孤獨癥譜系障礙兒童血清BDNF表達特點及高壓氧治療研究進展

馮瓊，羅錦蘭，皇甫留杰

孤獨癥譜系障礙(autism spectrum disorder，ASD)主要是由遺傳因素及不明原因共同作用造成廣泛神經發育障礙的一類疾病，以社交障礙、限制性刻板行為、興趣狹窄等為主要臨床癥狀，可致患者終生精神殘疾、生活不能自理，給社會和家庭帶來沉重壓力[1]。隨著對ASD認識的不斷加深及檢測手段的日益完善，其發病率呈逐年上升趨勢，我國ASD患者總數已超過1000萬，其中兒童(0～14歲)患者人數已超過200萬，每年新增患者人數逾20萬例[2]。臨床上對于 ASD 的規范化診療越來越重視，針對兒童ASD治療措施的相關性研究不斷深入，高壓氧療法(hyperbaric oxygen therapy，HBOT)對ASD的治療作用得到了大量研究數據的支持[3-4]。此外，回顧性分析相關的臨床證據表明腦源性神經營養因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)表達異常與ASD有重要關聯，其在ASD發生和演變的病理過程中可能發揮重要作用[5-6]。本文就近年來眾多學者對兒童ASD中BDNF及相關通路的研究以及高壓氧的治療進展做如下綜述。

1 ASD兒童BDNF表達特點及相關信號通路

1.1 BDNF及相關信號通路 BDNF是神經營養因子家族的主要成員之一，其在哺乳動物中樞神經系統中含量最多、分布最廣，在海馬和皮質組織等關鍵腦區高度表達，尤其是海馬CA3區。結合受體包括高親和力酪氨酸激酶受體B(tyrosine kinase receptor B，TrkB)及低親和力p75 神經營養因子受體(p75 neurotrophin receptor，P75NTR)。BDNF與TrkB高度結合后，可以激活多條信號通路發揮其對中樞神經系統和外周神經系統中神經元存活、分化及突觸傳遞的調控作用，并對抗神經毒性過程、提供神經保護作用。BDNF 前體(pro brain derived neurotrophic factor，pro BDNF)則與P75NTR結合可激活c-Jun 和JNK信號轉導通路，促進神經元凋亡和抑制神經干細胞的增殖并減少分化的神經元、少突膠質細胞和星形膠質細胞數量[7-8]。大量文獻報道 pro BDNF-p75NTR 通路與 BDNF-Trk B通路在促進神經元存活、突觸可塑性等方面具有相反的生物學作用，正常生理狀態下兩者保持平衡狀態，共同發揮情緒調節、行為控制和學習記憶功能等重要作用[9]。

1.2 ASD兒童的BDNF表達特點及相關通路 大量研究發現血清BDNF與大腦皮質BDNF表達量呈正相關，且全血中BDNF與海馬BDNF表達量呈正相關，故通過外周血BDNF表達可以間接反映中樞神經系統BDNF的表達水平。在對中國ASD兒童(平均年齡3.78±1.22歲)的研究中發現血清BDNF>15.0mg/L罹患ASD的風險增加10.4倍，外周血中BDNF的濃度可被視為評估ASD患者的潛在生物標志物[10]。研究發現，ASD兒童遭受腦功能損傷后，血清中BDNF的表達水平上調到一定水平后會出現表達水平下降，表現為BDNF在ASD兒童幼年時期表達升高，至9歲前血清BDNF表達平均水平明顯降低，10～19歲時出現小高峰。其腦內杏仁核中成熟神經元的數量在不同年齡段也呈現不同的變化，早期生長過度、成年期生長速度減緩，提示可能與BDNF的異常表達有關[11-12]。還有研究發現癥狀較輕的ASD病例的BDNF血清濃度較高，但在癥狀嚴重的ASD患者中沒有檢測到BDNF血清濃度升高，提示在疾病早期BDNF的高表達可能是為了發揮代償性的神經保護作用[13]。Yvonne等[14]在18名年齡6～18歲ASD患者中發現其異常認知功能和相關行為缺陷與血清BDNF水平降低顯著相關，BDNF水平與ASD核心癥狀的嚴重程度呈負相關，進一步體現了BDNF表達水平與ASD的重要聯系。遺傳學研究發現，特定的BDNF SNP和其他BDNF單倍型、連鎖峰和NTRK2(TrkB)基因變異與ASD、雙相障礙、精神分裂癥等有關，具有NTRK2基因突變的小鼠表現出突觸可塑性降低、異常行為增加、過度運動、刻板行為和認知缺陷，所有這些特征都與ASD顯著相關[15-17]，這提供了BDNF及其受體TrkB參與ASD發病機制的有力證據。動物模型研究發現BTBR小鼠海馬區BDNF及TrkB蛋白表達水平較對照組小鼠明顯降低，且突觸傳遞功能受損，提示BDNF/TrkB信號下調可能是導致ASD行為改變的原因之一[15-16]。另外，ASD模型鼠海馬區BDNF及其受體Trk B表達水平呈現早期升高，后期下降的特點，且與海馬區神經元數量的變化趨勢一致，提示BDNF-TrkB信號通路與ASD的發病過程存在密切聯系,臨床研究也證實BDNF-TrkB信號通路與ASD的病因異質性一致[17]。基于小鼠鈣依賴分泌激活蛋白2(Ca2+-dependent activator protein for secretion 2，CADPS2)與腦源性神經營養因子分泌囊泡相關，并參與BDNF的活性依賴性釋放，并且小鼠腦中CADPS2的細胞分布與BDNF的細胞分布基本一致，Sadakata等[18]研究發現在CADPS2-KO小鼠中，同時表現出BDNF表達降低和類似于孤獨癥樣的細胞改變和行為特征，提示CADPS2介導的BDNF分泌障礙與孤獨癥易感性有關，其從側面證實了小鼠BDNF表達水平的降低能夠影響ASD疾病進展。在特發性ASD中pro BDNF增加導致 pro BDNF-p75NTR通路與 BDNF-Trk B通路之間平衡被打破，致使神經元的生長與凋亡出現不平衡，BDNF亞型水平的改變可能ASD致病機制的一個組成部分。因此，保持BDNF亞型及其受體表達水平的相對平衡對于正常的突觸功能和可塑性以及皮層回路的發育至關重要[19]。此外，尸檢研究發現ASD患兒大腦皮質BDNF、蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)及抗凋亡蛋白Bcl-2(anti-apoptotic bcl-2 protein)表達水平較健康兒童顯著減少，也提示BDNF介導的抗凋亡信號通路異常下調與ASD有關。

2 高壓氧治療ASD兒童的相關進展

2.1 HBOT簡介 HBOT是一種通過呼吸面罩在高壓環境下呼吸純氧或高濃度氧氣來治療缺氧、缺血性疾病的方法，血氧含量約為常壓下吸氧的數十倍。即使沒有血紅蛋白釋放的氧，在3個絕對大氣壓(absolute atmosphere,ATA)下吸100%氧氣就能維持組織細胞生存并減輕大腦缺氧。HBOT沒有侵害性，具有無創、無害、操作簡單、副作用小以及抗菌等多種特點，適用于各個年齡段，包括新生兒。HBOT在一氧化碳中毒、缺血性腦卒中、創傷性腦損傷、新生兒缺血缺氧性腦病、小兒腦癱等多種疾病的治療方面治療均取得了良好的效果，被國內外醫學界廣泛認可[20-21]。眾所周知，缺氧會對組織造成廣泛的損傷，發育階段的缺氧會影響大腦發育，從而導致神經發育障礙。當大腦遭受任何類型的損傷或異常時，氧氣供應不足，缺氧成為腦損傷恢復的制約因素。已有大量證據表明HBOT可通過改善氧供、增加再髓鞘化過程、改善線粒體活性、誘導血管生成、減少神經炎癥反應、調節體液免疫及細胞免疫、中和氧化應激反應、快速動員干細胞、改變腦血流量等多方面作用治療神經系統損傷并改善其預后[22]，是神經系統疾病不可替代的重要治療方法。

2.2 HBOT在ASD兒童治療中的應用 近年來，HBOT對ASD的治療作用引起了國內外學者的廣泛關注。大量臨床研究發現HBOT與現有一些治療方法相結合能普遍提高ASD患兒的社會功能。Kostiukow等[23]發現ASD兒童存在腦灌注不足，而高壓氧治療可以對抗改善腦灌注不足，通過40次HBOT發現在年齡較小的ASD兒童組(79個月以下)中發現孤獨癥治療評估表(autism treatment evaluation checklist，ATEC)社交能力—“不模仿”、ATEC感覺/認知意識—“顯示想象力”和ATEC健康/身體/行為—“聲音敏感”項目有所改善，在年齡較大的ASD兒童組(79個月以上)中，ATEC健康/身體/行為—“強迫性言語”和兒童孤獨癥評定量表(childhood autism rating scale，CARS)情緒反應、對變化的適應和總分都有所改善，證實HBOT是孤獨癥譜系障礙兒童綜合治療和康復過程的有效組成部分。El-Tellawy等[24]研究證實HBOT、Tomatis聲音療法(tomatis sound therapy，TST)聯合治療ASD兒童(5～14歲，平均年齡為6.8歲)的CARS得分顯著低于對照組，且HBOT與TST聯合治療在改善ASD癥狀方面的效果優于單獨干預，考慮通過HBOT可使ASD兒童大腦大部分區域的腦灌注增強，ASD癥狀普遍改善，其對ASD兒童有積極影響。Mohamed等[25]對180名ASD患兒(5～8歲)進行隨機對照臨床試驗，發現與基線得分相比，隨訪一年后，HBOT組(在2個月內接受40次HBOT治療)、利培酮治療組和安慰劑組3組的平均總CARS、總ATEC和ATEC子量表得分均有不同程度的改善，且HBOT組優于利培酮治療組和安慰劑組，提示高壓氧治療可以緩解ASD兒童的社交能力、溝通能力、認知意識等核心癥狀，效果比利培酮顯著。Peterson等[26]研究發現常壓高氧(microbaric oxygen therapy，MBO2)治療可使ASD兒童癥狀明顯減輕且停止治療后趨于穩定。Inbar等[27]也證實HBOT治療可以不同程度的改善ASD 的核心癥狀及共患病，對兒童的行為產生有益影響。

2.3 HBOT對ASD兒童的治療作用與BDNF的相關性 BDNF能促進損傷神經元的生長、繁殖、修復及再生，被認為與多種神經系統疾病的發生、發展及治療密切相關。越來越多的證據表明，恢復BDNF水平及原肌球蛋白受體激酶B(tropomyosin receptor kinase B，TrKB)活性有助于ASD的治療[28]。Xinwang Ying等[29]研究發現HBOT可減少脊髓損傷后前角細胞凋亡并抑制樹突/突觸變性，且與BDNF和TrkB表達增加和神經功能恢復相關；HBOT介導的神經保護作用可被TrKB抑制劑ANA-12顯著抑制，并與BDNF/TrkB的低表達和更差的神經功能狀態一致。薛芬等[30]研究發現HBOT預處理可能通過調節BNDF表達水平對腦缺血再灌注模型大鼠(MCAO模型大鼠)起到神經保護作用，HBOT預處理組的梗死灶面積比(18.84±10.55)%顯著小于模型組的梗死灶面積比(25.45±8.75)%，且模型組 BDNF水平明顯低于空白對照組和HBOT預處理組。薛芬等[31]還在異氟醚所致認知障礙(postoperative cognitive dysfunction,POCD)小鼠模型中發現HBOT+異氟醚組目標象限停留時間顯著高于異氟醚組，且異氟醚組海馬 BDNF和膠質細胞源性神經營養因子(glialcellline - derived neurotrophic factor,GDNF)的蛋白相對表達水平及海馬BDNF和 GDNF的mRNA相對表達水平均顯著低于空白對照組和HBOT+異氟醚組，表明HBOT預處理可能通過調節海馬的BDNF和GDNF表達水平改善異氟醚所致認知損傷。尹傳紅等[32]研究發現HBOT能夠改善阿爾茨海默病APP/PS1雙轉基因小鼠海馬及前腦皮質的功能，提高其學習記憶能力及智力水平，且海馬區神經元排列整齊、尼氏體數量增加，BDNF mRNA及蛋白表達水平顯著升高，推測HBOT改善 APP/PS1小鼠認知功能的機制可能與激活BDNF相關信號通路，減輕小鼠海馬神經元突觸損傷有關。Lina等[33]研究發現HBOT可動員循環干細胞并通過上調BDNF、巢蛋白和突觸素的表達來提高認知能力。Hung-Te Hsu等[34]研究發現1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)誘導的小鼠帕金森模型黑質致密斑中酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase，TH)陽性神經元顯著丟失，HBOT顯著增加了TH陽性神經元的數量及BDNF表達顯著增加，且HBOT可改善MPTP小鼠的運動活性和握力。這些研究從另一方面為研究HBOT在ASD治療中的作用提供了佐證和思路。

3 小結與展望

ASD是一種嚴重的神經發育障礙，極大的影響兒童的身心健康及生活學習，已引起社會各界的廣泛關注。隨著人工智能以及神經影像技術的發展與應用，在一定程度上拓展了我們對ASD發病神經的理解，但由于ASD疾病的復雜性，上述技術尚未廣泛應用于臨床診斷?，F階段ASD的診斷主要依靠量表及行為學觀察，漏診誤診率仍較高[35-36]，且國內外關于ASD治療方法的研究尚未取得突破性進展。ASD的常規臨床治療方法仍以早期行為干預以及康復訓練為主，聯合針對精神癥狀、癲癇等臨床癥狀的藥物治療，大約2/3的 ASD兒童預后不理想，導致成年后不具備基本生活能力，需要家庭和社會的終身看護和照料。

HBOT可以不同程度的改善ASD患兒的認知、語言、行為、溝通和社會適應等能力，并使其病情趨于穩定。其可能機制之一是通過調節BDNF表達水平及相關通路實現的。調控BDNF的表達有望成為減緩ASD進展的重要靶點。此外，BDNF的表達水平對ASD的診斷和預后也具有很好的提示作用，外周血BDNF濃度被視為評估ASD患者的潛在生物標志物。相信隨著研究的不斷深入，HBOT治療ASD的機制以及BDNF及相關通路在其中的作用將會逐一被闡明，將為ASD的診斷及治療帶來更豐富的檢測和治療手段。