儿童孤独症谱系障碍病因学研究进展

孙娅男 周子晴 魏凤香，2★

孤独症谱系障碍（Autism spectrum disorder，ASD）为精神疾病诊断统计手册第五版（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-V，DSMV）中定义的一种早发性神经发育疾病，其具体表现为社会交流和互动的改变，以及重复、僵化的行为和限制性的兴趣［1］。其广泛影响认知能力（例如执行功能、社会认知）和其他神经结构［2-3］，还影响其他主要生理系统，包括免疫、内分泌和肠道微生物群系统［4-6］。ASD 对健康相关结果的累积影响表现为躯体和精神疾病风险增加以及过早死亡［7-8］，导致主要生活领域的严重损害［9］和生活质量的降低［10］。ASD 的患病率和诊断率在过去二十年间大幅上升，达到1%～2.5%［1］，我国报告6～12 岁儿童ASD 患病率约0.70%［11］。该病对儿童身心健康有严重的负面影响，社会致残率高，完全自发缓解的可能性几乎为零，严重影响了人口素质，是当前急需关注的社会公共卫生问题。ASD 的病因及机制如下。

1 遗传因素

基因组测序数据表明，有数百个基因与ASD相关，既有常见的，也有罕见的（遗传的和新发的）基因，其中许多基因与其他神经发育、精神病和神经疾病有关［12］。虽然遗传证据的临床应用目前有限，但它正在不断发展，在某些情况下可以对ASD进行遗传解释，估计家族复发的可能性，并识别其他相关的遗传风险［13］。尽管ASD 具有复杂的多因素病因，但双胞胎研究证明了强大的遗传贡献。自闭症在单卵双胞胎中的一致率为70%～90%，而在双卵双胞胎中高达30%，一般兄弟姐妹中为3%～19%［14］。有证据表明，ASD 中许多发生突变的基因是调节突触发育和可塑性的活动依赖信号网络的关键组成部分。因此，神经元中活动依赖的信号通路的失调可能在自闭症谱系障碍［15］的病因学中起着关键作用。突触基因如神经胶质素3（neuroligin-3，NLGN3）、neurexin1（NRXN1）以及多个锚定蛋白重复结构域3（SHANK3）都参与了ASD。染色体15q13.3（CHRNA7）的致病性缺失或重复也被认为是自闭症［16］的一个位点。甲基化CpG 结合蛋白-2（methyl-CpG-binding protein 2，MECP2）是表观遗传信息的解读器，是染色质结构［17］的调节因子。MECP2也被确定为中国自闭症患者［18］队列中研究的29 个自闭症风险基因之一。遗传因素在ASD 的发展中起着重要作用。

2 环境因素

2.1 生物因素

父母年龄过大是染色体畸变的一个公认的危险因素，如唐氏综合征中母亲年龄过大。越来越多的证据表明，父母年龄较大与精神病和神经发育疾病的病因相关［19］，与ASD 相关的从头突变往往是父系突变，而不是母系突变［20］，有证据表明，在精子中检测到年龄相关的DNA 甲基化变化的年长父亲的后代中，与增高罹患孤独症风险相关［21］。这些影响甚至可能是代际性的，父母双方的祖父母-父亲年龄越高，与ASD 相关，这表明父母年龄相关的风险可能会随着世代累积［22］。母亲肥胖也被认为会影响后代的大脑发育和认知功能［23］。严重的母亲肥胖和高脂肪饮食可能通过以下过程影响胎儿和后代的神经发育［24-25］。有研究显示异常表现、脐带并发症、胎儿窘迫、出生损伤或外伤、多胎、产妇出血、夏季分娩、低出生体重、小于胎龄、先天畸形、低5 分钟Apgar 评分、胎粪吸入、新生儿贫血与ASD 风险相关［26］。有四个或四个以上症状的儿童的均等被认为是降低孤独症风险的一个因素。值得注意的是，在所有meta 分析模型中，缺氧引起的并发症是与ASD 风险相关的最一致的因素。

2.2 社会因素

心理社会环境因素指主要作用于心理功能，其次作用于生理的心理、社会和文化环境。大量研究表明，怀孕期间和新生儿早期的心理压力［23，27］与自闭症有关。妊娠21～32 周是婴儿小脑发育的关键阶段，如果母亲遭受压力，这可能会增加后代患自闭症的风险。现在已经在人类和动物模型中证实，孕期强烈的母亲压力可能会对孩子产生长期的生物学和行为影响［28-29］。心理社会环境独立于病因学因素，在改变ASD 的严重程度、生活质量和功能结果或损害程度方面发挥着作用。

2.3 营养素与ASD

母体营养显著影响胎儿的发育轨迹［30］，它在很大程度上决定了支持生长中的胎儿、胎盘和母体组织的营养物质。缺乏和营养不良的饮食会损害胎儿发育，并对发育结果产生不利影响。母亲必需营养素的消耗与后代的不良健康结果相关［31］，包括自闭症风险的增加。

ASD 被认为是一种多因素疾病，其中微量元素构成一个重要的环境因素。基本元素，特别是宏观元素，仍然是致力于孤独症病理生理学问题的研究空白。营养素在许多重要的神经发育过程中发挥着特别重要的作用，通过大脑区域促进早期大脑的高度代谢，这些成分的积累或缺乏将促进替代代谢途径，从而导致许多疾病和神经发育状况。大脑发育中的微量营养素在许多通过大脑区域的基本神经发育过程中起着特别重要的作用，促进了早期大脑的高度代谢。

2.3.1 硒

对ASD 的环境影响主要归因于发育中的大脑对外部暴露的敏感性，如铅和汞作为有害重金属，或由于缺乏适当的解毒能力而成为这种情况的一种表型。硒作为一种抗氧化因子，可能通过形成无毒复合物来中和汞和铅的神经毒性。在最近的一项研究中，对35 名ASD 儿童和30 名年龄和性别匹配的健康对照儿童进行了红细胞中铅、汞和硒水平的评估。获得的数据表明，与健康对照组相比，ASD 患者红细胞中的汞和铅显著增加，硒浓度显著降低。硒与铅和汞的比值发生了显著变化，表明ASD 患者体内的重金属具有神经毒性。该分析证明了硒对重金属神经毒性的预防和治疗作用［32］

2.3.2 锌

一项meta 分析研究锌代谢与孤独症之间的关系，解释了由于胎儿缺锌导致的小鼠的总体行为特征，并报告了与孤独症相似的表型。这些发现表明锌代谢的主要变化可能是孤独症发展过程中的一个重要营养元素。对在流行病学研究中，锌摄入不足患病率较低的高收入国家报告的孤独症患病率最高［33］。另外一个研究旨在分析和评估自闭症儿童和健康儿童混合牙列年龄组唾液样本中的唾液锌含量。在混合牙列年龄组中，从10 名孤独症患者和10 名健康儿童中获取未受刺激的总唾液样本。与健康儿童相比，自闭症儿童的唾液锌水平呈线性方程。自闭症儿童唾液锌浓度低可以揭示自闭症的发病机制［34］。最近对患有自闭症谱系障碍的儿童进行了一项队列研究，以解释补充锌对血浆水平和基因表达的作用，以及对认知运动能力的影响。在自闭症患者队列中，锌治疗期间MT-1的基因表达高于治疗前［35］。因此，锌在ASD 的发展中起着至关重要的作用。

毫无疑问，缺乏必需元素或有毒金属负载可能会导致表观遗传变化，从而破坏神经元的成熟，从而在早期发育过程中导致神经发育障碍。

3 遗传与环境的交互作用

ASD 是一种复杂多样的神经发育疾病，综合遗传、表观遗传和环境机制形成复杂表型。由于单基因紊乱、染色体畸变和拷贝数变异导致的个体遗传易感性扰乱了突触形成过程并影响突触可塑性。有各种环境因素导致表观遗传修饰，如DNA 甲基化和翻译后组蛋白修饰，导致基因沉默并影响转录。这种复杂的整合导致免疫过程和突触功能之间的相互作用。免疫细胞在神经炎症中起重要作用。整个整合导致免疫系统激活，并启动一系列事件，触发ASD行为表型的发展。小胶质细胞和星形胶质细胞在自闭症患者的大脑中被激活，并在突触修剪中发挥重要作用。ASD 患者的大脑中存在增加的小胶质细胞［36-37］。小胶质细胞和星形胶质细胞在突触形成和神经元细胞粘附分子发生突变时起着非常重要的作用。这清楚地表明孤独症患者的神经元容易出现免疫细胞功能障碍。小胶质细胞激活触发各种炎性细胞因子和趋化因子的释放，如IL-6、IL-12、IL-β、TNF-α，导致过量产生iNOS、ROS，改变突触可塑性，引起与ASD 相关的行为改变。

4 ASD 的诊断

现阶段关于ASD 的诊断是由儿科医生、心理学家或精神病学家使用国际疾病分类第10 版（ICD-10）［38］或精神疾病诊断和统计手册第5 版（DSM-5）作出的。ASD 诊断学在临床基因检测方面也不断发展，诊断ASD 的实践标准首先是通过微阵列检测大的和亚显微镜下的CNV，然后是WES 或WGS。其他基因组技术，如转录组学和表观基因组学，也可用于增强对ASD 所涉及的分子机制的理解，并最终为临床护理提供信息。细胞游离DNA（cfDNA）检测正在成为一种不可或缺的诊断工具。这种类型的检测或筛查通常被称为无创产前检查（non-invasive prenatal testing，NIPT）。通过下一代测序技术或基于单核苷酸多态性的方法，可以分析母体血浆中的胎儿cfDNA，以筛查检测遗传疾病或相关条件。综上所述，使用基因检测或临床基因组学作为体外筛选工具，可能是一种很有前途的方法来识别有自闭症风险的个体。

目前的大多数研究都是临床前设计，限制了其在现实生活中告知预防和干预策略的能力。所有医学研究的最终目标都必须是做出改善人们生活的发现。希望未来旨在了解环境因素在自闭症病因中的作用的研究将达到这一阶段。自闭症的发病机制尚未完全阐明，但早期干预被认为是绝对重要的。大多数学者强调“婴儿期窗口”作为一个在神经发育中起重要作用的关键因素的重要性。因此，在ASD 的治疗和预防中，有必要进行早期筛查，以发现任何代谢和矿物质失衡，有助于未来更好地诊断、有效预防和治疗自闭症谱系障碍。