生命早期肠道菌群与孤独症谱系障碍研究进展＊

何 勇，冯爱民，张 卉，夏 璐

1.陕西中医药大学 （咸阳712000）；2.陕西中医药大学附属医院儿科 （咸阳712000）

孤独症（自闭症）谱系障碍（Autism spectrum disorders，ASD，简称孤独症或自闭症）是一种起病于婴幼儿时期的一种情感、认知、行为等发育障碍疾病，流行病学调查ASD在世界范围内已经成为最严重的神经发育障碍之一，是全世界儿童智力精神等残疾的致残原因之一，大约有2／3患儿成年后无法独立生活［1］。中国ASD患病率保守估计为1%，0～14岁的儿童患者达200余万［2］，男女比1.33∶1、2.75∶1［3］。但 ASD的病因及发病机制尚未完全清楚，目前暂无确切的治疗方法。但近年研究发现ASD可能与脑－肠轴相关，肠道菌群可能在其中具有重要作用，本文整理近年来有关早期肠道菌群、微生物－肠－脑轴与ASD关系的相关文献，旨在揭示生命早期肠道菌群与ASD之间关系，对ASD早期筛查及干预提供新的治疗思路。

1 ASD

1.1 ASD的概念及诊断 孤独症（自闭症）谱系障碍是一种起病于婴幼儿时期的广泛性发育障碍（Pervasive developmental disorders，PDD）［4］。目前将 ASD 的核心症状总结为两点：社会性沟通和社会性交往的缺陷以及局限性、重复性的行为、兴趣或活动（Siegel ＆Elaine，2013）［5］。ASD的诊断主要依靠临床行为观察及量表的评估，需由专业人员诊断，故大多数ASD患儿在3岁后才被确诊。

1.2 ASD的高危因素 ASD的具体病因目前尚未明确，其发生与许多危险因素相关。Amirhossein等［6］认为高龄父母、极低出生体重儿、新生儿溶血病、新生儿呼吸暂停、缺血和缺氧脑病等增加ASD风险。邢东等报道若早期改善缺血可改善神经功能［7］，然而通过改善脑部缺血、缺氧是否可降低ASD发病率尚需进一步研究。Zerbo［8］认为，孕母感染后增加胎儿患ASD风险，主要是因孕母感染后的炎症反应激活母体免疫系统使体内炎性因子升高，炎性因子通过胎盘传递给胎儿，导致胎儿炎症反应，炎性因子作用于胎儿中枢神经系统功能区时会导致认知功能障碍和行为发育异常［9］，说明炎性反应是ASD的发生的重要机制之一。Sandler等［10］发现不同的抗生素可改变肠道微生物，即抗生素可对ASD症状造成不同程度的影响。目前抗生素应用广泛，也存在相关多重耐药问题［11］，应引起广大医护人员关注。左雪梅等［12］认为，父母神经质及低水平心理健康状况可能是儿童行为障碍的影响因素。殷道根等［13］调查中国人群儿童孤独症危险因素时认为遗传史、新生儿黄疸、缺氧窒息、孕周异常、先兆流产、孕期服药史、孕期疾病史、父母亲性格内向等为ASD的高危因素。

由以上高危因素可推测加强孕期保健、提高新生儿复苏、改善早期肠道微生物、合理使用抗生素等可降低ASD发生率。

2 肠道菌群

2.1 早期生命的肠道菌群 以往研究认为，胎儿期肠道是无菌的［14］。近几年研究认为微生物菌群可从母亲转移到胎儿，胎盘、脐带血、羊水内均可检测到一定数目的细菌［15－18］。当胎儿娩出时，细菌经阴道分泌物、早期母婴接触以及空气吸入等途径进入新生儿肠道，并在肠道内迅速定植繁殖［19－20］。胎儿出生约2h后需氧菌及兼性厌氧菌就已开始定植，生后第1天肠球菌和肠杆菌科等需氧菌占优势，24～48h以后这些细菌消耗肠道中的氧气并产生厌氧环境，第10天左右以双歧杆菌和乳酸杆菌等厌氧菌为优势菌，伴随次要菌群如大肠埃希菌、拟杆菌和梭状芽胞杆菌的增长［21］。

生命早期肠道菌群处于变化状态，婴儿在0～6个月内以母乳喂养为主，其肠内微生物主要来源于母乳，母乳中含有多种共生微生物，是婴儿获得乳酸菌和双歧杆菌等有益微生物的重要来源，故此阶段肠道微生态组成结构与母体相近［22］；6月龄添加辅食到1岁左右断奶是婴儿肠道菌群结构产生波动的阶段，高脂或高蛋白食物促进拟杆菌增殖，高碳水化合物饮食与普雷沃氏菌属数量增加相关，高葡萄糖饮食可增加白色念珠菌生长。继续母乳喂养到1岁左右可形成具有个体特异性、类似成人模式的、组成结构已较稳定的肠道微生态结构［23］。在随后的1～2年内幼儿逐步完善，2～3岁左右稳定，向成人肠道菌群结构靠拢，以双歧杆菌、乳酸菌、拟杆菌为主的共生菌，占总量99%［24－25］。

2.2 ASD患儿的肠道菌群有报道表明与健康儿童相比ASD患儿肠道菌群：拟杆菌门、韦荣氏球菌、双歧杆菌、普氏菌属、球菌属的相对丰度减少［26－29］，梭状芽胞杆菌，脱硫菌属、萨特菌属相对丰度升高［30－32］。肠道真菌群落监测时念珠菌属较多，其中以白色念珠菌为主［33］。罗茜等［34］在治疗ASD前后与健康儿童对比，显示双歧杆菌、普氏菌和脱硫弧菌属丰度增加显著，并表明这三个菌属可能是孤独症中肠道微生态改变的关键菌属。

2.3 ASD高危因素下肠道菌群改变 研究显示，低出生体重儿中70%生后第4天左右粪便中检测出肠道菌群定植，优势菌最早以革兰阳性球菌和阴性杆菌为主，生后3周左右才可能出现双歧杆菌。与足月健康新生儿比较，早产儿肠道有更高水平的兼性厌氧菌，而双歧杆菌、拟杆菌属、奇异菌属含量则明显较少［35］。早期重度高胆红素血症母乳喂养新生儿胎粪中大肠杆菌属、葡萄球菌属、克雷伯菌属、芽孢杆菌目丰度与健康新生儿相比较高［36］。新生儿窒息时肠道缺氧、缺血，肠黏膜结构破坏，菌群平衡失调［37］，窒息后肠道菌群如何改变报道较少，尚需进一步研究。

3 微生物－肠－脑轴

3.1 生理状态下的微生物－肠－脑轴 Jasarevic等［38－39］研究当幼鼠脱离母体子宫宫内环境进入一个复杂的微生物环境时，大脑与肠道间的交流已开始，在此期间，肠道菌群的组成和功能会随着大脑的发育和成熟经历多次转换。肠道菌群的构成不同，其所产生的代谢物质的种类和数量也不同，由肠道菌群产生的或促进产生的作用于肠－脑轴（Gut－brain axis，GBA）上的物质主要为各种神经递质和以短链脂肪为代表的菌群发酵产生的物质。目前发现肠道微生物产生的这些具有神经活性的分子可能影响整个肠－脑轴的功能，如γ－氨基丁酸、五羟色胺、谷胱甘肽、儿茶酚胺等，通过GBA直接或间接地影响着大脑的各种功能，是菌群与GBA相互作用的物质基础。这些物质在肠腔内释放时，可以调节肠神经系统内的神经信号传导，影响大脑的正常功能和行为表现［40－42］。膳食纤维经肠道菌群发酵产生的代谢产物如丁酸、丙酸和乙酸等短链脂肪酸，也能够通过 GBA与大脑互相影响［43－45］，说明肠道菌群－肠－脑之间存在相关联系。

Chana Palmer等［46］在对89名婴儿进行的初步研究，发现1岁时的微生物组成与2岁时的认知有关。1岁左右人体肠道的微生物趋于稳定，其组成可预测2岁时的认知功能，特别表现在交流行为方面。3岁左右与成人类似或一致，已达稳定状态［47－48］。故微生物成分定植趋于成熟的过程与大脑发育趋于成熟的关键窗口时间基本一致，而各种因素皆可导致此期肠道菌群的改变从而影响大脑的发育。

3.2 ASD与肠－脑－轴

3.2.1 ASD与肠道菌群之间的关联：ASD患儿肠道细菌的种类、组成及比例与同龄健康儿童比较存在差异，主要是双歧杆菌的数量减少、梭状芽孢杆菌和／或脱硫弧菌的异常生长，有研究报道拟杆菌、双歧杆菌和乳杆菌诱导抗炎环境，梭状芽胞杆菌属促进炎性环境［49］。

ASD患儿与双歧杆菌减少的关联表现为：①抑制人体有害细菌的生长繁殖及抵抗病原茵的感染水平降低，体内的抗炎水平下降，刺激肠道蠕动的醋酸、丙酸、丁酸和乳酸等有机酸减少，ASD患儿出现腹泻、便秘等胃肠表现；②铁离子或者其他离子参与脑内发育、代谢和功能等重要活动，但研究发现脑内铁离子的过量累积（铁过载）可能具有一定的神经毒性并参与了诸多神经系统疾病的发生、发展［50］。在ASD患儿中双歧杆菌的减少导致总的谷胱甘肽水平降低，抗氧化作用减弱，使患儿表现出对重金属的毒性作用更为敏感［51］，表现为行为的异常；③双歧杆菌可发酵乳糖，乳糖产生半乳糖是构成脑神经系统中脑苷脂的成分，与婴儿出生后脑的迅速生长有密切关系，双歧杆菌减少会导致与同龄健康婴儿相比存在脑部的发育的差异。

ASD患儿与梭状芽胞杆菌异常生长表现为：梭状芽胞杆菌会促进体内的炎性环境形成，导致肠黏膜功能障碍，进而促进毒素、细菌产物、淋巴细胞、促炎细胞因子的吸收，以及通过血流，穿过血脑屏障产生神经炎症的神经递质，最终影响大脑功能紊乱，同时梭状芽孢杆菌与神经毒素产生相关，释放的神经毒素通过迷走神经传入CNS，抑制神经递质释放，从而引起ASD相关的行为表现。

3.2.2 ASD与肠－脑轴之间的关系：研究表明［52］肠道菌群可对宿主状态做出反应，除肠道自身因素外，还可发出一系列化学信号对人体进行调节，即上述所提及的微生物－肠－脑轴调节，肠道与大脑之间存在双向关系。Melanie等［53］研究小鼠的部分肠内分泌细胞表达突触相关黏附蛋白，可与迷走神经节神经元形成突触，并以色氨酸为神经递质（色氨酸是5－HT合成的前体物质，对5－HT合成和产生至关重要，脑中5－HT含量最多），将肠腔内的营养等信息快速传递给大脑，该神经上皮回路的突触可将肠道环境与脑干相连。而ASD患儿色氨酸水平呈下降状态，提示5－HT合成会减少，ASD患儿出现社交功能、刻板行为以及感觉异常的变化。肠道微生物对食物以及人体产物进行发酵和消化，释放和分泌功能性神经递质，人体肠道内的乳杆菌、双歧杆菌等利用谷氨酸盐产生γ－氨基丁酸，γ－氨基丁酸通过血脑屏障进入中枢神经系统［54］，γ－氨基丁酸可以抑制动物的活动，减少能量的消耗，ASD患儿肠道内乳杆菌、双歧杆菌减少，会出现刻板行为、极度活跃高度－反应性的ASD行为样改变。酪氨酸能够消耗儿茶酚胺，ASD患儿体内酪氨酸含量减少，也会出现极度活跃的变化。白色念珠菌在ASD患者胃肠道中计数增加，白色念珠菌可以在胃肠道释放丙酸和氨，氨和丙酸之间的反应会产生β－丙氨酸，β－丙氨酸是一种抑制性神经递质，可通过血脑屏障诱发ASD行为［55］。

故肠道微生物的变化与ASD相关行为症状的发展有关，ASD儿童存在许多消化道症状，如常发生腹痛、胀气、腹泻、便秘或排便时疼痛，极其更突出的易怒、孤僻、刻板印象和多动等症状［56－57］，皆可由特定的肠道微生物改变导致相关代谢物质的改变，影响肠道通透性，使相关代谢产物进入血液，通过肠－脑轴对中枢神经系统产生影响。

4 小 结

目前已经发现了一些疑似与自闭症密切相关的肠道菌群组成紊乱，表现为缺失应在正常人体内存在的部分细菌，或者出现正常人体内没有的菌群，或者各种菌群的比例发生了明显变化，有益菌减少，有害菌增加，这些变化经过激素、神经递质、免疫及代谢途径，经过肠脑轴系统复杂的运转，最终导致大脑功能紊乱，故可推测自闭症发生原因之一与微生物－肠－脑轴紊乱相关。

婴幼儿3月到2岁之间，大脑新的突触形成逐渐达到顶峰［58］，大脑体积到2岁时约增至成人大脑体积的90%。同时微生物群的组成在2～3岁左右稳定。因此，建立健康的微生物菌落的关键窗口落入了大脑发育的相同关键时间窗口中［58］。在这个窗口期，发育中的大脑对许多外部和内部环境因素敏感，若在此期对可能患有ASD的高危人群进行早期监测及早期干预，则可为早期预防ASD提供诊断依据。

5 展 望

现基本已证实ASD的发生与微生物－肠－脑轴相关，若对可能患有ASD的高危人群进行肠道微生物监测，同时在肠道菌群稳定之前进行早期干预，使其肠道菌群恢复至正常生理状态，那么肠道菌群的改变是否可做为预防ASD发生的新目标，达到降低ASD发病率的可能。但目前对可能患有ASD高危因素婴幼儿的肠道微生物研究较少，需进一步研究。