中国科学:生命科学2015年第45卷第9期 ( Sutterella spp.)比对照组明显增多,伴随有功能性胃结果,或者只是混淆因素,因此,肠道菌群的研究仍 肠疾病的自闭症儿童粪便中毛圈瘤胃球菌( Rumin-需时日 ococcus torques)相比无功能性胃肠疾病的自闭症儿 (5)饮食和营养.患有自闭症的儿童通常对 童也明显增多 味道、质地和气味等感官刺激极端敏感,并对吃的东 通过比较3-16岁的自闭症儿童和正常儿童(每西极其挑剔.据估计,有超过90%的自闭症儿童存在 组20位)的肠道菌群、肠道症状和自闭症症状,发现饮食问题19.有一些父母反映他们患有自闭症的孩 自闭症儿童肠道菌群中普氏菌属( Prevotella)、粪球菌子只吃五六种食物,更喜欢富含脂肪、淀粉类食物、 属( Coprococcus)和未分类的韦荣球菌科( Veillon-零食和加工食物,而厌恶大多数水果、蔬菜和蛋白 ellaceae')明显减少;自闭症儿童肠道菌群多样性与自质l-l2.然而,父母有限的时间、繁重的工作和巨 闭症症状相关性更强;菌群整体的多样性和个体菌大的心理和经济压力都有可能影响孩子的饮食习惯, 属丰度与自闭症相关症状相关,而与他们的饮食模目前,还不清楚自闭症儿童的饮食特点是否受到其 式没有相关性ω表明肠道菌群丰度与自闭症症状照料和监管人的人为影响 联系更紧密,肠道菌群丰度低或肠道菌群紊乱可能 婴儿时期的饮食习惯会对其身体健康状况产生 导致自闭症 持续的、长期的影响.挑食的儿童纤维素类营养更缺 干预研究表明,通过调节或干预肠道微生物能乏,而缺乏纤维素会导致胃肠道功能紊乱,尤其是便 够对自闭症症状有所改善.在人类中,严重的病毒感秘4有限的食物种类必然导致营养不良,缺乏必 染会导致怀孕母亲生出患有自闭症的孩子,来自美需的营养和一些酶类,会进一步降低对食物的消化 国的研究人员通过模拟病毒感染引起母鼠出现免疫吸收能力,从而形成恶性循环.自闭症儿童与正常儿 反应,出生的小鼠会出现自闭症样行为.通过这样的童相比,营养物质摄入水平要显著低很多,骨密度也 处理构建的自闭症模型小鼠同时出现胃肠道异常症比正常孩子低,自闭症患者摄入维生素B6,B12, 状,主要为通透性增加,而这种症状同样存在于一些维生素E,D和C;微量元素镁、铁、锌和钙以及叶酸 自闭症儿童中.研究人员用益生菌-脆弱拟杆菌等严重不足,明显低于推荐摄入量4自闭症儿童 ( Bacteroides fragilis)来处理自闭症样小鼠,结果小的这种饮食特点并不是在患病之后才出现的,往往 的肠道通透性得到明显改善,自闭症样行为也有从婴儿时期就开始并持续很长时间 所改善不仅在动物实验中,在自闭症儿童体内 除了缺乏营养物质,食物中的某些成分也可能 也发现了类似的结果,在给予10名自闭症儿童和9引起食物不耐受或过敏.自闭症患者的免疫球蛋白 名他们的兄弟姐妹以及10名对照益生菌之后,自闭抗体,如lgG,1gE和IgA等水平普遍偏高4.人们发 症儿童体内拟杆菌门/厚壁菌门的比例,脱硫弧菌属现,通过减少或杜绝某些食物能够减轻自闭症的某 和双歧杆菌属细菌的比例均得以恢复13.这几项研些症状,严格限制食物中的酪蛋白和谷蛋白后自闭 究既发现自闭症患者肠道菌群的不同,又通过益生症患者症状明显改善14,148.可能由于自闭症患者本 菌干预了肠道菌群,并改善了自闭症样行为,表明肠身对这些食物成分不耐受或过敏,也有人认为这两 道菌群异常可能是引发自闭症重要原因. 种蛋白质在自闭症孩子体内会被分解成某些引起大 肠道微生物对宿主的影响除了肠道微生物本身,脑异常的类神经递质,包括具有阿片活性的多肽或 还包括肠道微生物的代谢对宿主的影响,后续的研短的氨基酸聚合物外啡肽( exorphins),如谷啡肽 究除了需要检测肠道微生物的差异,还要检测肠道( gluteomorphins)和β-酪啡肽 (beta-casomorphins4y 微生物的代谢物的变化,肠道的pH、氧化还原水平、然而,目前对其具体的机制还不是很清楚 氧气、氢气、短链脂肪酸和生物活性肽的含量等都会 食物在塑造和维持肠道微生物方面具有决定性 影响肠道微生物的分布和构成口3.尽管发现自闭症作用.有研究发现,母乳中含有多种共生微生物,是 与肠道菌群有关,这些研究难以排除一些干扰因素,婴儿体内常见的乳酸菌和双歧杆菌等有益微生物的 如种族、饮食、并发症和病人的信息反馈等3.目绝佳来源130151.要儿出生时,母乳提供婴儿发育所 前,尚不能确定肠道菌群是自闭症的发病原因还是需的各种营养物质,以及一些保护性因子,而配方奶
中国科学: 生命科学 2015 年 第 45 卷 第 9 期 825 (Sutterella spp.)比对照组明显增多, 伴随有功能性胃 肠疾病的自闭症儿童粪便中毛圈瘤胃球菌(Ruminococcus torques)相比无功能性胃肠疾病的自闭症儿 童也明显增多[136]. 通过比较 3~16 岁的自闭症儿童和正常儿童(每 组 20 位)的肠道菌群、肠道症状和自闭症症状, 发现 自闭症儿童肠道菌群中普氏菌属(Prevotella)、粪球菌 属 (Coprococcus) 和未分类的韦荣球菌科 (Veillonellaceae)明显减少; 自闭症儿童肠道菌群多样性与自 闭症症状相关性更强; 菌群整体的多样性和个体菌 属丰度与自闭症相关症状相关, 而与他们的饮食模 式没有相关性[100]. 表明肠道菌群丰度与自闭症症状 联系更紧密, 肠道菌群丰度低或肠道菌群紊乱可能 导致自闭症. 干预研究表明, 通过调节或干预肠道微生物能 够对自闭症症状有所改善. 在人类中, 严重的病毒感 染会导致怀孕母亲生出患有自闭症的孩子, 来自美 国的研究人员通过模拟病毒感染引起母鼠出现免疫 反应, 出生的小鼠会出现自闭症样行为. 通过这样的 处理构建的自闭症模型小鼠同时出现胃肠道异常症 状, 主要为通透性增加, 而这种症状同样存在于一些 自闭症儿童中. 研究人员用益生菌-脆弱拟杆菌 (Bacteroides fragillis)来处理自闭症样小鼠, 结果小 鼠的肠道通透性得到明显改善, 自闭症样行为也有 所改善[108]. 不仅在动物实验中, 在自闭症儿童体内 也发现了类似的结果, 在给予 10 名自闭症儿童和 9 名他们的兄弟姐妹以及 10 名对照益生菌之后, 自闭 症儿童体内拟杆菌门/厚壁菌门的比例, 脱硫弧菌属 和双歧杆菌属细菌的比例均得以恢复[133]. 这几项研 究既发现自闭症患者肠道菌群的不同, 又通过益生 菌干预了肠道菌群, 并改善了自闭症样行为, 表明肠 道菌群异常可能是引发自闭症重要原因. 肠道微生物对宿主的影响除了肠道微生物本身, 还包括肠道微生物的代谢对宿主的影响, 后续的研 究除了需要检测肠道微生物的差异, 还要检测肠道 微生物的代谢物的变化, 肠道的 pH、氧化还原水平、 氧气、氢气、短链脂肪酸和生物活性肽的含量等都会 影响肠道微生物的分布和构成[137]. 尽管发现自闭症 与肠道菌群有关, 这些研究难以排除一些干扰因素, 如种族、饮食、并发症和病人的信息反馈等[138]. 目 前, 尚不能确定肠道菌群是自闭症的发病原因还是 结果, 或者只是混淆因素, 因此, 肠道菌群的研究仍 需时日. (5) 饮食和营养. 患有自闭症的儿童通常对 味道、质地和气味等感官刺激极端敏感, 并对吃的东 西极其挑剔. 据估计, 有超过 90%的自闭症儿童存在 饮食问题[139]. 有一些父母反映他们患有自闭症的孩 子只吃五六种食物, 更喜欢富含脂肪、淀粉类食物、 零食和加工食物, 而厌恶大多数水果、蔬菜和蛋白 质[140~142]. 然而, 父母有限的时间、繁重的工作和巨 大的心理和经济压力都有可能影响孩子的饮食习惯, 目前, 还不清楚自闭症儿童的饮食特点是否受到其 照料和监管人的人为影响. 婴儿时期的饮食习惯会对其身体健康状况产生 持续的、长期的影响. 挑食的儿童纤维素类营养更缺 乏, 而缺乏纤维素会导致胃肠道功能紊乱, 尤其是便 秘[143]. 有限的食物种类必然导致营养不良, 缺乏必 需的营养和一些酶类, 会进一步降低对食物的消化 吸收能力, 从而形成恶性循环. 自闭症儿童与正常儿 童相比, 营养物质摄入水平要显著低很多, 骨密度也 比正常孩子低[144], 自闭症患者摄入维生素 B6, B12, 维生素 E, D 和 C; 微量元素镁、铁、锌和钙以及叶酸 等严重不足, 明显低于推荐摄入量[145]. 自闭症儿童 的这种饮食特点并不是在患病之后才出现的, 往往 从婴儿时期就开始并持续很长时间. 除了缺乏营养物质, 食物中的某些成分也可能 引起食物不耐受或过敏. 自闭症患者的免疫球蛋白 抗体, 如 IgG, IgE 和 IgA 等水平普遍偏高[146]. 人们发 现, 通过减少或杜绝某些食物能够减轻自闭症的某 些症状, 严格限制食物中的酪蛋白和谷蛋白后自闭 症患者症状明显改善[147,148]. 可能由于自闭症患者本 身对这些食物成分不耐受或过敏, 也有人认为这两 种蛋白质在自闭症孩子体内会被分解成某些引起大 脑异常的类神经递质, 包括具有阿片活性的多肽或 短的氨基酸聚合物外啡肽 (exorphins), 如谷啡肽 (gluteomorphins)和 -酪啡肽 (beta-casomorphins)[149]. 然而, 目前对其具体的机制还不是很清楚. 食物在塑造和维持肠道微生物方面具有决定性 作用. 有研究发现, 母乳中含有多种共生微生物, 是 婴儿体内常见的乳酸菌和双歧杆菌等有益微生物的 绝佳来源[150,151]. 婴儿出生时, 母乳提供婴儿发育所 需的各种营养物质, 以及一些保护性因子, 而配方奶
段云峰等:自闭症的病因和治疗方法研究进展 中缺乏这些物质,尤其是母乳中的共生微生物.此( indole)或粪臭素( skatole,也称三甲基吲哚 外,肠道菌群的紊乱会导致代谢异常,细菌产生的维3- methy- indole)特有的气味1这些臭味物质是 生素B12、维生素H和维生素K等会严重缺乏,也会肠道中的细菌代谢色氨酸产生的,一旦食物中的色 导致明显的营养不良32] 氨酸或酪氨酸进入大肠,就会在尿中检测到大量的 食品添加剂也可能增加儿童患自闭症的风险.吲哚苷( indican)和吲哚3乙酸.通过检测尿液中这 人工色素、防腐剂等常用的食品添加剂对儿童的大脑些物质的含量能够间接反映自闭症患者体内氨基酸 发育有不利影响,食品中的色素或苯甲酸钠等能够代谢水平,可用于自闭症的筛查和检测,但其检测准 使3岁和8-9岁的儿童出现多动症13.一项来自美确性有待验证 国的调查显示,从2005-2010年的5年间,在6-21 5-HT是重要的神经递质,可调节大脑发育,包 岁的人群中,自闭症患者升高了91%,但这种升高跟括细胞分裂、神经元迁移、细胞分化以及突触发 汞的摄入没有关系,而与一种食品添加剂—果葡生160.30%-40%的自闭症儿童全血的5-HT水平明显 糖浆( high fructose corn syrup,HFCS)的消费密切相升高6大脑发育过程需要大量5HT来满足大脑发 关,过多的果葡糖浆摄入会导致锌、钙、铜和磷等微育,因此,儿童期5HT的合成能力非常强,是成年 量元素的摄入失衡 人的2倍,到5岁逐渐降低到与成年人类似的水平, (6)代谢。自闭症患者的营养状况不仅取决于且女孩5Hr合成能力比男孩下降较早,而自闭症儿 他们从食物中摄取的营养物质,还在于自身的代谢.童的5HT合成能力明显异常162.自闭症儿童体内的 自闭症患者的氧化应激水平升高,能量运输能力下5HT明显增多,大量合成的5HT如果不能被及时有 降、硫酸盐化作用和解毒能力降低,血液中存在低水效地代谢掉,反而会影响大脑的发育,会引起下丘脑 平的生物素、谷胱甘肽、红细胞活性腺苷甲硫氨酸、室旁核中催产素的降低,并增加杏仁核中降血钙素 血尿苷、血三磷酸腺苷( adenosine triphosphate,ATP)、相关基因多肽 calcitonin gene-related peptide,CGRP, 红细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸( nicotinamide adenine从而影响到对自闭症儿童至关重要的社会互动行 dinucleotide,NADH)、红细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸为J6此外,自闭症患者大脑中的5HT转运绑定能 磷酸( nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,力低于对照组,而DA转运绑定能力高于对照组 NADPH)、血硫酸盐以及血色氨酸,还存在高水平的5HT的水平可直接影响自闭症的某些症状,如睡眠 氧化应激生物标记物和血谷氨酸3.只是到目前为障碍和情感障碍6,并且自闭症患者体内的褪黑素 止还没有找到明确的自闭症的生物标记物 含量也低于对照组65 氨基酸代谢.色氨酸是参与神经发育和突触发 硫酸盐代谢.硫酸盐可由半胱氨酸代谢产生,在 生的5HT、喹啉酸和犬尿酸的前体物质.喹啉酸是体内参与解毒,儿茶酚胺的失活和合成脑组织黏蛋 构成脱氢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD')的前体,而白的硫酸盐化等多种代谢途径,还影响血液中的神 NAD'是线粒体中重要的能量载体,是NADH的前经递质、类固醇、黏多糖、酚类、氨基酸和多肽等物 体喹啉酸和犬尿酸可影响免疫系统的活性,色氨酸质的含量.通常自闭症儿童血液中的硫酸盐含量较 的代谢异常可能会影响这些物质的产生,进而影响正常人低6,尿液中硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸 大脑的发育,神经免疫活性和线粒体功能.研究发盐比正常人高,硫氰酸盐的含量则比正常人低2 现,自闭症患者的色氨酸代谢明显减少,导致脑中大量的硫酸盐随尿液排出体外,而没有进入血液系 NADH的产生减少,影响线粒体的能量代谢,神经细统供人体利用,可能是自闭症儿童血液中硫酸盐含 胞的发育,轴突的生长以及神经的可塑性.从食量较正常人低的原因 物中摄入的色氨酸约有99%是通过犬尿氨酸代谢途 还原型谷胱甘肽( reduced glutathione,GSH)是含 径( kynurenine pathway)进行再加工,作为5-HT和褪有巯基的三肽,其活性基团是半胱氨酸的巯基,具有 黑素的主要前体,色氨酸的代谢直接影响它们的含抗氧化和解毒作用,可转化为氧化型谷胱甘肽 量.此外,很多父母反映自闭症患儿的排泄物有 oxidized glutathione,GSSG)GSH一旦缺乏,会减弱 樟脑球的气味( mothball-like odor),这是粪便中吲哚机体的抗氧化能力,损伤机体,多数自闭症儿童体内 826
段云峰等: 自闭症的病因和治疗方法研究进展 826 中缺乏这些物质, 尤其是母乳中的共生微生物. 此 外, 肠道菌群的紊乱会导致代谢异常, 细菌产生的维 生素 B12、维生素 H 和维生素 K 等会严重缺乏, 也会 导致明显的营养不良[152]. 食品添加剂也可能增加儿童患自闭症的风险. 人工色素、防腐剂等常用的食品添加剂对儿童的大脑 发育有不利影响, 食品中的色素或苯甲酸钠等能够 使 3 岁和 8~9 岁的儿童出现多动症[153]. 一项来自美 国的调查显示, 从 2005~2010 年的 5 年间, 在 6~21 岁的人群中, 自闭症患者升高了 91%, 但这种升高跟 汞的摄入没有关系, 而与一种食品添加剂—果葡 糖浆(high fructose corn syrup, HFCS)的消费密切相 关, 过多的果葡糖浆摄入会导致锌、钙、铜和磷等微 量元素的摄入失衡[154]. (6) 代谢. 自闭症患者的营养状况不仅取决于 他们从食物中摄取的营养物质, 还在于自身的代谢. 自闭症患者的氧化应激水平升高, 能量运输能力下 降、硫酸盐化作用和解毒能力降低, 血液中存在低水 平的生物素、谷胱甘肽、红细胞活性腺苷甲硫氨酸、 血尿苷、血三磷酸腺苷(adenosine triphosphate, ATP)、 红细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotid, NADH)、红细胞烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 磷 酸 (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, NADPH)、血硫酸盐以及血色氨酸, 还存在高水平的 氧化应激生物标记物和血谷氨酸[155]. 只是到目前为 止还没有找到明确的自闭症的生物标记物. 氨基酸代谢. 色氨酸是参与神经发育和突触发 生的 5-HT、喹啉酸和犬尿酸的前体物质. 喹啉酸是 构成脱氢烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+ )的前体, 而 NAD+ 是线粒体中重要的能量载体, 是 NADH 的前 体. 喹啉酸和犬尿酸可影响免疫系统的活性, 色氨酸 的代谢异常可能会影响这些物质的产生, 进而影响 大脑的发育, 神经免疫活性和线粒体功能. 研究发 现, 自闭症患者的色氨酸代谢明显减少, 导致脑中 NADH 的产生减少, 影响线粒体的能量代谢, 神经细 胞的发育, 轴突的生长以及神经的可塑性[156]. 从食 物中摄入的色氨酸约有 99%是通过犬尿氨酸代谢途 径(kynurenine pathway)进行再加工, 作为 5-HT 和褪 黑素的主要前体, 色氨酸的代谢直接影响它们的含 量[157]. 此外, 很多父母反映自闭症患儿的排泄物有 樟脑球的气味(mothball-like odor), 这是粪便中吲哚 (indole) 或粪臭素 (skatole, 也称三甲基吲哚 (3-methyl-indole))特有的气味[158]. 这些臭味物质是 肠道中的细菌代谢色氨酸产生的, 一旦食物中的色 氨酸或酪氨酸进入大肠, 就会在尿中检测到大量的 吲哚苷(indican)和吲哚 3 乙酸[159]. 通过检测尿液中这 些物质的含量能够间接反映自闭症患者体内氨基酸 代谢水平, 可用于自闭症的筛查和检测, 但其检测准 确性有待验证. 5-HT 是重要的神经递质, 可调节大脑发育, 包 括细胞分裂、神经元迁移、细胞分化以及突触发 生[160]. 30%~40%的自闭症儿童全血的 5-HT 水平明显 升高[161]. 大脑发育过程需要大量5-HT来满足大脑发 育, 因此, 儿童期 5-HT 的合成能力非常强, 是成年 人的 2 倍, 到 5 岁逐渐降低到与成年人类似的水平, 且女孩 5-HT 合成能力比男孩下降较早, 而自闭症儿 童的5-HT合成能力明显异常[162]. 自闭症儿童体内的 5-HT 明显增多, 大量合成的 5-HT 如果不能被及时有 效地代谢掉, 反而会影响大脑的发育, 会引起下丘脑 室旁核中催产素的降低, 并增加杏仁核中降血钙素 相关基因多肽(calcitonin gene-related peptide, CGRP), 从而影响到对自闭症儿童至关重要的社会互动行 为[163]. 此外, 自闭症患者大脑中的 5-HT 转运绑定能 力低于对照组, 而 DA 转运绑定能力高于对照组[160]. 5-HT 的水平可直接影响自闭症的某些症状, 如睡眠 障碍和情感障碍[164], 并且自闭症患者体内的褪黑素 含量也低于对照组[165]. 硫酸盐代谢. 硫酸盐可由半胱氨酸代谢产生, 在 体内参与解毒, 儿茶酚胺的失活和合成脑组织黏蛋 白的硫酸盐化等多种代谢途径, 还影响血液中的神 经递质、类固醇、黏多糖、酚类、氨基酸和多肽等物 质的含量. 通常自闭症儿童血液中的硫酸盐含量较 正常人低[166], 尿液中硫酸盐、亚硫酸盐、硫代硫酸 盐比正常人高, 硫氰酸盐的含量则比正常人低[122]. 大量的硫酸盐随尿液排出体外, 而没有进入血液系 统供人体利用, 可能是自闭症儿童血液中硫酸盐含 量较正常人低的原因. 还原型谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH)是含 有巯基的三肽, 其活性基团是半胱氨酸的巯基, 具有 抗氧化和解毒作用 , 可转化为氧化型谷胱甘肽 (oxidized glutathione, GSSG). GSH 一旦缺乏, 会减弱 机体的抗氧化能力, 损伤机体, 多数自闭症儿童体内
中国科学:生命科学2015年第45卷第9期 GSH的量偏低,而GSSG的比例偏高, GSH/GSSG则症的氧化还原甲基化假说( redox/ methylation hypoth 明显降低16.有研究发现甲基代谢和叶酸代谢过程esis)认为环境因素在遗传上敏感的个体更易引起氧 能够影响 GSH/GSSG的比例,对稳定氧化还原状态化应激反应异常,导致异常的甲基化,引起神经系统 至关重要,并且能够影响自由基的清除、体内氧化还发育延迟,注意力缺陷和神经网络同步能力受损 原的平衡、维持蛋白质氧化还原状态、酶的活性、细等4.除了自闭症孩子,患有自闭症孩子的父母本 胞膜的完整性、信号转导、解毒,以及细胞的分化和身就代谢异常,他们的甲基化能力和依赖GSH的抗 凋亡68 氧化和解毒能力都出现了异常173 脂肪酸代谢.有研究发现自闭症患者血液中脂 S-腺苷甲硫胺酸(S- adenosylmethionine,SAM是 肪酸水平明显异常.一旦脂肪酸代谢出现异常,或摄甲基供体,脱去甲基后生成S-腺苷高半胱氨酸 入脂肪酸不足将会导致大脑发育异常,增加患自闭( S-adenosylhomocysteine,SAH, SAM/SAH的比例可 症的风险,脂肪酸代谢过程能够为机体提供大量以作为甲基化能力的指标,在自闭症患儿体内,SAM 能量,并且涉及多种脂肪酸的转变,其中,中、短链和 SAM/SAH都显著降低, SAMSAH的降低引起 脂肪酸不需载体可直接进入线粒体进行能量代谢,DNA,RNA,蛋白质和磷脂的低甲基化hypo 而长链脂酰CoA需要肉毒碱转运才能进入线粒体参 methylation,导致基因和蛋白表达下降,酶活性降 与能量代谢 低和膜磷脂含量减少,进而影响正常的细胞功能168 丙酸( propionic acid,PPA)是一种由肠道微生物SAH继续代谢可生成同型半胱氨酸 (homocysteine)和 代谢产生的短链脂肪酸( short chain fatty acid,SCFA),腺苷( adenosine),约有1/2的同型半胱氨酸会通过依 在日常生活中通常被用作食物防腐剂.有研究发现,赖叶酸的甲基化循环途径分解为胱硫醚和半胱氨酸, 给大鼠注射丙酸能引起类似自闭症的社会行为障碍,而GSH是通过蛋氨酸转硫基途径合成的,半胱氨酸 其他类型的短链脂肪酸,如乙酸也可引起类似的行是GSH合成的限制氨基酸,因此,GSH的合成需要足 为异常此外,自闭症患者血清中肉毒碱(can-够的叶酸、蛋氨酸和SAM提供的半胱氨酸.自闭 ine)和丙酮酸( pyruvic acid)的含量明显降低,而丙氨症儿童体内的叶酸、蛋氨酸合成酶活性、GSH水平 酸和氨的量明显升高.肉毒碱在能量代谢中发挥明显降低,而同型半胱氨酸和SAH明显升高,且男 重要作用,线粒体的异常可能导致能量代谢异常,而孩体内GSH比女孩更低,同型半胱氨酸比女孩更高 丙氨酸和氨能够影响大脑的正常工作.通过磁共振这可能是男性患病率更高的一个原因m.SAM和 波谱分析( magnetic resonance spectroscopy,MRS)发GsH具有协同作用,它们之间相互影响决定了体内 现,自闭症儿童体内的能量代谢异常,患儿血液中乳的氧化还原水平,而体内氧化还原失去平衡可能导 酸明显增加,而脑中的N乙酰-天冬氨酸致自闭症17氧化还原失衡会引起活性氧 reactive ( N-acetyl- asparate,NAA)含量明显降低,表明自闭症 oxygen species.Ros)的产生,ROS在体内积累会对 儿童脑中出现神经代谢紊乱并且神经系统已经受到DNA、RNA、蛋白质、脂质、碳水化合物等产生化 定程度的损伤.此外,理论上认为在怀孕后期学修饰和功能改变,从而导致细胞功能出现障碍,而 到出生后早期,孩子需要大量的不饱和脂肪酸来维ROs能够被谷胱甘肽过氧化物酶及谷胱甘肽还原酶 持大脑的正常发育,然而,有研究发现自闭症患者血等GSH相关的酶清除I68.因此,改变自闭症患者体 液中 omega-3多不饱和脂肪酸,特别是二十二碳六烯内的氧化还原状态可能有助于自闭症的恢复 酸( docosahexaenoic acid,DHA)的量明显升高 (7)过敏和自体免疫自闭症与免疫关系密切, omega3/6的比例也明显升高13,但由于其选取的被约有60%的自闭症患者伴有一定程度的免疫异常症 试年龄多为12-18岁,并不能很好地说明自闭症发病状61,并有可能作为新的治疗靶点研究发现 早期的状况,其结果只能提示家长,要慎重考虑,是自体免疫性疾病与自闭症有关,自闭症患者家庭成 否给孩子补充不饱和脂肪酸 员中患有自体免疫性疾病的比例明显增多,约有 氧化还原平衡.自闭症患者体内的氧化水平要46%的自闭症患儿家庭成员中有两名以上曾患有自 高于正常人,而甲基化活动则明显比正常人少.自闭体免疫性疾病,患病人数越多则儿童患自闭症的几
中国科学: 生命科学 2015 年 第 45 卷 第 9 期 827 GSH 的量偏低, 而 GSSG 的比例偏高, GSH/GSSG 则 明显降低[167]. 有研究发现甲基代谢和叶酸代谢过程 能够影响 GSH/GSSG 的比例, 对稳定氧化还原状态 至关重要, 并且能够影响自由基的清除、体内氧化还 原的平衡、维持蛋白质氧化还原状态、酶的活性、细 胞膜的完整性、信号转导、解毒, 以及细胞的分化和 凋亡[168]. 脂肪酸代谢. 有研究发现自闭症患者血液中脂 肪酸水平明显异常. 一旦脂肪酸代谢出现异常, 或摄 入脂肪酸不足将会导致大脑发育异常, 增加患自闭 症的风险[169]. 脂肪酸代谢过程能够为机体提供大量 能量, 并且涉及多种脂肪酸的转变, 其中, 中、短链 脂肪酸不需载体可直接进入线粒体进行能量代谢, 而长链脂酰 CoA 需要肉毒碱转运才能进入线粒体参 与能量代谢. 丙酸(propionic acid, PPA)是一种由肠道微生物 代谢产生的短链脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA), 在日常生活中通常被用作食物防腐剂. 有研究发现, 给大鼠注射丙酸能引起类似自闭症的社会行为障碍, 其他类型的短链脂肪酸, 如乙酸也可引起类似的行 为异常[170]. 此外, 自闭症患者血清中肉毒碱(carnitine)和丙酮酸(pyruvic acid)的含量明显降低, 而丙氨 酸和氨的量明显升高[171]. 肉毒碱在能量代谢中发挥 重要作用, 线粒体的异常可能导致能量代谢异常, 而 丙氨酸和氨能够影响大脑的正常工作. 通过磁共振 波谱分析(magnetic resonance spectroscopy, MRS)发 现, 自闭症儿童体内的能量代谢异常, 患儿血液中乳 酸明显增加 , 而脑中的 N- 乙 酰 - 天冬氨酸 (N-acetyl-asparate, NAA)含量明显降低, 表明自闭症 儿童脑中出现神经代谢紊乱并且神经系统已经受到 一定程度的损伤[172]. 此外, 理论上认为在怀孕后期 到出生后早期, 孩子需要大量的不饱和脂肪酸来维 持大脑的正常发育, 然而, 有研究发现自闭症患者血 液中 omega-3 多不饱和脂肪酸, 特别是二十二碳六烯 酸 (docosahexaenoic acid, DHA) 的量明显升高 , omega-3/6 的比例也明显升高[173], 但由于其选取的被 试年龄多为 12~18 岁, 并不能很好地说明自闭症发病 早期的状况, 其结果只能提示家长, 要慎重考虑, 是 否给孩子补充不饱和脂肪酸. 氧化还原平衡. 自闭症患者体内的氧化水平要 高于正常人, 而甲基化活动则明显比正常人少. 自闭 症的氧化还原甲基化假说(redox/methylation hypothesis)认为环境因素在遗传上敏感的个体更易引起氧 化应激反应异常, 导致异常的甲基化, 引起神经系统 发育延迟, 注意力缺陷和神经网络同步能力受损 等[174]. 除了自闭症孩子, 患有自闭症孩子的父母本 身就代谢异常, 他们的甲基化能力和依赖 GSH 的抗 氧化和解毒能力都出现了异常[175]. S-腺苷甲硫胺酸(S-adenosylmethionine, SAM)是 甲基供体, 脱去甲基后生成 S-腺苷高半胱氨酸 (S-adenosylhomocysteine, SAH), SAM/SAH 的比例可 以作为甲基化能力的指标, 在自闭症患儿体内, SAM 和 SAM/SAH 都显著降低, SAM/SAH 的降低引起 DNA, RNA, 蛋白质和磷脂的低甲基化 (hypomethylation), 导致基因和蛋白表达下降, 酶活性降 低和膜磷脂含量减少, 进而影响正常的细胞功能[168]. SAH 继续代谢可生成同型半胱氨酸(homocysteine)和 腺苷(adenosine), 约有 1/2 的同型半胱氨酸会通过依 赖叶酸的甲基化循环途径分解为胱硫醚和半胱氨酸, 而 GSH 是通过蛋氨酸转硫基途径合成的, 半胱氨酸 是GSH合成的限制氨基酸, 因此, GSH的合成需要足 够的叶酸、蛋氨酸和 SAM 提供的半胱氨酸[176]. 自闭 症儿童体内的叶酸、蛋氨酸合成酶活性、GSH 水平 明显降低, 而同型半胱氨酸和 SAH 明显升高, 且男 孩体内 GSH 比女孩更低, 同型半胱氨酸比女孩更高, 这可能是男性患病率更高的一个原因[177]. SAM 和 GSH 具有协同作用, 它们之间相互影响决定了体内 的氧化还原水平, 而体内氧化还原失去平衡可能导 致自闭症[178]. 氧化还原失衡会引起活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生, ROS 在体内积累会对 DNA、RNA、蛋白质、脂质、碳水化合物等产生化 学修饰和功能改变, 从而导致细胞功能出现障碍, 而 ROS 能够被谷胱甘肽过氧化物酶及谷胱甘肽还原酶 等 GSH 相关的酶清除[168]. 因此, 改变自闭症患者体 内的氧化还原状态可能有助于自闭症的恢复. (7) 过敏和自体免疫. 自闭症与免疫关系密切, 约有 60%的自闭症患者伴有一定程度的免疫异常症 状[86,179], 并有可能作为新的治疗靶点[180]. 研究发现 自体免疫性疾病与自闭症有关, 自闭症患者家庭成 员中患有自体免疫性疾病的比例明显增多, 约有 46%的自闭症患儿家庭成员中有两名以上曾患有自 体免疫性疾病, 患病人数越多则儿童患自闭症的几
段云峰等:自闭症的病因和治疗方法研究进展 率也越大,常见的自体免疫性疾病包括I型糖尿 hygiene hypothesis)”是建立在对农村和城市疾病分布 病、甲状腺机能低下症、乳糜泻、风湿性关节炎、系差异的观察之上的普遍哮喘和过敏性疾病的病因理 统性红斑狼疮、多发性硬化症等.推测自闭症也是自论9,流行病学调查显示,相对于发展中国家,清 体免疫性疾病的一种,其他如精神分裂症、抑郁症和洁环境条件较好的西方发达国家哮喘和过敏性疾病 强迫症等心理相关疾病也都与自体免疫相关18283,的发病率更高,提示过于清洁的环境使儿童远离微 并且在自闭症患者体内已检测到自体免疫相关抗体,生物和寄生虫,人体缺少微生物和寄生虫的刺激会 如神经轴突丝蛋白( neuron- axon filament protein)、胶影响免疫系统的发育,导致过敏和哮喘,而微生物是 质纤维酸性蛋白( glial fibrillary acidic protein)和髓鞘其中重要的影响因素93-.值得注意的是自闭症与 碱性蛋白( myelin basic protein)等物质的自体抗体,可过敏和哮喘具有相近的发病趋势、性别偏好和城乡差 能是自体抗体和细菌抗体相互作用引起的免疫反应异,并且都跟免疫系统密切相关,很可能是“太干净” 导致自闭症8.此外,一项大型研究对比了2431导致的.其机理可能是自闭症儿童从小生活的环 位自闭症患儿的母亲和653位未经选择的育龄妇女境过于干净,被微生物“接种”的机会变少,导致免疫 血液中脑反应性抗体的水平,发现自闭症患者母亲系统刺激不足,发育受阻碍,引起大脑发育异常,进 体内脑反应性抗体的水平可达对照组的4倍,且抗体而导致行为错乱、发育迟缓,影响语言和社会交往 多集中在与自闭症关系密切的额叶皮质、海马和小脑最终引发自闭症.自闭症的致病因素见图1 区1,较高的脑反应性抗体表明自体免疫水平较高 可能自闭症儿童的母亲的自体免疫水平会影响孩子 的自体免疫状态,进而引发自闭症 2自闭症的治疗方法 自闭症可能还与免疫因子和精氨酸加压素 目前,还没有治疗自闭症核心障碍的有效方法 ( arginine vasopressIn)等神经肽相关~,自闭症患儿然而,医生、科研人员和患儿家长尝试了多种治疗方 相比对照组血浆中细胞转化生长因子-β1法,积累了很多经验.常见的治疗方法有行为干预 ( transforming growth factor beta,TGFβ1)和白介素-法、特殊教育法、药物治疗法、生物医学干预法以及 23( interleukin23,IL-23)水平明显降低,并且TGFβ1,心理干预法等,其中,常用的是使用高度结构化的和 Ⅱ23和白介素-17(17, interleukin17)的含量与自密集的技巧性训练来帮助儿童发展社会和语言技能 闭症的严重程度负相关1,而热休克蛋白0heat的行为干预法,如应用行为分析.此外,还有 shock protein70,HSP-70)、细胞转化生长因子些有争议的治疗或干预方法,如补充和替代疗法 β2( transforming growth factor beta2,TGF阝2)、半胱天 ( complementary and alternative medicines).其中生物 显升商最近的一项研究再次表明,自闭症患者相关疗法包括:抗生素、抗真菌、抗病毒药物,同肠 血液中TGFB1的量显著低于对照组,自闭症与道药物,营养补充剂疗法,限制或特殊饮食疗法,分 TGF-B1的含量负相关.TGF-B1作为一种免疫抑制 泌素疗法,螯合疗法,高压氧疗法,静脉注射免疫球 细胞因子是维持体内免疫内稳态的关键,能够诱导蛋白疗法等,其他非生物相关疗法包括:听觉整合培 和激活T细胞,因此,TGF-B1在自闭症患者血液中的训、针灸疗法、颅骨疗法、器械辅助沟通疗法、按摩 低含量显示体内免疫状态异常1 和气功疗法、互动节拍器疗法、灵气疗法、自然疗法 免疫球蛋白水平在自闭症患者体内也存在异常,经颅刺激疗法和瑜伽等"0.据统计,约有 如免疫球蛋白IgG4在自闭症患者体内显著高于对照50%-70%的自闭症患者会采用生物相关疗法,但大 组,而IgG4是一种类似于lgE的与过敏有关的抑制多缺乏完整有效的安全性和有效性评估,仍需更多 性单价抗体,在慢性应激过程中发挥免疫调节作的系统性的研究和评估98.随着对人体微生物和自 用虽然,在过去的10年里,发现了很多与自闭闭症关系研究的发展,与之相对应的干预或治疗方 症相关的免疫异常,但还没有确切的生物标记物能法,如食物干预、益生菌以及粪菌移植等逐步显示出 够用于自闭症检测9n 其独特的安全性和有效性,是具有广泛应用前景的 自闭症也有可能与“讲卫生”有关.“卫生假说he生物干预方法 828
段云峰等: 自闭症的病因和治疗方法研究进展 828 率也越大[181], 常见的自体免疫性疾病包括Ⅰ型糖尿 病、甲状腺机能低下症、乳糜泻、风湿性关节炎、系 统性红斑狼疮、多发性硬化症等. 推测自闭症也是自 体免疫性疾病的一种, 其他如精神分裂症、抑郁症和 强迫症等心理相关疾病也都与自体免疫相关[182,183], 并且在自闭症患者体内已检测到自体免疫相关抗体, 如神经轴突丝蛋白(neuron-axon filament protein)、胶 质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein)和髓鞘 碱性蛋白(myelin basic protein)等物质的自体抗体, 可 能是自体抗体和细菌抗体相互作用引起的免疫反应 导致自闭症[184,185]. 此外, 一项大型研究对比了 2431 位自闭症患儿的母亲和 653 位未经选择的育龄妇女 血液中脑反应性抗体的水平, 发现自闭症患者母亲 体内脑反应性抗体的水平可达对照组的 4 倍, 且抗体 多集中在与自闭症关系密切的额叶皮质、海马和小脑 区[186], 较高的脑反应性抗体表明自体免疫水平较高, 可能自闭症儿童的母亲的自体免疫水平会影响孩子 的自体免疫状态, 进而引发自闭症. 自闭症可能还与免疫因子和精氨酸加压素 (arginine vasopressin)等神经肽相关[179], 自闭症患儿 相比对照组血浆中细胞转化生长因子 - 1 (transforming growth factor beta 1, TGF-1)和白介素- 23(interleukin 23, IL-23)水平明显降低, 并且 TGF-β1, IL-23 和白介素-17(IL-17, interleukin 17)的含量与自 闭症的严重程度负相关[187], 而热休克蛋白-70(heat shock protein 70, HSP-70) 、细胞转化生长因子 2(transforming growth factor beta 2, TGF-2)、半胱天 冬酶-7(caspase-7)以及干扰素-(interferon-, INF-)明 显升高[188]. 最近的一项研究再次表明, 自闭症患者 血液中 TGF-β1 的量显著低于对照组, 自闭症与 TGF-1 的含量负相关[66]. TGF-1 作为一种免疫抑制 细胞因子是维持体内免疫内稳态的关键, 能够诱导 和激活 T 细胞, 因此, TGF-1 在自闭症患者血液中的 低含量显示体内免疫状态异常[189]. 免疫球蛋白水平在自闭症患者体内也存在异常, 如免疫球蛋白 IgG4 在自闭症患者体内显著高于对照 组, 而 IgG4 是一种类似于 IgE 的与过敏有关的抑制 性单价抗体, 在慢性应激过程中发挥免疫调节作 用[190]. 虽然, 在过去的 10 年里, 发现了很多与自闭 症相关的免疫异常, 但还没有确切的生物标记物能 够用于自闭症检测[191]. 自闭症也有可能与“讲卫生”有关. “卫生假说(the hygiene hypothesis)”是建立在对农村和城市疾病分布 差异的观察之上的普遍哮喘和过敏性疾病的病因理 论[192], 流行病学调查显示, 相对于发展中国家, 清 洁环境条件较好的西方发达国家哮喘和过敏性疾病 的发病率更高, 提示过于清洁的环境使儿童远离微 生物和寄生虫, 人体缺少微生物和寄生虫的刺激会 影响免疫系统的发育, 导致过敏和哮喘, 而微生物是 其中重要的影响因素[193~195]. 值得注意的是自闭症与 过敏和哮喘具有相近的发病趋势、性别偏好和城乡差 异, 并且都跟免疫系统密切相关, 很可能是“太干净” 导致的[192]. 其机理可能是自闭症儿童从小生活的环 境过于干净, 被微生物“接种”的机会变少, 导致免疫 系统刺激不足, 发育受阻碍, 引起大脑发育异常, 进 而导致行为错乱、发育迟缓, 影响语言和社会交往, 最终引发自闭症. 自闭症的致病因素见图 1. 2 自闭症的治疗方法 目前, 还没有治疗自闭症核心障碍的有效方法. 然而, 医生、科研人员和患儿家长尝试了多种治疗方 法, 积累了很多经验. 常见的治疗方法有行为干预 法、特殊教育法、药物治疗法、生物医学干预法以及 心理干预法等, 其中, 常用的是使用高度结构化的和 密集的技巧性训练来帮助儿童发展社会和语言技能 的行为干预法, 如应用行为分析[196]. 此外, 还有一 些有争议的治疗或干预方法, 如补充和替代疗法 (complementary and alternative medicines). 其中生物 相关疗法包括: 抗生素、抗真菌、抗病毒药物, 胃肠 道药物, 营养补充剂疗法, 限制或特殊饮食疗法, 分 泌素疗法, 螯合疗法, 高压氧疗法, 静脉注射免疫球 蛋白疗法等, 其他非生物相关疗法包括: 听觉整合培 训、针灸疗法、颅骨疗法、器械辅助沟通疗法、按摩 和气功疗法、互动节拍器疗法、灵气疗法、自然疗法、 经颅刺激疗法和瑜伽等 [196,197]. 据统计 , 约 有 50%~70%的自闭症患者会采用生物相关疗法, 但大 多缺乏完整有效的安全性和有效性评估, 仍需更多 的系统性的研究和评估[198]. 随着对人体微生物和自 闭症关系研究的发展, 与之相对应的干预或治疗方 法, 如食物干预、益生菌以及粪菌移植等逐步显示出 其独特的安全性和有效性, 是具有广泛应用前景的 生物干预方法