孤獨(dú)癥譜系障礙與氧化應(yīng)激標(biāo)志物的相關(guān)性研究進(jìn)展

張彤 劉雅楠 曹憲振 劉效伊 趙國強(qiáng) 魏鳳香，2★

孤獨(dú)癥譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）是一種高度異質(zhì)的神經(jīng)發(fā)育疾病，其特征是社交障礙、語言交流障礙、興趣或活動(dòng)范圍狹窄以及重復(fù)行為［1］，這些核心癥狀通?？稍趦和? 歲時(shí)發(fā)現(xiàn)和診斷。ASD 好發(fā)于男性，逐年呈顯著上升趨勢［2］。越來越多的研究表明，氧化應(yīng)激（Oxidative Stress，OS）在孤獨(dú)癥譜系障礙的病理過程發(fā)揮著重要作用［3］，現(xiàn)就OS 病理狀況以及潛在生物標(biāo)志物在ASD 的發(fā)生發(fā)展之間的關(guān)系作一綜述。

1 氧化應(yīng)激

OS 是由于活性物質(zhì)（active substrate，RS）的異常增加以及抗氧化劑對(duì)自由基的防御能力減少的一種病理狀況［4］。機(jī)體內(nèi)存在過量的RS 通常會(huì)損害核酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等必需的細(xì)胞成分，導(dǎo)致氨基酸側(cè)鏈氧化、形成蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)交聯(lián)及蛋白質(zhì)骨架氧化造成蛋白質(zhì)片段化。

OS 在不同的機(jī)制和水平上對(duì)機(jī)體會(huì)產(chǎn)生不利影響，其定義是氧化劑和抗氧化防御網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間的不平衡［5］。近年研究發(fā)現(xiàn)，OS、炎癥和功能障礙之間存在密切關(guān)系，當(dāng)胞內(nèi)活性氧（reactive oxygen species，ROS）升高和清除自由基的內(nèi)源性抗氧化防護(hù)系統(tǒng)能力降低時(shí)，機(jī)體內(nèi)環(huán)境失衡發(fā)生OS，進(jìn)而促進(jìn)血管內(nèi)皮損傷和分泌促炎分子導(dǎo)致神經(jīng)炎癥［6］，影響人機(jī)體免疫功能、新陳代謝及內(nèi)分泌發(fā)生功能紊亂。目前，OS 存在于廣泛的精神疾病中，如ASD、精神分裂癥、雙相情感障礙、嚴(yán)重抑郁癥及抗精神病引起的遲鈍性肌營養(yǎng)不良癥等［7］。

2 氧化應(yīng)激與ASD 的關(guān)系

目前已發(fā)現(xiàn)遺傳因素與內(nèi)外環(huán)境有毒物質(zhì)二者交互作用對(duì)人體的損害與OS 亢進(jìn)機(jī)制相關(guān)，抗氧化能力和OS 誘導(dǎo)自由基之間的平衡是ASD 病理生理發(fā)展過程中的關(guān)鍵［8］。圖1 為氧化應(yīng)激參與孤獨(dú)癥譜系障礙潛在的發(fā)病機(jī)制。若機(jī)體氧化負(fù)擔(dān)加重易產(chǎn)生大量的自由基，對(duì)神經(jīng)元產(chǎn)生毒性作用，導(dǎo)致抗氧化劑水平下降，氧化劑與抗氧化劑比例失衡［9］。

圖1 氧化應(yīng)激參與孤獨(dú)癥譜系障礙潛在的發(fā)病機(jī)制Fig. 1 Oxidative stress is involved in the potential pathogenesis of autism spectrum disorders

ROS 具有高度活性，可誘導(dǎo)碳水化合物、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA 的氧化修飾，不利于維持細(xì)胞完整性和功能性［10］，有氧細(xì)胞會(huì)形成抗氧化防御來對(duì)抗ROS 的產(chǎn)生和有害影響，一些抗氧化機(jī)制的成員共同調(diào)節(jié)氧化還原狀態(tài)，如超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GPX）/谷胱甘肽還原酶（glutathione reductase，GSR）以及谷胱甘肽（glutathione，GSH）、維生素A 和E 等生物活性物質(zhì)。ASD 患者ROS 產(chǎn)生過多、抗氧化能力降低以及出現(xiàn)線粒體功能障礙等生理功能異常極易引起OS［11］，在細(xì)胞結(jié)構(gòu)中發(fā)生氧化損傷可能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡和壞死等功能惡化［12-14］，進(jìn)而可引起表觀遺傳失調(diào)、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、炎癥反應(yīng)、神經(jīng)功能紊亂、腦損傷［15］。目前可使用酶聯(lián)免疫吸附實(shí)驗(yàn)、質(zhì)譜等特定方法檢測OS 生物標(biāo)志物。因此，早期評(píng)估和治療抗氧化狀態(tài)可能在誘導(dǎo)不可逆的腦損傷之前減少大腦中的OS，且明確潛在生物標(biāo)志物可用于ASD 早期診斷、評(píng)估以及為藥物或營養(yǎng)治療提供信息和靶向治療，并具有更好的預(yù)后效果。

3 ASD 中潛在的OS 生物標(biāo)志物

ASD 與OS 水平增加和抗氧化能力降低有關(guān)，其抗氧化防御機(jī)制受損可導(dǎo)致細(xì)胞膜損傷、膜流動(dòng)性和通透性改變以及蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA 的氧化改變［11］。研究表明，ASD 患兒與健康兒童相比MDA、總血漿過氧化物酶、總抗氧化能力活性及鉛等重金屬發(fā)生改變［9］?？傊珹SD 患者的OS 增加，檢測其生物標(biāo)志物可能有助于發(fā)現(xiàn)ASD 在發(fā)病機(jī)制和臨床癥狀方面的早期預(yù)防和診治。

表1 為ASD 中OS 標(biāo)志物的研究趨勢，通過結(jié)合MeSH 術(shù)語和關(guān)鍵詞檢索自建庫以來由PubMed數(shù)據(jù)庫收錄的原始文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，近期ASD 與OS發(fā)生發(fā)展的研究呈現(xiàn)上升的趨勢，其中患者營養(yǎng)素水平備受重視。SOD、CAT、8-羥基脫氧鳥苷（8-hydroxy-2-deoxyguanosine，8-OHdG）、MDA 等生物標(biāo)志物作為內(nèi)源性及外源性因素來評(píng)估機(jī)體內(nèi)氧化損傷的程度對(duì)研究ASD 疾病與OS 之間的關(guān)系以及評(píng)價(jià)抗氧化劑治療氧化損傷的效果具有重要意義。

表1 孤獨(dú)癥譜系障礙中氧化應(yīng)激標(biāo)志物的研究趨勢Table 1 Trends of oxidative stress markers in autism spectrum disorders

3.1 內(nèi)源性抗氧化劑

3.1.1 抗氧化酶SOD、CAT

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）廣泛存在于動(dòng)物、植物、微生物和培養(yǎng)細(xì)胞中［16］，SOD 催化超氧化物陰離子發(fā)生岐化作用，生成H2O2和O2，其不僅是超氧化物陰離子清除酶，也是H2O2主要生成酶，在生物抗氧化系統(tǒng)中具有重要作用［17］。ASD 患者與健康對(duì)照組相比，血漿中SOD1 濃度更高，更易受到OS 的影響，并在男性患者中更加具有顯著意義［18］。CAT 是最主要的H2O2清除酶，在活性氧清除系統(tǒng)中發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，ASD 患兒與健康兒童相比，其SOD 活性減弱、CAT 活性增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致ASD 患者血漿中SOD/CAT 比值明顯降低，碳基含量明顯升高。在對(duì)照組中，SOD 和CAT 活性之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性［19］。因此，在ROS 過度產(chǎn)生、大分子氧化損傷、慢性/持續(xù)炎癥中會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)元細(xì)胞功能異?；蛏窠?jīng)元死亡，極有可能是SOD/CAT 失衡在ASD 的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。

3.1.2 抗氧化酶GPX

GPX 是一種重要的抗氧化酶，具有清除和滅活過氧化氫和脂質(zhì)的功能，保護(hù)機(jī)體免受OS 的影響［20］。谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase 1，GPX1）是一種硒依賴蛋白，是GPX 的主要和最豐富的同工酶。GPX1 位于細(xì)胞質(zhì)中，存在于大多數(shù)實(shí)質(zhì)器官和外周血細(xì)胞，通過催化減少潛在有害的過氧化物，從而有助于減少OS 來維持健康，在細(xì)胞抗氧化防御機(jī)制中發(fā)揮不可或缺的作用。在ASD 的研究中，GPX 活性降低且GPX1 中ALA6 等位基因可能對(duì)該疾病具有保護(hù)作用［21］。

3.1.3 非酶抗氧化劑GSH

谷胱甘肽氧化還原信號(hào)在ASD 患者中發(fā)揮著重要作用［15］，在顳葉和小腦中發(fā)現(xiàn)GSH 水平降低、GSH 及氧化性谷胱甘肽（Oxidative glutathione，GSSG）氧化還原比降低等大腦特異性變化引起OS 時(shí)，GSSG 是ASD 神經(jīng)炎癥的重要因素［22］。ASD 患兒血液中GSSG 高于正常兒童，而還原谷胱甘肽、總谷胱甘肽、GSH/ GSSG、總GSH/GSSG比值是降低的［23］。因此，谷胱甘肽通過改善抗OS系統(tǒng)及參與神經(jīng)炎癥的神經(jīng)保護(hù)來減少OS，這極有可能是自閉癥的潛在治療方法。

3.2 外源性抗氧化劑

3.2.1 維生素

維生素和營養(yǎng)素對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)維持正常功能是極其重要的。維生素D 是一種神經(jīng)類固醇激素，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育中發(fā)揮著重要作用［24］，ASD患兒血液維生素B9、維生素D、維生素B12 以及維生素E 濃度相對(duì)于健康對(duì)照兒童呈現(xiàn)下降的趨勢，在前瞻性研究的薈萃分析表明，孕產(chǎn)婦或新生兒維生素D 減少的兒童患ASD 的可能性高出54%［25］。因此，為ASD 兒童制定詳細(xì)的營養(yǎng)評(píng)估，并提供及時(shí)和密集的干預(yù)措施是十分必要的。

3.2.2 微量元素

對(duì)于具有ASD 特征的兒童，在整個(gè)童年時(shí)期篩查營養(yǎng)攝入值是十分重要的。研究表明，Ca 水平與ASD 的核心癥狀呈負(fù)相關(guān)，而Ca、Fe 和Zn 與ASD 兒童的格塞爾發(fā)展量表評(píng)分呈正相關(guān)［26-27］。微量元素Se 可以通過調(diào)節(jié)神經(jīng)遞質(zhì)水平，減少OS，緩解神經(jīng)炎癥和挽救神經(jīng)細(xì)胞損傷，在小鼠的海馬體中起保護(hù)作用，不僅降低了ROS 和MDA 含量，還顯著提高了SOD 活性、CAT 活性［28］。因此，補(bǔ)充Ca、Se 等微量元素可以減弱孤獨(dú)癥樣行為，并改善ASD 疾病模型中的OS、炎癥反應(yīng)和相關(guān)基因表達(dá)。

3.3 其他生化指標(biāo)8-OHdG、MDA、T-AOC

機(jī)體的氧化損傷是廣泛存在的，主要表現(xiàn)為生物大分子（如DNA、蛋白質(zhì)、脂類等）結(jié)構(gòu)和功能的損傷，并可能導(dǎo)致基因突變、細(xì)胞癌變及個(gè)體衰老等現(xiàn)象。8-OHdG 由大量ROS 攻擊DNA 的鳥嘌呤堿基第8 位碳原子進(jìn)行氧化反應(yīng)產(chǎn)生，并能在體內(nèi)穩(wěn)定存在，被認(rèn)為是DNA 氧化損傷中最常用的生物標(biāo)志物［29］?，F(xiàn)可通過高靈敏度、高選擇性的檢測手段檢測8-OHdG，評(píng)估體內(nèi)氧化損傷和修復(fù)的程度，OS 與DNA 損傷的相互關(guān)系對(duì)研究神經(jīng)退行性疾病、衰老機(jī)制、癌癥發(fā)生機(jī)制、環(huán)境毒物與OS 的關(guān)系等均有重要的意義。

MDA 是常用的膜脂過氧化指標(biāo)，其含量是反映機(jī)體抗氧化潛在能力的重要參數(shù)，可表達(dá)機(jī)體脂質(zhì)過氧化速率和強(qiáng)度以及間接反映組織過氧化損傷程度?？偪寡趸芰Γ╰otal antioxidant capacity，T-AOC）代表機(jī)體抗氧化防御體系的整體狀態(tài)，能更好地反映機(jī)體抗氧化狀態(tài)［30］。與正常兒童相比，ASD 的T-AOC 水平顯著降低，而MDA 水平較高，可能影響氧化劑/抗氧化劑比率失衡導(dǎo)致神經(jīng)元轉(zhuǎn)導(dǎo)異常，從而導(dǎo)致ASD 特征的認(rèn)知和言語功能異常［9］。因此，研究并檢測OS 生物標(biāo)志物為臨床進(jìn)一步研究孤獨(dú)癥譜系障礙具有重要意義，可能為今后該病的診療提供新的思路。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，OS 和抗氧化防御系統(tǒng)在ASD 的病理過程發(fā)揮著重要作用，機(jī)體內(nèi)ROS 升高和清除自由基的內(nèi)源性抗氧化防護(hù)系統(tǒng)能力降低可導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境失衡發(fā)生OS 進(jìn)而促進(jìn)血管內(nèi)皮損傷和促炎分子分泌造成神經(jīng)功能紊亂及炎癥反應(yīng)。SOD、CAT、谷胱甘肽相關(guān)的生物代謝指標(biāo)（GSH、GSSG、GPX）可作為ASD 患者OS 重要標(biāo)志物，可能與ASD 危險(xiǎn)因素和發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，有利于為該病早期預(yù)防與診治提供依據(jù)。