兒童孤獨癥譜系障礙發病機制的研究進展

占紅，白淑霞，王金堂

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorders，ASD)是一類神經發育性障礙疾病，主要臨床特征包括興趣或活動范圍狹窄、社交溝通障礙及重復刻板行為。3歲前多發，男孩多見[1]，患病率為女孩的2～4倍，但其癥狀嚴重程度卻較女孩輕，智力發育也相對好[2]。近年來，隨著醫療及經濟水平的提高，該疾病逐漸被人們重視、被醫學開始深入研究，其發病率也逐年增長。國內一項僅統計殘疾機構注冊人數的報道顯示，我國2006～2015年≤6歲兒童ASD的患病率為0.315%，大約有100多萬ASD患兒[3]。隨著ASD的發病率逐年增長，其發病高危因素已成為國內外研究的熱點問題。其病因復雜，包括產前、產時及產后多方面的危險因素[4]，多數學者認為ASD是由諸多遺傳和環境因素相互作用所致[5-6]，雖然其發病機制目前尚不完全清楚，但已有諸多探索性研究報道，本文就ASD高危險因素的發病機制作一綜述。

1 基因分子水平

1.1 基因表達下調 Surén等[7]研究發現孕期孕婦血中葉酸水平不足會增加后代患ASD的風險，這可能與ASD患兒甲硫氨酸合成酶還原酶基因的表達下調有關，葉酸-甲硫氨酸途徑參與DNA合成、甲基化以及細胞內氧化還原等反應，此途徑功能異常可導致包括ASD在內的神經發育障礙性疾病[8]。孕期維持正常葉酸水平不僅可預防ASD的發生，還可提高小兒出生后的認知和運動功能，但葉酸補充不易過量。

1.2 基因突變 研究發現，ASD可能與某些表達免疫系統成分的基因相關。例如間質表皮轉化因子(mesenchymal to epithelial transition factor,MET)基因突變可引起ASD患兒顳葉中MET信號轉導下降[9]，有報道對ASD患者尸檢發現了其顳葉中MET表達下調，表明ASD表型可能與MET基因突變有關[10]。另外，編碼白細胞介素-1細胞因子受體家族成員的部分相關基因突變也可能與ASD發生相關。近期還有研究表明，ASD患者的外顯子中編碼白細胞介素-1β誘導受體白細胞介素-1受體類型2的基因中出現了同義突變單核苷酸多態性[11-12]，該突變會影響mRNA的剪接、穩定性及結構，從而影響蛋白的折疊[13]，引起相應免疫功能異常，導致ASD患者出現相應表型。

1.3 表觀遺傳學 表觀遺傳是指機體的性狀在DNA序列沒有產生變異的情況下發生了可遺傳的改變。表觀遺傳學說明機體的性狀表達變異可發生在基因的復制、轉錄之外，包括外界環境因素[14]，DNA甲基化和組蛋白修飾是常見的表觀遺傳形式。Nguyen等[15]從在表觀遺傳學的角度研究發現，基因BCL-2和類維生素A相關的孤兒受體α基因與雙胞胎ASD相關。生殖細胞DNA特定CpG位點的甲基化程度會隨年齡的增長而相應降低，從而增加子代攜帶致ASD等有害突變基因的概率，因此30歲以上的孕母子代罹患ASD的風險會相對增加[16]，而父方生殖細胞基因突變的概率遠高于女方，因此相對而言父方的育齡是子代罹患ASD風險的主要因素[17]。有進一步研究發現，當父親體質量指數由>25增加為>30時，其后代患ASD的風險由47%顯著增加為73%，其機制是肥胖改變了父方體內的表觀遺傳學信息，影響了胎兒神經系統發育相關基因的表達[18]。在組蛋白修飾方面，有研究發現核糖體S6激酶在蛋白質翻譯等表達過程中起重要作用，可改變神經元樹突的形態，其缺少可導致ASD患者出現不適當的社會行為[19]。還有Cheslack-Postava等[20]從轉錄組學系統水平分析發現，ASD患者大腦區域性的基因表達存在異常轉錄和剪接失調，并存在神經突觸功能異常。

2 細胞組織水平

2.1 下丘腦-垂體-腎上腺素軸 趙夏薇等[21]認為，孕婦孕期負面情緒是ASD形成的危險因素，大約43.96%的ASD患兒母親在孕期存在長期情緒緊張或抑郁，而負面情緒產生的心理應激反應可引起下丘腦分泌促腎上腺皮質激素釋放激素；此外，孕期子宮內外炎癥反應等不良刺激因素，也能使胎盤自身產生大量促腎上腺皮質激素釋放激素入血。孕婦血清促腎上腺皮質激素釋放激素增加可通過下丘腦-垂體-腎上腺素軸引起體內腎上腺素等激素水平升高[22]，引起胎盤血管收縮，降低胎兒腦部血供；或直接通過胎盤影響胎兒體內激素水平，從而干擾胎兒正常生長發育。此發病機制尚屬于理論推測，尚無相關動物或臨床試驗予以證實。

2.2 缺血缺氧 有研究發現，子癇前期、妊娠高血壓[5]及妊娠期陰道流血等疾病，可使母體胎盤滋養層細胞異常分化，引起血管損傷，導致子宮胎盤血流灌注低下。因妊娠期糖尿病孕婦的血糖調節能力下降，胎兒長期處于高血糖水平，形成的慢性高胰島素血癥導致胎兒耗氧量和代謝均增加，從而影響胎兒的神經系統發育，產生相應的ASD癥狀；此外新生兒缺氧、窒息等因素，也可通過缺血缺氧機制引起ASD相應癥狀。

2.3 免疫功能異常

2.3.1 孕母免疫功能異常 目前較多報道提出異常的免疫系統調節參與了ASD病理生理反應[23]，母-胎間的免疫失衡會干擾胎兒神經系統發育。有小樣本前瞻性臨床病例對照研究發現[24]，孕中期孕母血樣檢測提示患ASD胎兒期外周血循環中炎性細胞因子水平高于對照組，以白細胞介素-4、白細胞介素-5、γ干擾素為著。不僅炎癥相關指標升高，有報道稱在ASD患兒母體內發現了抗腦蛋白自身抗體[25]，且母體IgG針對胎兒腦組織產生的反應蛋白與孤獨癥診斷呈顯著正相關(P<0.05)[26]，提示母體免疫功能失調是ASD的危險因素。Zerbo等[27]研究認為孕母孕期發熱是子代患ASD的危險因素，因為感染產生的炎癥反應可激活機體的免疫應答，如高水平的細胞因子γ干擾素可直接通過胎盤或觸發胎兒的炎癥反應影響胎兒前額葉皮質的功能，引起行為發育異常和認知功能障礙[28]，腦部影像學研究也證實了ASD患者大腦的異常發育[29]。

2.3.2 ASD患兒自身免疫功能異常 ASD患兒自身外周與大腦免疫系統存在持續的功能失調[30]，有研究發現ASD患者自身免疫性疾病(如過敏、哮喘)發病率相比正?；純阂遊31]。一些ASD患者體內能發現針對5-羥色胺受體、神經膠質纖維酸性蛋白[32]和髓鞘堿性蛋白[33]等中樞神經系統蛋白組分的自身抗體。此外，ASD患者免疫細胞功能和應答能力也存在受損，體內自然殺傷細胞的功能存在異常[34]，單核細胞對某些TLR配體刺激信號的應答反應增強[35]，且T細胞對刺激信號的反應也出現失調[36]。而小兒免疫功能受損后更容易感染病毒[37]，病毒感染可造成中樞神經系統不可逆性損害，產生ASD相關癥狀。國內還有研究顯示，部分腦組織抗原與神經特異性自身抗體結合形成的免疫復合物，可穿透血腦屏障進入患兒腦部損傷神經組織，引起患兒認知、語言發育和社會交往障礙等。

2.4 氧化應激機制 有研究認為，內外環境有毒物質對人體的損害與氧化應激亢進機制(自由基的生成和谷胱甘肽的耗損)相關[38-39]。促氧化物質增加或抗氧化物質減少是誘發ASD的關鍵[40]。氧化應激亢進是指機體內抗氧化系統與活性氧簇生成之間平衡被打破，活性氧簇在體內生成過多引起的細胞損傷[41]。如谷胱甘肽是細胞內最重要的抗氧化劑，還原型谷胱甘肽可通過谷胱甘肽過氧化酶的催化作用將過氧化氫和有機過氧化物等還原成水和相應的醇類，從而消除體內過多的活性氧簇[42]。當機體長期或大量暴露于環境毒物時，體內還原型谷胱甘肽出現代謝障礙或被大量消耗，機體便出現過度的氧化應激反應。有研究認為孕期孕母PM2.5暴露也與ASD形成相關，PM2.5隨呼吸入肺部后可進入腦部血液循環，從而誘導氧化應激反應，干擾神經系統發育[43]。一項臨床病例對照研究發現，ASD組患兒血清中半胱氨酸水平相對較高[44]，紅細胞內一氧化氮生成增多，而血清中谷胱甘肽過氧化物酶水平卻降低[45]；脂肪酸氧化的終末產物丙二酰二醛水平增高，證明脂肪酸氧化增強[46]；另一證據表明氧化過程增強的是，ASD患兒的血清中兩種主要的還原蛋白如銅藍蛋白和轉鐵蛋白都降低；此外，檢測ASD患兒的血清磷脂發現，其二十二碳六烯酸含量降低，ω-3脂肪酸整體水平也隨之下降[47]。這些均是孤獨癥患兒機體氧化反應增強的證據，且補充抗氧化物如維生素C、肌肽可改善孤獨癥的某些行為，提示氧化應激可能是ASD患兒的發病機制之一。

2.5 腦-腸軸 國外已有研究報道，ASD人群胃腸問題的發病率為9%～91%，特定胃腸道癥狀發生率也有很大差別[48]。在哺乳動物中存在“腦-腸軸”，指大腦和腸道之間能夠通過不同層面相互聯系的神經-內分泌網絡進行雙向信息交流[49-50]，兩者之間主要通過神經途徑、神經-內分泌途徑、神經-免疫途徑和代謝途徑相互影響。食物可影響腸道菌群的構成[51-52]，研究表明ASD患兒腸道菌群的比例存在失衡，雙歧桿菌等有益菌群比例減少，而酵母菌、梭菌屬和脫硫弧菌等菌群占比增加[53]。腸道菌群的比例失衡最終會引起相關代謝產物的變化，或通過炎癥因子或細胞改變腸-血-腦屏障的通透性[22]，從而神經毒性物質進入腦組織增多，導致腦局部非正常炎癥反應，損害神經系統的發育，引起功能障礙，從而產生ASD相關癥狀?，F有研究顯示ASD患者抑郁和焦慮障礙等精神疾病和胃腸問題有關[54-55]，原因是原發性神經功能異?？梢鹣掠蔚奈改c道問題，而60%功能性胃腸障礙的患者都合并有嚴重的情感障礙[56]。有關動物實驗研究也證明慢性心理社會應激可引起機體免疫及胃腸道功能紊亂，其中包括腸道菌群失衡。這些研究報道均在一定程度上支持“腦-腸軸”相互影響與ASD發病相關。

2.6神經元發育異常

2.6.1 5-羥色胺能神經元 孕期服用丙戊酸鈉鹽或反應停是ASD患兒的高危因素[57]。動物實驗研究表明，這可能與孕期暴露于反應停或丙戊酸鈉鹽后，神經前體細胞向5-羥色胺能細胞的分化成熟滯后，從而引起5-羥色胺能神經元分化、遷移及突觸的可塑性發生異常，導致神經元細胞凋亡有關，也可能與葉酸的代謝衰減、抑制組蛋白去乙酰酶抑制劑等機制有關[58]。還有研究表明ASD與高濃度的血5-羥色胺水平顯著相關，濃度越高ASD患兒認知功能越差，2～15歲ASD患兒的5-羥色胺水平持續增加可達成人水平的1.5倍，而正常兒童在5歲時5-羥色胺水平達高峰后逐降至成人水平[51]。5-羥色胺能神經元的分化及成熟延遲與血5-羥色胺高峰濃度的延遲出現，可能是影響ASD兒童神經發育及精神表現的重要生理機制。

2.6.2 多巴胺神經元 有報道認為，冬季受孕出生的兒童患ASD的風險要比夏季受孕后出生的兒童高[59]，因為冬季受孕時孕早期母親接受陽光的時間和強度要少，導致母體維生素D缺乏。維生素D在促進神經及胚胎發育方面有獨特作用[60]，因黑質多巴胺神經元內存在維生素D受體，孕早期為胎兒神經系統發育的重要時期，若缺乏維生素D就會影響該神經元的分化和軸突的連接，進而影響多巴胺神經系統，導致大腦正常的結構和功能異常，表現為胎兒腦發育和母體免疫功能異常[61]。研究表明ASD患兒存在維生素D缺乏，且經補充維生素D可減輕患兒相應臨床癥狀[62]。Saad等[63]通過病例對照研究發現，讓血液中25(OH)D<75 nmol/L的ASD兒童接受3個月的維生素D補充治療后，除外刻板動作，其言語社交退縮等行為得到了一定程度改善，雖該研究樣本量偏小，但從一定程度上支持此發病機制假設。

3 機體水平

Tordjman等[64]認為ASD的發病機制可能與機體發育序列受損有關，人體發育序列主要包括自我意識、交互感知覺、形象構建、自我-非自我鑒認。生后第二年是幼兒理解他人情緒、意愿、目的相關能力及對同伴產生興趣的快速發育時段，幼兒會逐漸形成與同伴相對高級復雜的交流形式，參與例如假扮及互動游戲、形成共同解決問題的能力[65]，這種能力在良好的外界環境引導下可得到良性發展。研究發現幼兒已具備參考同伴情緒的能力，通過同伴的情緒反應調節自己參與活動的行為，且有兄弟姐妹的兒童完成標準化的社會理解任務(如心應理論任務)相比沒有兄弟姐妹的兒童完成的更好[64,66]。劉丹等[67]發現生后第2年內幼兒戶外活動頻率越低幼兒ASD發病越高，可能因為缺少戶外交流活動會使幼兒的發育序列受損，從而影響幼兒的社會交往能力并最終導致ASD相關癥狀。

綜上所述，相關發病機制，部分機制存在遞進或交叉聯系，共同對ASD產生影響。部分有前瞻性的動物實驗研究，但多數發病機制均由回顧性分析相關的臨床證據所提出，且部分發病機制報道病例數有限，尚缺乏大數據、多中心及前瞻性的動物實驗及臨床實驗去證實。但隨著ASD逐漸被大眾深入仍認知和重視，相信眾多高危因素下的相關發病機制會逐一被揭曉，有利于ASD患兒的臨床干預和治療。