维生素 D 与孤独症谱系障碍的关系

段小燕  综述    贾飞勇  姜慧轶  审校
(吉林大学第一医院二部儿科神经康复组，吉林 长春  130031)

[摘要]   孤独症谱系障碍(ASD)是一种复杂的与多个遗传和环境危险因素有关的神经发育障碍。过去 几年遗传和环境因素间相互作用已成为研究的热点。最近提出了维生素 D 缺乏可能是 ASD 的一个环境危险因素。 维生素 D 在维持大脑内稳态、促进胚胎和神经发育、免疫调节(包括大脑自身的免疫系统) 、抗氧化、抗凋亡、 影响神经分化及基因调控方面都有独特的作用。多项研究表明 ASD 患儿血清中维生素 D 浓度相比健康儿童存在 显著降低。因此，母孕期和儿童早期缺乏维生素 D 可能是引起 ASD 的环境危险因素之一。

[关键词]  孤独症谱系障碍；孤独症；维生素 D

Relationship between vitamin D and autism spectrum disorderDUAN Xiao-Yan, JIA Fei-Yong, JIANG Hui-Yi. Department of Pediatric Neurological Rehabilitation, First Hospital of Jilin University,  Changchun 130031, China (Email:876695347@qq.com)

Abstract: Autism spectrum disorder (ASD) is a complex neurodevelopmental disorder, with multiple genetic and environmental risk factors. The interplay between genetic and environmental factors has become the subject of intensified research in the last several years. Vitamin D deficiency has recently been proposed as a possible environmental risk factor for ASD. Vitamin D has a unique role in brain homeostasis, embryogenesis and neurodevelopment, immunological modulation (including the brain's immune system), antioxidation, antiapoptosis, neural differentiation and gene regulation. Children with ASD had significantly lower serum levels of 25-hydroxy vitamin D than healthy children. Therefore vitamin D deficiency during pregnancy and early childhood may be an environmental trigger for ASD.

Key words: Autism spectrum disorder; Autism; Vitamin D

维生素D(vitaminD,VitD)对人类特别是儿童健康具有重要意义，VitD缺乏性佝偻病是我国重点防治的四病之一。研究发现VitD缺乏性佝偻病除骨骼病变之外，同时可影响神经、肌肉、造血及免疫等组织器官的功能。孤独症(autism)是一种严重的广泛性发育障碍，尚无有效的治疗方法，预后较差，因此早期诊断及早期干预对于改善患儿的预后具有重要的意义[1-2]。孤独症、阿斯伯格综合征和未分类的广泛性发育障碍是一组以社交困难、语言障碍和行为异常为特征的神经发育障碍性疾病，因共同位于一个连续的疾病谱上，被称为孤独症谱系障碍(autismspectrumdisorders,ASD)[3]。1943年美国医生Kanner[4]报道了11例患者，并命名为“早期婴儿孤独症”(earlyinfantileautism)，从20世纪80年代开始关于孤独症的研究进入了全新阶段。人们开始抛弃所谓“父母抚养方式不当”的病因假说，从生物学领域探索孤独症的病因。之后，随着对孤独症研究的深入，逐步认识到孤独症是一种在一定遗传因素作用下，受多种环境因子刺激导致的广泛性中枢神经系统发育障碍性疾病。目前研究表明ASD是一种复杂的与多个遗传和环境危险因素有关的神经发育障碍[5]。有关孤独症的双生子研究、家系研究、细胞遗传学及分子遗传学研究等都表明遗传因素在孤独症的病因中起着重要作用[6]。迄今研究确定的可能增加孤独症风险的环境因素有9项，其中居民城市化、高纬度地区、高降雨地区和空气污染这四个因素都影响紫外线的辐射量而增加了VitD缺乏的风险[7-8]。这引起了有关学者对VitD缺乏与ASD可能有关的研究兴趣，现将该方面的研究进展综述如下。

1.Vit D的来源和代谢

Vit D是人体必需的营养素,人体自身不能合成,需要通过日光照射或食物摄入获得,而人体中50%以上的VitD是由皮肤产生的。Vit D本身无生物学活性，而是在户外紫外线(ultravioletB,UVB)(290~315nm)照射下，表皮的7-脱氢胆固醇的B环解离自发异构化,产生开环甾体类化合物前体分子维生素D3(vitaminD3,VitD3)。VitD3在肝脏进一步羟基化形成血清25-羟基维生素D3    (25-hydroxyvitaminD3,25-OH-VitD3),这是一个稳定的前体形式，经常被用来评估人类VitD状态[9-10]。该步羟基化需要大量的细胞色素P450酶催化进行，包括CYP2RA、CYP27A1、CYP2J2和CYP3A4等，其中CYP2RA被认为是主要的酶。25-OH-VitD3随后在细胞色素P450酶CYP27B1催化下转换为具有最高生物活性的1,25-二羟基维生素D3[1,25-hydroxyvitaminD3,1,25-(OH)2-VitD3]。1,25-(OH)2-VitD3的灭活则由另一种细胞色素P450酶CYP24A1调控。大脑神经元中存在着催化及灭活1,25-(OH)2-VitD3的CYP27B1、CYP24A1。胎儿的大脑神经元以及神经胶质细胞中也发现了CYP27B1[11]。

2.Vit D水平与ASD

Humble等[12]针对成人门诊的一系列精神障碍病人的血清VitD水平进行检测，发现孤独症或精神分裂症的患者相比其他人VitD水平明显降低，而且这项研究还证实了补充VitD治疗对其中一些病人的精神病学症状和抑郁有明显改善，这项研究的缺点是缺少详细记录及对照组。Meguid等[13]在严格选择对照组的条件下，甚至将实验组与对照组的出生季节及月份都考虑在内，对比发现作为实验组的埃及ASD患儿存在较低含量的血清25-OH-VitD3(28.5ng/mL)，1,25-(OH)2-VitD3    (27.1ng/mL)以及血钙值。Gallo等[14]研究发现孤独症患儿血清25-OH-VitD3相比健康儿童显著降低，其中40%为VitD缺乏(血清25-OH-VitD3水平<10ng/mL)，48%为VitD不足(血清25-OH-VitD3水平<30ng/mL)。研究并没有发现孤独症患儿和健康儿童每周接受太阳照射的时间


有明显的区别(P=0.49)[7]。此外,孤独症儿童的血清25-OH-VitD3与每周接受太阳照射的时间无显著相关性。尽管严重的孤独症患者与轻度至中度孤独症患儿相比血清25-OH-VitD3更低,但这种差别并没有统计学意义[7]。综上，ASD患儿相对健康儿童血清VitD含量降低，尽管这个结论有待更深入的研究与验证，ASD与VitD的相关性是肯定的。

研究表明,孤独症患儿VitD缺乏的可能因素有：(1)孤独症患儿多数存在食物摄入的高度选择性[15],孤独症患儿往往因为食物的外观、口感、材质而拒绝摄入多样化的食物，相较正常发育儿童明显摄入更少的钙及维生素，增加了孤独症患儿VitD缺乏的风险；(2)高纬度地区的黑色人种移民所生儿童孤独症患病率明显较高[16-17]，黑色人种需要大约5~10倍的光照时间才能产生和其他人种等量的VitD，当黑色人种迁移到高纬度地区时,紫外线的辐射量有限，影响了皮肤合成内源性VitD，大大增加了VitD不足的风险；(3)近30%的ASD患儿在儿童期或青春期会出现一种或更多种类型的癫癎发作，部分发作伴或不伴全身发作为其主要发作类型[18],且服用抗癫癎药物的母亲所生儿童的孤独症患病率增高[19]，抗癫癎药物是为数不多的几类会显著持续影响VitD代谢的药物之一,动物研究也证明了抗癫癎药物和血清25-OH-VitD3水平呈负相关性[19]。

3.Vit D缺乏对ASD患儿脑的稳态、免疫和发育的影响

VitD在维持大脑内稳态、促进胚胎和神经发育、免疫调节(包括大脑自身的免疫系统)、抗氧化、抗凋亡、影响神经分化及基因调控方面都有独特的作用[19]。母孕期和儿童早期缺乏VitD可能是引起ASD的环境危险因素之一[20]。

大量的研究支持Vit D在众多的细胞功能中的重要作用，特别是细胞分化、神经营养因子的表达、细胞因子的调节、神经递质合成、细胞内钙信号和抗氧化作用。在动物实验中已经证实VitD能够改善由于兴奋性毒性作用和脑部炎症引起的脑损伤，增加细胞水平的谷胱甘肽，参与神经元分化、结构形成和新陈代谢及基因和蛋白质的表达[21-23]。VitD参与DNA损伤修复过程,促进抗炎因子IL-10、IL-4和TGF-β1的产生，此外,Vit D能够刺激胶质细胞源性神经营养因子(glialcellline-derivedneurotrophicfactor,GDNF)的产生，参与消除自由基和螯合重金属的毒性。最近的回顾研究认为各种环境毒素(包括汞)有启动和加剧脑部炎症的作用，因此，VitD可以作为一种神经保护剂，在中枢神经系统发挥营养作用及上调VitD受体(vitaminDreceptor,VDR)水平，进而保护大脑皮层神经元、避免谷氨酸的兴奋性毒性[21]。

Vit D通过与VDR结合来发挥相应的生物作用。人体尸检研究表明大脑边缘系统、垂体、黑质、间脑、皮层和白质等都存在高浓度的VDR和合成1,25-(OH)2-VitD3必需的酶。在胎儿大脑发育的超早期阶段就存在高水平的VDR,且随胎龄增加而增多，也证明了Vit D对神经发育的作用。动物研究表明,早期Vit D缺乏将导致永久性大脑发育异常，如侧脑室增大，神经生长因子(nervegrowthfactor,NGF)表达减少，许多参与神经结构或神经传递的基因表达减少，例如：抑制DNA损伤诱导基因45α(growtharrestandDNAdamage45alpha,GADD45α)表达下调，导致细胞停滞于G2/M期；D型细胞周期蛋白与细胞周期蛋白依赖性激酶4(cyclin-dependentkinases4,CDK4)、CDK6活性激酶复合物、E型周期蛋白、CDK2、A型细胞周期蛋白、细胞周期蛋白依赖的激酶抑制物p21waft、p27kipl、P53、INK4以及调控其它细胞周期的CDK复合物合成减少等[24-25]。

母孕期缺乏Vit D可能是儿童自闭症的一个风险因素,可能会影响胎儿的脑部发育以及怀孕期间母亲免疫系统的状态[26-27]。VitD通过辅助性T细胞和CD4+CD25+调节性T细胞(regulatoryTcells,Tregs)发挥免疫调节作用[28]。Tregs在免疫耐受的过程中发挥重要作用[29]，Tregs通过抑制Th17细胞防止自身免疫的发生[30]。最近的一项研究报告表明，73.3%的ASD患儿Tregs水平低下[31]。一些孤独症患儿由于缺乏Tregs而产生大脑自身特殊抗体，而VitD缺乏可能是这一过程的危险因素。VitD不足已经被认为是多发性硬化和系统性红斑狼疮等自身免疫疾病的危险因素[32-35]。Mostafa等[36]发现，70%孤独症患儿被检测出血清抗髓磷脂相关糖蛋白自身抗体(anti-myelin-associatedglycoprotein,anti-MAG)水平升高，血清25-OH-VitD3水平与anti-MAG有显著的负相关性，提示一些孤独症患儿25-OH-VitD3缺乏可能是促进anti-MAG升高的一个因素；严重的孤独症患儿与轻度至中度孤独症患儿相比anti-MAG明显更高(P<0.001)。严重孤独症患儿的anti-MAG阳性率(90.6%)明显高于轻度至中度孤独症患儿(33.3%),提示anti-MAG的水平可能与孤独症的严重程度有关。Anti-MAG在大脑损伤的机制中可能发挥作用，而大脑损伤的程度可能决定了孤独症的临床严重程度[37].

4.Vit D对ASD儿童基因的调控

到目前为止，VitD已被证明能够与2700个基因结合、并调控超过200个基因的表达[38]。VitD可以修复DNA损伤和防止氧化应激，而氧化应激是引起DNA损伤的一个关键原因。孤独症患儿存在氧化应激增加的情况,VitD缺乏可导致DNA的高变异率和影响DNA损伤修复[39]。VDR主要通过影响基因转录而调控相应蛋白的合成。实验表明维生素D在参与以下三个环节中起重要作用：(1)树、突棘发育，细胞间相互作用和突触功能；(2)神经元迁移和增长；(3)兴奋和抑制性神经传递。VitD缺乏导致DNA的高变异率可影响这些大脑正常功能[40-41]。

当VitD的血清含量低于20ng/mL(50nmol/L)时，人体摄取或皮肤产生的VitD大部分是立即转向代谢需求即骨形成,而供给大脑、免疫系统、或基因调控这些高级功能的VitD则不足。充分发挥VitD促进肠道钙吸收这一生物学效应的血清VitD最低浓度是34ng/mL[42]；血清VitD浓度不低于38ng/mL时才能充分发挥其神经免疫功能[43]，专家建议血清VitD浓度应不低于40ng/mL[44]，同时有研究表明，光照充足地区人群的平均血清VitD含量为40~70ng/mL[45]。VitD的推荐摄入量在婴幼儿是每日給予400~800IU，治疗VitD缺乏的成人患者应根据VitD缺乏的严重程度每日给予2000~7000IU的VitD才足以维持血清VitD在40~70ng/mL的水平；而缺乏日光照射地区的VitD缺乏儿童则需要每日给予约67IU/kg才足以维持血清VitD50ng/mL的水平[45]。VitD的补充上限0~12个月是1000IU/d，1~16岁是4000IU/d。孤独症患儿应该补充较高剂量的VitD3及更长时间的日光照射[46]。

总之，VitD孤独症理论并不与孤独症遗传易感性理论相矛盾。VitD缺乏在儿童乃至成人较为普遍，然而VitD缺乏合并孤独症的患儿只占一小部分，若没有孤独症遗传倾向,孕产妇或儿童早期严重VitD缺乏可能仅引起骨骼异常,却没有证据表明会引起孤独症，孤独症患儿VitD缺乏的高发病率提示孕产妇和儿童早期缺乏VitD可能诱导孤独症遗传基因的表达。因此，可以认为VitD缺乏是引起儿童孤独症发生的一个环境危险因素，这需要更深入的研究与临床验证。对孤独症患儿可以进行常规VitD缺乏的筛查，加强饮食监管，强调VitD补充及较长时间日光照射的重要性。如果VitD与孤独症的关系被进一步确定，将会为孤独症的预防与治疗开辟一条简单、廉价、安全的新路径。

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