生命早期腸道菌群與孤獨癥譜系障礙研究進展＊

何 勇，馮愛民，張 卉，夏 璐

1.陜西中醫(yī)藥大學 （咸陽712000）；2.陜西中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院兒科 （咸陽712000）

孤獨癥（自閉癥）譜系障礙（Autism spectrum disorders，ASD，簡稱孤獨癥或自閉癥）是一種起病于嬰幼兒時期的一種情感、認知、行為等發(fā)育障礙疾病，流行病學調(diào)查ASD在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為最嚴重的神經(jīng)發(fā)育障礙之一，是全世界兒童智力精神等殘疾的致殘原因之一，大約有2／3患兒成年后無法獨立生活［1］。中國ASD患病率保守估計為1%，0～14歲的兒童患者達200余萬［2］，男女比1.33∶1、2.75∶1［3］。但 ASD的病因及發(fā)病機制尚未完全清楚，目前暫無確切的治療方法。但近年研究發(fā)現(xiàn)ASD可能與腦－腸軸相關(guān)，腸道菌群可能在其中具有重要作用，本文整理近年來有關(guān)早期腸道菌群、微生物－腸－腦軸與ASD關(guān)系的相關(guān)文獻，旨在揭示生命早期腸道菌群與ASD之間關(guān)系，對ASD早期篩查及干預提供新的治療思路。

1 ASD

1.1 ASD的概念及診斷 孤獨癥（自閉癥）譜系障礙是一種起病于嬰幼兒時期的廣泛性發(fā)育障礙（Pervasive developmental disorders，PDD）［4］。目前將 ASD 的核心癥狀總結(jié)為兩點：社會性溝通和社會性交往的缺陷以及局限性、重復性的行為、興趣或活動（Siegel ＆Elaine，2013）［5］。ASD的診斷主要依靠臨床行為觀察及量表的評估，需由專業(yè)人員診斷，故大多數(shù)ASD患兒在3歲后才被確診。

1.2 ASD的高危因素 ASD的具體病因目前尚未明確，其發(fā)生與許多危險因素相關(guān)。Amirhossein等［6］認為高齡父母、極低出生體重兒、新生兒溶血病、新生兒呼吸暫停、缺血和缺氧腦病等增加ASD風險。邢東等報道若早期改善缺血可改善神經(jīng)功能［7］，然而通過改善腦部缺血、缺氧是否可降低ASD發(fā)病率尚需進一步研究。Zerbo［8］認為，孕母感染后增加胎兒患ASD風險，主要是因孕母感染后的炎癥反應激活母體免疫系統(tǒng)使體內(nèi)炎性因子升高，炎性因子通過胎盤傳遞給胎兒，導致胎兒炎癥反應，炎性因子作用于胎兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能區(qū)時會導致認知功能障礙和行為發(fā)育異常［9］，說明炎性反應是ASD的發(fā)生的重要機制之一。Sandler等［10］發(fā)現(xiàn)不同的抗生素可改變腸道微生物，即抗生素可對ASD癥狀造成不同程度的影響。目前抗生素應用廣泛，也存在相關(guān)多重耐藥問題［11］，應引起廣大醫(yī)護人員關(guān)注。左雪梅等［12］認為，父母神經(jīng)質(zhì)及低水平心理健康狀況可能是兒童行為障礙的影響因素。殷道根等［13］調(diào)查中國人群兒童孤獨癥危險因素時認為遺傳史、新生兒黃疸、缺氧窒息、孕周異常、先兆流產(chǎn)、孕期服藥史、孕期疾病史、父母親性格內(nèi)向等為ASD的高危因素。

由以上高危因素可推測加強孕期保健、提高新生兒復蘇、改善早期腸道微生物、合理使用抗生素等可降低ASD發(fā)生率。

2 腸道菌群

2.1 早期生命的腸道菌群 以往研究認為，胎兒期腸道是無菌的［14］。近幾年研究認為微生物菌群可從母親轉(zhuǎn)移到胎兒，胎盤、臍帶血、羊水內(nèi)均可檢測到一定數(shù)目的細菌［15－18］。當胎兒娩出時，細菌經(jīng)陰道分泌物、早期母嬰接觸以及空氣吸入等途徑進入新生兒腸道，并在腸道內(nèi)迅速定植繁殖［19－20］。胎兒出生約2h后需氧菌及兼性厭氧菌就已開始定植，生后第1天腸球菌和腸桿菌科等需氧菌占優(yōu)勢，24～48h以后這些細菌消耗腸道中的氧氣并產(chǎn)生厭氧環(huán)境，第10天左右以雙歧桿菌和乳酸桿菌等厭氧菌為優(yōu)勢菌，伴隨次要菌群如大腸埃希菌、擬桿菌和梭狀芽胞桿菌的增長［21］。

生命早期腸道菌群處于變化狀態(tài)，嬰兒在0～6個月內(nèi)以母乳喂養(yǎng)為主，其腸內(nèi)微生物主要來源于母乳，母乳中含有多種共生微生物，是嬰兒獲得乳酸菌和雙歧桿菌等有益微生物的重要來源，故此階段腸道微生態(tài)組成結(jié)構(gòu)與母體相近［22］；6月齡添加輔食到1歲左右斷奶是嬰兒腸道菌群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生波動的階段，高脂或高蛋白食物促進擬桿菌增殖，高碳水化合物飲食與普雷沃氏菌屬數(shù)量增加相關(guān)，高葡萄糖飲食可增加白色念珠菌生長。繼續(xù)母乳喂養(yǎng)到1歲左右可形成具有個體特異性、類似成人模式的、組成結(jié)構(gòu)已較穩(wěn)定的腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)［23］。在隨后的1～2年內(nèi)幼兒逐步完善，2～3歲左右穩(wěn)定，向成人腸道菌群結(jié)構(gòu)靠攏，以雙歧桿菌、乳酸菌、擬桿菌為主的共生菌，占總量99%［24－25］。

2.2 ASD患兒的腸道菌群有報道表明與健康兒童相比ASD患兒腸道菌群：擬桿菌門、韋榮氏球菌、雙歧桿菌、普氏菌屬、球菌屬的相對豐度減少［26－29］，梭狀芽胞桿菌，脫硫菌屬、薩特菌屬相對豐度升高［30－32］。腸道真菌群落監(jiān)測時念珠菌屬較多，其中以白色念珠菌為主［33］。羅茜等［34］在治療ASD前后與健康兒童對比，顯示雙歧桿菌、普氏菌和脫硫弧菌屬豐度增加顯著，并表明這三個菌屬可能是孤獨癥中腸道微生態(tài)改變的關(guān)鍵菌屬。

2.3 ASD高危因素下腸道菌群改變 研究顯示，低出生體重兒中70%生后第4天左右糞便中檢測出腸道菌群定植，優(yōu)勢菌最早以革蘭陽性球菌和陰性桿菌為主，生后3周左右才可能出現(xiàn)雙歧桿菌。與足月健康新生兒比較，早產(chǎn)兒腸道有更高水平的兼性厭氧菌，而雙歧桿菌、擬桿菌屬、奇異菌屬含量則明顯較少［35］。早期重度高膽紅素血癥母乳喂養(yǎng)新生兒胎糞中大腸桿菌屬、葡萄球菌屬、克雷伯菌屬、芽孢桿菌目豐度與健康新生兒相比較高［36］。新生兒窒息時腸道缺氧、缺血，腸黏膜結(jié)構(gòu)破壞，菌群平衡失調(diào)［37］，窒息后腸道菌群如何改變報道較少，尚需進一步研究。

3 微生物－腸－腦軸

3.1 生理狀態(tài)下的微生物－腸－腦軸 Jasarevic等［38－39］研究當幼鼠脫離母體子宮宮內(nèi)環(huán)境進入一個復雜的微生物環(huán)境時，大腦與腸道間的交流已開始，在此期間，腸道菌群的組成和功能會隨著大腦的發(fā)育和成熟經(jīng)歷多次轉(zhuǎn)換。腸道菌群的構(gòu)成不同，其所產(chǎn)生的代謝物質(zhì)的種類和數(shù)量也不同，由腸道菌群產(chǎn)生的或促進產(chǎn)生的作用于腸－腦軸（Gut－brain axis，GBA）上的物質(zhì)主要為各種神經(jīng)遞質(zhì)和以短鏈脂肪為代表的菌群發(fā)酵產(chǎn)生的物質(zhì)。目前發(fā)現(xiàn)腸道微生物產(chǎn)生的這些具有神經(jīng)活性的分子可能影響整個腸－腦軸的功能，如γ－氨基丁酸、五羥色胺、谷胱甘肽、兒茶酚胺等，通過GBA直接或間接地影響著大腦的各種功能，是菌群與GBA相互作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。這些物質(zhì)在腸腔內(nèi)釋放時，可以調(diào)節(jié)腸神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的神經(jīng)信號傳導，影響大腦的正常功能和行為表現(xiàn)［40－42］。膳食纖維經(jīng)腸道菌群發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物如丁酸、丙酸和乙酸等短鏈脂肪酸，也能夠通過 GBA與大腦互相影響［43－45］，說明腸道菌群－腸－腦之間存在相關(guān)聯(lián)系。

Chana Palmer等［46］在對89名嬰兒進行的初步研究，發(fā)現(xiàn)1歲時的微生物組成與2歲時的認知有關(guān)。1歲左右人體腸道的微生物趨于穩(wěn)定，其組成可預測2歲時的認知功能，特別表現(xiàn)在交流行為方面。3歲左右與成人類似或一致，已達穩(wěn)定狀態(tài)［47－48］。故微生物成分定植趨于成熟的過程與大腦發(fā)育趨于成熟的關(guān)鍵窗口時間基本一致，而各種因素皆可導致此期腸道菌群的改變從而影響大腦的發(fā)育。

3.2 ASD與腸－腦－軸

3.2.1 ASD與腸道菌群之間的關(guān)聯(lián)：ASD患兒腸道細菌的種類、組成及比例與同齡健康兒童比較存在差異，主要是雙歧桿菌的數(shù)量減少、梭狀芽孢桿菌和／或脫硫弧菌的異常生長，有研究報道擬桿菌、雙歧桿菌和乳桿菌誘導抗炎環(huán)境，梭狀芽胞桿菌屬促進炎性環(huán)境［49］。

ASD患兒與雙歧桿菌減少的關(guān)聯(lián)表現(xiàn)為：①抑制人體有害細菌的生長繁殖及抵抗病原茵的感染水平降低，體內(nèi)的抗炎水平下降，刺激腸道蠕動的醋酸、丙酸、丁酸和乳酸等有機酸減少，ASD患兒出現(xiàn)腹瀉、便秘等胃腸表現(xiàn)；②鐵離子或者其他離子參與腦內(nèi)發(fā)育、代謝和功能等重要活動，但研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)鐵離子的過量累積（鐵過載）可能具有一定的神經(jīng)毒性并參與了諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展［50］。在ASD患兒中雙歧桿菌的減少導致總的谷胱甘肽水平降低，抗氧化作用減弱，使患兒表現(xiàn)出對重金屬的毒性作用更為敏感［51］，表現(xiàn)為行為的異常；③雙歧桿菌可發(fā)酵乳糖，乳糖產(chǎn)生半乳糖是構(gòu)成腦神經(jīng)系統(tǒng)中腦苷脂的成分，與嬰兒出生后腦的迅速生長有密切關(guān)系，雙歧桿菌減少會導致與同齡健康嬰兒相比存在腦部的發(fā)育的差異。

ASD患兒與梭狀芽胞桿菌異常生長表現(xiàn)為：梭狀芽胞桿菌會促進體內(nèi)的炎性環(huán)境形成，導致腸黏膜功能障礙，進而促進毒素、細菌產(chǎn)物、淋巴細胞、促炎細胞因子的吸收，以及通過血流，穿過血腦屏障產(chǎn)生神經(jīng)炎癥的神經(jīng)遞質(zhì)，最終影響大腦功能紊亂，同時梭狀芽孢桿菌與神經(jīng)毒素產(chǎn)生相關(guān)，釋放的神經(jīng)毒素通過迷走神經(jīng)傳入CNS，抑制神經(jīng)遞質(zhì)釋放，從而引起ASD相關(guān)的行為表現(xiàn)。

3.2.2 ASD與腸－腦軸之間的關(guān)系：研究表明［52］腸道菌群可對宿主狀態(tài)做出反應，除腸道自身因素外，還可發(fā)出一系列化學信號對人體進行調(diào)節(jié)，即上述所提及的微生物－腸－腦軸調(diào)節(jié)，腸道與大腦之間存在雙向關(guān)系。Melanie等［53］研究小鼠的部分腸內(nèi)分泌細胞表達突觸相關(guān)黏附蛋白，可與迷走神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元形成突觸，并以色氨酸為神經(jīng)遞質(zhì)（色氨酸是5－HT合成的前體物質(zhì)，對5－HT合成和產(chǎn)生至關(guān)重要，腦中5－HT含量最多），將腸腔內(nèi)的營養(yǎng)等信息快速傳遞給大腦，該神經(jīng)上皮回路的突觸可將腸道環(huán)境與腦干相連。而ASD患兒色氨酸水平呈下降狀態(tài)，提示5－HT合成會減少，ASD患兒出現(xiàn)社交功能、刻板行為以及感覺異常的變化。腸道微生物對食物以及人體產(chǎn)物進行發(fā)酵和消化，釋放和分泌功能性神經(jīng)遞質(zhì)，人體腸道內(nèi)的乳桿菌、雙歧桿菌等利用谷氨酸鹽產(chǎn)生γ－氨基丁酸，γ－氨基丁酸通過血腦屏障進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)［54］，γ－氨基丁酸可以抑制動物的活動，減少能量的消耗，ASD患兒腸道內(nèi)乳桿菌、雙歧桿菌減少，會出現(xiàn)刻板行為、極度活躍高度－反應性的ASD行為樣改變。酪氨酸能夠消耗兒茶酚胺，ASD患兒體內(nèi)酪氨酸含量減少，也會出現(xiàn)極度活躍的變化。白色念珠菌在ASD患者胃腸道中計數(shù)增加，白色念珠菌可以在胃腸道釋放丙酸和氨，氨和丙酸之間的反應會產(chǎn)生β－丙氨酸，β－丙氨酸是一種抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，可通過血腦屏障誘發(fā)ASD行為［55］。

故腸道微生物的變化與ASD相關(guān)行為癥狀的發(fā)展有關(guān)，ASD兒童存在許多消化道癥狀，如常發(fā)生腹痛、脹氣、腹瀉、便秘或排便時疼痛，極其更突出的易怒、孤僻、刻板印象和多動等癥狀［56－57］，皆可由特定的腸道微生物改變導致相關(guān)代謝物質(zhì)的改變，影響腸道通透性，使相關(guān)代謝產(chǎn)物進入血液，通過腸－腦軸對中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

4 小 結(jié)

目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一些疑似與自閉癥密切相關(guān)的腸道菌群組成紊亂，表現(xiàn)為缺失應在正常人體內(nèi)存在的部分細菌，或者出現(xiàn)正常人體內(nèi)沒有的菌群，或者各種菌群的比例發(fā)生了明顯變化，有益菌減少，有害菌增加，這些變化經(jīng)過激素、神經(jīng)遞質(zhì)、免疫及代謝途徑，經(jīng)過腸腦軸系統(tǒng)復雜的運轉(zhuǎn)，最終導致大腦功能紊亂，故可推測自閉癥發(fā)生原因之一與微生物－腸－腦軸紊亂相關(guān)。

嬰幼兒3月到2歲之間，大腦新的突觸形成逐漸達到頂峰［58］，大腦體積到2歲時約增至成人大腦體積的90%。同時微生物群的組成在2～3歲左右穩(wěn)定。因此，建立健康的微生物菌落的關(guān)鍵窗口落入了大腦發(fā)育的相同關(guān)鍵時間窗口中［58］。在這個窗口期，發(fā)育中的大腦對許多外部和內(nèi)部環(huán)境因素敏感，若在此期對可能患有ASD的高危人群進行早期監(jiān)測及早期干預，則可為早期預防ASD提供診斷依據(jù)。

5 展 望

現(xiàn)基本已證實ASD的發(fā)生與微生物－腸－腦軸相關(guān)，若對可能患有ASD的高危人群進行腸道微生物監(jiān)測，同時在腸道菌群穩(wěn)定之前進行早期干預，使其腸道菌群恢復至正常生理狀態(tài)，那么腸道菌群的改變是否可做為預防ASD發(fā)生的新目標，達到降低ASD發(fā)病率的可能。但目前對可能患有ASD高危因素嬰幼兒的腸道微生物研究較少，需進一步研究。