摘要 自闭症是一种严重的神经发育障碍，其患病率急剧上升，不符合哈迪-温伯格平衡，表明环境因素对其影响远大于遗传因素。自闭症与肠道微生物失衡及肠-脑轴异常密切相关。由于肠脑
自闭症是一种严重的神经发育障碍，其患病率急剧上升，不符合哈迪-温伯格平衡，表明环境因素对其影响远大于遗传因素。自闭症与肠道微生物失衡及肠-脑轴异常密切相关。由于肠脑发育与头脑发育同步，因而在婴幼儿发育的关键期肠道微生物发育异常可增加自闭症风险。肠道微生物可通过代谢产物、免疫、神经内分泌以及迷走神经等途径影响自闭症。特定有益微生物菌株主要通过微生物-肠-脑轴、调节微生态平衡和抗感染、调节宿主代谢和吸收、改善肠漏等方式改善和治疗自闭症。益生菌以肠道菌群为靶点或可成为自闭症有效辅助治疗方法。本文对近年来与肠道微生物相关的自闭症研究进行综述，为我国今后全面防治自闭症提供人体共生微生物领域的参考。
关键词：自闭症(孤独症),肠脑,肠漏,微生物-肠-脑轴,益生菌
自闭症谱系障碍(autismspectrumdisorders，ASD)也称广泛性发育障碍或孤独症，被定义为以社会交往和沟通障碍、兴趣范围狭窄及重复刻板行为为主要特征的发育障碍[1]。患者通常在6~24月开始表现出ASD症状，也有患者早期发育正常，24~36个月起出现退行性变化，语言和社交技能丧失[2~5]。
ASD在世界范围内已经成为最严重的神经发育障碍之一，平均每150名儿童就有一人患病，且发病率不断攀升[6]。美国8岁的儿童中每68人中就有一人患有ASD[7];韩国儿童ASD患病率高达2.64%[8];据保守估计，目前中国ASD患病率为1%，0~14岁的儿童患者达200余万[9]。该病给个人、家庭以及社会带来巨大困扰，并大幅增加家庭及社会医疗负担，且临床治疗中尚无切实的、针对性的治疗方法，ASD已经成为一个世界性难题。
1自闭症影响因素
1.1孕期影响因素与自闭症
临床研究表明，肠道菌群的发育可能始于胎儿时期，菌群在子宫内可转移且受孕期母体因素影响[16]。孕期影响因素可能通过影响胎儿肠道微生物而增加胎儿ASD风险。孕妇肥胖可增加后代患神经发育障碍(包括ASD)的风险。2011年Dodds等人[17]发现，母亲在怀孕前的体重超过90kg就会增加自闭症儿童发病的可能性。
此外，2012年Krakowiak等人[18]揭示了母亲孕期肥胖和后代自闭症的发生之间的明确关系。2013年Bilder等人[19]和2014年Reynolds等人[20]分别报道了类似的研究结果，他们发现母亲肥胖与后代语言技能延迟存在相关性。2016年的研究进一步表明，肥胖的女性怀孕期间体重年增加过多也会升高后代患自闭症的风险[21]。
动物实验研究进一步证明，孕妇肥胖可能通过影响肠道微生物而增加后代患神经发育障碍风险。孕鼠高脂饮食模型(modifiedhigh-fatdiet，MHFD)中，高脂饮食诱发孕鼠肥胖，其后代肠道微生物改变和大脑发育异常，表现出社交缺陷;对无菌小鼠(germfree，GF)进行粪便移植的研究证明，正是高脂饮食母鼠的后代小鼠肠道微生物的紊乱造成了它们社交行为障碍;进一步研究发现肠道菌群中显著减少的罗伊氏乳杆菌(下降超过90%)是造成小鼠社交缺陷的关键[22]。
1.2饮食与自闭症
ASD与饮食关系密切，食物影响ASD可通过肠道微生物实现。婴儿期，母乳是最主要的食物。母乳中含有多种共生微生物，是婴儿获得乳酸菌和双歧杆菌等有益微生物的重要来源[33，34]。母乳喂养少于2个月的婴儿与母乳喂养至少6个月的婴儿相比患ASD风险显著增加[35]。母乳喂养的婴儿肠道内双歧杆菌丰度更高，而配方奶粉喂养的婴儿肠道中，双歧杆菌、拟杆菌、梭状芽孢杆菌和葡萄球菌比例接近[36]，并未显示出有益菌的优势。
随着婴儿成长和辅食添加，幼儿肠道微生物也在多样化的饮食中逐步建立与发育。高脂或高蛋白食物促进拟杆菌增殖，而普雷沃氏菌属数量增加则与高碳水化合物饮食相关[37，38]。ASD患者辅食添加过程中营养过剩，会扰乱正常肠道微生物发育进程。在没有完善肠道微生物定植前，过早接触不适当食物会增加幼儿食物不耐受以及过敏的风险。
1.3肠漏与自闭症
肠漏可被列为ASD发病的重要生理机制之一。肠漏综合征是指肠屏障功能紊乱或者损坏，以大分子物质、细菌或其代谢毒物进入固有层的异位为特征，是多种疾病的诱因[49]。ASD患者中普遍存在肠漏问题，与正常对照儿童相比，ASD儿童肠道通透性增加[50]，甚至ASD患者的父母，肠道通透性异常比率也明显升高[51]。丙戊酸(VPA)诱导的ASD动物模型出现黏膜肌层厚度和肠动力下降[52]。孕期病毒感染的母鼠，其子代除了表现ASD的核心症状，还会出现成年肠道通透性增加，同时血液中肠道微生物代谢产物增加[29]。白色念珠菌具有增加肠细胞间缝隙的功能，使得正常情况下不容易通过肠壁的物质能够进入体内[53]。
2自闭症与肠道微生物密切相关
2.1自闭症患者肠道微生物失衡
研究发现，ASD患者肠道微生物失衡，细菌和真菌群构成及比例发生改变。ASD患者的肠道细菌改变。与健康人群相比，ASD患者肠道梭菌属含量显著增加[5，58，59]，拟杆菌与厚壁菌比率下降，乳酸菌属和脱硫弧菌属含量升高[60]。
其中梭状芽孢杆菌与神经毒素产生相关，释放的神经毒素通过迷走神经传入CNS，抑制神经递质释放，从而引起ASD相关的行为表现[61]。有研究揭示，ASD患者肠道中，降解和代谢碳水化合物的重要菌属包括普氏菌属、粪球菌属和韦荣球菌科含量降低[62，63]，这些菌属能够调节黏膜和肠上皮细胞完整性[64，65]。
2017年Coretti等人[66]发现，ASD群体肠道菌群失衡，其中拟杆菌属、副拟杆菌属、萨特菌属、Dehalobacterium和颤螺菌属是性别特异的肠道微生物群落，且与异常行为表现，肠道通透性增加及肠炎相关。还有研究发现，Alkaliflexus以及萨特菌属只存在于ASD患者肠道[64，67]。患者肠道真菌发生改变。
临床研究报道过ASD儿童出现念珠菌感染相关症状[68]。对肠道真菌群落分析结果表明ASD患者具有更多念珠菌属(尤其是白色念珠菌)[56，53]，可能与之前大量使用抗生素有关[56，69]。白色念珠菌代谢产生氨与毒素[70]，其在肠道生长引起碳水化合物和矿物质吸收下降可引发ASD相关行为[60，71]。
2.2自闭症的生理和行为异常与肠道微生物有关
多数ASD患者受到胃肠疾病的困扰[56]。ASD患者的胃肠道症状主要包括腹泻、便秘、食道反流、腹痛、胀气和排泄物恶臭[72]，并且胃肠疾病症状与ASD的严重程度正相关[56，73]。尽管不同研究中ASD伴随胃肠道症状的比率存在差异，但这种重叠关系已为研究者们共识[74]:有胃肠疾病的ASD患者还可能出现焦虑、自残和攻击他人等异常行为[71];功能性便秘与ASD儿童的刻板-强迫行为有关[75]。胃肠道症状和行为异常均受肠道微生物影响[60]，提示ASD与肠道微生物改变有关[76]。
2.3改变肠道微生物可影响自闭症相关症状
无菌小鼠表现出明显社交障碍，特别是雄性小鼠，出现社交回避和刻板行为，不对同类表现出明显兴趣，也不会对陌生个体有更多的探究行为，同时表现出一些重复性行为。在补充微生物后，社交回避和重复行为可得到改善，但社会认知障碍并未得以改变[77]。由抗生素或者益生菌引起的菌群改变可导致ASD相关症状发生变化。
ASD症状与抗生素使用密切相关。Sandler等人[78]发现，11名幼儿(研究入组标准:倒退型ASD儿童，即发病迟于一岁后，由于服用一段时间抗生素后出现原有技能退化，且临床诊断为自闭症)，这些患者使用万古霉素干预期间出现ASD症状改善，但是停用后行为又出现退步，这项研究进一步提示ASD与肠道微生物有关，前期抗生素的使用破坏了肠道菌群可能是自闭症发病的一个诱因，但是试验中万古霉素的使用可能是通过降低自闭症儿童中增多的梭菌数量和比例达到了改善症状的效果，这提示我们不同的抗生素改变肠道微生物即可对ASD症状造成不同的影响，也进一步说明了肠道微生物在自闭症发病和治疗中的潜在影响力。
其他个案研究也发现抗生素使用与ASD症状和共病改善相关联[79]。氧霉素和二甲胺四环素在临床研究和动物模型研究中显示出对于ASD症状的治疗作用[80~82]。补充益生菌调节肠道微生物能够改善ASD患者的行为和胃肠症状，也提示肠道微生物在ASD中发挥重要作用[78]。整体替换患者的肠道微生物，比如通过粪菌移植(fecalmicrobiotatransplantation，FMT)也可改善ASD患者的胃肠道以及行为症状[83]。但是FMT尚无对于小龄ASD患者的干预案例，效果的持续时间追踪以及可能存在风险，仍需大量动物实验以及临床研究提供证据。
3肠道微生物如何影响自闭症
3.1肠道微生物是肠脑的重要组成部分
肠道是人体最大的消化器官、免疫器官和内分泌器官。肠道微生物是人体第二大代谢器官，人体的新陈代谢多数由微生物完成[84]。健康人体可承载2000g左右的共生微生物，已发现人体微生物组编码基因数量超过人体自身基因的500倍，被称为人体的“第二基因组”或“被遗忘的器官”[85~88]。肠道微生物包含细菌、古细菌、病毒、真菌及其他真核微生物。肠共生微生物与消化道复合系统被称为第二脑或肠脑，它对机体稳态和大脑功能的维护发挥重要作用。
肠道微生物是肠脑发挥功能的重要组成部分，肠道微生物不仅能够帮助人体消化和吸收营养物质，还能通过分泌各种酶类，合成某些维生素和生物活性物质影响人体代谢，控制体重，帮助抵御病源微生物的侵入以及塑造人体免疫系统[5，89，90]。血液中大约70%的物质来自于肠道[91]，其中36%的小分子物质是由肠道微生物产生的[92]。肠道微生物不仅影响人体的生理健康，还可通过神经化学物质的变化[93]，影响人的心理和行为[94，95]。
4补充益生菌对自闭症的作用
食品农业组织/世界卫生组织定义益生菌为“当补充一定量能够对宿主健康有益的活性微生物”[175]。不同的益生菌在人消化道中定植位置不同，生物学功能不同，代谢产物不同，这些决定了它们的作用和对健康的影响不同。菌种和菌株之间的生物学功能也有显著不同。有些益生菌对于心理疾病的治疗和改善有效，因而被称为益心菌(psychobiotics)[176]。
5展望
肠道微生物通过微生物-肠-脑轴影响大脑功能与行为，与ASD的发生和发展密切相关。ASD患者存在肠道微生物异常和微生物-肠-脑轴功能异常，肠道微生物可能是ASD治疗的良好靶点。然而，由于ASD患者的饮食、生活习惯、药物使用情况以及个体遗传因素致使肠道微生物组差异极大，目前尚难以确定ASD患者特定的肠道微生物图谱。ASD可能为感染症，针对微生物的干预方法能够显著改善ASD症状。虽然临床研究显示抗生素对ASD具有显著的干预效果，但是一旦停药患者会出现退步，因而抗生素不是理想的干预手段。FMT是一种新的改变患者肠道微生物的方法，然而应用于ASD的治疗还缺乏临床评估和安全性评价。
补充有益微生物帮助幼儿逐步建立与微生物共生的关系，可能是帮助人体重建微生态平衡最为安全有效的方法。益生菌干预可改变肠道微生物群落和微生物-肠-脑轴功能，从而治疗ASD。在诸多益生菌中，具有积极的行为效应的多为乳酸杆菌和双歧杆菌[180，187，209，210]。通过补充益生菌干预ASD存在最佳关键期，而错过关键期干预效果会大打折扣。目前有益微生物在心理疾病中的应用研究如火如荼地在世界范围开展，并有望今后在ASD的治疗中成为主流。
但是由于益生菌种类繁多，不同的菌类具有不同的功能，在应用于改善疾病状态时必须明确到菌株而不是菌种。大量动物研究以及临床研究已经揭示益生菌在ASD治疗的作用以及良好的前景，但是临床的安全性深入研究十分必要，益生菌应用于改善和治疗ASD也需进一步研究和规范化。尽管任重道远，微生物干预治疗ASD已经开始初现曙光。
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