肠道菌群在儿童孤独症中的研究进展

范琼丽，李文藻，吴至凤，张雨平 综述 余秀梅 审校

孤独症是一种在儿童生长发育过程中较为常见的神经发育障碍性疾病。目前有多个因素被认为是孤独症发病的可能原因，虽然遗传因素在孤独症的致病中起着重要作用，但后天的环境因素对于孤独症的发病仍然有着不可忽视的影响。对孤独症患儿进行早期干预和支持治疗可改善患儿的行为能力和社会适应能力，而肠道菌群可通过对肠道神经系统(enteric nervous system, ENS)产生影响，进而在一定程度上缓解孤独症患儿的症状，但是肠道菌群治疗孤独症的具体机制和临床效果仍不确切。本文总结和分析最新的临床研究证据以期为临床应用提供参考。

1 孤独症的发病及治疗概况

孤独症是一种在儿童生长发育过程中较为常见的神经发育障碍性疾病。精神障碍的诊断和统计手册中有关孤独症的定义描述如下：患者有持续的社交障碍同时伴有重复、刻板的行为特征和狭义的兴趣爱好。这个定义实际上描述了孤独症谱系障碍，它包含了多种表现型，除了典型的孤独症外还包括阿斯伯格综合征和广泛的发育迟缓[1]。胃肠道功能障碍在孤独症患者中较为常见，其发病率是健康儿童的3～4倍[2]。孤独症的发病率在过去20年里正逐年上升，这一发病趋势变化的部分原因来自于孤独症诊断标准的完善及对孤独症诊断能力的提高。孤独症的发病率大约为每1000个儿童中有20.6个患者，其男女比例为4∶1[3]。尽管越来越多的儿童受到这种疾病的困扰，但关于孤独症症状产生的具体机制仍然存在较大争议。目前有多个因素被认为是孤独症这一症状复杂和累及广泛的疾病的可能原因。其中遗传因素来自于多个基因位点的变异包括：染色体16p11.2、15q24、11p12-p13等，这些基因的易位、重复和微缺失被认为是导致孤独症发生发展的原因。孤独症在同卵双生双胞胎中具有60%遗传一致性，而在异卵双生双胞胎儿童中没有这一遗传趋势。这种现象说明尽管遗传因素在孤独症的致病中起着重要作用，但后天的环境因素对于孤独症的发病仍然有着不可忽视的影响[3]。

目前，孤独症治疗的主要目的是改善患儿的行为能力和社会适应能力。对于孤独症患儿进行早期干预和支持治疗更为有效，研究发现早期的行为管理能显著降低患儿将来发生行为问题的概率[4-6]。最主要的关注点应该放在行为和教育的干预上，这将会与药物治疗一起产生协同放大效应。一旦被诊断为孤独症，患儿往往会接受多方面的干预和治疗，参与人员主要包括：儿童保健医师、心理医师、遗传学家、语言和行为指导师和精神病科医师，这些人员往往会根据个体的具体情况制定个体化治疗方案。除了主流治疗方案外，目前还有一些相当数量的补充和替代医疗(complementary and alternative medicine，CAM)被用于孤独症儿童的治疗。Perrin等[7]进行的一项研究发现28%的孤独症患儿家庭会使用CAM治疗，CAM使用率最高的往往是那些患儿孤独症症状严重和伴随着胃肠道症状或癫痫症状的家庭。其中肠道菌群治疗是最为常见的CAM干预措施。目前有多项研究发现肠道菌群能够改善孤独症患者的神经精神状态和行为模式。

2 肠道菌群与孤独症的相关性

孤独症患者肠道菌群的成分和组成也与健康人有所差异。Kang等[8]进行了一项研究对比了20例孤独症患儿的肠道菌群与20例健康对照儿童的肠道菌群的差异，结果发现在孤独症儿童的肠道菌群中有着更低丰度的发酵细菌：普氏菌属(Prevotella)、粪球菌属(Coprococcus)和维隆氏菌属(Veillonellaceae)。同时他们还发现孤独症患儿的肠道菌群的种类显著低于对照组。Hsiao等[9]同样在孤独症小鼠模型中发现了其肠道菌群与正常小鼠的差异。对这些孤独症小鼠给予脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)治疗后，既纠正了其肠黏膜屏障缺陷，同时还改善了小鼠的刻板行为和焦虑状态等症状。Yano等[8]进行了一项研究报道了肠道菌群与血清素调节之间的关系。他们发现小鼠和人体肠道内的局部产芽孢杆菌可以促进结肠嗜铬细胞瘤血清素的合成。同时还发现提高小鼠肠道内特定微生物代谢产物的浓度会增加其结肠和血液中的血清素水平。值得注意的是，研究发现在1/3的孤独症患者中发现了血清素水平的升高，并且其高水平与患者的胃肠道症状，如腹痛、便秘等有相关性[10, 11]。由于胃肠道是产生血清素的主要部位，在孤独症患者中发现血清素水平升高提示胃肠系统在孤独症的发病机制中可能起着重要作用。Navarro等[12]探讨了SLC6A4基因(血清素转运基因)的异常与孤独症发生的关系，他们发现当SLC6A4基因突变后小鼠的血清素水平显著上升，同时还观察到了这些小鼠表现出社交能力减退、交流障碍和重复刻板的行为。这些研究进一步证实了肠道菌群与体内一系列生化指标的改变存在相关性，进而影响着患者的神经精神状态和行为模式。

3 肠道菌群与孤独症发病的“桥梁”

3.1 ENS与孤独症发病的关系 ENS是胃肠系统中一个不可或缺的组成部分，是连接胃肠系统和中枢神经系统(central nervous syste，CNS)的“桥梁”。肠道神经系统在胚胎12周就已经开始发育形成，它主要来源于神经脊细胞，而这些细胞又是从胎儿中枢神经系统发出的骶神经和迷走神经段迁移而来[13, 14]。一旦ENS发育成熟，它将成为自主神经系统的三大组成部分之一，调控胃肠蠕动和分泌功能[15]。ENS有两个重要组成部分：肌间神经丛和黏膜下神经丛。这些系统中的化学感受器和机械感受器通过复杂的神经网络将信号传递给ENS以调节着胃肠蠕动和分泌功能[16]。人类的ENS包含了1亿个神经元，它组成了周围神经系统中最复杂的一个体系，几乎所有中枢神经系统具备的神经递质活动均能在ENS中找到[15]。尽管过去认为CNS在控制神经系统活动方面起着主导作用，但近年来认识到ENS-CNS交互作用在周围神经系统控制方面发挥着重要作用。一个有趣的发现是90%的迷走神经纤维为传入纤维，这提示大脑可能会接收到大量由ENS传入的信号[17]。有人推测这种来自于肠道的连续性反馈的传入可能会对大脑的情绪和记忆等功能产生影响。在动物实验中发现肠道菌群可以通过迷走神经提供传入信号，与CNS的信号一起共同产生实验动物对外界刺激产生的焦虑反应或发挥抗焦虑作用[17]。相似的，人类迷走神经的刺激与情绪波动也存在着一定的相关性。Rush等[18]进行的一项研究发现在成年难治性抑郁症患者中，刺激其迷走神经具有一定的抗抑郁作用。此外还有研究证实，对于成人和儿童难治性癫痫患者，迷走神经刺激均有一定的治疗效果[19]。

3.2 肠脑轴在孤独症发病中的作用 目前认为肠道菌群在胃肠道-神经系统-生物行为的动态平衡中起着重要作用。这其中有以下几种可能的机制：(1)肠道微生物通过刺激ENS从而激活迷走神经；(2)肠道菌群产生某些代谢产物进入血液循环，进而透过血脑屏障对中枢神经系统发挥作用；(3)微生物之间的相互作用激活某些信号通路导致细胞因子释放产生系统效应[20, 21]。其中有一个“肠瘘假说”认为是由于肠道黏膜通透性的改变和肠道微生物代谢产物和毒素的易位导致了孤独症。支持该假说的证据是，在一些动物模型中发现随着其肠道菌群的变化确实导致了其宿主行为模式的相应改变。Sudo等[22]进行了一项研究发现无菌小鼠会对于强制性外界压力产生较强的对抗反应，其原因与其肠道菌群缺乏导致的体内高皮质酮水平有关。此外该研究还发现通过给予婴儿双歧杆菌能够部分逆转小鼠的上述行为模式。在另一项研究中，Savignac等[23]发现对于焦虑型小鼠群体，在其食物中添加双歧杆菌能使其学习能力和认知能力得到显著提高。

3.3 肠道菌群的调控在孤独症治疗中的作用 鉴于目前的研究发现部分孤独症患者的肠道菌群与健康人群存在着显著差异，有研究者推测益生菌可能作为这部分患者的一种治疗手段。Buffington等[24]旨在探讨分别摄入高脂饮食和益生菌制剂对小鼠幼崽的影响，结果发现，母孕期小鼠摄入高脂饮食后导致其下丘脑神经传递的变化进而导致其小鼠幼崽出现类似于抑郁症表现的行为异常，而当给予罗氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)后，小鼠幼崽的社会适应能力异常能得到逆转。Partty等[25]进行了一项临床试验，75名婴儿在6月龄内随机被给予安慰剂或鼠李糖乳酸杆菌(Lactobacillus rhamnosus GG)，研究小组评估了这些儿童在2岁和13岁时肠道菌群组成和精神心理行为。结果发现虽然两组之间这些儿童的肠道菌群并没有显著的差异，但在13岁时17%的空白对照组儿童出现了注意力缺陷障碍和阿斯伯格综合征，而在益生菌组却没有。另外一项由Tomova等[17, 26]完成的研究探讨了在小儿孤独症患者中的肠道菌群的情况，他们发现在孤独症患儿的肠道菌群中拟杆菌/弧菌的比值下降，而脱硫弧菌的数量增加，而且患儿肠道中脱硫弧菌的数量与孤独症的严重程度有较强的相关性。在该研究中对于这些患儿给予“儿童益生菌”制剂(其成分中60%为3种乳酸菌、25%为2种双歧杆菌、15%为1种链球菌)每天3次，持续4个月。经过治疗后研究者发现这些患儿的孤独症相关症状得到了缓解，而且肠道中拟杆菌/弧菌的比值上升到了正常健康儿童的水平。同时被认为是孤独症致病因素的脱硫弧菌的数量在这些患儿中也较治疗前明显下降。还有一种推测，由于孤独症患儿的许多胃肠道症状与IBS患儿的症状相似，而IBS患儿也存在着肠道菌群的改变，并且能从益生菌治疗中获益，由此推测益生菌用于孤独症患儿也能发挥相似的疗效。

孤独症的发病过程受到多种因素的影响，而越来越多的证据表明胃肠道活动和其中的肠道菌群在孤独症的致病过程中起到了重要作用，而益生菌在孤独症患者中作为一种补充和替代医疗应用亦受到越来越大的重视。但目前益生菌种类繁多，益生菌的合理应用存在极大的挑战，同时不同益生菌品牌产品中菌落形成单位或菌株的差异难以得到统一。因此仍需要进一步开展相关的基础实验和更为严谨及更大样本量的临床实验以明确其作用机制及评估其有效性。