肠道微生物干预在孤独症谱系障碍中的应用展望

　　摘 要: 孤独症谱系障碍(ASD)患病率不断攀升,已成为现代医学的主要挑战之一。 除了社交互动的持续损害和局限的、重复的兴趣、活动或行为模式这些核心症状之外,还会伴随如胃肠道症状、易怒和攻击行为、情绪问题、多动症状、睡眠问题等,给照料者带来沉重精神和经济负担。 ASD 病因尚不明确,目前 ASD 的治疗主要是行为治疗,尚无有效药物可以治疗其核心症状。 近年来,肠道微生物作为 ASD 患者危险因素的潜在中介作用受到越来越多的关注。 临床研究表明:改变肠道微生物生态失调不仅可改善 ASD 的胃肠症状,还可改善其适应不良行为。 未来需要更多的研究探索肠道微生物对ASD 症状的影响,以期为临床提供更多有力的证据。

　　关键词: 孤独症; 肠道微生物; 益生菌; 益生元; 粪菌移植

　　孤独症谱系障碍 ( autism spectrum disorder,ASD)患病率不断攀升,已成为现代医学的主要挑战之一。 在美国,2002 年时儿童中 ASD 的患病率约为1 / 150,但到 2018 年该数字已经上升至 1 / 44[1]。 除了社交互动的持续损害和局限的、重复的兴趣、活动或行为模式这些核心症状之外,伴随年龄的增长,ASD 患者还会出现各种各样的伴随症状,如胃肠道症状、易怒和攻击行为、情绪问题、多动症状、睡眠问题等,给照料者带来沉重精神和经济负担。 ASD 病因尚不明确,需要更好地了解这种疾病,找到治疗其症状的方法。

　　目前 ASD 的治疗主要是行为治疗,尚无有效药物可以治疗其核心症状,由于缺乏精准的治疗手段,对患者的帮助有限。 儿童特别是婴幼儿期是正常菌群建立的关键时期,动物实验或人体研究均表明益生菌在儿童生长发育过程中发挥重要的作用[2]。 近年来,肠道微生物作为 ASD 患者危险因素的潜在中介作用受到越来越多的关注[3鄄5],有研究认为:肠道微生物群和细菌种类的发育不足可作为预测 ASD 儿童的非侵入性标志物[6]。 越来越多以改善肠道微生物为治疗目标的临床研究表明:改变肠道微生物生态失调不仅可改善 ASD 的胃肠症状,还可改善其适应不良行为,这为该疾病的治疗提供了一线希望[7]。 本文就肠道微生物干预治疗 ASD的最新研究进展进行综述。

　　1 微生物与 ASD

　　微生物群是居住在人体上和人体内的整个微生物群落的统称,包括细菌、真核病毒、真菌、原生动物、古生菌和噬菌体。 由于细菌的数量比其他类群大得多,在某种程度上,微生物可以等同于细菌,以此类推,肠道微生物和肠道菌群也是等同的概念。人体拥有数以万亿计的微生物细胞,这些细胞的编码基因是人类基因组的 100 倍[8鄄9]。 散布在人体内的大量微生物对健康既有治疗作用,也有致病作用,这取决于微生物的组成[10]。 肠鄄脑轴是肠与脑之间的一个复杂的双向通信系统,神经、神经内分泌、免疫和体液通路是肠道微生物与大脑之间双向交流的潜在介质。 胃肠道黏膜含有数百万个神经元,它们构成肠神经系统( enteric nervous system,ENS) 调节胃肠功能。

　　ASD 患者肠道通透性增加, 称为 “ 肠漏冶。 Needham 等[11] 研究显示,许多 ASD 患者代谢状况存在异常,某些微生物(如乳酸杆菌)产生的代谢物如短链脂肪酸( short chain fatty acids, SCFAs)可穿过“肠漏冶 影响大脑功能并诱发异常行为。 还有一些微生物群可以产生神经活性化合物(如 5鄄HT和 GABA),这些神经活性化合物可直接影响下丘脑鄄垂 体鄄肾 上 腺 轴 ( hypothalamic鄄pituitary鄄adrenalaxis, HPA axis)并增加循环中的皮质醇水平,还可以激活肠道神经元并通过迷走神经影响大脑功能;此外,神经活性化合物可以激活肠道免疫细胞,通过免疫通路与大脑互相影响。 迄今为止,已经使用动物模型和人类受试者进行了有关肠道、阴道和口腔微生物组与 ASD 之间的联系的大量研究。 孕产妇自身对后代早期肠道定植有重要影响,产前和围生期母亲微生物组的环境因素的显著改变也会影响后代的微生物组成。

　　致病性口腔细菌一方面可通过异位转移进入肠道,另一方面则借助嗅觉神经的介导,通过血液传播,破坏血脑屏障,经由血管周围空间和室周器官进入大脑,导致大脑的神经炎症和代谢紊乱,这是口腔微生物引起 ASD 生态失调的可能作用机制。 口咽在 ASD 的病理中有重要的作用,因此Olsen 等[12] 认为,另一种关于肠道微生物鄄大脑轴的交换通路也可能是由口咽介导的。 Fiorentino 等[13]研究显示,一些 ASD 患者血脑屏障存在异常渗透,这会使一些有毒的细菌副产品进入血液并到达大脑。 总之,ASD 疾病背景下,微生物组与大脑的相互作用机制复杂,包括遗传因素与各种环境因素之间的相互作用,其中有一些可以通过 SCFAs 和脑源性神经 营 养 因 子 ( brain鄄derived neurotrophic factors,BDNFs)等表观遗传机制来解释。

　　2 肠道微生物干预在 ASD 中的应用

　　根据美国食品和药品监督管理局(FDA)和世界卫生组织(WHO)的定义,益生菌是适量使用可使宿主健康受益的活性微生物。 益生菌在单独使用或在配方中使用时,会表现出不同的效果,并且存在个体差异。 最常用的益生菌包括乳酸菌和双歧杆菌,酵母菌类、链球菌类和乳球菌类的非致病性物种也比较常用。 益生元指一些不被宿主消化吸收却能够选择性地促进体内有益菌的代谢和增殖,从而改善宿主健康的有机物质。 许多研究证明,益生菌有助于调整肠道细菌的丰度,稳定肠道屏障,调节免疫系统,降低肠道炎症,改善炎症性肠病的胃肠道症状和行为[14鄄16]。 还有两项研究证实了益生元在 ASD 症状改善中的积极作用[17鄄18]。 ASD 动物模型研究和临床研究均表明,肠道微生物干预可能是一种颇具潜力的治疗方法。

　　2.1 动物研究

　　大量的基础研究结果支持益生菌对 ASD 相关胃肠道症状的积极作用。 Benton 等[19]研究显示,乳酸菌能够通过降低新生大鼠肠道 IL鄄8水平,影响肠道炎症细胞因子和趋化因子的产生,改善新生幼鼠体内脂多糖诱导的肠道炎症。 在同样的背景下,Wang 等[20] 进行的一项研究表明,在小鼠中,怀孕期间口服益生菌可以防止其后代出现 ASD相关行为。 该研究中,每 24 小时给予双歧杆菌和乳酸菌1 次,持续21 天,可降低子代 ASD 的发病率,并抑制促炎因子的干扰素鄄6 和干扰素鄄17A 的产生,这些促炎因子是通过母体免疫激活诱导 ASD 的关键细胞因子。 Chen[21] 等发现,对 ASD 小鼠模型进行体外肠道菌群移植后,其焦虑样行为和重复行为明显改善,并且血清趋化因子水平显著提高。Ansary 等[22]对 50 只幼龄仓鼠进行了一项有趣的实验,在实验中,先用克林霉素和丙酸(PPA)诱发了类似 ASD 的行为,然后研究补充双歧杆菌和乳酸杆菌混合菌的效果。

　　结果发现:益生菌可以重建肠道微 生 物 平 衡, 减 少 ASD 样 的 兴 奋/ 抑 制 失 衡。Hsiao 等[23]也进行了类似的研究探索母亲的免疫激活与使用益生菌可以逆转的 ASD 行为之间的联系。该研究表明,给怀孕的小鼠注射免疫刺激剂后,其后代的肠道屏障完整性受到影响,这种不平衡在其血清代谢物中表现也很明显,表现出 ASD 行为。 每日注射拟杆菌成功地使子代血清代谢物、肠道微生物群组成和行为症状恢复正常。 Buffington 等[24] 的研究发现,宿主遗传学和微生物组相互共同作用可调节神经发育障碍小鼠模型中的不良适应行为。 此外,该研究还证明,精确的微生物治疗(罗伊氏乳杆菌)或微生物诱导的代谢物为基础的治疗,可改善ASD 小鼠的社交缺陷,但对其过度活动行为无改善作用。 这些结果均支持了 ASD 小鼠模型中肠道微生物群与大脑的联系,为肠道微生物干预在 ASD 患者中的应用提供了理论基础。

　　2.2 临床研究

　　最初关于肠道微生物治疗 ASD 的两项研究在干预前后只评估了肠道微生物改变,未评估临床症状的改善[25鄄26]。 之后有数项研究证实了肠道微生物改变不仅可改善其胃肠道症状,还能改善其社交和行为症状。 Shaaban 等对 5鄄9 岁的 30 名ASD 儿童的开放研究证实,益生菌干预后,不仅肠道微生物发生有益改变,胃肠道症状和临床症状也有显著改善[27]。 Grimaldi 等[18] 对 4 ~ 11 岁的 30 名ASD 开展了一项为期 6 周的随机双盲对照研究,该研究第一次评估限制饮食和益生元干预对 ASD 中肠道微生物成分和代谢活性的影响,发现限制饮食组益生元治疗后,反社会性行为得分的显著降低,首次证明限制饮食和益生元干预之间的协同作用。Yap 等[16]的研究证实了 ASD 患儿饮食与微生物组的重要关系,研究数据支持 ASD 诊断与其局限的兴趣和饮食多样性较低有关,ASD 的微生物群差异可能反映了与诊断特征相关的饮食偏好。

　　Wang 等[17]对 5 ~ 9 岁的 ASD 儿童进行安慰剂对照研究发现,益生菌和益生元联合干预 12 个月后,患儿言语、交流和社交得分显著改善。 Kong 等[28]对 35 名年龄在3 ~ 20 岁(中位数 = 10郾 30 岁)的 ASD 患者进行了一项随机、双盲、安慰剂对照、两阶段试验。 受试者被随机分配服用植物乳杆菌 PS128 益生菌组或安慰剂组,研究持续 28 周;从第 16 周开始,两组患者均开始加用催产素。 该研究发现,与安慰剂组的患者相比,益生菌和催产素联合治疗组患者孤独症行为评定量表(Autism Behavior Checklist,ABC)和临床总体印象量表(Clinical Global Impress Scale,CGI)得分显著改善。 Kang 等[29]开展了一项有关粪菌移植(fecalmicrobiota transplant,FMT)的开拓性研究,使用正常儿童粪便制剂治疗 7 ~ 16 岁 ASD 儿童,治疗方案包括口服万古霉素、口服冲肠剂以去除大部分肠道细菌和万古霉素、标准化人类肠道微生物群和低剂量胃酸抑制剂 4 个关键部分。

　　研究结果显示,治疗后ASD 核心症状(包括社交技能缺陷、行为症状等)显著改善。 更加振奋的是,该研究团队两年后对参与者的随访结果提示,大部分被试胃肠道症状的改善继续维持,ASD 相关症状在治疗结束后得到了更大的改善[30]。 但有三项研究[14, 31鄄32]认为,肠道微生物干预后,ASD 临床症状无改善。总体来说,目前肠道微生物治疗 ASD 的研究中,益生菌干预最多,益生元干预和粪菌移植研究较罕见。 这些研究证明了益生菌通过改善肠道微生物的结构,重建其生态平衡,下调胃肠道炎症和肠道屏障通透性,从而改善 ASD 的胃肠道症状和行为症状。 尽管研究中使用的益生菌补充剂在形式、剂量、菌株和菌株组合方面有所不同,但多数研究都显示了有益的效果,包括显著改善 ASD 胃肠道症状和社交行为等核心症状。 此外,不同年龄段儿童肠道微生物组成有所差异,而在不同的临床试验中干预儿童的年龄范围不同,无法得出明确的结论,但却揭示了一个明确的趋势,即肠道微生物干预可能有益于ASD 临床症状的改善。

　　3 小 结

　　ASD 患病率增长令人震惊,疾病给家庭和社会带来巨大的负担。 近年来,肠道微生物成为 ASD 的重要研究领域之一,以肠道微生物为靶目标的干预研究已取得了初步成果,为临床治疗提供了极有前景的视角。 尽管前景看好,但研究存在诸多问题,目前研究中干预所使用的有益菌种类、菌株比例、剂量和干预时间不一致,这就无法明确哪种有益菌株对ASD 患者帮助最大,以及使用多大剂量、治疗多长时间更有益于症状的改善。 未来研究中可明确不同菌株的确切比例,对比高低不同剂量疗效的差异,比较不同干预时长对疗效的影响等。 粪菌移植通过将健康供体的肠道微生物移植到患者体内,实现 ASD 患儿肠道微生物组正常化,是改善 ASD 儿童胃肠道症状和行为症状的潜在途径,但实施粪菌移植供体选择成本高,且供体肠道菌群的异质性会导致不同的临床反应,如何实现有效的移植具有挑战性。 ASD患儿中约 3 / 4 存在智力落后,相比智力正常的 ASD患儿,智力落后本身会伴随更多的适应不良行为;ASD 的 特 殊 类 型 如 阿 斯 伯 格 综 合 征 ( AspergerSyndrome),其临床表现与典型孤独症有诸多异同,目前肠道微生物干预研究并未对 ASD 的亚型加以区分,少数肠道微生物干预研究未得出阳性结果,可能是因为肠道微生物干预仅对其某些亚型有效。 此外,目前对肠道微生物干预时间总体较短,需要长期的纵向研究探索肠道微生物干预对 ASD 的长远益处。

　　参考文献

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　　作者：赵英欣1,2,何凡1,2,郑毅1,2