腸道菌群在兒童孤獨癥中的研究進展

范瓊麗，李文藻，吳至鳳，張雨平 綜述 余秀梅 審校

孤獨癥是一種在兒童生長發育過程中較為常見的神經發育障礙性疾病。目前有多個因素被認為是孤獨癥發病的可能原因，雖然遺傳因素在孤獨癥的致病中起著重要作用，但后天的環境因素對于孤獨癥的發病仍然有著不可忽視的影響。對孤獨癥患兒進行早期干預和支持治療可改善患兒的行為能力和社會適應能力，而腸道菌群可通過對腸道神經系統(enteric nervous system, ENS)產生影響，進而在一定程度上緩解孤獨癥患兒的癥狀，但是腸道菌群治療孤獨癥的具體機制和臨床效果仍不確切。本文總結和分析最新的臨床研究證據以期為臨床應用提供參考。

1 孤獨癥的發病及治療概況

孤獨癥是一種在兒童生長發育過程中較為常見的神經發育障礙性疾病。精神障礙的診斷和統計手冊中有關孤獨癥的定義描述如下：患者有持續的社交障礙同時伴有重復、刻板的行為特征和狹義的興趣愛好。這個定義實際上描述了孤獨癥譜系障礙，它包含了多種表現型，除了典型的孤獨癥外還包括阿斯伯格綜合征和廣泛的發育遲緩[1]。胃腸道功能障礙在孤獨癥患者中較為常見，其發病率是健康兒童的3～4倍[2]。孤獨癥的發病率在過去20年里正逐年上升，這一發病趨勢變化的部分原因來自于孤獨癥診斷標準的完善及對孤獨癥診斷能力的提高。孤獨癥的發病率大約為每1000個兒童中有20.6個患者，其男女比例為4∶1[3]。盡管越來越多的兒童受到這種疾病的困擾，但關于孤獨癥癥狀產生的具體機制仍然存在較大爭議。目前有多個因素被認為是孤獨癥這一癥狀復雜和累及廣泛的疾病的可能原因。其中遺傳因素來自于多個基因位點的變異包括：染色體16p11.2、15q24、11p12-p13等，這些基因的易位、重復和微缺失被認為是導致孤獨癥發生發展的原因。孤獨癥在同卵雙生雙胞胎中具有60%遺傳一致性，而在異卵雙生雙胞胎兒童中沒有這一遺傳趨勢。這種現象說明盡管遺傳因素在孤獨癥的致病中起著重要作用，但后天的環境因素對于孤獨癥的發病仍然有著不可忽視的影響[3]。

目前，孤獨癥治療的主要目的是改善患兒的行為能力和社會適應能力。對于孤獨癥患兒進行早期干預和支持治療更為有效，研究發現早期的行為管理能顯著降低患兒將來發生行為問題的概率[4-6]。最主要的關注點應該放在行為和教育的干預上，這將會與藥物治療一起產生協同放大效應。一旦被診斷為孤獨癥，患兒往往會接受多方面的干預和治療，參與人員主要包括：兒童保健醫師、心理醫師、遺傳學家、語言和行為指導師和精神病科醫師，這些人員往往會根據個體的具體情況制定個體化治療方案。除了主流治療方案外，目前還有一些相當數量的補充和替代醫療(complementary and alternative medicine，CAM)被用于孤獨癥兒童的治療。Perrin等[7]進行的一項研究發現28%的孤獨癥患兒家庭會使用CAM治療，CAM使用率最高的往往是那些患兒孤獨癥癥狀嚴重和伴隨著胃腸道癥狀或癲癇癥狀的家庭。其中腸道菌群治療是最為常見的CAM干預措施。目前有多項研究發現腸道菌群能夠改善孤獨癥患者的神經精神狀態和行為模式。

2 腸道菌群與孤獨癥的相關性

孤獨癥患者腸道菌群的成分和組成也與健康人有所差異。Kang等[8]進行了一項研究對比了20例孤獨癥患兒的腸道菌群與20例健康對照兒童的腸道菌群的差異，結果發現在孤獨癥兒童的腸道菌群中有著更低豐度的發酵細菌：普氏菌屬(Prevotella)、糞球菌屬(Coprococcus)和維隆氏菌屬(Veillonellaceae)。同時他們還發現孤獨癥患兒的腸道菌群的種類顯著低于對照組。Hsiao等[9]同樣在孤獨癥小鼠模型中發現了其腸道菌群與正常小鼠的差異。對這些孤獨癥小鼠給予脆弱擬桿菌(Bacteroides fragilis)治療后，既糾正了其腸黏膜屏障缺陷，同時還改善了小鼠的刻板行為和焦慮狀態等癥狀。Yano等[8]進行了一項研究報道了腸道菌群與血清素調節之間的關系。他們發現小鼠和人體腸道內的局部產芽孢桿菌可以促進結腸嗜鉻細胞瘤血清素的合成。同時還發現提高小鼠腸道內特定微生物代謝產物的濃度會增加其結腸和血液中的血清素水平。值得注意的是，研究發現在1/3的孤獨癥患者中發現了血清素水平的升高，并且其高水平與患者的胃腸道癥狀，如腹痛、便秘等有相關性[10, 11]。由于胃腸道是產生血清素的主要部位，在孤獨癥患者中發現血清素水平升高提示胃腸系統在孤獨癥的發病機制中可能起著重要作用。Navarro等[12]探討了SLC6A4基因(血清素轉運基因)的異常與孤獨癥發生的關系，他們發現當SLC6A4基因突變后小鼠的血清素水平顯著上升，同時還觀察到了這些小鼠表現出社交能力減退、交流障礙和重復刻板的行為。這些研究進一步證實了腸道菌群與體內一系列生化指標的改變存在相關性，進而影響著患者的神經精神狀態和行為模式。

3 腸道菌群與孤獨癥發病的“橋梁”

3.1 ENS與孤獨癥發病的關系 ENS是胃腸系統中一個不可或缺的組成部分，是連接胃腸系統和中樞神經系統(central nervous syste，CNS)的“橋梁”。腸道神經系統在胚胎12周就已經開始發育形成，它主要來源于神經脊細胞，而這些細胞又是從胎兒中樞神經系統發出的骶神經和迷走神經段遷移而來[13, 14]。一旦ENS發育成熟，它將成為自主神經系統的三大組成部分之一，調控胃腸蠕動和分泌功能[15]。ENS有兩個重要組成部分：肌間神經叢和黏膜下神經叢。這些系統中的化學感受器和機械感受器通過復雜的神經網絡將信號傳遞給ENS以調節著胃腸蠕動和分泌功能[16]。人類的ENS包含了1億個神經元，它組成了周圍神經系統中最復雜的一個體系，幾乎所有中樞神經系統具備的神經遞質活動均能在ENS中找到[15]。盡管過去認為CNS在控制神經系統活動方面起著主導作用，但近年來認識到ENS-CNS交互作用在周圍神經系統控制方面發揮著重要作用。一個有趣的發現是90%的迷走神經纖維為傳入纖維，這提示大腦可能會接收到大量由ENS傳入的信號[17]。有人推測這種來自于腸道的連續性反饋的傳入可能會對大腦的情緒和記憶等功能產生影響。在動物實驗中發現腸道菌群可以通過迷走神經提供傳入信號，與CNS的信號一起共同產生實驗動物對外界刺激產生的焦慮反應或發揮抗焦慮作用[17]。相似的，人類迷走神經的刺激與情緒波動也存在著一定的相關性。Rush等[18]進行的一項研究發現在成年難治性抑郁癥患者中，刺激其迷走神經具有一定的抗抑郁作用。此外還有研究證實，對于成人和兒童難治性癲癇患者，迷走神經刺激均有一定的治療效果[19]。

3.2 腸腦軸在孤獨癥發病中的作用 目前認為腸道菌群在胃腸道-神經系統-生物行為的動態平衡中起著重要作用。這其中有以下幾種可能的機制：(1)腸道微生物通過刺激ENS從而激活迷走神經；(2)腸道菌群產生某些代謝產物進入血液循環，進而透過血腦屏障對中樞神經系統發揮作用；(3)微生物之間的相互作用激活某些信號通路導致細胞因子釋放產生系統效應[20, 21]。其中有一個“腸瘺假說”認為是由于腸道黏膜通透性的改變和腸道微生物代謝產物和毒素的易位導致了孤獨癥。支持該假說的證據是，在一些動物模型中發現隨著其腸道菌群的變化確實導致了其宿主行為模式的相應改變。Sudo等[22]進行了一項研究發現無菌小鼠會對于強制性外界壓力產生較強的對抗反應，其原因與其腸道菌群缺乏導致的體內高皮質酮水平有關。此外該研究還發現通過給予嬰兒雙歧桿菌能夠部分逆轉小鼠的上述行為模式。在另一項研究中，Savignac等[23]發現對于焦慮型小鼠群體，在其食物中添加雙歧桿菌能使其學習能力和認知能力得到顯著提高。

3.3 腸道菌群的調控在孤獨癥治療中的作用 鑒于目前的研究發現部分孤獨癥患者的腸道菌群與健康人群存在著顯著差異，有研究者推測益生菌可能作為這部分患者的一種治療手段。Buffington等[24]旨在探討分別攝入高脂飲食和益生菌制劑對小鼠幼崽的影響，結果發現，母孕期小鼠攝入高脂飲食后導致其下丘腦神經傳遞的變化進而導致其小鼠幼崽出現類似于抑郁癥表現的行為異常，而當給予羅氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri)后，小鼠幼崽的社會適應能力異常能得到逆轉。Partty等[25]進行了一項臨床試驗，75名嬰兒在6月齡內隨機被給予安慰劑或鼠李糖乳酸桿菌(Lactobacillus rhamnosus GG)，研究小組評估了這些兒童在2歲和13歲時腸道菌群組成和精神心理行為。結果發現雖然兩組之間這些兒童的腸道菌群并沒有顯著的差異，但在13歲時17%的空白對照組兒童出現了注意力缺陷障礙和阿斯伯格綜合征，而在益生菌組卻沒有。另外一項由Tomova等[17, 26]完成的研究探討了在小兒孤獨癥患者中的腸道菌群的情況，他們發現在孤獨癥患兒的腸道菌群中擬桿菌/弧菌的比值下降，而脫硫弧菌的數量增加，而且患兒腸道中脫硫弧菌的數量與孤獨癥的嚴重程度有較強的相關性。在該研究中對于這些患兒給予“兒童益生菌”制劑(其成分中60%為3種乳酸菌、25%為2種雙歧桿菌、15%為1種鏈球菌)每天3次，持續4個月。經過治療后研究者發現這些患兒的孤獨癥相關癥狀得到了緩解，而且腸道中擬桿菌/弧菌的比值上升到了正常健康兒童的水平。同時被認為是孤獨癥致病因素的脫硫弧菌的數量在這些患兒中也較治療前明顯下降。還有一種推測，由于孤獨癥患兒的許多胃腸道癥狀與IBS患兒的癥狀相似，而IBS患兒也存在著腸道菌群的改變，并且能從益生菌治療中獲益，由此推測益生菌用于孤獨癥患兒也能發揮相似的療效。

孤獨癥的發病過程受到多種因素的影響，而越來越多的證據表明胃腸道活動和其中的腸道菌群在孤獨癥的致病過程中起到了重要作用，而益生菌在孤獨癥患者中作為一種補充和替代醫療應用亦受到越來越大的重視。但目前益生菌種類繁多，益生菌的合理應用存在極大的挑戰，同時不同益生菌品牌產品中菌落形成單位或菌株的差異難以得到統一。因此仍需要進一步開展相關的基礎實驗和更為嚴謹及更大樣本量的臨床實驗以明確其作用機制及評估其有效性。