孤独症谱系理论:粪菌移植治疗儿童孤独症谱系障碍的研究进展

发布时间:2024-05-03 分类:自闭症论文 浏览量:36

孤独症谱系理论:粪菌移植治疗儿童孤独症谱系障碍的研究进展插图-西米明天

来 源:MedicalInnovationofChinaVol.19

作 者:宁怀军①吴怡①

【摘要】儿童孤独症谱系障碍是临床常见的神经发育疾病,除了广泛性发育障碍症状以外,通常伴有不同程度的胃肠道症状。目前,粪菌移植已被证实在孤独症谱系障碍的治疗中具有一定的效果,被认为有助于改善孤独症症状和胃肠道功能。本文从粪菌移植的作用机制、对肠道菌群的影响及对神经系统的影响进行综述,以期为广大同仁治疗儿童孤独症谱系障碍提供客观参考。

【关键词】粪菌移植孤独症谱系障碍肠道菌群

粪菌移植(fecalmicrobiotatransplantation,FMT)是指将健康人(供体)粪便中分离出的各种肠道微生物、代谢产物和天然抗菌物质等,通过各种途径(鼻胃管、十二指肠管、胃镜和结肠镜等)注入到患者肠道内,旨在重建患者肠道菌群平衡,修复肠黏膜屏障、控制炎症反应、调节机体免疫,从而达到治疗肠道内外疾病的目的,是治疗肠道菌群失调所致疾病的新方法[1]。早在东晋时期,我国医学书籍《肘后备急方》就有用粪便治疗疾病的记载。目前FMT主要用于治疗艰难梭菌感染,平均治愈率为80%~90%[2]。62%~81%的炎症性肠病患者可获得临床缓解,对其他肠道菌群失调的疾病,如肠易激综合征、代谢综合征及孤独症谱系障碍(autismspectrumdisorders,ASD)等,均有一定的疗效[3]。

ASD是儿童常见的神经发育疾病之一,临床表现为社交障碍、兴趣狭隘、行为重复刻板等,属于广泛性发育障碍中的一个类型。既往研究表明,美国8岁儿童的患病率为14.6/1000[4],中国的患病率约为1%,其中,0~14岁的患儿达200余万[5],男女比例(1.33~2.75)∶1[6]。ASD患儿常伴有不同程度的胃肠道症状,如腹痛、腹泻、便秘等[7]。目前,ASD的主要治疗方法包括行为、言语、社交和饮食治疗,但尚无特效治疗方法。FMT在改善ASD患儿的孤独症症状及胃肠道症状方面显示出较好的疗效,本文着重对这一治疗方法的作用机制、有效性、安全性进行综述,进一步推动FMT在ASD中的临床应用发展。

1微生物组-肠-脑轴

“微生物组-肠-脑轴”,即肠道微生物群通过内分泌、免疫、代谢和神经途径与中枢神经系统产生双向交流而发生作用[8-9]。具体的机制如下:(1)ASD肠道菌群失调改变肠黏膜屏障的通透性,肠道对一些有神经毒性的外源性物质的渗透性增加,许多细菌产物、细胞因子和趋化因子从肠道屏障转移到肠系膜淋巴组织,并通过黏膜免疫细胞激活免疫系统[10-11]。被激活的免疫系统释放的炎性细胞因子,如IL-1β、IL-6、干扰素-γ(interferon-gamma,IFN-γ)和TNF-α等可激活迷走神经,进而调节中枢神经系统的活动和外在的行为表现。(2)肠道微生物组调节先天和获得性免疫系统,特别是调节性T细胞,在宿主免疫系统的成熟中发挥着重要作用,ASD儿童肠道菌群失调会导致免疫系统的紊乱。(3)不同的肠道微生物可通过分泌不同的神经递质,进而诱导细胞释放神经信号来控制大脑的功能和行为,如乳酸杆菌属和双歧杆菌属利用谷氨酸盐产生抑制性神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyricacid,GABA),减少能量的消耗[12]。(4)肠道微生物群的代谢产物,如短链脂肪酸、苯酚化合物和游离氨基酸,它们参与调控代谢、免疫调节和中枢神经发育等活动[13]。丙酸过高可产生类ASD样行为改变,丁酸可参与合成神经递质多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素,并调节跨膜转运和加强肠道黏膜屏障,影响中枢神经系统及其外周的行为活动。

2FMT与肠道菌群

肠道菌群失调会影响中枢神经系统,并调节情绪、焦虑和行为。研究表明,ASD儿童与其兄弟姐妹或正常儿童相比,有各种形式的微生物菌群失调。大多数研究结果显示,门水平中ASD儿童厚壁菌门(Firmicutes)、变形菌门(Proteobacteria)的丰度显著增加,拟杆菌门(Bacteroidetes)的丰度降低,F/B比值(Firmicutes/Bacteroidetesradio)升高,而放线菌门(Actinobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)的丰度无统计学差异[14-16]。属水平 研究中发现,ASD患儿普雷沃菌属和瘤胃球菌属、粪球菌属、双歧杆菌属丰度有所降低,而拟杆菌属、副拟杆菌属、考拉杆菌属、梭菌属、粪杆菌属、乳酸杆菌属明显升高[16-18]。

通过改变孤独症患儿的肠道菌群来改善孤独症症状成为目前研究的热门方向,常见的有益生菌治疗、益生元治疗及FMT。有动物实验表明,对小鼠单用罗伊氏乳杆菌或生命早期使用人类脆弱乳杆菌或使用双歧杆菌可改善小鼠类似孤独症的交流和刻板行为[19-20]。Shaaban等[21]观察到埃及有胃肠道症状的ASD患儿在服用含有嗜酸乳杆菌、鼠李糖杆菌和长双歧杆菌的益生菌后,其乳酸菌种和双歧杆菌均有增加,并能显著改善ASD严重程度和胃肠道表现。无独有偶,Tomova等[15]对ASD患儿使用含有乳杆菌、双歧杆菌和链球菌的益生菌鸡尾酒疗法,连续4个月每天3次服用可增加拟杆菌门数量,从而使B/F比值升高,而脱硫弧菌属和双歧杆菌属明显增加。DeAngelis等[22]也发现对孤独症儿童使用鼠李糖杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌、瑞士乳杆菌、罗伊氏乳杆菌和副干酪乳杆菌的益生菌混合物,改善了ASD患儿的胃肠道共病问题。Grimaldi等[23]通过体外肠道模型系统比较了孤独症谱系障碍和非孤独症儿童的粪便样本,评估了益生元低聚半乳糖(galactooligosaccharide,B-GOS)对肠道微生物生态学和代谢功能的影响。益生元的使用使孤独症和对照模型中双歧杆菌属显著增加,在孤独症儿童中萨特氏菌属、拟杆菌属、梭杆菌Ⅸ、大肠杆菌、韦荣球菌科、瘤胃球杆菌属、柔嫩梭菌和普氏粪杆菌显著下降。

与益生菌和益生元治疗相比,FMT确保了数百个菌株的转移,有利于重建健康的肠道菌群平衡。Kang等[24-25]对18例行FMT的ASD患儿进行了长达2年的回访,并发现在FMT治疗结束2年后其消化道症状及孤独症症状仍有明显改善,ASD患儿肠道细菌多样性高于随访的第18周。但是2年后供体和受体菌群仍有较大差异,表明受赠者并没有完全保留捐赠的微生物组,而是保留了它的一些特征,如增加了总体多样性和一些重要微生物,比如普雷沃菌属和双歧杆菌属,同时正在寻找一个新的平衡状态。因此,对于有胃肠道问题的ASD儿童FMT干预是一种很有前途的治疗。尽管如此,FMT在孤独症儿童的应用中还需进一步细化,如移植的剂量、持续时间、移植前是否需抗生素预处理、评估行为和认知的方式、生物学标志物等。

3FMT与神经递质

高5-羟色胺(5-HT)血症被认为是ASD患病风险的一种生物标志物,大约25%的孤独症谱系障碍患者中发现了它[26-27],血液中低游离5-HT水平与症状严重程度的增加相关。目前5-HT在ASD中是作为微生物-肠-脑轴的连接物的作用[28],5-HT被认为参与了中枢神经系统和肠神经系统的发育[29]。动物研究也发现,ASD小鼠模型中肠道微生物菌群改变与胃肠道疾病、肠道5-HT的升高有关,支持了肠道血清素5-HT水平和菌群失调之间的联系[30-31]。除了5-HT,还发现自闭症儿童抑制 性神经递质GABA(γ-氨基丁酸)有所升高,而GABA可由肠道内某些乳酸杆菌(如鼠李糖乳杆菌)和双歧杆菌产生[24]。研究发现,ASD儿童在FMT治疗后腹痛、反流、消化不良、腹泻、便秘等消化道症状及ASD症状明显改善,4周后血清中5-HT和GABA浓度下降,而多巴胺水平升高,在治疗后的第8周和第12周,这些神经递质仍然保持在一个显著改变的水平,但更倾向于接近初始的水平[32]。这些结果提示,FMT通过调节“微生物-肠-脑轴”中血清神经递质调节和改变ASD儿童的临床症状,然而,关于影响神经递质信号合成、运输、代谢的各种成分如何操纵刻板的社会行为,仍存在许多问题,仍需进一步研究。

4局限性及未来展望

评估FMT在ASD中治疗作用的局限性包括总体上缺乏强有力的、设计良好的研究,临床资料少,样本量小,此外缺乏标准化的ASD症状的评分工具,甚至过分依赖于通过父母的问卷来评估ASD的症状,从而限制了研究的可比性。补充单一益生菌菌株或者益生元均对ASD治疗有所帮助,但可能只提供短暂的好处,需要进行更根本的改变来实现肠道内生态环境的可持续发展。有学者建议,最好是通过联合的、持续的干预措施替代单一的治疗方式,如微生物移植治疗联合益生元-益生菌补充,如清楚某些致病菌种,再用多种细菌组合重新植入肠道,然后持续的、有效的益生元使用,这样更有可能建立一个持久稳定并具有治疗意义的微生物群[33]。目前,关于肠道菌群的变化与ASD预后或发病机制之间的研究有限,FMT的哪些特定成分直接作用于ASD的症状改善也知之甚少,鉴于ASD和微生物组-肠-脑轴的复杂性,需要利用最新的标准化评估工具来进行更多的前瞻性研究,包括16s宏基因组测序、代谢组学分析和标准的基于临床的ASD评分方法,需要建立一个基于宿主、微生物组和代谢产物组之间相互作用的系统模型。未来的研究应该集中在测量代谢产物组本身,而不是细菌种类本身,因为代谢产物提供了更具可比性和精确的结果。代谢组的分析优势在于可以直接检测生物活性分子,减少微生物异变性,最重要的是,可作为生物标志物将微生物组-肠-脑轴与ASD联系起来。

5结论

目前,ASD尚无特效治疗方法,尽管目前研究资料有限,但现有的研究结果表明,FMT治疗ASD儿童安全有效,为治疗ASD带来了新的曙光。然而,有报道发现,成人在FMT后会出现自身免疫性疾病和体重快速增加[34]。人们担心将一个成人微生物群和相关代谢物移植到一个正在发育的儿童肠道微生物生态系统中,可能会加速免疫衰老和增加免疫相关并发症。因此,利用年龄匹配的供体,具有类似的肠道微生物发育阶段,可以解决儿童个体的这一问题,并确保儿童的正常发育不受影响。

FMT在孤独症谱系障碍儿童的应用中还需进一步细化,如移植的剂量、持续时间、给药途径(口服、内镜或灌肠)、移植前是否需抗生素预处理、评估行为和认知的方式、生物学标志物等,肠道菌群与神经递质、神经行为之间相互影响及其作用机制仍需进一步深入研究,移植后长期疗效及生长发育情况也缺乏相关的临床资料,未来有必要对儿童患者的FMT进行更多的研究。对于接受FMT治疗的儿童,建议进行更长时间的临床随访,全面分析FMT对儿童患者肠道微生物群和细菌多样性的影响,有助于进一步宣布其有效性和安全性。

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