能量表評分均明顯降低（P＜0.05），這表明患兒的社交技能得到改善。由此可見，腸道菌群能夠影響多種神經精神類疾病的發(fā)生、發(fā)展。

2 腸道微生物與ASD 的關系

2.1 ASD 患者腸道微生物組成的變化 一項Meta 分析共納入18 項研究（包括近500 例ASD 患兒和400 名以上健康兒童），對腸道中8 門17 屬細菌的相對豐度進行綜合分析，結果發(fā)現(xiàn)這些兒童的微生物主要由擬桿菌門和厚壁菌門組成，與健康兒童比較，擬桿菌門在ASD 患兒中的豐度更高，而厚壁菌門以及雙岐桿菌的豐度更低，厚壁菌門與擬桿菌門比值差異不明顯[16]。但也有研究報道了相反結果，即厚壁菌門與擬桿菌門比值增加[17]。因此，針對這兩種菌門在ASD 患兒腸道中的組成，目前尚有爭議。其他研究探討了ASD 患者腸道微生物組成的變化，結果發(fā)現(xiàn)ASD 患者腸道中普雷沃菌、瘤胃球菌、巨球型菌以及鏈球菌與健康對照組存在差異，尤其是普雷沃菌的差異更為顯著[18]；提示這些腸道菌群可能會成為ASD 的潛在生物標志物。Tomova 等[19]采用qRT-PCR 法檢測10 例ASD患兒及其兄弟姐妹和健康對照兒童的糞便菌群，結果發(fā)現(xiàn)ASD 兒童擬桿菌門與厚壁菌門比值明顯降低，補充益生菌制劑（含有乳酸菌、雙歧桿菌和鏈球菌）4 個月后，擬桿菌門與厚壁菌門比值得到明顯改善?？梢?，ASD 患兒的腸道微生物相較于健康兒童具有更高的生物量、豐度和多樣性[20]。

2.2 腸道微生物與ASD 患者的胃腸道癥狀和行為癥狀的關系 ASD 患者更易發(fā)生腹瀉、便秘、腹脹、胃反流等胃腸道疾病，患病率為20%～70%，且這類患者更易出現(xiàn)焦慮和感覺過敏的癥狀。ASD 患者的某些外化行為異常和內化癥狀與胃腸道癥狀高度相關，如具有攻擊性行為且年齡偏小的ASD 患兒更有可能出現(xiàn)惡心癥狀，而年齡偏大并伴有焦慮癥的患兒更易出現(xiàn)便秘癥狀[21]。Hosie 等[22]研究發(fā)現(xiàn)，攜帶人類神經素-3 R451C 錯義突變（NL3R451C）的小鼠（一種ASD 模型，主要表現(xiàn)為社交互動缺陷和重復刻板行為）胃腸道癥狀表型和小腸神經元數(shù)量明顯增加，提示NL3R451C基因突變患者存在胃腸道癥狀，這種突變是通過腸神經系統(tǒng)的作用產生小腸轉運改變和γ-氨基丁酸A（γ-Aminobutyric acid A，GABAA）受體介導的結腸運動變化，GABAA 受體可能是治療ASD 相關胃腸道癥狀的潛在靶點。

一項基于腸道微生物治療的Meta 分析發(fā)現(xiàn)，一些干預措施能夠通過改變腸道微生物來改善ASD 患者的行為和胃腸道癥狀，如使用益生菌和（或）益生元能夠改善ASD 的異常行為（易怒、嗜睡、刻板、多動等）和胃腸道癥狀（便秘、腹瀉等）；同時還發(fā)現(xiàn)，鏈球菌、擬桿菌和梭狀芽孢桿菌與ASD 癥狀的激發(fā)性呈正相關，經黏液真桿菌的相對豐度與排便頻率呈正相關，而柔嫩梭菌、真桿菌的相對豐度與排便頻率呈負相關，進一步證實腸道微生物在ASD 的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用[23]。Dossaji 等[24]評估了FMT 對ASD 患兒行為癥狀和胃腸道癥狀的改善作用，結果顯示經FMT 后，ASD患兒行為癥狀的嚴重程度降低23%（隨訪發(fā)現(xiàn)這種改善作用能維持2 年），而胃腸道癥狀嚴重程度降低80%。ASD 患兒便秘發(fā)生率高達22.2%[25]。Mazurek等[26]研究發(fā)現(xiàn)，慢性便秘患者的焦慮程度高于無便秘患者，患有慢性胃腸道疾病的ASD 患兒焦慮發(fā)生率高于無胃腸道癥狀的患兒，且合并的胃腸道癥狀越多，其焦慮評分越高（P＜0.05），這證實胃腸道疾病與行為癥狀之間也存在著潛在的聯(lián)系。

3 腸道微生物在ASD 發(fā)病機制中的作用

近年來研究證實ASD 的發(fā)病機制與腸道、大腦之間的雙向作用有關，即“腸-腦軸”。在這條作用軸上，腸道微生物可以通過迷走神經系統(tǒng)、腸道微生物代謝產物、神經免疫系統(tǒng)及神經內分泌等途徑影響ASD 的發(fā)生、發(fā)展。

3.1 迷走神經系統(tǒng) 連接大腦的神經通路主要為迷走神經系統(tǒng)。迷走神經是副交感神經系統(tǒng)的主要組成部分，由80%的傳入神經和20%的傳出神經組成，屬于混合神經，它能夠感知到來自腸道內的刺激（機械刺激、化學刺激等），從而將信號通過神經纖維傳入大腦。Sgritta 等[27]研究表明，羅伊氏乳桿菌能夠逆轉ASD小鼠的社交缺陷，但當切斷迷走神經時，羅伊氏乳桿菌對小鼠的社交缺陷并沒有明顯改善，而實施假手術的對照小鼠癥狀則得到明顯改善，這說明羅伊氏乳桿菌對ASD 社會行為的影響依賴于迷走神經系統(tǒng)。對于共病焦慮癥的ASD 患者，單純接受暴露的認知行為療法后的復發(fā)率較高，而針對嚙齒動物的研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合迷走神經刺激療法能夠提高療效并降低復發(fā)率，同時還能改善學習、記憶等認知功能，故迷走神經刺激療法有望成為患有嚴重焦慮癥的ASD 患者的輔助治療方法[28]。相關研究證明，鼠李糖乳桿菌具有抗焦慮的作用，但是當雄性小鼠接受迷走神經離斷術后再給予鼠李糖乳桿菌14 d，則小鼠的焦慮樣行為未得到改善，且下丘腦-垂體-腎上腺軸的調節(jié)作用減弱，并導致T 淋巴細胞增加，這說明迷走神經可以通過內分泌和免疫途徑在腸-腦軸中發(fā)揮作用[29]，通過直接和間接的方式來介導腸道微生物和大腦之間的信號傳導。

3.2 腸道微生物代謝產物 腸道微生物的代謝產物能夠直接或間接地作用于中樞神經系統(tǒng)，在多種神經精神類疾病的發(fā)生、發(fā)展中起著重要作用[30]。食物中的膳食纖維可以被腸道細菌分解利用，最終代謝產物為SCFA，主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。一項人體神經干細胞體外培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)，暴露于丙酸可以誘導神經細胞增殖及炎癥因子TNF-α 水平增加，可能與GPR41（一種通過G 蛋白耦聯(lián)的SCFA 受體）的介導作用有關，這驗證了丙酸與ASD 患者膠質細胞增生、炎癥反應增強和神經連接紊亂的相關性[31]。母體腸道微生物的改變可能會增加后代患ASD 的風險。一項研究對ASD 的BTBR 小鼠模型應用腸道細菌代謝產物丁酸鹽，結果發(fā)現(xiàn)能夠有效逆轉后代小鼠的社會缺陷和重復行為，這表明丁酸鹽可以改善ASD 小鼠突觸可塑性的缺陷，為ASD 的早期治療提供了一個新的方向[32]。脂多糖是革蘭陰性細菌細胞壁的組成成分，目前已被廣泛用于各種神經精神類疾病動物模型的誘導劑[33]，脂多糖與ASD 小鼠模型呈現(xiàn)出的年齡和性別差異有關，如暴露于脂多糖的青春期雄性小鼠除焦慮、抑郁癥狀外，還表現(xiàn)出重復行為和工作記憶缺陷；而成年小鼠僅表現(xiàn)為抑郁和焦慮樣行為；雌性小鼠則表現(xiàn)出前脈沖抑制缺陷[34]。腸道微生物也可以產生和分泌神經遞質，如乳酸桿菌和雙岐桿菌可產生γ-氨基丁酸，大腸桿菌、芽孢桿菌和酵母菌可產生去甲腎上腺素，念珠菌、鏈球菌等可產生5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），進而通過神經遞質建立起腸道與大腦的聯(lián)系[35]。

3.3 神經免疫系統(tǒng) ASD 患者除社會行為缺陷和胃腸道反應以外，全身性炎癥反應、胃腸道相關免疫問題也是一個重要的特征。Tartaglione 等[36]在母體免疫激活的小鼠后代中發(fā)現(xiàn)其海馬和小腦神經免疫標志物（TNF-α、IL-6 和IL-1β 等）明顯增加，腸道微生物也發(fā)生了顯著變化（擬桿菌門增加，厚壁菌門減少），而且腸道微生物生物量與神經免疫標志物水平呈負相關，這證實腸道微生物在神經炎癥反應調節(jié)中起著關鍵作用。Reed 等[37]的動物實驗發(fā)現(xiàn)，給暴露于母體免疫激活的神經發(fā)育障礙的小鼠后代注射脂多糖，可以改善小鼠的社會行為缺陷，可能與IL-17a 作用于S1DZ神經元從而介導炎癥反應，進而恢復社會行為的作用有關。一些細菌化合物如脂多糖、肽聚糖、鞭毛等，被認為是病原體相關的分子模式，易誘發(fā)宿主免疫反應，增加腸道的通透性，其產生的炎癥介質（包括細胞因子、趨化因子、抗菌肽等）進入血液后引起全身性炎癥反應，使得血腦屏障通透性增加，從而激活小膠質細胞，進而導致中樞神經系統(tǒng)炎癥反應發(fā)生[38-39]。

3.4 神經內分泌 人體中90%以上的5-HT 是由腸道中的內分泌細胞（主要為腸嗜鉻細胞）產生的，而內分泌細胞參與調節(jié)人體多種器官的功能。最近研究證實腸道微生物能夠調節(jié)5-HT 的生成，如小鼠和人類腸道中的原生孢子菌能夠促進結腸嗜鉻細胞的5-HT合成[40]。5-HT 水平變化會影響大腦發(fā)育，并引起行為異常，包括焦慮、抑郁樣行為以及社交能力下降等類似于ASD 的表現(xiàn)[41]。Wu 等[42]分別對ABX 小鼠（一種腸道微生物缺失的小鼠模型）去除腎上腺、拮抗糖皮質激素受體及藥理學抑制皮質酮合成后，發(fā)現(xiàn)小鼠的社交能力均得到恢復，從而證實通過抑制下丘腦-垂體-腎上腺軸產生皮質醇能有效改善社交缺陷；為了進一步驗證，又對ABX 小鼠進行糞腸球菌定植3 周，結果發(fā)現(xiàn)小鼠的社交活動增多（P＜0.05），皮質酮水平降低（P＜0.05）。由此證實腸道微生物可以通過介導下丘腦-垂體-腎上腺軸來改善小鼠的社會行為缺陷。

4 小結

腸道微生物在ASD 的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。ASD 患者中普遍存在腸道微生物異常，包括微生物的組成及其代謝產物的改變，這些異常與ASD 的社會行為表現(xiàn)以及胃腸道癥狀息息相關。有學者提出了腸-腦軸機制，即腸道微生物可以通過迷走神經系統(tǒng)、腸道微生物代謝產物、神經免疫系統(tǒng)及神經內分泌等途徑影響神經發(fā)育，進而導致各類神經精神類疾病的發(fā)生。目前針對ASD 的治療主要采取行為干預，尚無藥物被批準用于治療ASD 的核心癥狀（包括社交障礙和重復行為）?，F(xiàn)有的關于ASD 患者癥狀治療的研究（如益生菌、益生元、FMT 等）均得到了正向的結果，因此，對腸道微生物的干預可能成為未來治療ASD 的新靶點。關于腸道微生物影響ASD 的機制仍需進一步探索，需要更多大樣本的研究來尋找可靠的生物標志物，以指導ASD 更精準的篩查、診斷和治療。