腸道菌群在兒童孤獨(dú)癥中的研究進(jìn)展

范瓊麗，李文藻，吳至鳳，張雨平 綜述 余秀梅 審校

孤獨(dú)癥是一種在兒童生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中較為常見(jiàn)的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病。目前有多個(gè)因素被認(rèn)為是孤獨(dú)癥發(fā)病的可能原因，雖然遺傳因素在孤獨(dú)癥的致病中起著重要作用，但后天的環(huán)境因素對(duì)于孤獨(dú)癥的發(fā)病仍然有著不可忽視的影響。對(duì)孤獨(dú)癥患兒進(jìn)行早期干預(yù)和支持治療可改善患兒的行為能力和社會(huì)適應(yīng)能力，而腸道菌群可通過(guò)對(duì)腸道神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)產(chǎn)生影響，進(jìn)而在一定程度上緩解孤獨(dú)癥患兒的癥狀，但是腸道菌群治療孤獨(dú)癥的具體機(jī)制和臨床效果仍不確切。本文總結(jié)和分析最新的臨床研究證據(jù)以期為臨床應(yīng)用提供參考。

1 孤獨(dú)癥的發(fā)病及治療概況

孤獨(dú)癥是一種在兒童生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中較為常見(jiàn)的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病。精神障礙的診斷和統(tǒng)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)孤獨(dú)癥的定義描述如下：患者有持續(xù)的社交障礙同時(shí)伴有重復(fù)、刻板的行為特征和狹義的興趣愛(ài)好。這個(gè)定義實(shí)際上描述了孤獨(dú)癥譜系障礙，它包含了多種表現(xiàn)型，除了典型的孤獨(dú)癥外還包括阿斯伯格綜合征和廣泛的發(fā)育遲緩[1]。胃腸道功能障礙在孤獨(dú)癥患者中較為常見(jiàn)，其發(fā)病率是健康兒童的3～4倍[2]。孤獨(dú)癥的發(fā)病率在過(guò)去20年里正逐年上升，這一發(fā)病趨勢(shì)變化的部分原因來(lái)自于孤獨(dú)癥診斷標(biāo)準(zhǔn)的完善及對(duì)孤獨(dú)癥診斷能力的提高。孤獨(dú)癥的發(fā)病率大約為每1000個(gè)兒童中有20.6個(gè)患者，其男女比例為4∶1[3]。盡管越來(lái)越多的兒童受到這種疾病的困擾，但關(guān)于孤獨(dú)癥癥狀產(chǎn)生的具體機(jī)制仍然存在較大爭(zhēng)議。目前有多個(gè)因素被認(rèn)為是孤獨(dú)癥這一癥狀復(fù)雜和累及廣泛的疾病的可能原因。其中遺傳因素來(lái)自于多個(gè)基因位點(diǎn)的變異包括：染色體16p11.2、15q24、11p12-p13等，這些基因的易位、重復(fù)和微缺失被認(rèn)為是導(dǎo)致孤獨(dú)癥發(fā)生發(fā)展的原因。孤獨(dú)癥在同卵雙生雙胞胎中具有60%遺傳一致性，而在異卵雙生雙胞胎兒童中沒(méi)有這一遺傳趨勢(shì)。這種現(xiàn)象說(shuō)明盡管遺傳因素在孤獨(dú)癥的致病中起著重要作用，但后天的環(huán)境因素對(duì)于孤獨(dú)癥的發(fā)病仍然有著不可忽視的影響[3]。

目前，孤獨(dú)癥治療的主要目的是改善患兒的行為能力和社會(huì)適應(yīng)能力。對(duì)于孤獨(dú)癥患兒進(jìn)行早期干預(yù)和支持治療更為有效，研究發(fā)現(xiàn)早期的行為管理能顯著降低患兒將來(lái)發(fā)生行為問(wèn)題的概率[4-6]。最主要的關(guān)注點(diǎn)應(yīng)該放在行為和教育的干預(yù)上，這將會(huì)與藥物治療一起產(chǎn)生協(xié)同放大效應(yīng)。一旦被診斷為孤獨(dú)癥，患兒往往會(huì)接受多方面的干預(yù)和治療，參與人員主要包括：兒童保健醫(yī)師、心理醫(yī)師、遺傳學(xué)家、語(yǔ)言和行為指導(dǎo)師和精神病科醫(yī)師，這些人員往往會(huì)根據(jù)個(gè)體的具體情況制定個(gè)體化治療方案。除了主流治療方案外，目前還有一些相當(dāng)數(shù)量的補(bǔ)充和替代醫(yī)療(complementary and alternative medicine，CAM)被用于孤獨(dú)癥兒童的治療。Perrin等[7]進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)28%的孤獨(dú)癥患兒家庭會(huì)使用CAM治療，CAM使用率最高的往往是那些患兒孤獨(dú)癥癥狀嚴(yán)重和伴隨著胃腸道癥狀或癲癇癥狀的家庭。其中腸道菌群治療是最為常見(jiàn)的CAM干預(yù)措施。目前有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群能夠改善孤獨(dú)癥患者的神經(jīng)精神狀態(tài)和行為模式。

2 腸道菌群與孤獨(dú)癥的相關(guān)性

孤獨(dú)癥患者腸道菌群的成分和組成也與健康人有所差異。Kang等[8]進(jìn)行了一項(xiàng)研究對(duì)比了20例孤獨(dú)癥患兒的腸道菌群與20例健康對(duì)照兒童的腸道菌群的差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在孤獨(dú)癥兒童的腸道菌群中有著更低豐度的發(fā)酵細(xì)菌：普氏菌屬(Prevotella)、糞球菌屬(Coprococcus)和維隆氏菌屬(Veillonellaceae)。同時(shí)他們還發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥患兒的腸道菌群的種類顯著低于對(duì)照組。Hsiao等[9]同樣在孤獨(dú)癥小鼠模型中發(fā)現(xiàn)了其腸道菌群與正常小鼠的差異。對(duì)這些孤獨(dú)癥小鼠給予脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)治療后，既糾正了其腸黏膜屏障缺陷，同時(shí)還改善了小鼠的刻板行為和焦慮狀態(tài)等癥狀。Yano等[8]進(jìn)行了一項(xiàng)研究報(bào)道了腸道菌群與血清素調(diào)節(jié)之間的關(guān)系。他們發(fā)現(xiàn)小鼠和人體腸道內(nèi)的局部產(chǎn)芽孢桿菌可以促進(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞瘤血清素的合成。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)提高小鼠腸道內(nèi)特定微生物代謝產(chǎn)物的濃度會(huì)增加其結(jié)腸和血液中的血清素水平。值得注意的是，研究發(fā)現(xiàn)在1/3的孤獨(dú)癥患者中發(fā)現(xiàn)了血清素水平的升高，并且其高水平與患者的胃腸道癥狀，如腹痛、便秘等有相關(guān)性[10, 11]。由于胃腸道是產(chǎn)生血清素的主要部位，在孤獨(dú)癥患者中發(fā)現(xiàn)血清素水平升高提示胃腸系統(tǒng)在孤獨(dú)癥的發(fā)病機(jī)制中可能起著重要作用。Navarro等[12]探討了SLC6A4基因(血清素轉(zhuǎn)運(yùn)基因)的異常與孤獨(dú)癥發(fā)生的關(guān)系，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)SLC6A4基因突變后小鼠的血清素水平顯著上升，同時(shí)還觀察到了這些小鼠表現(xiàn)出社交能力減退、交流障礙和重復(fù)刻板的行為。這些研究進(jìn)一步證實(shí)了腸道菌群與體內(nèi)一系列生化指標(biāo)的改變存在相關(guān)性，進(jìn)而影響著患者的神經(jīng)精神狀態(tài)和行為模式。

3 腸道菌群與孤獨(dú)癥發(fā)病的“橋梁”

3.1 ENS與孤獨(dú)癥發(fā)病的關(guān)系 ENS是胃腸系統(tǒng)中一個(gè)不可或缺的組成部分，是連接胃腸系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous syste，CNS)的“橋梁”。腸道神經(jīng)系統(tǒng)在胚胎12周就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)育形成，它主要來(lái)源于神經(jīng)脊細(xì)胞，而這些細(xì)胞又是從胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出的骶神經(jīng)和迷走神經(jīng)段遷移而來(lái)[13, 14]。一旦ENS發(fā)育成熟，它將成為自主神經(jīng)系統(tǒng)的三大組成部分之一，調(diào)控胃腸蠕動(dòng)和分泌功能[15]。ENS有兩個(gè)重要組成部分：肌間神經(jīng)叢和黏膜下神經(jīng)叢。這些系統(tǒng)中的化學(xué)感受器和機(jī)械感受器通過(guò)復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)傳遞給ENS以調(diào)節(jié)著胃腸蠕動(dòng)和分泌功能[16]。人類的ENS包含了1億個(gè)神經(jīng)元，它組成了周圍神經(jīng)系統(tǒng)中最復(fù)雜的一個(gè)體系，幾乎所有中樞神經(jīng)系統(tǒng)具備的神經(jīng)遞質(zhì)活動(dòng)均能在ENS中找到[15]。盡管過(guò)去認(rèn)為CNS在控制神經(jīng)系統(tǒng)活動(dòng)方面起著主導(dǎo)作用，但近年來(lái)認(rèn)識(shí)到ENS-CNS交互作用在周圍神經(jīng)系統(tǒng)控制方面發(fā)揮著重要作用。一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)是90%的迷走神經(jīng)纖維為傳入纖維，這提示大腦可能會(huì)接收到大量由ENS傳入的信號(hào)[17]。有人推測(cè)這種來(lái)自于腸道的連續(xù)性反饋的傳入可能會(huì)對(duì)大腦的情緒和記憶等功能產(chǎn)生影響。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)腸道菌群可以通過(guò)迷走神經(jīng)提供傳入信號(hào)，與CNS的信號(hào)一起共同產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)物對(duì)外界刺激產(chǎn)生的焦慮反應(yīng)或發(fā)揮抗焦慮作用[17]。相似的，人類迷走神經(jīng)的刺激與情緒波動(dòng)也存在著一定的相關(guān)性。Rush等[18]進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)在成年難治性抑郁癥患者中，刺激其迷走神經(jīng)具有一定的抗抑郁作用。此外還有研究證實(shí)，對(duì)于成人和兒童難治性癲癇患者，迷走神經(jīng)刺激均有一定的治療效果[19]。

3.2 腸腦軸在孤獨(dú)癥發(fā)病中的作用 目前認(rèn)為腸道菌群在胃腸道-神經(jīng)系統(tǒng)-生物行為的動(dòng)態(tài)平衡中起著重要作用。這其中有以下幾種可能的機(jī)制：(1)腸道微生物通過(guò)刺激ENS從而激活迷走神經(jīng)；(2)腸道菌群產(chǎn)生某些代謝產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)，進(jìn)而透過(guò)血腦屏障對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)揮作用；(3)微生物之間的相互作用激活某些信號(hào)通路導(dǎo)致細(xì)胞因子釋放產(chǎn)生系統(tǒng)效應(yīng)[20, 21]。其中有一個(gè)“腸瘺假說(shuō)”認(rèn)為是由于腸道黏膜通透性的改變和腸道微生物代謝產(chǎn)物和毒素的易位導(dǎo)致了孤獨(dú)癥。支持該假說(shuō)的證據(jù)是，在一些動(dòng)物模型中發(fā)現(xiàn)隨著其腸道菌群的變化確實(shí)導(dǎo)致了其宿主行為模式的相應(yīng)改變。Sudo等[22]進(jìn)行了一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠會(huì)對(duì)于強(qiáng)制性外界壓力產(chǎn)生較強(qiáng)的對(duì)抗反應(yīng)，其原因與其腸道菌群缺乏導(dǎo)致的體內(nèi)高皮質(zhì)酮水平有關(guān)。此外該研究還發(fā)現(xiàn)通過(guò)給予嬰兒雙歧桿菌能夠部分逆轉(zhuǎn)小鼠的上述行為模式。在另一項(xiàng)研究中，Savignac等[23]發(fā)現(xiàn)對(duì)于焦慮型小鼠群體，在其食物中添加雙歧桿菌能使其學(xué)習(xí)能力和認(rèn)知能力得到顯著提高。

3.3 腸道菌群的調(diào)控在孤獨(dú)癥治療中的作用 鑒于目前的研究發(fā)現(xiàn)部分孤獨(dú)癥患者的腸道菌群與健康人群存在著顯著差異，有研究者推測(cè)益生菌可能作為這部分患者的一種治療手段。Buffington等[24]旨在探討分別攝入高脂飲食和益生菌制劑對(duì)小鼠幼崽的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，母孕期小鼠攝入高脂飲食后導(dǎo)致其下丘腦神經(jīng)傳遞的變化進(jìn)而導(dǎo)致其小鼠幼崽出現(xiàn)類似于抑郁癥表現(xiàn)的行為異常，而當(dāng)給予羅氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri)后，小鼠幼崽的社會(huì)適應(yīng)能力異常能得到逆轉(zhuǎn)。Partty等[25]進(jìn)行了一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，75名嬰兒在6月齡內(nèi)隨機(jī)被給予安慰劑或鼠李糖乳酸桿菌(Lactobacillus rhamnosus GG)，研究小組評(píng)估了這些兒童在2歲和13歲時(shí)腸道菌群組成和精神心理行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖然兩組之間這些兒童的腸道菌群并沒(méi)有顯著的差異，但在13歲時(shí)17%的空白對(duì)照組兒童出現(xiàn)了注意力缺陷障礙和阿斯伯格綜合征，而在益生菌組卻沒(méi)有。另外一項(xiàng)由Tomova等[17, 26]完成的研究探討了在小兒孤獨(dú)癥患者中的腸道菌群的情況，他們發(fā)現(xiàn)在孤獨(dú)癥患兒的腸道菌群中擬桿菌/弧菌的比值下降，而脫硫弧菌的數(shù)量增加，而且患兒腸道中脫硫弧菌的數(shù)量與孤獨(dú)癥的嚴(yán)重程度有較強(qiáng)的相關(guān)性。在該研究中對(duì)于這些患兒給予“兒童益生菌”制劑(其成分中60%為3種乳酸菌、25%為2種雙歧桿菌、15%為1種鏈球菌)每天3次，持續(xù)4個(gè)月。經(jīng)過(guò)治療后研究者發(fā)現(xiàn)這些患兒的孤獨(dú)癥相關(guān)癥狀得到了緩解，而且腸道中擬桿菌/弧菌的比值上升到了正常健康兒童的水平。同時(shí)被認(rèn)為是孤獨(dú)癥致病因素的脫硫弧菌的數(shù)量在這些患兒中也較治療前明顯下降。還有一種推測(cè)，由于孤獨(dú)癥患兒的許多胃腸道癥狀與IBS患兒的癥狀相似，而IBS患兒也存在著腸道菌群的改變，并且能從益生菌治療中獲益，由此推測(cè)益生菌用于孤獨(dú)癥患兒也能發(fā)揮相似的療效。

孤獨(dú)癥的發(fā)病過(guò)程受到多種因素的影響，而越來(lái)越多的證據(jù)表明胃腸道活動(dòng)和其中的腸道菌群在孤獨(dú)癥的致病過(guò)程中起到了重要作用，而益生菌在孤獨(dú)癥患者中作為一種補(bǔ)充和替代醫(yī)療應(yīng)用亦受到越來(lái)越大的重視。但目前益生菌種類繁多，益生菌的合理應(yīng)用存在極大的挑戰(zhàn)，同時(shí)不同益生菌品牌產(chǎn)品中菌落形成單位或菌株的差異難以得到統(tǒng)一。因此仍需要進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和更為嚴(yán)謹(jǐn)及更大樣本量的臨床實(shí)驗(yàn)以明確其作用機(jī)制及評(píng)估其有效性。