儿童孤独症谱系障碍发病机制的研究进展

占红, 白淑霞, 王金堂

【摘要】 孤独症谱系障碍(ASD)是一类神经发育障碍性疾病,以兴趣或活动范围狭窄、社交沟通障碍及重复刻板行为为主要临床特征。目前,国内外 ASD患病率均呈逐年增长的趋势,关于ASD发病的高危因素是国内外研究的热点,关于其发病机制亦是当下研究的难点,本文从基因分子水平、细胞组织水平、机体水平三大方面对 ASD高危险因素的发病机制作一综述,以期能为更好的认知和早期干预 ASD提供参考。

【关键词】 孤独症谱系障碍; 高危因素; 发病机制

【中图分类号】 R748 【文献标识码】 A【文章编号】 16743865(2021)02011205

作者单位:442000湖北十堰,湖北医药学院附属人民医院儿童康复科

作者简介:占红(1990－),女,医师。研究方向:小儿孤独症的诊治

通讯作者:王金堂

前言

孤独症谱系障碍 (autism spectrum disorders, ASD)是一类神经发育性障碍疾病,主要临床特征包括兴趣或活动范围狭窄、社交沟通障碍及重复刻板行为。3岁前多发,男孩多见[1],患病率为女孩的2~4倍,但其症状严重程度却较女孩轻,智力发育也相对好[2]。近年来,随着医疗及经济水平的提高,该疾病逐渐被人们重视、被医学开始深入研究,其发病率也逐年增长。国内一项仅统计残疾机构注册人数的报道显示,我国2006~ 2015年≤ 6岁儿童ASD的患病率为 0.315％,大约有 100多万 ASD患儿[3]。随着 ASD的发病率逐年增长,其发病高危因素已成为国内外研究的热点问题。其病因复杂,包括产前、产时及产后多方面的危险因素[4],多数学者认为ASD是由诸多遗传和环境因素相互作用所致[5-6],虽然其发病机制目前尚不完全清楚,但已有诸多探索性研究报道,本文就 ASD高危险因素的发病机制作一综述。

1基因分子水平

1.1基因万表方达数下据调Surén等[7]研究发现孕期孕妇

血中叶酸水平不足会增加后代患 ASD的风险,这可能与 ASD患儿甲硫氨酸合成酶还原酶基因的表达下调有关,叶酸-甲硫氨酸途径参与 DNA 合成、甲基化以及细胞内氧化还原等反应,此途径功能异常可导致包括 ASD在内的神经发育障碍性疾病[8]。孕期维持正常叶酸水平不仅可预防 ASD的发生,还可提高小儿出生后的认知和运动功能,但叶酸补充不易过量。

1.2基因突变 研究发现,ASD 可能与某些表达免疫系统成分的基因相关。例如间质表皮转化因子

(mesenchymaltoepithelialtransitionfactor,MET)基因突变可引起ASD患儿颞叶中MET 信号转导下降[9],有报道对ASD 患者尸检发现了其颞叶中 MET表达下调,表明ASD 表型可能与MET 基因突变有关[10]。另外,编码白细胞介素-1细胞因子受体家族成员的部分相关基因突变也可能与ASD发生相关。近期还有研究表明,ASD患者的外显子中编码白细胞介素-1β诱导受体白细胞介素-1受体类型 2的 基 因 中 出 现 了 同 义 突 变 单 核 苷 酸 多 态性[11-12],该突变会影响mRNA 的剪接、稳定性及结构,从而影响蛋白的折叠[13],引起相应免疫功能异常,导致 ASD患者出现相应表型。

1.3表观遗传学表观遗传是指机体的性状在DNA 序列没有产生变异的情况下发生了可遗传的改变。表观遗传学说明机体的性状表达变异可发生在基因的复制、转录之外,包括外界环境因素[14], DNA 甲基化和组蛋白修饰是常见的表观遗传形式。Nguyen等[15]从在表观遗传学的角度研究发现,基因 BCL-2和类维生素A 相关的孤儿受体α基因与双胞胎 ASD相关。生殖细胞DNA 特定CpG 位点的甲基化程度会随年龄的增长而相应降低,从而增加子代携带致ASD 等有害突变基因的概率,因此 30岁以上的孕母子代罹患ASD 的风险会相对增加[16],而父方生殖细胞基因突变的概率远高于女方,因此相对而言父方的育龄是子代罹患 ASD风险的主要因素[17]。有进一步研究发现,当父亲体质量指数由＞25增加为＞ 30时,其后代患ASD的风险由 47％显著增加为 73％,其机制是肥胖改变了父方体内的表观遗传学信息,影响了胎儿神经系统发育相关基因的表达[18]。在组蛋白修饰方面,有研究发现核糖体 S6激酶在蛋白质翻译等表达过程中起重要作用,可改变神经元树突的形态,其缺少可导致ASD 患 者 出 现 不 适 当 的 社 会 行 为[19]。 还 有 Cheslack-Postava等[20]从转录组学系统水平分析发现,ASD患者大脑区域性的基因表达存在异常转录和剪接失调,并存在神经突触功能异常。

2细胞组织水平

2.1下丘脑-垂体-肾上腺素轴赵夏薇等[21]认为, 孕妇孕期负面情绪是ASD 形成的危险因素,大约 43.96％的 ASD患儿母亲在孕期存在长期情绪紧张或抑郁,而负面情绪产生的心理应激反应可引起下丘脑分泌促肾上腺皮质激素释放激素;此外,孕期子宫内外炎症反应等不良刺激因素,也能使胎盘自身产生大量促肾上腺皮质激素释放激素入血。孕妇血 清促肾上腺皮质激素释放激素增加可通过下丘脑- 垂体-肾上腺素轴引起体内肾上腺素等激素水平升高[22],引起胎盘血管收缩,降低胎儿脑部血供;或直接通过胎盘影响胎儿体内激素水平,从而干扰胎儿正常生长发育。此发病机制尚属于理论推测,尚无相关动物或临床试验予以证实。

2.2缺血缺氧 有研究发现,子痫前期、妊娠高血压[5]及妊娠期阴道流血等疾病,可使母体胎盘滋养层细胞异常分化,引起血管损伤,导致子宫胎盘血流灌注低下。因妊万娠方期数据糖尿病孕妇的血糖调节能力下降,胎儿长期处于高血糖水平,形成的慢性高胰岛素血症导 致胎儿耗氧量和代谢均增加,从而影响胎儿的神经系统发育,产生相应的 ASD症状;此外新生儿缺氧、窒息等因素,也可通过缺血缺氧机制引起 ASD相应症状。

2.3免疫功能异常

2.3.1孕母免疫功能异常目前较多报道提出异常的免疫系统调节参与了ASD 病理生理反应[23],母-胎间的免疫失衡会干扰胎儿神经系统发育。有小样本前瞻性临床病例对照研究发现[24],孕中期孕母血样检测提示患ASD胎儿期外周血循环中炎性细胞因子水平高于对照组,以白细胞介素-4、白细胞介素-5、γ干扰素为著。不仅炎症相关指标升高,有报道称在 ASD患儿母体内发现了抗脑蛋白自身抗体[25],且母体 IgG针对胎儿脑组织产生的反应蛋白与孤独症诊断呈显著正相关(P＜ 0.05)[26],提示母体免疫功能失调是ASD的危险因素。Zerbo等[27]研究认为孕母孕期发热是子代患 ASD的危险因素,因为感染产生的炎症反应可激活机体的免疫应答, 如高水平的细胞因子γ干扰素可直接通过胎盘或触 发胎儿的炎症反应影响胎儿前额叶皮质的功能,引起行为发育异常和认知功能障碍[28],脑部影像学研究也证实了 ASD患者大脑的异常发育[29]。

2.3.2ASD 患儿自身免疫功能异常ASD 患儿自身外周与大脑免疫系统存在持续的功能失调[30],有研究发现 ASD患者自身免疫性疾病(如过敏、哮喘)发病率相比正常患儿要高[31]。一些ASD 患者体内能发现针对5-羟色胺受体、神经胶质纤维酸性蛋白[32]和髓鞘碱性蛋白[33]等中枢神经系统蛋白组分的自身抗体。此外,ASD患者免疫细胞功能和应答能力也存在受损,体内自然杀伤细胞的功能存在异常[34],单核细胞对某些TLR配体刺激信号的应答反应增强[35],且 T细胞对刺激信号的反应也出现失调[36]。而 小儿免疫功能受损后更容易感染病毒[37],病毒感染可造成中枢神经系统不可逆性损害,产生ASD相关症状。国内还有研究显示,部分脑组织抗原与神经特异性自身抗体结合形成的免疫 复合物,可穿透血脑屏障进入患儿脑部损伤神经组织,引起患儿认知、语言发育和社会交往障碍等。

2.4氧化应激机制 有研究认为,内外环境有毒物质对人体的损害与氧化应激亢进机制(自由基的生成和谷胱甘肽的耗损)相关[38-39]。促氧化物质增加或抗氧化物质减少是诱发ASD的关键[40]。氧化应激亢进是指机体内抗氧化系统与活性氧簇生成之间 平衡被打破,活性氧簇在体内生成过多引起的细胞损伤[41]。如谷胱甘肽是细胞内最重要的抗氧化剂,还原型谷胱甘肽可通过谷胱甘肽过氧化酶的催化作 用将过氧化氢和有机过氧化物等还原成水和相应的 醇类,从而消除体内过多的活性氧簇[42]。当机体长期或大量暴露于环境毒物时,体内还原型谷胱甘肽出现代谢障碍或被大量消耗,机体便出现过度的氧化应激反应。有研究认为孕期孕母PM2.5暴露也与 ASD形成相关,PM2.5随呼吸入肺部后可进入脑部血液循环,从而诱导氧化应激反应,干扰神经系统发育[43]。一项临床病例对照研究发现,ASD组患儿血清中半胱氨酸水平相对较高[44],红细胞内一氧化氮生成增多,而血清中谷胱甘肽过氧化物酶水平却降低[45];脂肪酸氧化的终末产物丙二酰二醛水平增高,证明脂肪酸氧化增强[46];另一证据表明氧化过程增强的是,ASD患儿的血清中两种主要的还原蛋白如铜蓝蛋白和转铁蛋白都降低;此 外,检 测ASD患儿的血清磷脂发现,其二十二碳六烯酸含量降低,ω-3脂肪酸整体水平也随之下降[47]。这些均是孤独症患儿机体氧化反应增强的证据,且补充抗氧化物如维生素 C、肌肽可改善孤独症的某些行为, 提示氧化应激可能是 ASD患儿的发病机制之一。

2.5脑-肠轴 国外已有研究报道,ASD人群胃肠问题的发病率为9％ ~ 91％,特定胃肠道症状发生率也有很大差别[48]。在 哺乳动物中存在 “脑-肠轴”,指大脑和肠道之间能够通过不同层面相互联系的神经-内分泌网络进行双向信息交流[49-50],两者之间主要通过神经途径、神经-内分泌途径、神经-免疫途径和代谢途径相互影响。食物可影响肠道菌群的构成[51-52],研究表明 ASD患儿肠道菌群的比例存在失衡,双歧杆菌等有益菌群比例减少,而酵母菌、梭菌属和脱硫弧菌等菌群占比增加[53]。肠道菌群的比例失衡最终会引起相关代谢产物的变化,或通过炎症因子或细胞改变肠-血-脑屏障的通透性[22],从而神经毒性物质进入脑组织增多,导致脑局部非正常 炎症反应,损害神经系统的发育,引起功能障碍,从而产生 ASD相关症状。现有研究显示ASD患者抑郁和焦虑障碍等精神疾病和胃肠问题有关[54-55],原因是原发性神经功能异常可引起下游的胃肠道问题,而60％功能性胃肠障碍的患者都合并有严重的情感障碍[56]。有关动物实验研究也证明慢性心理社会应激可引起机体免疫及胃肠道功能紊乱,其中包括肠道菌 群失衡。这些研究报道均在一定程度上支持“脑-肠轴”相互影响与 ASD发病相关。

2.6神经元发育异常

2.6.15-羟色胺能神经元 孕期服用丙戊酸钠盐或反应停万是方A数SD据患儿的高危因素[57]。动物实验研究表明,这可能与孕期暴露于反应停或丙戊酸钠盐后,神经前体细胞向5-羟色胺能细胞的分化成熟滞后,从而引起5-羟色胺能神经元分化、迁移及突触的可塑性发生异常,导致神经元细胞凋亡有关,也可能与叶酸的代谢衰减、抑制组蛋白去乙酰酶抑制剂等机制有关[58]。还有研究表明ASD与高浓度的血 5-羟色胺水平显著相关,浓度越高ASD患儿认知功能越差,2~15岁 ASD患儿的5-羟色胺水平持续增加可达成人水平的1.5倍,而正常儿童在5岁时5-羟色胺水平达高峰后逐降至成人水平[51]。5-羟色胺能神经元的分化及成熟延迟与血5-羟色胺高峰浓度的延迟出现,可能是影响 ASD儿童神经发育及精神表现的重要生理机制。

2.6.2多巴胺神经元 有报道认为,冬季受孕出生的儿童患ASD的风险要比夏季受孕后出生的儿童高[59],因为冬季受孕时孕早期母亲接受阳光的时间和强度要少,导致母体维生素 D缺乏。维生素 D在促进神经及胚胎发育方面有独特作用[60],因黑质多巴胺神经元内存在维生素 D受体,孕早期为胎儿神经系统发育的重要时期,若缺乏维生素 D就会影响该神经元的分化和轴突的连接,进而影响多巴胺神经系统,导致大脑正常的结构和功能异常,表现为胎儿脑发育和母体免疫功能异常[61]。研究表明ASD患儿存在维生素 D缺乏,且经补充维生素 D可减轻患儿相应临床症状[62]。Saad等[63]通过病例对照研究发现,让血液中 25(OH)D＜ 75nmol/L的 ASD儿童接受 3个月的维生素 D补充治疗后,除外刻板动作,其言语社交退缩等行为得到了一定程度改善,虽该研究 样本量偏小,但从一定程度上支持此发病机制假设。

3机体水平

Tordjman等[64]认为ASD 的发病机制可能与机体发育序列受损有关,人体发育序列主要包括自我意识、交互感知觉、形象构建、自我-非自我鉴认。 生后第二年是幼儿理解他人情绪、意愿、目的相关能 力及对同伴产生兴趣的快速发育时段,幼儿会逐渐形成与同伴相对高级复杂的交流形式,参与例如假扮及互动游戏、形成共同解决问题的能力[65],这种能力在良好的外界环境引导下可得到良性发展。研 究发现幼儿已具备参考同伴情绪的能力,通过同伴的情绪反应调节自己参与活动的行为,且有兄弟姐妹的儿童完成标准化的社会理解任务(如心应理论任务)相比没有兄弟姐妹的儿童完成的更好[64,66]。刘丹等[67]发现生后第 2年内幼儿户外活动频率越低幼儿 ASD发病越高,可能因为缺少户外交流活动会使幼儿的发育序列受损,从而影响幼儿的社会交往能力并最终导致 ASD相关症状。

综上所述,相关发病机制,部分机制存在递进或交叉联系,共同对 ASD产生影响。部分有前瞻性的动物实验研究,但多数发病机制均由回顾性分析相 关的临床证据所提出,且部分发病机制报道病例数有限,尚缺乏大数据、多中心及前瞻性的动物实验及临床实验去证实。但随着 ASD逐渐被大众深入仍认知和重视,相信众多高危因素下的相关发病机制会逐一被揭晓,有利于 ASD患儿的临床干预和治疗。

参考文献

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[3]陈东帆,李睿强,韩琨.人形机器人技术在孤独症儿童干预中的应用[J].中国康复理论与实践.