兒童孤獨癥譜系障礙病因學研究進展

孫婭男 周子晴 魏鳳香，2★

孤獨癥譜系障礙（Autism spectrum disorder，ASD）為精神疾病診斷統(tǒng)計手冊第五版（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-V，DSMV）中定義的一種早發(fā)性神經(jīng)發(fā)育疾病，其具體表現(xiàn)為社會交流和互動的改變，以及重復、僵化的行為和限制性的興趣［1］。其廣泛影響認知能力（例如執(zhí)行功能、社會認知）和其他神經(jīng)結構［2-3］，還影響其他主要生理系統(tǒng)，包括免疫、內(nèi)分泌和腸道微生物群系統(tǒng)［4-6］。ASD 對健康相關結果的累積影響表現(xiàn)為軀體和精神疾病風險增加以及過早死亡［7-8］，導致主要生活領域的嚴重損害［9］和生活質量的降低［10］。ASD 的患病率和診斷率在過去二十年間大幅上升，達到1%～2.5%［1］，我國報告6～12 歲兒童ASD 患病率約0.70%［11］。該病對兒童身心健康有嚴重的負面影響，社會致殘率高，完全自發(fā)緩解的可能性幾乎為零，嚴重影響了人口素質，是當前急需關注的社會公共衛(wèi)生問題。ASD 的病因及機制如下。

1 遺傳因素

基因組測序數(shù)據(jù)表明，有數(shù)百個基因與ASD相關，既有常見的，也有罕見的（遺傳的和新發(fā)的）基因，其中許多基因與其他神經(jīng)發(fā)育、精神病和神經(jīng)疾病有關［12］。雖然遺傳證據(jù)的臨床應用目前有限，但它正在不斷發(fā)展，在某些情況下可以對ASD進行遺傳解釋，估計家族復發(fā)的可能性，并識別其他相關的遺傳風險［13］。盡管ASD 具有復雜的多因素病因，但雙胞胎研究證明了強大的遺傳貢獻。自閉癥在單卵雙胞胎中的一致率為70%～90%，而在雙卵雙胞胎中高達30%，一般兄弟姐妹中為3%～19%［14］。有證據(jù)表明，ASD 中許多發(fā)生突變的基因是調節(jié)突觸發(fā)育和可塑性的活動依賴信號網(wǎng)絡的關鍵組成部分。因此，神經(jīng)元中活動依賴的信號通路的失調可能在自閉癥譜系障礙［15］的病因學中起著關鍵作用。突觸基因如神經(jīng)膠質素3（neuroligin-3，NLGN3）、neurexin1（NRXN1）以及多個錨定蛋白重復結構域3（SHANK3）都參與了ASD。染色體15q13.3（CHRNA7）的致病性缺失或重復也被認為是自閉癥［16］的一個位點。甲基化CpG 結合蛋白-2（methyl-CpG-binding protein 2，MECP2）是表觀遺傳信息的解讀器，是染色質結構［17］的調節(jié)因子。MECP2也被確定為中國自閉癥患者［18］隊列中研究的29 個自閉癥風險基因之一。遺傳因素在ASD 的發(fā)展中起著重要作用。

2 環(huán)境因素

2.1 生物因素

父母年齡過大是染色體畸變的一個公認的危險因素，如唐氏綜合征中母親年齡過大。越來越多的證據(jù)表明，父母年齡較大與精神病和神經(jīng)發(fā)育疾病的病因相關［19］，與ASD 相關的從頭突變往往是父系突變，而不是母系突變［20］，有證據(jù)表明，在精子中檢測到年齡相關的DNA 甲基化變化的年長父親的后代中，與增高罹患孤獨癥風險相關［21］。這些影響甚至可能是代際性的，父母雙方的祖父母-父親年齡越高，與ASD 相關，這表明父母年齡相關的風險可能會隨著世代累積［22］。母親肥胖也被認為會影響后代的大腦發(fā)育和認知功能［23］。嚴重的母親肥胖和高脂肪飲食可能通過以下過程影響胎兒和后代的神經(jīng)發(fā)育［24-25］。有研究顯示異常表現(xiàn)、臍帶并發(fā)癥、胎兒窘迫、出生損傷或外傷、多胎、產(chǎn)婦出血、夏季分娩、低出生體重、小于胎齡、先天畸形、低5 分鐘Apgar 評分、胎糞吸入、新生兒貧血與ASD 風險相關［26］。有四個或四個以上癥狀的兒童的均等被認為是降低孤獨癥風險的一個因素。值得注意的是，在所有meta 分析模型中，缺氧引起的并發(fā)癥是與ASD 風險相關的最一致的因素。

2.2 社會因素

心理社會環(huán)境因素指主要作用于心理功能，其次作用于生理的心理、社會和文化環(huán)境。大量研究表明，懷孕期間和新生兒早期的心理壓力［23，27］與自閉癥有關。妊娠21～32 周是嬰兒小腦發(fā)育的關鍵階段，如果母親遭受壓力，這可能會增加后代患自閉癥的風險。現(xiàn)在已經(jīng)在人類和動物模型中證實，孕期強烈的母親壓力可能會對孩子產(chǎn)生長期的生物學和行為影響［28-29］。心理社會環(huán)境獨立于病因學因素，在改變ASD 的嚴重程度、生活質量和功能結果或損害程度方面發(fā)揮著作用。

2.3 營養(yǎng)素與ASD

母體營養(yǎng)顯著影響胎兒的發(fā)育軌跡［30］，它在很大程度上決定了支持生長中的胎兒、胎盤和母體組織的營養(yǎng)物質。缺乏和營養(yǎng)不良的飲食會損害胎兒發(fā)育，并對發(fā)育結果產(chǎn)生不利影響。母親必需營養(yǎng)素的消耗與后代的不良健康結果相關［31］，包括自閉癥風險的增加。

ASD 被認為是一種多因素疾病，其中微量元素構成一個重要的環(huán)境因素。基本元素，特別是宏觀元素，仍然是致力于孤獨癥病理生理學問題的研究空白。營養(yǎng)素在許多重要的神經(jīng)發(fā)育過程中發(fā)揮著特別重要的作用，通過大腦區(qū)域促進早期大腦的高度代謝，這些成分的積累或缺乏將促進替代代謝途徑，從而導致許多疾病和神經(jīng)發(fā)育狀況。大腦發(fā)育中的微量營養(yǎng)素在許多通過大腦區(qū)域的基本神經(jīng)發(fā)育過程中起著特別重要的作用，促進了早期大腦的高度代謝。

2.3.1 硒

對ASD 的環(huán)境影響主要歸因于發(fā)育中的大腦對外部暴露的敏感性，如鉛和汞作為有害重金屬，或由于缺乏適當?shù)慕舛灸芰Χ蔀檫@種情況的一種表型。硒作為一種抗氧化因子，可能通過形成無毒復合物來中和汞和鉛的神經(jīng)毒性。在最近的一項研究中，對35 名ASD 兒童和30 名年齡和性別匹配的健康對照兒童進行了紅細胞中鉛、汞和硒水平的評估。獲得的數(shù)據(jù)表明，與健康對照組相比，ASD 患者紅細胞中的汞和鉛顯著增加，硒濃度顯著降低。硒與鉛和汞的比值發(fā)生了顯著變化，表明ASD 患者體內(nèi)的重金屬具有神經(jīng)毒性。該分析證明了硒對重金屬神經(jīng)毒性的預防和治療作用［32］

2.3.2 鋅

一項meta 分析研究鋅代謝與孤獨癥之間的關系，解釋了由于胎兒缺鋅導致的小鼠的總體行為特征，并報告了與孤獨癥相似的表型。這些發(fā)現(xiàn)表明鋅代謝的主要變化可能是孤獨癥發(fā)展過程中的一個重要營養(yǎng)元素。對在流行病學研究中，鋅攝入不足患病率較低的高收入國家報告的孤獨癥患病率最高［33］。另外一個研究旨在分析和評估自閉癥兒童和健康兒童混合牙列年齡組唾液樣本中的唾液鋅含量。在混合牙列年齡組中，從10 名孤獨癥患者和10 名健康兒童中獲取未受刺激的總唾液樣本。與健康兒童相比，自閉癥兒童的唾液鋅水平呈線性方程。自閉癥兒童唾液鋅濃度低可以揭示自閉癥的發(fā)病機制［34］。最近對患有自閉癥譜系障礙的兒童進行了一項隊列研究，以解釋補充鋅對血漿水平和基因表達的作用，以及對認知運動能力的影響。在自閉癥患者隊列中，鋅治療期間MT-1的基因表達高于治療前［35］。因此，鋅在ASD 的發(fā)展中起著至關重要的作用。

毫無疑問，缺乏必需元素或有毒金屬負載可能會導致表觀遺傳變化，從而破壞神經(jīng)元的成熟，從而在早期發(fā)育過程中導致神經(jīng)發(fā)育障礙。

3 遺傳與環(huán)境的交互作用

ASD 是一種復雜多樣的神經(jīng)發(fā)育疾病，綜合遺傳、表觀遺傳和環(huán)境機制形成復雜表型。由于單基因紊亂、染色體畸變和拷貝數(shù)變異導致的個體遺傳易感性擾亂了突觸形成過程并影響突觸可塑性。有各種環(huán)境因素導致表觀遺傳修飾，如DNA 甲基化和翻譯后組蛋白修飾，導致基因沉默并影響轉錄。這種復雜的整合導致免疫過程和突觸功能之間的相互作用。免疫細胞在神經(jīng)炎癥中起重要作用。整個整合導致免疫系統(tǒng)激活，并啟動一系列事件，觸發(fā)ASD行為表型的發(fā)展。小膠質細胞和星形膠質細胞在自閉癥患者的大腦中被激活，并在突觸修剪中發(fā)揮重要作用。ASD 患者的大腦中存在增加的小膠質細胞［36-37］。小膠質細胞和星形膠質細胞在突觸形成和神經(jīng)元細胞粘附分子發(fā)生突變時起著非常重要的作用。這清楚地表明孤獨癥患者的神經(jīng)元容易出現(xiàn)免疫細胞功能障礙。小膠質細胞激活觸發(fā)各種炎性細胞因子和趨化因子的釋放，如IL-6、IL-12、IL-β、TNF-α，導致過量產(chǎn)生iNOS、ROS，改變突觸可塑性，引起與ASD 相關的行為改變。

4 ASD 的診斷

現(xiàn)階段關于ASD 的診斷是由兒科醫(yī)生、心理學家或精神病學家使用國際疾病分類第10 版（ICD-10）［38］或精神疾病診斷和統(tǒng)計手冊第5 版（DSM-5）作出的。ASD 診斷學在臨床基因檢測方面也不斷發(fā)展，診斷ASD 的實踐標準首先是通過微陣列檢測大的和亞顯微鏡下的CNV，然后是WES 或WGS。其他基因組技術，如轉錄組學和表觀基因組學，也可用于增強對ASD 所涉及的分子機制的理解，并最終為臨床護理提供信息。細胞游離DNA（cfDNA）檢測正在成為一種不可或缺的診斷工具。這種類型的檢測或篩查通常被稱為無創(chuàng)產(chǎn)前檢查（non-invasive prenatal testing，NIPT）。通過下一代測序技術或基于單核苷酸多態(tài)性的方法，可以分析母體血漿中的胎兒cfDNA，以篩查檢測遺傳疾病或相關條件。綜上所述，使用基因檢測或臨床基因組學作為體外篩選工具，可能是一種很有前途的方法來識別有自閉癥風險的個體。

目前的大多數(shù)研究都是臨床前設計，限制了其在現(xiàn)實生活中告知預防和干預策略的能力。所有醫(yī)學研究的最終目標都必須是做出改善人們生活的發(fā)現(xiàn)。希望未來旨在了解環(huán)境因素在自閉癥病因中的作用的研究將達到這一階段。自閉癥的發(fā)病機制尚未完全闡明，但早期干預被認為是絕對重要的。大多數(shù)學者強調“嬰兒期窗口”作為一個在神經(jīng)發(fā)育中起重要作用的關鍵因素的重要性。因此，在ASD 的治療和預防中，有必要進行早期篩查，以發(fā)現(xiàn)任何代謝和礦物質失衡，有助于未來更好地診斷、有效預防和治療自閉癥譜系障礙。