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(jīng)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(fù)受限的行為模式、興趣或活動(dòng)。近年來ASD 患病率在逐年升高，已成為嚴(yán)重影響兒童健康的全球公共衛(wèi)生問題。美國(guó)疾病預(yù)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(dá)到0.7%～1.5%，且男性的患病率遠(yuǎn)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(guān)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(dòng)障礙，此外還有品行障礙、破壞性情緒調(diào)節(jié)障礙、失眠及焦慮癥等[2]。這不僅對(duì)患者自身發(fā)展和正常的社會(huì)功能造成一定的影響，也對(duì)家庭造成一定的照料負(fù)擔(dān)。目前關(guān)于ASD 的病因及發(fā)病機(jī)制仍不明確，有研究發(fā)現(xiàn)除關(guān)聯(lián)性較高的遺傳和表觀遺傳學(xué)因素外，父母年齡偏大、母體免疫抗體、產(chǎn)前用藥、妊娠合并癥以及有害重金屬物質(zhì)接觸等對(duì)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(guān)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(nèi)，發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)出小鼠的ASD 行為，這證實(shí)腸道微生物與ASD 發(fā)病的關(guān)系。本文主要從腸道微生物概述、腸道微生物與ASD 的關(guān)系、腸道微生物在ASD 發(fā)病機(jī)制中的作用等方面展開，對(duì)腸道微生物與ASD 發(fā)病關(guān)系的研究進(jìn)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(gè)微生物，并構(gòu)成以細(xì)菌為主的生態(tài)系統(tǒng)，還包含少量真菌、病毒、原生動(dòng)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(píng)估健康的重要指標(biāo)[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(gè)方面發(fā)揮作用[9]，與人類的健康和疾病息息相關(guān)。腸道菌群多樣性降低可能導(dǎo)致肥胖的發(fā)生，且與1 型糖尿病、2 型糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、銀屑病關(guān)節(jié)炎等多種疾病的轉(zhuǎn)歸有關(guān)；其代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）參與調(diào)節(jié)體內(nèi)葡萄糖、膽固醇及脂肪的代謝[10]，氧化三甲胺可以增加動(dòng)脈粥樣硬化及主要不良心血管事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[11]。炎癥反應(yīng)是焦慮癥和抑郁癥的重要發(fā)病機(jī)制之一。Ang 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌能夠促進(jìn)腸道Th17 生成并介導(dǎo)炎癥反應(yīng)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(xiàng)糞便菌群移植實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(dǎo)受體小鼠表現(xiàn)出精神病性癥狀[15]。Grimaldi 等[5]使用益生元對(duì)30 例ASD 患兒進(jìn)行干預(yù)，結(jié)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(píng)估量表社交評(píng)分、自閉癥譜系商社交技能量表評(píng)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(jīng)精神類疾病的發(fā)生、發(fā)展。

2 腸道微生物與ASD 的關(guān)系

2.1 ASD 患者腸道微生物組成的變化 一項(xiàng)Meta 分析共納入18 項(xiàng)研究（包括近500 例ASD 患兒和400 名以上健康兒童），對(duì)腸道中8 門17 屬細(xì)菌的相對(duì)豐度進(jìn)行綜合分析，結(jié)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(bào)道了相反結(jié)果，即厚壁菌門與擬桿菌門比值增加[17]。因此，針對(duì)這兩種菌門在ASD 患兒腸道中的組成，目前尚有爭(zhēng)議。其他研究探討了ASD 患者腸道微生物組成的變化，結(jié)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(duì)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(huì)成為ASD 的潛在生物標(biāo)志物。Tomova 等[19]采用qRT-PCR 法檢測(cè)10 例ASD患兒及其兄弟姐妹和健康對(duì)照兒童的糞便菌群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ASD 兒童擬桿菌門與厚壁菌門比值明顯降低，補(bǔ)充益生菌制劑（含有乳酸菌、雙歧桿菌和鏈球菌）4 個(gè)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(guān)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(nèi)化癥狀與胃腸道癥狀高度相關(guān)，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(jīng)素-3 R451C 錯(cuò)義突變（NL3R451C）的小鼠（一種ASD 模型，主要表現(xiàn)為社交互動(dòng)缺陷和重復(fù)刻板行為）胃腸道癥狀表型和小腸神經(jīng)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(jīng)系統(tǒng)的作用產(chǎn)生小腸轉(zhuǎn)運(yùn)改變和γ-氨基丁酸A（γ-Aminobutyric acid A，GABAA）受體介導(dǎo)的結(jié)腸運(yùn)動(dòng)變化，GABAA 受體可能是治療ASD 相關(guān)胃腸道癥狀的潛在靶點(diǎn)。

一項(xiàng)基于腸道微生物治療的Meta 分析發(fā)現(xiàn)，一些干預(yù)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(dòng)等）和胃腸道癥狀（便秘、腹瀉等）；同時(shí)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(guān)，經(jīng)黏液真桿菌的相對(duì)豐度與排便頻率呈正相關(guān)，而柔嫩梭菌、真桿菌的相對(duì)豐度與排便頻率呈負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步證實(shí)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(píng)估了FMT 對(duì)ASD 患兒行為癥狀和胃腸道癥狀的改善作用，結(jié)果顯示經(jīng)FMT 后，ASD患兒行為癥狀的嚴(yán)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(yán)重程度降低80%。ASD 患兒便秘發(fā)生率高達(dá)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(píng)分越高（P＜0.05），這證實(shí)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(jī)制中的作用

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

3.1 迷走神經(jīng)系統(tǒng) 連接大腦的神經(jīng)通路主要為迷走神經(jīng)系統(tǒng)。迷走神經(jīng)是副交感神經(jīng)系統(tǒng)的主要組成部分，由80%的傳入神經(jīng)和20%的傳出神經(jīng)組成，屬于混合神經(jīng)，它能夠感知到來自腸道內(nèi)的刺激（機(jī)械刺激、化學(xué)刺激等），從而將信號(hào)通過神經(jīng)纖維傳入大腦。Sgritta 等[27]研究表明，羅伊氏乳桿菌能夠逆轉(zhuǎn)ASD小鼠的社交缺陷，但當(dāng)切斷迷走神經(jīng)時(shí)，羅伊氏乳桿菌對(duì)小鼠的社交缺陷并沒有明顯改善，而實(shí)施假手術(shù)的對(duì)照小鼠癥狀則得到明顯改善，這說明羅伊氏乳桿菌對(duì)ASD 社會(huì)行為的影響依賴于迷走神經(jīng)系統(tǒng)。對(duì)于共病焦慮癥的ASD 患者，單純接受暴露的認(rèn)知行為療法后的復(fù)發(fā)率較高，而針對(duì)嚙齒動(dòng)物的研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合迷走神經(jīng)刺激療法能夠提高療效并降低復(fù)發(fā)率，同時(shí)還能改善學(xué)習(xí)、記憶等認(rèn)知功能，故迷走神經(jīng)刺激療法有望成為患有嚴(yán)重焦慮癥的ASD 患者的輔助治療方法[28]。相關(guān)研究證明，鼠李糖乳桿菌具有抗焦慮的作用，但是當(dāng)雄性小鼠接受迷走神經(jīng)離斷術(shù)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(diào)節(jié)作用減弱，并導(dǎo)致T 淋巴細(xì)胞增加，這說明迷走神經(jīng)可以通過內(nèi)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(dǎo)腸道微生物和大腦之間的信號(hào)傳導(dǎo)。

3.2 腸道微生物代謝產(chǎn)物 腸道微生物的代謝產(chǎn)物能夠直接或間接地作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，在多種神經(jīng)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(xì)菌分解利用，最終代謝產(chǎn)物為SCFA，主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。一項(xiàng)人體神經(jīng)干細(xì)胞體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，暴露于丙酸可以誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)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(dǎo)作用有關(guān)，這驗(yàn)證了丙酸與ASD 患者膠質(zhì)細(xì)胞增生、炎癥反應(yīng)增強(qiáng)和神經(jīng)連接紊亂的相關(guān)性[31]。母體腸道微生物的改變可能會(huì)增加后代患ASD 的風(fēng)險(xiǎn)。一項(xiàng)研究對(duì)ASD 的BTBR 小鼠模型應(yīng)用腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)物丁酸鹽，結(jié)果發(fā)現(xiàn)能夠有效逆轉(zhuǎn)后代小鼠的社會(huì)缺陷和重復(fù)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(gè)新的方向[32]。脂多糖是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的組成成分，目前已被廣泛用于各種神經(jīng)精神類疾病動(dòng)物模型的誘導(dǎo)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(guān)，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(fù)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(chǎn)生和分泌神經(jīng)遞質(zhì)，如乳酸桿菌和雙岐桿菌可產(chǎn)生γ-氨基丁酸，大腸桿菌、芽孢桿菌和酵母菌可產(chǎn)生去甲腎上腺素，念珠菌、鏈球菌等可產(chǎn)生5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），進(jìn)而通過神經(jīng)遞質(zhì)建立起腸道與大腦的聯(lián)系[35]。

3.3 神經(jīng)免疫系統(tǒng) ASD 患者除社會(huì)行為缺陷和胃腸道反應(yīng)以外，全身性炎癥反應(yīng)、胃腸道相關(guān)免疫問題也是一個(gè)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(jīng)免疫標(biāo)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(jīng)免疫標(biāo)志物水平呈負(fù)相關(guān)，這證實(shí)腸道微生物在神經(jīng)炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用。Reed 等[37]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，給暴露于母體免疫激活的神經(jīng)發(fā)育障礙的小鼠后代注射脂多糖，可以改善小鼠的社會(huì)行為缺陷，可能與IL-17a 作用于S1DZ神經(jīng)元從而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，進(jìn)而恢復(fù)社會(huì)行為的作用有關(guān)。一些細(xì)菌化合物如脂多糖、肽聚糖、鞭毛等，被認(rèn)為是病原體相關(guān)的分子模式，易誘發(fā)宿主免疫反應(yīng)，增加腸道的通透性，其產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)（包括細(xì)胞因子、趨化因子、抗菌肽等）進(jìn)入血液后引起全身性炎癥反應(yīng)，使得血腦屏障通透性增加，從而激活小膠質(zhì)細(xì)胞，進(jìn)而導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥反應(yīng)發(fā)生[38-39]。

3.4 神經(jīng)內(nèi)分泌 人體中90%以上的5-HT 是由腸道中的內(nèi)分泌細(xì)胞（主要為腸嗜鉻細(xì)胞）產(chǎn)生的，而內(nèi)分泌細(xì)胞參與調(diào)節(jié)人體多種器官的功能。最近研究證實(shí)腸道微生物能夠調(diào)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(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞的5-HT合成[40]。5-HT 水平變化會(huì)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(duì)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(zhì)激素受體及藥理學(xué)抑制皮質(zhì)酮合成后，發(fā)現(xiàn)小鼠的社交能力均得到恢復(fù)，從而證實(shí)通過抑制下丘腦-垂體-腎上腺軸產(chǎn)生皮質(zhì)醇能有效改善社交缺陷；為了進(jìn)一步驗(yàn)證，又對(duì)ABX 小鼠進(jìn)行糞腸球菌定植3 周，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的社交活動(dòng)增多（P＜0.05），皮質(zhì)酮水平降低（P＜0.05）。由此證實(shí)腸道微生物可以通過介導(dǎo)下丘腦-垂體-腎上腺軸來改善小鼠的社會(huì)行為缺陷。

4 小結(jié)

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(chǎn)物的改變，這些異常與ASD 的社會(huì)行為表現(xiàn)以及胃腸道癥狀息息相關(guān)。有學(xué)者提出了腸-腦軸機(jī)制，即腸道微生物可以通過迷走神經(jīng)系統(tǒng)、腸道微生物代謝產(chǎn)物、神經(jīng)免疫系統(tǒng)及神經(jīng)內(nèi)分泌等途徑影響神經(jīng)發(fā)育，進(jìn)而導(dǎo)致各類神經(jīng)精神類疾病的發(fā)生。目前針對(duì)ASD 的治療主要采取行為干預(yù)，尚無藥物被批準(zhǔn)用于治療ASD 的核心癥狀（包括社交障礙和重復(fù)行為）。現(xiàn)有的關(guān)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(jié)果，因此，對(duì)腸道微生物的干預(yù)可能成為未來治療ASD 的新靶點(diǎn)。關(guān)于腸道微生物影響ASD 的機(jī)制仍需進(jìn)一步探索，需要更多大樣本的研究來尋找可靠的生物標(biāo)志物，以指導(dǎo)ASD 更精準(zhǔn)的篩查、診斷和治療。