基于肠道菌群理论探讨针刺在孤独症谱系障碍中的作用机制

朱力立,陈栋,张怡颖,唐萍萍,吴棋辉,鲍超

(1.南京中医药大学附属医院,南京 210029;2.上海中医药大学中医健康服务协同创新中心,上海 201203)

孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)是一种严重的神经发育障碍性疾病,其特征在于早期发育阶段即出现社交互动障碍、语言缺陷和刻板行为[1]。中国ASD的患病率与西方相似,约为1%[2]。ASD的发生与多种因素有关,包括遗传因素和环境因素[3-4]。虽然对 ASD的确切病因知之甚少,但近年来的研究发现,有相当多的ASD患者合并胃肠道功能障碍,胃肠道症状与 ASD的严重性相关,而肠道菌群的改变与胃肠道、神经行为症状这两者之间存在密切的联系[5-7]。目前,治疗ASD核心症状的方法是有限的,推荐的治疗有康复训练、教育干预等,益生菌治疗是改善ASD患者行为、胃肠道症状的潜在方法[8-9],而针刺对调节肠道菌群、改善ASD症状均有一定的作用,或许针刺可以通过调节肠道菌群治疗 ASD。本研究将围绕三者的相关性进行讨论,基于肠道菌群理论探讨针刺在本病中的应用,现报道如下。

1 肠道菌群与神经精神系统疾病

肠-脑轴是肠道和大脑之间紧密连接的双向神经体液交流系统,相关研究表明肠道菌群是肠道与大脑之间的关键调节因子,不仅能维持胃肠道稳态,还能调节大脑的发育和功能,塑造大脑的生理和行为,进而影响神经精神系统疾病的发生与发展,形成了菌-肠-脑轴这一概念体系[10-12]。

肠道菌群的改变与包括 ASD、抑郁症、精神分裂症和帕金森病等在内的许多神经精神系统疾病有关[13]。动物实验发现,抑郁症母体分离模型大鼠在经过益生菌治疗后,其行为缺陷可逆转,免疫反应可正常化,这与经抗抑郁药治疗后的观察结果相当[14]。临床研究发现,抑郁症患者肠道菌群中双歧杆菌和乳酸菌计数较低[15],系统评价结果显示,补充益生菌可减轻抑郁症状[16]。此外,胃肠道疾病和神经精神系统疾病是高度共病的[17],肠易激综合征患者接受精神治疗后,胃肠道症状可明显改善[18]。

2 肠道菌群与ASD

近年来,关于ASD的研究集中在遗传、行为和神经等方面,其中环境因素[19]、免疫失调[20]、致病基因[21]等在发病机制研究中得到了较多的关注,而肠道菌群与ASD的研究是目前的新兴研究热点。

ASD存在多种合并症,超过10%的ASD患者合并胃肠道疾病,最常见的症状是慢性便秘、伴有或不伴有腹泻的腹痛以及由便秘引起的肠梗阻,多源于肠-脑轴功能紊乱[22-23]。一项针对超过14000名ASD患者的多中心研究显示,与对照组相比,ASD患者炎症性肠病和其他胃肠道疾病的患病率更高[24],且 ASD的严重性与胃肠功能障碍的严重程度呈正相关[25]。

肠道菌群的异常与ASD之间存在联系[26]。ASD患者肠道菌群多样性、均一性降低,多种细菌被证明与ASD患者的菌群失调有关[27]。具体来说,与对照组相比,在ASD患者中,有害细菌如梭菌的发生率更高[28];但有益细菌,即双歧杆菌、乳酸杆菌在不同研究中上下调节的结果并不一致[25,29]。此外,一些研究支持ASD患者拟杆菌/厚壁菌比率降低[25-26,30],但这与其他研究结果不同[27,31]。可见,ASD改变的特定微生物种类还没有一致性。

此外,系统评价表明,益生菌治疗有改善ASD患者行为、胃肠道功能的趋势[9]。而菌群移植疗法在临床被证实具有长期的安全性和有效性,其包括 2周的抗生素治疗、肠道清洁及持续7～8周的粪便菌群移植,能改善ASD的胃肠道症状和行为症状,改变肠道菌群,包括增加菌群多样性及提高双歧杆菌、普氏菌的相对丰度[32-33],但仍需要双盲、安慰剂对照试验等进一步的研究。

3 针刺通过调节肠道菌群治疗ASD的可行性

3.1 理论基础

中医学中并没有关于ASD的病名,但“语迟”“童昏”“目无情”等均是对 ASD的描述,其病位在脑[34],针刺治疗多从调“脑”治神的角度切入,而其病因多属先天禀赋不足,加之小儿“脾常不足”,故从“脾”论治不失为一种新的思路,可从以下两点进行论证,从经络循行上看,脾经、胃经互为表里,《灵枢·经脉》:“脾足太阴之脉,起于大指之端……挟咽,连舌本,散舌下”“胃足阳明之脉,起于鼻交頞中……过客主人,循发际,至额颅”,可见二者与脑在经络循行上紧密相关。从脏腑功能上看,“脾藏意”“脾在志为思”是中医藏象学说的重要观点之一,“意”即意念、思维,“思”即思考、思虑,表明脾与精神神志关系密切[35]。脾主运化,运化水谷精微,化生血液,为精神活动提供丰富的物质基础。针刺可调理中焦脾胃,使后天得养,先天得补,脑髓得滋,精神得明。

3.2 现代研究

3.2.1 针刺治疗ASD的疗效

近10年来,国内外通过针刺治疗ASD的临床研究报道日趋增多。1项2例的初步临床研究发现,短期电针强化治疗可以改善 ASD患者的一些核心特征,如刻板行为等[36];而1项10例的观察性研究发现,针刺配合穴位按压是一种可行的治疗方式,能减少相关行为问题[37]。此外,1项32例的随机对照试验表明,七星针是改善 ASD患者语言和社交行为的有效干预措施[38];另一项68例的回顾性研究发现,头针治疗ASD的有效率为 97%,能最大限度地改善言语交流问题,而且年龄较小的患者预期治疗效果更好[39]。曾有系统评价研究显示,没有确凿的证据表明针灸治疗ASD是有效的[40],但最新的系统评价及荟萃分析表明,头针是 ASD患者的有效治疗方法[41]。

3.2.2 针刺对肠道菌群的影响

针刺可以通过多方面、多层次协同作用调节肠道菌群[42]。

针刺可以改变肠道菌群的多样性,从而恢复稳态。研究发现,健康小鼠和肥胖小鼠肠道菌群的结构和功能存在显著差异,电针治疗肥胖小鼠,可以增加其肠道菌群的多样性,恢复其肠道菌群的结构,使其肠道菌群逐渐趋向于健康小鼠,建立新的平衡[43]。同样的,电针能明显提高溃疡性结肠炎大鼠肠道菌群的丰度及多样性指数,提高乳酸杆菌等有益菌群的含量,保护肠道微生态[44]。

针刺可以影响肠道菌群代谢。研究发现,慢性萎缩性胃炎会引起全面的代谢改变,包括三羧酸循环、糖酵解、膜代谢、分解代谢及肠道菌群相关代谢,而电针治疗能够减轻膜分解代谢,恢复脑内神经递质的功能,部分逆转肠道菌群代谢紊乱,使慢性萎缩性胃炎诱导的代谢组学变化正常化[45]。

针刺可以通过调控炎症反应调节肠道菌群[42]。研究表明,Toll样受体(TLRs)是炎症反应过程中关键调控反应蛋白之一,而针刺能够良性调控 TLRs/肿瘤坏死因子受体相关分子 6信号通路,改善肠黏膜免疫功能紊乱,降低肠黏膜慢性炎症反应,降低脑肠中 TLR4基因表达及蛋白分布密度,改善恢复肠道菌群再平衡,促进建立新的健康平衡生态[46-47]。

目前,针刺对肠道菌群的作用机制研究主要集中在胃肠道及代谢相关疾病上,随着“菌-肠-脑轴”研究的不断深入,肠道菌群或许能成为针刺治疗神经精神系统疾病的一个新的靶点。

3.2.3 针刺通过调节肠道菌群治疗ASD的可能机制

3.2.3.1 肠黏膜屏障

肠黏膜屏障是菌群和肠-脑轴之间互通的第一站。肠道菌群紊乱会导致肠道通透性增加以及肠黏膜屏障功能损伤,肠道菌群产生神经活性化合物,如多巴胺、5-羟色胺、γ-氨基丁酸和组胺,进而影响中枢神经[48-49]。研究发现,ASD患者存在肠上皮通透性改变的现象[50]。

动物实验发现,通过母体免疫激活造模的 ASD小鼠,其后代可表现出肠道通透性的增加及肠道菌群组成的改变,断奶期间予人脆弱拟杆菌口服,可纠正其肠道通透性,改变其菌群的组成,改善其行为的异常[51];在果蝇中,去组蛋白甲基化酶KDM5水平不足可导致其肠道屏障功能损伤,并使其呈“自闭”样社交行为异常,伴随肠道菌群失调,乳酸杆菌减少、条件致病菌过度繁殖,补充乳酸杆菌或给予抗生素可改变KDM5缺陷型果蝇的肠道菌群,还可部分改善其行为和肠道异常,并降低肠道和脑内过高的5-羟色胺水平[52]。而电针可通过胆碱能抗炎通路改善大鼠肠道缺血再灌注损伤引起的一系列炎症反应,从而促进肠道黏膜损伤修复[53]。

针刺或许可以影响肠道菌群代谢,纠正肠道菌群紊乱,保护 ASD患者肠道黏膜屏障,从而改善相关症状。

3.2.3.2 免疫反应

肠道菌群对大脑的髓鞘形成、神经发生和小胶质细胞活化等过程至关重要,能够有效调节个体行为,影响情绪和认知等心理过程[54]。其中,肠道菌群对调节小胶质细胞的成熟和功能的重要作用已被证实[55]。小胶质细胞是大脑中最丰富的免疫细胞,影响大脑发育,维持神经环境,对损伤反应和修复,可诱导促炎因子加剧大脑的炎症反应,并可通过上调 NF-κB,丝裂原活化蛋白激酶以及cJun N-末端激酶来诱导神经元变性,进一步影响中枢神经功能[56-57]。研究发现,ASD患者多脑区存在小胶质细胞、星形胶质细胞过度活化的现象[58-59],是中枢炎症反应的一个重要标志。

动物实验发现,对怀孕小鼠予以脂多糖刺激诱导炎症反应,其后代小鼠可表现出ASD症状,并且小胶质细胞数量明显增加[60]。而针刺长强穴可使IL-1受体激活,激活NF-κB诱导激酶,使NF-κB转运至细胞核内转录,使IL-1β的免疫应答增强,血清浓度增高,使NF-κB蛋白表达下调,抑制NF-κB的活性;还可促进星形胶质细胞的生成,提高抗炎因子IL-10的浓度,改善脑内组织的炎症,进而参与内环境稳定、调节渗透压,维持血脑屏障,调控突触形成及突触传递,从而改善孤独症模型大鼠的行为认知能力[61-62]。

笔者猜测,针刺可以通过调节肠道菌群,调节胶质细胞功能,调控免疫炎症反应,改善ASD患者中枢炎症状态,从而起到治疗作用。

4 讨论

目前,研究已初步证实肠道菌群是影响 ASD的一个重要因素,但肠道菌群对 ASD产生影响的准确机制尚未被阐明。当前研究表明,肠道菌群与大脑之间的沟通是一个复杂的网络,中间涉及免疫、肠道黏膜屏障等多个系统的相互交叉作用。据此,笔者推断针刺或许可以通过调节肠道菌群,保护肠道黏膜屏障,改善中枢炎症状态,调“脾”治“意”,从而达到治疗ASD的目的,但不足的是,目前相关研究甚少,很多机制尚不明晰,今后可深入探究肠道菌群在治疗ASD患者中的作用以及针刺对其具体的调控机制,这将为针刺治疗 ASD的机制提供新的思路。