肠道微生物对自闭症作用的研究进展

高 婧，张 芸△

（西北民族大学医学院 ，甘肃 兰州 730030）

摘 要：自闭症(autism 或 autistic disorder，AD)又称孤独症，是一种神经发育障碍的疾病。 近年来自闭症的发病率急剧上升，主要与无有效的治疗方法和病因鉴别困难有关。 大多数自闭症患者均伴有肠道异常的症状，如：腹泻、便秘、胀气、食道反流等。 肠道微生物可通过代谢产物、免疫、神经内分泌以及迷走神经等途径影响自闭症。 采用益生菌、益生元，微生物移植等方法治疗自闭症，已被证实有可能成为取代昂贵的外科手术和药物的有效治疗方法，并将为治疗自闭症打开新的视野。

关键词：自闭症；肠道微生物；菌-肠-脑轴

中图分类号：R395.4

自闭症(autism 或 autistic disorder，AD)是一种具有一定生物基础的发育障碍性疾病, 与阿斯伯格综合征(Asperger syndrome)、儿童期分裂障碍(childhooddisintegrative disorder) 和非特异的广泛性发育障碍(pervasive developmental disorder not otherwise speci-fied, PDD -NOS) 等 一 起 合 称 为 自 闭 症 谱 系 障 碍(autism spectrum disorders,ASD)[1]，其核心症状表现为社会交往和沟通障碍、兴趣范围狭窄及坚持常规和抵制变革等 ASD 样行为[2]。 AD 通常在婴儿早期表现出来，但至少有三分之一的患者发病延迟至 18-24个月[3]。来自不同国家的统计资料表明,AD 在总人口的患病比例可达 2%甚至更高[1]。 目前,在中国，AD患病率约为 1%,其中，0 岁～14 岁的儿童患者达 200余万[4]。 该病给患者及家庭带来毁灭性的灾难，也给社会造成了巨大的经济负担。自闭症由环境、生物和遗传等因素共同作用引起,目前的治疗措施主要围绕行为干预和药物干预[5]，但治疗效果均不理想。 据统计,约有 50%～70%的自闭症患者采用生物相关疗法,如：抗生素、抗真菌、抗病毒药物等，但大多缺乏安全性和有效性的评估[6]。另外，目前还没有针对自闭症的特效药，现用的药物并非针对自闭症的核心症状，有效性较低且都具有一定的副作用[7]。 随着对人体微生物和自闭症关系研究的发展,与之相对应的干预或治疗方法, 如益生菌、益生元，粪菌移植及食物干预等逐步显示出其独特的安全性、有效性和广泛的应用前景[8]。本文就针对肠道微生物与自闭症的关系，肠道微生物对自闭症的作用方式及通过肠道微生物治疗自闭症的效果三方面进行阐述。 以期为广大科研人员、医疗工作者和相关人员提供参考。

1 自闭症与肠道微生物的相关性

1.1 肠道微生物与自闭症的关系

肠道微生物是人体最庞大、最复杂的微生态系统。 肠道微生物通过分泌各种酶类, 合成某些维生素和生物活性物质帮助人体消化、 吸收营养物质、影响人体代谢、控制体重、塑造人体免疫系统以及帮助抵御病原微生物的侵入等[9]。一个成年人肠道内定植的菌群估计超过 10000种[10],其中厚壁菌门和拟杆菌门是人类肠道菌群中占有数量优势的两个主要的菌门, 其次数量较多的还包括变形菌门、放线菌门、梭杆菌门和疣微菌门[11]。肠道微生物中的孢子梭菌可以调节胃肠道中的 5-羟色胺（5-HT）代谢[12]。 研究表明，自闭症儿童粪便菌群与对照儿童比较， 总共发现了 25 种不同的梭菌物种。 在自闭症儿童的粪便中发现梭菌的数量比在对照儿童的粪便中更多，且自闭症患者中发现有9 种独有的梭菌， 而对照组仅有 3 种梭菌未在自闭症儿童中发现[13]。 另外，该研究还发现在胃和十二指肠标本中，自闭症儿童含有大量特有的非孢子厌氧菌和微需氧菌[13]。 此外，自闭症儿童还常伴随肠道异常症状，如：腹泻、便秘、胀气、食道反流等。 一些自闭症儿童口服万古霉素(vancomycin)和甲硝咗(metron-idazole) 这两种广泛用于厌氧菌感染的抗生素后 ，肠道症状都有一定的改善［14］。综上，肠道细菌可以协调一系列胃肠功能，因此可能会经过菌-肠-脑轴信号的传导影响 AD 的症状。

2 肠道微生物通过菌 - 肠 - 脑轴影响

自闭症胃肠粘膜道含有数百万个神经元，构成肠道神经系统并调节胃肠功能，因此，肠道被认为是人体“第二脑”[15]。 肠道微生物可通过血液系统、内分泌系统和神经系统影响大脑和行为, 它们之间相互影响构成了微生物-肠道-大脑轴 (microbiome-gut-brainaxis,也称菌-肠-轴)[16]。 Rhee 等[17]研究证明因在肠道和大脑之间受到的刺激而产生腔内肠道刺激，经神经系统传递到大脑，强烈调节大脑活动，包括疼痛感知，免疫反应调节，情绪控制和许多其他稳态功能。 相反，中枢神经系统也能够改变微生物群的组成和肠道通透性的平衡，通过调节下丘脑-垂体-肾上腺 （the hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA）轴的运动和分泌，经自主神经和神经内分泌系统影响肠道微生物群[17]。

2.1 肠道微生物的代谢产物

肠道微生物群介导的代谢产物，如短链脂肪酸（short chain fatty acid,SCFA）、酚类化合物和游离氨基酸（FAA），通过迷走神经通路影响 ASD 样行为[18]。比如：Wang 等的一项研究中检测到自闭症患儿的排泄物较对照组含有较高浓度的 SCFAs[19]。 SCFA，包括乙酸（AA）、丙酸（PPA）、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸，是肠道细菌发酵碳水化合物后所残余的且不易消化的主要产物[20]，但对宿主可产生一系列有益作用，包括稳定血糖水平，减轻体重和降低结肠癌的风险等[21]。 以丙酸(propionic acid, PPA)为 例，PPA 是一种由肠道微生物代谢产生的 SCFA， 主要由梭菌、拟杆菌和脱硫弧菌代谢产生，可以穿过血脑屏障并诱导类似 ASD 的行为[22]。Thomas 等人实验证明：分别给小鼠脑室内和大鼠心室内注射高剂量的 PPA，小鼠出现自闭症的症状，而大鼠则会出现活动过度、重复行为和异常运动的现象，类似 ASD患者的行为[23]。 还有研究认为，PPA 可能通过改变一些神经递质，如多巴胺和血清素，导致大鼠社交障碍的行为[24]。

2.2 免疫系统途径

肠道微生物也可以通过免疫学途径作用于大脑与肠道。 许多研究表明，致病微生物产生的毒素免疫应答和局灶性炎症反应， 会增加肠道的通透性，使 AD 个体血浆中的促炎细胞因子如 IL-1b，IL-6，IL-8 和 IL-12p40 增加[25]，从而激活迷走神经系统调节大脑活动。另外，因怀孕导致的免疫机能改变引起自闭症的情况也很多。 有研究发现，孕妇体内的抗胎脑自身抗体（母亲产生针对胎儿脑蛋白的特异性自身抗体）对新生儿 AD 的形成起关键作用［26］。 孕妇自身的免疫疾病如携带 anti-β2GP1 Ig G 抗体的抗磷脂综合症 (APLS) 和携带抗甲状腺过氧化酶的甲状腺疾病(TPO)， 子痫前期携带免疫球蛋白抗体以及糖尿病(PGDM 与 GDM)都是影响胎儿神经系统发育的因素［27］。

2.3 神经活性化合物途径

微生物与大脑沟通的途径也可能涉及神经递质。 

肠道微生物群可产生多种神经活性化合物，如多 巴 胺 （DA），5-HT，Υ-氨 基 丁 酸 （Υ-GABA）和 组胺， 它们被激活后可通过迷走神经抑制中枢神经元。 5-HT 是在肠和脑中合成的，对于情绪和认知有重要的的调节， 是第一个 ASD 生物标志物，ASD 患者中的含量约为 30％[28]。 实验研究，将 5-HT 转运蛋白（SERT）Ala56 注入小鼠，其表现出高血清素血症，如：不规范的交流和重复行为[29]。

3 通过肠道微生物治疗自闭症的效果

目前，针对 AD 不同的影响因素,已有多种干预方法,主要包括生物和非生物疗法。 具体来说，生物疗法包括: 抗生素、药物和饮食等,虽然这些疗法都有患者在使用, 但多数疗法并不能有效改善自闭症核心症状,且缺乏有效性、安全性，仍需更多系统性的研究和评估[30]。 正因为肠道微生物与 AD 患者胃肠道症状之间的确切联系与报道，所以调节肠道微生物也是一种潜在的治疗方法。 目前，用益生菌，益生元，粪便微生物群移植（FMT）等方法也在逐渐引起了人们的关注。

3.1 益生菌和益生元

许多研究表明，益生菌，如乳酸球菌，乳 酸杆菌，双歧杆菌和酵母菌，可以预防和治疗某些动物模型和人类疾病，如肥胖症，抑郁症，结肠直肠癌和克罗恩氏病[31]。 近些年，利用益生菌治疗自闭症儿童的胃肠道症状也备受关注。 如一项来自斯洛伐克的研究表明, 给自闭症儿童服用含有 3 种乳酸杆菌,2种双歧杆菌和 1 种链球菌的益生菌产品每天 3 次，为期 4 个月后, 自闭症儿童肠道中厚壁菌门显著减少,拟杆菌/厚壁菌的比例得以恢复,双歧杆菌和脱硫弧菌属显著减少, 而乳酸杆菌属细菌的相对数量显著升高[32]，胃肠道症状得到明显缓解。慢性疲劳综合征是一种以“焦虑、抑郁、疲劳、周身乏力”为核心症状的全身性综合征。 一个临床研究显示，慢性疲劳综合征患者每日接受干酪乳杆菌菌株 Shirota 菌落持续 2 个月，乳杆菌和双歧杆菌的数量显著增加并且焦虑症状明显减轻[33]。另一项研究显示， 在 ASD 的啮齿动物模型中，Hsiao 等人通过 使用脆弱拟 杆菌减少 了肠道渗透性，改变肠道微生物群的组成，最终小鼠 ASD 样行为减少 [34]。 益生菌/益生元可使肠道微生物群标准化，增强动物模型或 ASD 患者肠道屏障并缓解 ASD样行为。 然而，对于益生菌或益生元是否在人类体内有积极作用目前还存在争议，对此，未来仍需要进行大量的临床研究数据以提供确切依据。

3.2 粪便微生物移植（FMT）

粪便微生物移植（fecal microbiota transplan-tation,FMT）： 是指将来自健康个体的粪便微生物群向患有肠道微生物群异常的患者递送的一种治疗手段[35]。有研究表示，FMT 可以使 ASD 患者的肠道微生物群正常化，并改善其便秘症状（100％）[36]。另外，有报道称 FMT 改善了克罗恩病患者的性功能：这一发现可能加强肠道微生物群和抑郁/情绪之间的联系[37]。但是，因 FMT 仍存在大量不良反应，如腹泻，腹部绞痛，以及短暂的低烧等。 因此，对其临床治疗的安全性仍需谨慎考虑。

3.3 微生物转移疗法（MTT）

微生物转移疗法（Microbiota Transfer Thera-py，MTT）是一种改进的 FMT，这种方法先是经过对患者 14 天的抗生素治疗， 然后进行肠道清洁并给于高初始剂量的给药———标准化的人类肠道微生物群（SHGM）持续 7-8 周。 一项临床试验显示，MTT不仅有所改善胃肠道症状（如便秘，腹泻，消化不良和腹泻、腹痛）和 ASD 相关症状并使 ASD 患者的微生物群正常化[38]。

3.4 其他潜在疗法

（例如饮食）食物摄入会影响肠道微生物群的组成[39]，但 AD儿童会因食物颜色、餐具等各种原因拒绝一些食物，其蛋白质、钾、铜、叶酸和钙的每天摄入量显著降低[40]。生酮饮食是一种高脂肪食物和低碳水化合物饮食，研究发现，经常食用生酮饮食会引起人体肠道微生物减少，社交行为增加，重复的行为下降，并能有效改善 ASD 动物模型的社交沟通障碍[41]。无麸质和/或无酪蛋白GF/CF）饮食也可改善 ASD 样行为，生理症状和社会行为[42]。

4 展望

自闭症已成为世界范围内的神经发育障碍性难题之一，且对自闭症患者的治疗和护理需要耗费大量资金， 这已对家庭和社会造成巨大的经济负担。目前因对其发病机制及确切病因尚不清楚，因此临床治疗效果仍不很理想。肠道微生物作为人体最复杂、 最庞大的微生态系统，与 ASD 有着密切的关系。 通过益生菌、益生元，改善饮食，微生物组移植都可以取代昂贵的外科手术或药物治疗治疗自闭症。 研究肠道微生物与自闭症的作用是一个充满前景的课题，但由于肠道微生物在体外很难培养，另外还有粘附于肠系膜上的肠道微生物均难以在体外观察到，因此加大了确定肠道微生物与自闭症有关的成分的难度，这也是未来需要进一步探索、克服的难题。

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