黃丹丹，姜志梅

佳木斯大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，佳木斯大學(xué)附屬第三醫(yī)院，黑龍江佳木斯市154002

孤獨(dú)癥譜系障礙(autism spectrum disorder,ASD)是一組發(fā)病于兒童發(fā)育早期的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病。近幾十年來(lái)，越來(lái)越多的研究認(rèn)為，ASD 的發(fā)病是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果，但其具體的發(fā)病機(jī)制尚不清楚。腦組織異常發(fā)育是ASD 患者的一個(gè)顯著特點(diǎn)，神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的異常與ASD 的發(fā)病有著密切聯(lián)系[1]。在發(fā)育的早期階段，腦組織神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞之間聯(lián)系密切，來(lái)自外界的信息通過(guò)神經(jīng)元-神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞信號(hào)通路進(jìn)行傳遞。此外，它們之間通過(guò)釋放神經(jīng)活性物質(zhì)可以進(jìn)行雙向的信息交換[2]。因此，大腦神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的異常形成和神經(jīng)傳導(dǎo)的病理性失衡可能參與ASD 的發(fā)病。本文對(duì)ASD 腦組織神經(jīng)元以及星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育情況進(jìn)行綜述。

1 神經(jīng)元

1.1 頭顱大小與神經(jīng)元數(shù)量

腦的異常發(fā)育是ASD 患兒早期行為異常的基礎(chǔ)。與正常發(fā)育兒童和發(fā)育遲緩兒童相比，ASD兒童腦容量、白質(zhì)和灰質(zhì)的容量以及皮質(zhì)的容量高于同齡正常兒童2～3 歲[3-4]。Courchesne 等[5]發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童出生時(shí)頭圍正常，2～3 歲時(shí)大腦白質(zhì)比正常兒童多18%，小腦白質(zhì)多39%，大腦灰質(zhì)多12%；但是學(xué)齡前期到學(xué)齡期，腦容量又與正常同齡兒童相似。也就是說(shuō)，ASD兒童大腦主要在發(fā)育早期生長(zhǎng)過(guò)速，而后期與正常人無(wú)異。對(duì)ASD 幼兒進(jìn)行磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)和頭圍研究，發(fā)現(xiàn)在發(fā)育早期腦組織過(guò)度生長(zhǎng)，這段時(shí)間恰好與ASD 癥狀的出現(xiàn)相吻合。這種異常的生長(zhǎng)模式很少發(fā)生在出生時(shí)，而是發(fā)生在腦發(fā)育的早期和中期[6]，更多出現(xiàn)在杏仁核、前額葉皮質(zhì)、海馬，以大腦前額葉皮質(zhì)最為突出，該區(qū)域結(jié)構(gòu)異常致密，主要是由于神經(jīng)元數(shù)目增加所致[7]。腦組織生長(zhǎng)失調(diào)會(huì)嚴(yán)重影響調(diào)節(jié)高級(jí)社會(huì)交流、情緒處理、言語(yǔ)和認(rèn)知的區(qū)域，而對(duì)低級(jí)功能的區(qū)域則不會(huì)產(chǎn)生影響。

理論上認(rèn)為，神經(jīng)元數(shù)量的增多是腦組織過(guò)度生長(zhǎng)的一個(gè)潛在原因。然而，ASD早期腦組織過(guò)度生長(zhǎng)的神經(jīng)基礎(chǔ)仍然未知，只能通過(guò)對(duì)患者進(jìn)行尸檢直接定向研究所得。Courchesne等[7]發(fā)現(xiàn)，與正常兒童比較，ASD 患者額葉背外側(cè)皮質(zhì)神經(jīng)元數(shù)量增加79%，額葉中間皮質(zhì)神經(jīng)元數(shù)量增加29%，皮質(zhì)神經(jīng)元總數(shù)量增加67%。Avino等[8]發(fā)現(xiàn)，正常兒童杏仁核中成熟神經(jīng)元的數(shù)量從兒童期到成年期處于一直生長(zhǎng)的模式，而ASD患者杏仁核中成熟神經(jīng)元最初過(guò)度生長(zhǎng)，成年期生長(zhǎng)速度減慢。在正常發(fā)育中，未成熟神經(jīng)元的成熟與遷移促進(jìn)成熟神經(jīng)元數(shù)量的增長(zhǎng)，說(shuō)明ASD 患者杏仁核中神經(jīng)元的生長(zhǎng)模式異常，生長(zhǎng)模式的改變影響杏仁核的功能，進(jìn)一步增加焦慮的表現(xiàn)或者導(dǎo)致社交性缺陷。孤獨(dú)癥鼠模型的額皮質(zhì)及海馬區(qū)神經(jīng)元發(fā)育異常，表現(xiàn)為先過(guò)度發(fā)育后發(fā)育平穩(wěn)甚至停滯[9-10]。上述研究表明，ASD腦組織發(fā)育異常，表現(xiàn)為頭顱過(guò)大或腦容量增加，該現(xiàn)象可能是腦組織中關(guān)鍵區(qū)域的神經(jīng)元異常增多的結(jié)果。

1.2 神經(jīng)元樹(shù)突的改變

樹(shù)突的數(shù)量、大小和形態(tài)是決定如何整合來(lái)自突觸信號(hào)的重要因素。成熟神經(jīng)元因樹(shù)突分支具有較少的改變性而表現(xiàn)出較低的可塑性。盡管如此，樹(shù)突在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中仍具有一定的可塑性。樹(shù)突棘是樹(shù)突的一部分，一個(gè)神經(jīng)元的樹(shù)突可以包含數(shù)百到數(shù)千個(gè)樹(shù)突棘。樹(shù)突棘的形態(tài)、數(shù)量和密度對(duì)于突觸傳導(dǎo)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。

大多數(shù)神經(jīng)發(fā)育障礙疾病和神經(jīng)退行性疾病伴有樹(shù)突和樹(shù)突棘功能缺陷，腦組織樹(shù)突和樹(shù)突棘的改變多集中在額皮質(zhì)和海馬[11]。隨著年齡的增長(zhǎng)，樹(shù)突和樹(shù)突棘的數(shù)量減少，這是大多數(shù)神經(jīng)退行性疾病的主要危險(xiǎn)因素。在神經(jīng)退行性疾病中，樹(shù)突和樹(shù)突棘的改變可能是病理性蛋白聚集在突觸的結(jié)果；在神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病中，樹(shù)突和樹(shù)突棘的改變可能是由于錯(cuò)誤的起源和成熟方式引起[12]。

ASD 的神經(jīng)元樹(shù)突和樹(shù)突棘也會(huì)發(fā)生改變。由于某些限制，關(guān)于ASD 患者樹(shù)突和樹(shù)突棘改變的研究較少。Williams等[13]發(fā)現(xiàn)，在青少年和成年ASD患者中，一些錐體神經(jīng)元的樹(shù)突棘密度顯著減少；在ASD 幼兒中，許多錐體神經(jīng)元樹(shù)突棘密度降低，尤其是頂端軸的中間部分；在所有患者中，樹(shù)突棘的形態(tài)正常。Mukaetova-Ladinska 等[14]發(fā)現(xiàn)，在2 例成年ASD患者的背外側(cè)前額皮質(zhì)中，樹(shù)突的數(shù)量減少。Kabba等[15]發(fā)現(xiàn)，與正常同齡兒童相比，ASD患者額葉、顳葉和頂葉的第二層和顳葉的第五層中，樹(shù)突棘密度更大，并且與腦質(zhì)量相關(guān)，這種情況在認(rèn)知能力較差的ASD 患者中更常見(jiàn)。Cheng 等[9]發(fā)現(xiàn)，新生BTBR 小鼠鼠海馬CA1 區(qū)頂端和基底部的樹(shù)突長(zhǎng)度更長(zhǎng)，并且基底部樹(shù)突分枝具有更高的復(fù)雜性；認(rèn)為樹(shù)突的改變可能潛在的導(dǎo)致BTBR 小鼠海馬功能和行為受損，可能與細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶途徑的激活有關(guān)。

2 神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞

神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞以多種方式保護(hù)神經(jīng)元，包括保護(hù)神經(jīng)元免受細(xì)胞毒性損傷，提供神經(jīng)元存活所需的生長(zhǎng)因子，并為沿軸突的傳導(dǎo)提供支持。在ASD 患者大腦中，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞不斷地被激活，并且其炎癥反應(yīng)基因發(fā)生變化。目前尚不清楚是什么原因引起神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的激活。孤獨(dú)癥轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在ASD 病理生理過(guò)程中起重要作用。RNA 測(cè)序顯示，ASD與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活，免疫、炎癥因子有關(guān)的基因有著緊密的聯(lián)系[16]。ASD 患者死后腦組織樣本支持反應(yīng)性神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增生和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞增加[17-19]。各種神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞在ASD 中的作用及變化如下。

2.1 星形膠質(zhì)細(xì)胞

星形膠質(zhì)細(xì)胞在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中分布最廣，參與神經(jīng)的傳遞、神經(jīng)元-星形膠質(zhì)細(xì)胞的代謝耦聯(lián)、細(xì)胞因子的分泌，并穩(wěn)定細(xì)胞外K+的含量，保證正常的神經(jīng)元活動(dòng)，與神經(jīng)元共同維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)。在病理?xiàng)l件下，由于相關(guān)基因表達(dá)的變化，導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)及功能發(fā)生改變，進(jìn)而活化成反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞。大腦中反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞在腦修復(fù)中起重要作用，如反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)受損的部位迅速增殖并形成膠質(zhì)瘢痕，防止神經(jīng)元的進(jìn)一步損傷[20]。然而，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度增殖，會(huì)在受損部位形成屏障，阻止軸突再生，從而影響神經(jīng)組織修復(fù)。

S100B 蛋白家族調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)磷酸化、轉(zhuǎn)錄因子和酶活性，影響Ca2+穩(wěn)態(tài)、參與細(xì)胞生長(zhǎng)分化和炎癥反應(yīng)。S100B 主要存在于星形膠質(zhì)細(xì)胞中，在納摩爾濃度下，促進(jìn)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞生長(zhǎng)；在微摩爾濃度下，表現(xiàn)為破壞作用，增加促炎細(xì)胞因子表達(dá)，引發(fā)細(xì)胞凋亡[21]。S100B 還可通過(guò)激活小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)毒性引起神經(jīng)細(xì)胞凋亡[22]。S100B 通常被看作腦損傷后神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞激活的標(biāo)志物。Al-Ayadhi 等[23]發(fā)現(xiàn)，ASD 兒童血清中S100B 水平較正常兒童增高，并且與ASD 的嚴(yán)重程度顯著相關(guān)。Guloksuz等[24]發(fā)現(xiàn)，重度ASD兒童血清S100B水平高于輕-中度ASD 兒童，然而在排除年齡、性別和體質(zhì)量指數(shù)因素后，重度ASD 和輕-中度ASD 兒童血清S100B 的水平?jīng)]有明顯不同。盡管S100B可以用來(lái)評(píng)估神經(jīng)元損傷，并且容易在外周水平測(cè)量，但它在ASD中的潛在作用很少受到關(guān)注。

神經(jīng)膠質(zhì)纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)是星形膠質(zhì)細(xì)胞中主要的中間絲蛋白，并且是成熟細(xì)胞的標(biāo)志[25]。大量研究把GFAP 作為星形膠質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記物，但GFAP 的確切功能仍然不清楚。ASD 兒童前扣帶皮質(zhì)白質(zhì)中GFAP水平明顯高于正常兒童，在灰質(zhì)中兩組之間沒(méi)有差異[26]。Esnafoglu 等[27]發(fā)現(xiàn)，ASD 患者血清中GFAP 表達(dá)顯著高于正常兒童，并且認(rèn)為GFAP可以作為ASD 患者的生物標(biāo)志物，也可作為孤獨(dú)癥嚴(yán)重程度的一項(xiàng)指標(biāo)；然而S100B 沒(méi)有明顯的變化。

GFAP 和S100B 在血清中的表達(dá)隨著時(shí)間而變化。GFAP分子量比S100B更大，這兩種標(biāo)記物可能在不同的時(shí)間通過(guò)血腦屏障進(jìn)入到全身循環(huán)中，因此二者并沒(méi)有在同一時(shí)間內(nèi)增加[28]。ASD 腦組織和血清中S100B 和GFAP 水平的增加表明星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，并且可能通過(guò)破壞的血腦屏障進(jìn)入全身循環(huán)，阻止損傷部位神經(jīng)元修復(fù)。Russo 等[29]發(fā)現(xiàn)ASD 個(gè)體中由星形膠質(zhì)細(xì)胞分泌的白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-6 導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育缺陷，阻斷IL-6可以增加突觸的形成，表明星形膠質(zhì)細(xì)胞的功能障礙導(dǎo)致ASD的病理生理特征。

2.2 小膠質(zhì)細(xì)胞

小膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于腦和脊髓實(shí)質(zhì)，是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中常駐的免疫細(xì)胞，大約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞總數(shù)的10%[30]。小膠質(zhì)細(xì)胞在早期胚胎發(fā)育期間就已經(jīng)在大腦中出現(xiàn)，環(huán)境或者基因的改變可能會(huì)改變小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育，直接或者間接地影響神經(jīng)的發(fā)育。小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和免疫分子的產(chǎn)生可以誘導(dǎo)刻板行為以及認(rèn)知功能障礙[31]。小膠質(zhì)細(xì)胞在神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病和神經(jīng)退行性疾病中也起著關(guān)鍵的作用[32]。

神經(jīng)免疫改變常伴隨著神經(jīng)解剖學(xué)異常，如孤獨(dú)癥腦組織中炎癥細(xì)胞因子(IL-6、IL-8、腫瘤壞死因子α、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子和γ-干擾素)比正常同齡兒童高，腦組織中IL-6水平較高的孤獨(dú)癥小鼠腦容量增加，側(cè)腦室擴(kuò)大[33-34]。在炎癥條件下，細(xì)胞因子由小膠質(zhì)細(xì)胞分泌，ASD腦組織中炎癥細(xì)胞因子增加表明小膠質(zhì)細(xì)胞激活。

Suzuki等[35]對(duì)成年ASD 的多個(gè)腦區(qū)進(jìn)行正電子發(fā)射斷層功能成像，發(fā)現(xiàn)小腦、中腦、腦橋、前扣帶和眶前皮質(zhì)小膠質(zhì)細(xì)胞激活。前額葉背外側(cè)灰質(zhì)中小膠質(zhì)細(xì)胞的密度比正常人顯著增加，但白質(zhì)中沒(méi)有顯著性差異[36]。Tetreault 等[37]發(fā)現(xiàn)，ASD患者額葉和視覺(jué)皮質(zhì)的小膠質(zhì)細(xì)胞密度大于正常對(duì)照組，并認(rèn)為在ASD 患者的整個(gè)大腦和小腦中，小膠質(zhì)細(xì)胞以高密度的形式存在。也有研究顯示[38]，小膠質(zhì)細(xì)胞可能通過(guò)影響突觸的修飾，參與ASD的發(fā)病。

在正常情況下，星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞共同參與神經(jīng)炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)，這對(duì)于確保炎癥過(guò)程中有效去除入侵病原體并促進(jìn)組織恢復(fù)至關(guān)重要。調(diào)節(jié)機(jī)制障礙可能會(huì)導(dǎo)致有害的慢性炎癥，如在ASD 腦組織中后期炎癥細(xì)胞因子水平升高。發(fā)育大腦中的炎癥細(xì)胞因子導(dǎo)致神經(jīng)炎癥，使星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞激活、增殖，募集外周白細(xì)胞，從而加重組織損傷；星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的激活又會(huì)加劇由免疫激活引起的炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致ASD發(fā)病[39]。

2.3 少突膠質(zhì)細(xì)胞

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，少突膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生髓鞘。少突膠質(zhì)細(xì)胞衍生自少突膠質(zhì)細(xì)胞前體細(xì)胞，后者持續(xù)存在于成年大腦中，并具有增殖、遷移和分化髓鞘化少突膠質(zhì)細(xì)胞的能力。

神經(jīng)精神疾病、與年齡有關(guān)的認(rèn)知衰退均與髓鞘的穩(wěn)態(tài)失衡有關(guān)。髓鞘的形成與大腦的可塑性和學(xué)習(xí)有關(guān)[40-41]。在ASD患者腦組織中也發(fā)現(xiàn)少突膠質(zhì)細(xì)胞和髓鞘的變化。Deoni 等[42]發(fā)現(xiàn)，ASD兒童丘腦、尾核、右側(cè)前額葉和外囊中的髓鞘水百分比和孤獨(dú)癥診斷觀察量表(Autism Diagnostic Observation Schedule,ADOS)總分呈負(fù)相關(guān)，髓鞘水百分比越低，異常行為越明顯；丘腦、右側(cè)前額葉、扣帶中的髓鞘水百分比與ADOS社交分也呈負(fù)相關(guān)，與ADOS 其他部分未發(fā)現(xiàn)明顯關(guān)系。Setzu 等[43]通過(guò)應(yīng)用全基因DNA 甲基化微陣列分析和高分辨率全基因組基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)髓鞘和髓鞘形成相關(guān)基因的變化與孤獨(dú)癥ASD 的行為有關(guān)。此外，由免疫激活導(dǎo)致髓鞘的變化參與了ASD 的發(fā)病[44]。少突膠質(zhì)細(xì)胞的特異性標(biāo)志物在ASD 兒童小腦中表達(dá)高于正常兒童，且與ASD 的認(rèn)知和行為問(wèn)題相關(guān)[45]?？傊偻荒z質(zhì)細(xì)胞和髓鞘發(fā)育受損可能會(huì)導(dǎo)致ASD社交、認(rèn)知和行為問(wèn)題。

3 小結(jié)

綜上所述，ASD腦組織中神經(jīng)元表現(xiàn)為先過(guò)度生長(zhǎng)后發(fā)育遲緩甚至停滯現(xiàn)象，星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞表現(xiàn)為過(guò)度激活，抑制了神經(jīng)元的修復(fù)，但究竟這是ASD的一種神經(jīng)病理表現(xiàn)，還是神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞參與ASD的發(fā)病尚不明確。

ASD腦組織的異常表現(xiàn)與神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的異常發(fā)育與表達(dá)有著密切的聯(lián)系，然而他們之間具體的影響關(guān)系還需更多的研究。干預(yù)神經(jīng)元和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的異常發(fā)育有可能改善ASD的相關(guān)癥狀。