孤独症症状与口腔菌群异常

文章来源：【公众号】自闭症医学进展；ID号：woniubbhealth

简介：上海同济大学附属口腔医院的李永明、时函团队通过小鼠实验发现ASD儿童的口腔菌群与ASD症状之间可能具有关联，并于今年二月将研究成果发表在Journal of Dental Research上。

1.研究背景

肠道细菌与孤独症谱系障碍（ASD）之间的关联已越来越多地被发现和报导。口腔作为微生物寄居人体的另一大器官，口腔内的菌群与ASD之间的关联正在引起科学家们的重视。

上海同济大学附属口腔医院李永明、时函团队发现ASD儿童与健康对照（TD）儿童的口腔菌群组成结构具有较大区别，继而对口腔菌群与ASD之间的关联展开了进一步探究。

他们发现向小鼠口腔移植ASD儿童的口腔菌群会使小鼠出现ASD症状，并分析出口腔菌群引发ASD症状的可能途径，表明ASD儿童的口腔菌群与ASD症状之间可能具有密不可分的联系。

2.研究方法

研究团队首先对小鼠进行了两周的联合抗生素处理以清除小鼠的口腔菌群和肠道菌群。在结束抗生素处理三天后，连续两周每天分别将ASD儿童队列和TD儿童队列唾液中的口腔菌群移植至两组小鼠的口腔中，这两组小鼠分别被称为AOMO小鼠和TOMO小鼠。

在移植过程结束两周后，此时新的菌群已在小鼠口腔和肠道中定植，对小鼠进行ASD相关行为学测试，借助16SrRNA测序分析小鼠口腔菌群、肠道菌群的变化，并取小鼠的前额叶皮质进行转录组分析，进而探究口腔菌群与ASD发生发展之间的联系。

3.研究成果

1）移植孤独症儿童的口腔菌群使小鼠口腔菌群和肠道菌群的组成出现结构性改变

分析发现，相比TOMO小鼠，AOMO小鼠口腔菌群和肠道菌群的α多样性均显著低于TOMO小鼠，提示AOMO小鼠口腔和肠道菌群组成可能有较大变化。

测序结果表明，拟杆菌门在ASD儿童口腔中的相对丰度显著升高；同样，在AOMO小鼠口腔菌群中拟杆菌门的相对丰度也显著提高。隶属于拟杆菌门的多个种属的细菌，如卟啉单胞菌属、坦纳菌属、普雷沃氏菌属、解肝素拟杆菌在ASD儿童和AOMO小鼠口腔中的相对丰度均上调。这提示口腔菌群移植实验方案较为成功，AOMO小鼠获得了与ASD儿童相近的口腔菌群组成。

研究团队进一步发现，在AOMO小鼠的肠道中，厚壁菌门和变形菌门的相对丰度显著提升，而拟杆菌门的相对丰度显著下降。这说明向小鼠口腔移植ASD儿童的口腔菌群不仅会改变小鼠的口腔菌群，还会影响小鼠的肠道菌群，但二者的变化趋势不同。这也提示，ASD儿童肠道菌群组成异常可能与其口腔菌群变化有关。

2）孤独症儿童口腔菌群可使小鼠出现孤独症症状

在三箱试验中，AOMO小鼠对陌生小鼠的兴趣减退，且更倾向于独处，表明AOMO小鼠社交能力受损。旷场试验、高架十字迷宫试验结果表明小鼠出现焦虑样行为。同时，AOMO小鼠的自我理毛行为和埋珠行为显著增加，即出现了重复和刻板行为。而TOMO小鼠均无上述行为异常。

上述结果表明，将ASD儿童口腔菌群移植至小鼠口腔会使小鼠出现ASD症状，包括社交障碍、焦虑和重复刻板行为。这提示，患儿出现ASD症状可能与其口腔菌群有关。

3）孤独症儿童口腔菌群主要通过调节5-羟色胺信号传导相关基因的表达，从而影响前额叶皮质的多项功能

大脑前额叶皮质负责决策、情绪控制和工作记忆等诸多功能，该脑区功能异常与ASD的发生发展密切相关。

研究团队通过分析差异表达基因，发现在AOMO小鼠前额叶皮质中有18种基因表达水平显著下调，375种基因表达水平显著上调。经功能富集分析发现，这些基因表达水平的改变使得在AOMO小鼠前额叶皮质中，与酪氨酸代谢、辅助T细胞分化、肠道中免疫球蛋白A的产生以及转化生长因子β信号通路相关的功能显著增强，并且增强了神经活动相关受体配体的相互作用。这提示，ASD儿童异常的口腔菌群可能通过影响大脑前额叶皮质中与神经、免疫、代谢相关的功能进而引发患儿出现ASD症状。

此外，研究团队还发现，在AOMO小鼠的前额叶皮质中，有一种5-羟色胺转运蛋白基因（Slc6a4）和三种5-羟色胺受体基因（Htr1d、Htr2c、Htr3a）的表达水平上调尤为显著。5-羟色胺是一种神经递质，与儿童大脑发育密切相关，ASD患儿常伴随5-羟色胺功能失调。研究团队进一步借助斯皮尔曼相关性分析，发现在AOMO小鼠口腔菌群中有多个相对丰度显著上调的菌属与上述四种5-羟色胺信号传导蛋白基因表达上调之间具有显著的相关性，如卟啉单胞菌属、普雷沃氏菌属、坦纳菌属等，大多隶属于拟杆菌门。

该结果表明造成ASD儿童5-羟色胺功能失调的原因可能与口腔菌群异常相关；同时也提示，ASD儿童的口腔菌群组成改变，尤其是拟杆菌门的相对丰度增加，可能主要通过调节这四种与5-羟色胺信号传导有关蛋白的基因表达，进而影响大脑前额叶皮质的多项功能，使患儿出现ASD症状。

4）孤独症儿童的社交障碍与口腔细菌及5-羟色胺信号传导相关

社交新颖性是指与陌生人展开社交的偏好性，ASD儿童的社交新颖性普遍较低。研究团队通过机器学习发现，有一种名叫HMT930的细菌在ASD儿童口腔中相对丰度上调，其隶属于拟杆菌门卟啉单胞菌属，可导致一种隶属于拟杆菌门F-1科的细菌在肠道中的相对丰度下调。二者均可直接影响宿主的社交新颖性，还可间接通过影响宿主5-羟色胺受体基因Htr1d的表达水平从而影响宿主的社交新颖性。这揭示了口腔菌群与ASD核心症状之一——社交障碍之间的关联，进一步阐明ASD症状与口腔菌群及5-羟色胺信号传导之间具有密不可分的关系。

结合研究成果和相关文献报道，研究团队总结出，异常的口腔菌群通过影响神经、免疫和肠道的功能进而引发ASD症状：

1、影响神经递质发挥功能，如影响酪氨酸代谢、5-羟色胺信号传导、短链脂肪酸降解等；

2、提升机体免疫应答，增强炎症反应，进而影响免疫系统与神经系统之间的相互作用；

3、引发肠道功能紊乱，如影响肠道菌群及肠道中免疫球蛋白的水平等。

4.结论

孤独症儿童具有异常的口腔菌群。向小鼠口腔移植ASD儿童的口腔菌群会使小鼠出现ASD症状，提示患儿出现ASD症状与可能其口腔菌群异常有关。机器学习发现社交障碍与ASD儿童口腔中一种细菌的相对丰度上调相关。

ASD儿童的口腔菌群主要通过调节5-羟色胺信号传导相关基因（如5-羟色胺受体、5-羟色胺转运蛋白）的表达，影响5-羟色胺作为神经递质发挥正常功能，从而影响大脑前额叶皮质中神经、免疫、代谢相关的功能，进而引发患儿出现ASD症状。

口腔菌群异常不仅会影响神经递质发挥功能、提升机体的免疫应答和炎症反应，还会影响肠道菌群组成，使肠道功能出现紊乱，进一步使患儿出现孤独症症状。

参考文献：

Qiao Y, Shi H, Li Y, et al. Oral Microbiota Changes Contribute to Autism Spectrum Disorder in Mice. Journal of Dental Research, February 2022.     

 doi: 10.1177/00220345211070470