生命早期腸道菌群與孤獨癥譜系障礙研究進展＊

何 勇，馮愛民，張 卉，夏 璐

1.陜西中醫藥大學 （咸陽712000）；2.陜西中醫藥大學附屬醫院兒科 （咸陽712000）

孤獨癥（自閉癥）譜系障礙（Autism spectrum disorders，ASD，簡稱孤獨癥或自閉癥）是一種起病于嬰幼兒時期的一種情感、認知、行為等發育障礙疾病，流行病學調查ASD在世界范圍內已經成為最嚴重的神經發育障礙之一，是全世界兒童智力精神等殘疾的致殘原因之一，大約有2／3患兒成年后無法獨立生活［1］。中國ASD患病率保守估計為1%，0～14歲的兒童患者達200余萬［2］，男女比1.33∶1、2.75∶1［3］。但 ASD的病因及發病機制尚未完全清楚，目前暫無確切的治療方法。但近年研究發現ASD可能與腦－腸軸相關，腸道菌群可能在其中具有重要作用，本文整理近年來有關早期腸道菌群、微生物－腸－腦軸與ASD關系的相關文獻，旨在揭示生命早期腸道菌群與ASD之間關系，對ASD早期篩查及干預提供新的治療思路。

1 ASD

1.1 ASD的概念及診斷 孤獨癥（自閉癥）譜系障礙是一種起病于嬰幼兒時期的廣泛性發育障礙（Pervasive developmental disorders，PDD）［4］。目前將 ASD 的核心癥狀總結為兩點：社會性溝通和社會性交往的缺陷以及局限性、重復性的行為、興趣或活動（Siegel ＆Elaine，2013）［5］。ASD的診斷主要依靠臨床行為觀察及量表的評估，需由專業人員診斷，故大多數ASD患兒在3歲后才被確診。

1.2 ASD的高危因素 ASD的具體病因目前尚未明確，其發生與許多危險因素相關。Amirhossein等［6］認為高齡父母、極低出生體重兒、新生兒溶血病、新生兒呼吸暫停、缺血和缺氧腦病等增加ASD風險。邢東等報道若早期改善缺血可改善神經功能［7］，然而通過改善腦部缺血、缺氧是否可降低ASD發病率尚需進一步研究。Zerbo［8］認為，孕母感染后增加胎兒患ASD風險，主要是因孕母感染后的炎癥反應激活母體免疫系統使體內炎性因子升高，炎性因子通過胎盤傳遞給胎兒，導致胎兒炎癥反應，炎性因子作用于胎兒中樞神經系統功能區時會導致認知功能障礙和行為發育異常［9］，說明炎性反應是ASD的發生的重要機制之一。Sandler等［10］發現不同的抗生素可改變腸道微生物，即抗生素可對ASD癥狀造成不同程度的影響。目前抗生素應用廣泛，也存在相關多重耐藥問題［11］，應引起廣大醫護人員關注。左雪梅等［12］認為，父母神經質及低水平心理健康狀況可能是兒童行為障礙的影響因素。殷道根等［13］調查中國人群兒童孤獨癥危險因素時認為遺傳史、新生兒黃疸、缺氧窒息、孕周異常、先兆流產、孕期服藥史、孕期疾病史、父母親性格內向等為ASD的高危因素。

由以上高危因素可推測加強孕期保健、提高新生兒復蘇、改善早期腸道微生物、合理使用抗生素等可降低ASD發生率。

2 腸道菌群

2.1 早期生命的腸道菌群 以往研究認為，胎兒期腸道是無菌的［14］。近幾年研究認為微生物菌群可從母親轉移到胎兒，胎盤、臍帶血、羊水內均可檢測到一定數目的細菌［15－18］。當胎兒娩出時，細菌經陰道分泌物、早期母嬰接觸以及空氣吸入等途徑進入新生兒腸道，并在腸道內迅速定植繁殖［19－20］。胎兒出生約2h后需氧菌及兼性厭氧菌就已開始定植，生后第1天腸球菌和腸桿菌科等需氧菌占優勢，24～48h以后這些細菌消耗腸道中的氧氣并產生厭氧環境，第10天左右以雙歧桿菌和乳酸桿菌等厭氧菌為優勢菌，伴隨次要菌群如大腸埃希菌、擬桿菌和梭狀芽胞桿菌的增長［21］。

生命早期腸道菌群處于變化狀態，嬰兒在0～6個月內以母乳喂養為主，其腸內微生物主要來源于母乳，母乳中含有多種共生微生物，是嬰兒獲得乳酸菌和雙歧桿菌等有益微生物的重要來源，故此階段腸道微生態組成結構與母體相近［22］；6月齡添加輔食到1歲左右斷奶是嬰兒腸道菌群結構產生波動的階段，高脂或高蛋白食物促進擬桿菌增殖，高碳水化合物飲食與普雷沃氏菌屬數量增加相關，高葡萄糖飲食可增加白色念珠菌生長。繼續母乳喂養到1歲左右可形成具有個體特異性、類似成人模式的、組成結構已較穩定的腸道微生態結構［23］。在隨后的1～2年內幼兒逐步完善，2～3歲左右穩定，向成人腸道菌群結構靠攏，以雙歧桿菌、乳酸菌、擬桿菌為主的共生菌，占總量99%［24－25］。

2.2 ASD患兒的腸道菌群有報道表明與健康兒童相比ASD患兒腸道菌群：擬桿菌門、韋榮氏球菌、雙歧桿菌、普氏菌屬、球菌屬的相對豐度減少［26－29］，梭狀芽胞桿菌，脫硫菌屬、薩特菌屬相對豐度升高［30－32］。腸道真菌群落監測時念珠菌屬較多，其中以白色念珠菌為主［33］。羅茜等［34］在治療ASD前后與健康兒童對比，顯示雙歧桿菌、普氏菌和脫硫弧菌屬豐度增加顯著，并表明這三個菌屬可能是孤獨癥中腸道微生態改變的關鍵菌屬。

2.3 ASD高危因素下腸道菌群改變 研究顯示，低出生體重兒中70%生后第4天左右糞便中檢測出腸道菌群定植，優勢菌最早以革蘭陽性球菌和陰性桿菌為主，生后3周左右才可能出現雙歧桿菌。與足月健康新生兒比較，早產兒腸道有更高水平的兼性厭氧菌，而雙歧桿菌、擬桿菌屬、奇異菌屬含量則明顯較少［35］。早期重度高膽紅素血癥母乳喂養新生兒胎糞中大腸桿菌屬、葡萄球菌屬、克雷伯菌屬、芽孢桿菌目豐度與健康新生兒相比較高［36］。新生兒窒息時腸道缺氧、缺血，腸黏膜結構破壞，菌群平衡失調［37］，窒息后腸道菌群如何改變報道較少，尚需進一步研究。

3 微生物－腸－腦軸

3.1 生理狀態下的微生物－腸－腦軸 Jasarevic等［38－39］研究當幼鼠脫離母體子宮宮內環境進入一個復雜的微生物環境時，大腦與腸道間的交流已開始，在此期間，腸道菌群的組成和功能會隨著大腦的發育和成熟經歷多次轉換。腸道菌群的構成不同，其所產生的代謝物質的種類和數量也不同，由腸道菌群產生的或促進產生的作用于腸－腦軸（Gut－brain axis，GBA）上的物質主要為各種神經遞質和以短鏈脂肪為代表的菌群發酵產生的物質。目前發現腸道微生物產生的這些具有神經活性的分子可能影響整個腸－腦軸的功能，如γ－氨基丁酸、五羥色胺、谷胱甘肽、兒茶酚胺等，通過GBA直接或間接地影響著大腦的各種功能，是菌群與GBA相互作用的物質基礎。這些物質在腸腔內釋放時，可以調節腸神經系統內的神經信號傳導，影響大腦的正常功能和行為表現［40－42］。膳食纖維經腸道菌群發酵產生的代謝產物如丁酸、丙酸和乙酸等短鏈脂肪酸，也能夠通過 GBA與大腦互相影響［43－45］，說明腸道菌群－腸－腦之間存在相關聯系。

Chana Palmer等［46］在對89名嬰兒進行的初步研究，發現1歲時的微生物組成與2歲時的認知有關。1歲左右人體腸道的微生物趨于穩定，其組成可預測2歲時的認知功能，特別表現在交流行為方面。3歲左右與成人類似或一致，已達穩定狀態［47－48］。故微生物成分定植趨于成熟的過程與大腦發育趨于成熟的關鍵窗口時間基本一致，而各種因素皆可導致此期腸道菌群的改變從而影響大腦的發育。

3.2 ASD與腸－腦－軸

3.2.1 ASD與腸道菌群之間的關聯：ASD患兒腸道細菌的種類、組成及比例與同齡健康兒童比較存在差異，主要是雙歧桿菌的數量減少、梭狀芽孢桿菌和／或脫硫弧菌的異常生長，有研究報道擬桿菌、雙歧桿菌和乳桿菌誘導抗炎環境，梭狀芽胞桿菌屬促進炎性環境［49］。

ASD患兒與雙歧桿菌減少的關聯表現為：①抑制人體有害細菌的生長繁殖及抵抗病原茵的感染水平降低，體內的抗炎水平下降，刺激腸道蠕動的醋酸、丙酸、丁酸和乳酸等有機酸減少，ASD患兒出現腹瀉、便秘等胃腸表現；②鐵離子或者其他離子參與腦內發育、代謝和功能等重要活動，但研究發現腦內鐵離子的過量累積（鐵過載）可能具有一定的神經毒性并參與了諸多神經系統疾病的發生、發展［50］。在ASD患兒中雙歧桿菌的減少導致總的谷胱甘肽水平降低，抗氧化作用減弱，使患兒表現出對重金屬的毒性作用更為敏感［51］，表現為行為的異常；③雙歧桿菌可發酵乳糖，乳糖產生半乳糖是構成腦神經系統中腦苷脂的成分，與嬰兒出生后腦的迅速生長有密切關系，雙歧桿菌減少會導致與同齡健康嬰兒相比存在腦部的發育的差異。

ASD患兒與梭狀芽胞桿菌異常生長表現為：梭狀芽胞桿菌會促進體內的炎性環境形成，導致腸黏膜功能障礙，進而促進毒素、細菌產物、淋巴細胞、促炎細胞因子的吸收，以及通過血流，穿過血腦屏障產生神經炎癥的神經遞質，最終影響大腦功能紊亂，同時梭狀芽孢桿菌與神經毒素產生相關，釋放的神經毒素通過迷走神經傳入CNS，抑制神經遞質釋放，從而引起ASD相關的行為表現。

3.2.2 ASD與腸－腦軸之間的關系：研究表明［52］腸道菌群可對宿主狀態做出反應，除腸道自身因素外，還可發出一系列化學信號對人體進行調節，即上述所提及的微生物－腸－腦軸調節，腸道與大腦之間存在雙向關系。Melanie等［53］研究小鼠的部分腸內分泌細胞表達突觸相關黏附蛋白，可與迷走神經節神經元形成突觸，并以色氨酸為神經遞質（色氨酸是5－HT合成的前體物質，對5－HT合成和產生至關重要，腦中5－HT含量最多），將腸腔內的營養等信息快速傳遞給大腦，該神經上皮回路的突觸可將腸道環境與腦干相連。而ASD患兒色氨酸水平呈下降狀態，提示5－HT合成會減少，ASD患兒出現社交功能、刻板行為以及感覺異常的變化。腸道微生物對食物以及人體產物進行發酵和消化，釋放和分泌功能性神經遞質，人體腸道內的乳桿菌、雙歧桿菌等利用谷氨酸鹽產生γ－氨基丁酸，γ－氨基丁酸通過血腦屏障進入中樞神經系統［54］，γ－氨基丁酸可以抑制動物的活動，減少能量的消耗，ASD患兒腸道內乳桿菌、雙歧桿菌減少，會出現刻板行為、極度活躍高度－反應性的ASD行為樣改變。酪氨酸能夠消耗兒茶酚胺，ASD患兒體內酪氨酸含量減少，也會出現極度活躍的變化。白色念珠菌在ASD患者胃腸道中計數增加，白色念珠菌可以在胃腸道釋放丙酸和氨，氨和丙酸之間的反應會產生β－丙氨酸，β－丙氨酸是一種抑制性神經遞質，可通過血腦屏障誘發ASD行為［55］。

故腸道微生物的變化與ASD相關行為癥狀的發展有關，ASD兒童存在許多消化道癥狀，如常發生腹痛、脹氣、腹瀉、便秘或排便時疼痛，極其更突出的易怒、孤僻、刻板印象和多動等癥狀［56－57］，皆可由特定的腸道微生物改變導致相關代謝物質的改變，影響腸道通透性，使相關代謝產物進入血液，通過腸－腦軸對中樞神經系統產生影響。

4 小 結

目前已經發現了一些疑似與自閉癥密切相關的腸道菌群組成紊亂，表現為缺失應在正常人體內存在的部分細菌，或者出現正常人體內沒有的菌群，或者各種菌群的比例發生了明顯變化，有益菌減少，有害菌增加，這些變化經過激素、神經遞質、免疫及代謝途徑，經過腸腦軸系統復雜的運轉，最終導致大腦功能紊亂，故可推測自閉癥發生原因之一與微生物－腸－腦軸紊亂相關。

嬰幼兒3月到2歲之間，大腦新的突觸形成逐漸達到頂峰［58］，大腦體積到2歲時約增至成人大腦體積的90%。同時微生物群的組成在2～3歲左右穩定。因此，建立健康的微生物菌落的關鍵窗口落入了大腦發育的相同關鍵時間窗口中［58］。在這個窗口期，發育中的大腦對許多外部和內部環境因素敏感，若在此期對可能患有ASD的高危人群進行早期監測及早期干預，則可為早期預防ASD提供診斷依據。

5 展 望

現基本已證實ASD的發生與微生物－腸－腦軸相關，若對可能患有ASD的高危人群進行腸道微生物監測，同時在腸道菌群穩定之前進行早期干預，使其腸道菌群恢復至正常生理狀態，那么腸道菌群的改變是否可做為預防ASD發生的新目標，達到降低ASD發病率的可能。但目前對可能患有ASD高危因素嬰幼兒的腸道微生物研究較少，需進一步研究。