生物标志物在孤独症诊断中的研究进展

胡嘉铨 姜志梅

（佳木斯大学附属第三医院,黑龙江 佳木斯154002）

孤独症谱系障碍（Autism spectrum disorder,ASD）是一组发生于幼儿时期,复杂的广泛性神经发育障碍疾病,主要临床特征包括社交障碍、言语和非言语交流障碍以及重复性限制性行为[1],同时经常伴有智力障碍、癫痫、焦虑和抑郁等合并症[2]。据统计全世界孤独症患者总人数已有6700 万人[3],比艾滋病、癌症和糖尿病患者数的总和还多。过去二十年的数据显示,孤独症的患病率持续上升[3]。孤独症的预后不佳,不但严重影响患者生活质量,还会给家庭、社会带来沉重负担。大量证据表明早期干预可以有效改善ASD 儿童的预后[4,5]。但当前ASD 的早期诊断主要基于行为体征、症状、临床观察和行为评估,平均诊断年龄约为4．5 岁[6],可能会延误诊断。目前学界研究人员开始关注到生物化学指标筛查,通过临床实验室化学检测可以更为准确及时诊断ASD。寻找ASD 相关生物标志物,对于ASD 早期诊断、早期治疗,改善患者预后具有重大意义。

生物标志物是生物过程的客观,可量化的特征。在医学上,生物标志物是某种疾病状态的严重性或存在性的可衡量指标,通常使用血液,尿液或其他组织等来检测和评估。生物标志物与疾病的风险或进展,或与疾病对给定治疗的敏感性相关。它有助于早期诊断,疾病预防,药物靶标识别,药物反应等,在医学生物化学中起着重要作用。

1 基于免疫反应的生物标志物

有证据表明ASD 与先天性和适应性免疫反应异常有关[7]。ASD 患者血浆白细胞介素IL -1、IL -6、IL-8、IL-12、干扰素γ 和巨噬细胞迁移抑制因子水平升高,TGF-β 水平降低[8]。据报道ASD 患者的血浆IgG 免疫球蛋白和自然杀伤细胞异常活化水平有所增加[9]。在ASD 儿童血浆中也检测到了针对神经细胞和脑组织的自身抗体[10]。取ASD 患者死亡后脑组织研究,发现其小胶质细胞活化增加,通过使用小胶质细胞放射性示踪剂进行正电子发射计算机断层扫描观察证实了这一结果[11]。Momeni 等人使用SELDITOF（surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight）技术鉴定ASD 儿童血浆中潜在的多肽生物标志物[12]。这项研究得出三个相关的补体C3 肽在ASD 儿童和对照组儿童中的差异表达。Suzuki 等观察到在ASD 受试者小脑、中脑、脑桥、梭状回、前扣带回和眶额皮层中激活的小胶质细胞信号有增加[13]。尽管没有收集到可验证的数据集,但证实了基于免疫反应方法检测ASD 生物标志物的潜力。

目前尚不清楚在ASD 患者中观察到的免疫学变化是否完全与疾病有因果关系,但某些异常的免疫反应变化似乎与行为变化有关。例如,以小鼠为对象研究表明,孕期孕妇的免疫激活会导致后代的ASD 行为[7],ASD 脑中失活的免疫细胞的增加可能会导致突触可塑性的改变[14]。ASD 中的免疫反应机制的研究能够推进靶向治疗的研发,因此需要更深入的研究以鉴定出可靠的免疫标志物。

2 MicroRNAs 和外泌体标志物

MicroRNAs（MiRNAs）是一种微小内源性非编码调控RNA（通常有21 ～23 个核苷酸大小）,其功能是基因表达的转录后调节[26],在中枢神经系统的发育和功能表达中发挥重要作用[15]。Hicks 等人综述了在ASD 患者中大脑、血液、唾液和嗅觉前体细胞miRNAs 表达模式的改变[16]。这项研究涵盖了取自12 位ASD 患者的219 个靶向miRNA,所有靶向miRNA 通过两项或两项以上研究识别出27 个表达失调miRNAs。这些miRNAs 针对的是大脑中表达神经发育与孤独症有关联的基因。其中三个miRNAs（miR-23a-3p、miR-146a-5p 和miR-106b-5p）在多项研究中显示出一致性失调[17]。血液[18-20]和唾液[21]中调节失调的miRNAs 可能成为ASD 潜在生物标志物,因为这些miRNAs 取样简单且容易保存。

外泌体是由包括神经元在内的大多数细胞都能分泌,大小约100 nm 的细胞外小泡,含有蛋白质、信使RNA （mRNA）、非编码RNA（miRNA）和DNA[22]。从外周血中获得的外周血外泌体在各种疾病研究领域均引起了学者关注。由于外泌体可以穿过血脑屏障,血液中循环外泌体有望揭示脑部疾病的病理生理性改变,成为ASD 生物标志物。

3 血清素标志物

血清素（Serotonin,5 -HT）主要存在于人类胃肠道、血小板和中枢神经系统中,通常认为在大脑中具有一定认知功能,可以提高社会交往性,调节情绪情感。5 -HT 是最早发现的血液中ASD 生物标志物之一,25% ～35%的ASD 患者血液中血清素水平持续升高并且其高水平是可遗传的[23]。发育障碍中的高血清素血症仅在孤独症患者中出现。合成外周血清素的肠道嗜铬细胞从未在ASD 中被直接评估过。5 -HT 几乎只存在于血小板中,当血小板通过肠道循环时,通过SERT 获得5 -HT。故全血5 -HT 水平与SERT 介导的5 -HT 摄取相关[24]。5 -HT 的异常高水平受血清素受体基因SLC6A4 和整合素β 基因ITGB3 的遗传变异调节,有研究描述了一种携带SLC6A4 变体的小鼠模型,表现出高血清素血症和包括社交缺陷和重复行为的行为变化[25]。上述研究为ASD 靶向药物治疗提供新的途径,但5 - HT 作为ASD 的诊断生物标志物,特异性不强,仍需后续研究。

4 代谢物组标志物

代谢物组（Metabolome）指在一个生物细胞、组织、器官或生物体中所有的代谢产物的集合,而这些代谢物是此生物体基因表达的最终产物[26],是对特定的细胞过程遗留下的特殊化学指纹的系统研究。它被认为是生物标志物研究中发展最快的新方向。研究人员已从血液和尿液中发现了许多潜在的ASD生物标志物。Gevi 等人通过对2 ～7 岁的30 名ASD儿童与30 名正常儿童的对照研究,运用亲水相互作用色谱（HILIC）- 超高效液相色谱- 质谱联用法（hydrophilic interaction chromatography-UHPLC and mass spectrometry）检测,发现来自闭症儿童和对照儿童中差异最大的是尿液代谢产物,孤独症儿童体内优先将色氨酸转化为黄嘌呤酸和喹啉酸,并且褪黑素大幅降低。这些代谢异常与几种已知与ASD 相关联的共患病有关,如癫痫发作、睡眠障碍和胃肠道症状[27]。国内学者通过运用全自动生化分析仪测定ASD 儿童血液,监测到酰肉碱谱变化,推测ASD 可能存在线粒体功能障碍和脂肪酸代谢异常。并且实验结果支持将血液中的戊二酰肉碱和肉碱水平作为诊断ASD 的潜在生物标志物[28]。此外,Diéméet 等使用核磁共振和基于液相色谱-质谱的方法分析了自闭症儿童和健康对照的样本[29]。结果表明,孤独症儿童与正常儿童的代谢产物差异最大的是吲哚硫酸盐、N-ɑ-乙酰基-L -精氨酸、甲基胍和苯乙酰谷氨酰胺,两者差异最大的是硫代吲哚、N -甲基-乙酰基-L-精氨酸、甲基胍和苯乙酰谷氨酰胺。而肠道细菌中色氨酸代谢产生的吲哚和吲哚硫酸盐在ASD 患者尿液检测中被重复发现,证明它们是ASD生物标志物。

5 讨论

由于目前为止ASD 的病因和发病机制尚未阐明,ASD 仍缺乏有效的防治药物。多方研究已经表明通过早期干预治疗能够改善ASD 儿童的预后。因此,ASD 的早期诊断至关重要。尽管孤独症相关研究学者已经从多种途径和领域对ASD 生物标志物进行研究探索,但由于孤独症谱系障碍的异质性特点,有价值且能够临床应用的ASD 生物标志物依然没有产生,这也是当下孤独症生物标志物研究所面临的困境与挑战。要使生物标志物具有可使用的临床价值,它需要高效率检测、高度敏感和具体适用对象（即检测对象限于明确界定的ASD 患者亚组或具体发育窗口期）,并且应在临床上使用是成本不高又可行的。需注意现有的大多数研究都存在小样本研究对象和独立研究数据缺乏复制和再还原验证,这使得生物标志物的可靠性评估难以实施。

未来研究方向应集中在可接触的组织和体液（如血液和血细胞）中,识别可靠、非侵入性和廉价的生物标志物。通过这种方式,代谢产物、蛋白质、mRNA、miRNA 和外泌体可能是生物标志物的重要来源。同时应更集中关注中枢神经系统与外周血液或血细胞之间的一致性变化指标,重点关注中枢神经系统特异性或中枢神经系统衍生蛋白的变化。相信在研究人员的持续努力下,新型临床适用性ASD 生物标志物的发展与敏感检测必将为孤独症谱系障碍的早期诊断、靶向治疗以及预后走向提供重要参考意义。