补充乙酰左旋肉碱可改善孤独症样行为

一、背景介绍

       短链脂肪酸是由肠道菌群发酵食物中的纤维素所产生的小分子脂肪酸，如乙酸、丙酸、丁酸等。短链脂肪酸具有维护大脑和肠道健康的功能，如维持肠道屏障和血脑屏障的完整性、调节肠道和神经系统的免疫功能并减轻炎症反应、调节神经元活化与神经可塑性等。

       有临床研究显示孤独症儿童肠道中乙酸和丁酸水平显著低于健康儿童，这可能是孤独症儿童常伴随肠道疾病与神经炎症的原因之一。

       左旋肉碱是支持机体利用脂肪进行供能必不可少的一种辅酶，其可辅助脂肪酸转运至线粒体中进行氧化分解，进而使脂肪酸代谢为能量物质乙酰辅酶A为机体供能。乙酰左旋肉碱具有与左旋肉碱相同的功能，同时相比左旋肉碱更易被肠道和血脑屏障吸收。左旋肉碱和乙酰左旋肉碱经口服后除了在小肠中被吸收继而被机体直接利用以外，还可在大肠中影响肠道菌群的组成与代谢，进而调节肠道中短链脂肪酸的产生。

       今年7月，伊朗德黑兰医科大学的研究团队发现长期补充乙酰左旋肉碱可以改善大鼠的孤独症样行为，并相继发现补充乙酰左旋肉碱可以修复孤独症大鼠肠道中短链脂肪酸水平降低、肠道屏障完整性受损、大脑皮层小胶质细胞增生以及大脑皮层和血浆中促炎因子异常升高的情况。结合以上结果和既往研究，该研究团队推断长期补充乙酰左旋肉碱可通过增强肠道菌群产生短链脂肪酸，继而改善大鼠的孤独症样行为以及神经炎症。

二、研究方法

       本项研究采用丙戊酸盐孤独症大鼠模型开展实验。于健康母鼠怀孕第12.5天时给予腹腔注射600mg/kg丙戊酸，其后代即表现出孤独症样行为。子代孤独症大鼠在断奶（23日龄）后，每天给予口服100mg/kg乙酰左旋肉碱或生理盐水，持续4周后开展行为学测试。测试后取大鼠的粪便测定短链脂肪酸水平，并取其血浆、肠道组织和大脑皮层组织分别测定促炎细胞因子水平、肠道完整性水平和小胶质细胞数量。

三、研究结果

1）补充乙酰左旋肉碱可减轻大鼠的孤独症样行为

      行为学测试显示，相比健康大鼠，未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠明显减少了对陌生大鼠和新物体的探索行为，同时自我理毛行为显著增加，表明其出现社交减少 、兴趣减退、重复行为增加等孤独症样表现；而补充了4周乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠，其社交行为和新物体探索时间较未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠明显增加，同时其自我理毛的重复行为得到显著减少。

      以上结果表明，长期服用乙酰左旋肉碱可改善大鼠的孤独症样行为，如增加孤独症大鼠的社交和对新物体的兴趣，并减轻其重复刻板行为。

    2）补充乙酰左旋肉碱可提高孤独症大鼠肠道中乙酸和丁酸的水平

      取大鼠粪便进行检测发现，未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠，其肠道中乙酸和丁酸的水平较健康大鼠明显降低；而补充4周的乙酰左旋肉碱可使孤独症大鼠肠道中乙酸和丁酸的水平得到显著提高并达到健康大鼠同水平。

     3）补充乙酰左旋肉碱可修复孤独症大鼠肠道屏障损伤

       孤独症患儿常伴随肠道不适症状和肠道通透性升高（肠漏）。肠道上皮细胞之间的紧密连接蛋白是保障肠道屏障完整性的重要组分，其表达减少是引发肠漏的重要原因。

      研究团队借助免疫荧光染色检测了两种主要的紧密连接蛋白——闭锁蛋白（Occludin）和闭锁小带蛋白（Zonula Occludens-1, ZO-1）在补充与未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠的肠道中的表达水平。

       结果显示，未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠的肠道中两种紧密连接蛋白的表达较健康大鼠显著下调，提示孤独症大鼠肠道屏障完整性受损；而补充4周的乙酰左旋肉碱可使孤独症大鼠肠道中两种紧密连接蛋白的表达显著提高。这提示长期补充乙酰左旋肉碱可修复孤独症大鼠受损的肠道屏障，恢复其结构完整性。

 4）补充乙酰左旋肉碱可减轻孤独症大鼠大脑皮质小胶质细胞增生以及大脑皮层和血浆中促炎因子的水平

       临床研究发现孤独症患儿通常伴有脑内炎症水平升高的现象。小胶质细胞是中枢神经系统中的固有免疫细胞，其异常活化和增生是引发神经炎症、造成神经损伤和导致神经退行性疾病的重要原因。

       研究发现，未补充乙酰左旋肉碱的孤独症大鼠的大脑皮质中小胶质细胞的数量及小胶质细胞标志物（Iba1）水平较健康大鼠显著提升，同时大脑皮质中两种促炎细胞因子——肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白介素1β（IL-1β）的水平也显著升高，表明孤独症大鼠大脑皮质中小胶质细胞异常增生、炎症水平提高；

      而补充4个月的乙酰左旋肉碱可显著降低孤独症大鼠大脑皮质中小胶质细胞的数量和标志物水平以及两种促炎细胞因子的水平，提示长期补充乙酰左旋肉碱可减轻孤独症大鼠大脑皮质中小胶质细胞增生和炎症反应水平。

       此外，研究还发现补充乙酰左旋肉碱可显著降低孤独症大鼠血浆中异常升高的促炎因子TNF-α的水平，提示乙酰左旋肉碱可减轻孤独症大鼠大脑皮质及全身性的炎症反应水平。

四、小结与展望

      1. 补充4周的乙酰左旋肉碱增加了孤独症大鼠的社交和对新物体的兴趣，并减轻了重复刻板行为；

      2. 乙酰左旋肉碱的补充还提高了孤独症大鼠肠道中乙酸和丁酸的水平并修复了肠道屏障损伤，同时还减轻了大脑皮质小胶质细胞异常增生，降低了大脑皮质及全身性的炎症反应水平；

      3. 基于对短链脂肪酸功能的研究，推测乙酰左旋肉碱可能是通过提高了乙酸和丁酸在肠道菌群中的合成，从而间接发挥上述生理及行为改善作用。