综述丨第三军医大学：肠道菌群的改变: 治疗自闭症谱系障碍的新策略(国人佳作)

编译：微科盟听雪斋，编辑：微科盟居居、江舜尧。

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导读  

自闭症谱系障碍(ASD)被定义为一种复杂的异质性障碍，其特征是刻板行为以及沟通和社交互动的缺陷。新兴的微生物知识指出了肠道菌群失调与ASD之间的潜在联系。来自动物和人类研究的证据表明，肠道微生物群组成和活性的变化可能是患有胃肠道紊乱的ASD个体核心症状的发病机制，并作用于微生物群-肠-脑轴。本文综述了ASD的肠道细菌组成特征及肠道微生物群及其代谢物在ASD发病和进展中的作用；还强调了可能的潜在机制。鉴于这种相关性，我们还概述了基于微生物的治疗干预措施，如益生菌、抗生素、粪便微生物群移植治疗和饮食干预，并讨论它们对ASD行为症状的潜在益处。改变肠道微生物组对治疗ASD核心症状的确切贡献有待进一步阐明。这似乎为开发基于微生物的ASD疗法开辟了有前景的道路。

论文ID

原名：Alteration of Gut Microbiota: New Strategy for Treating Autism Spectrum Disorder

译名：肠道菌群的改变: 治疗自闭症谱系障碍的新策略

期刊：Frontiers in Cell and Developmental Biology

IF：6.081

发表时间：2022.3

通讯作者：范晓棠，蔡云

通讯作者单位：第三军医大学(陆军军医大学)心理学院

DOI号：10.3389/fcell.2022.792490

综述框架

主要内容

自闭症谱系障碍(ASD)被定义为具有普遍神经发育障碍的复杂异质性疾病。ASD的临床特征包括社交互动和沟通障碍，以及兴趣受限和重复行为。自闭症谱系障碍通常出现在儿童早期，并且大多数情况下在三岁之前被诊断出来。近年来，自闭症谱系障碍的发病率急剧增加，根据在亚洲、欧洲和北美进行的大量研究，估计患病率为1%-2%。据报道，男性比例高于女性，介于2:1到5:1之间。显然，ASD干预已经成为公共卫生解决医疗成本和复杂性的非常迫切的需求。阿斯伯格综合症和高功能自闭症患者采用了基于行为治疗和药物干预的社交技能干预。然而，由于疾病发病机制的复杂性和有限的动物模型，缺乏FDA批准的有效治疗ASD核心症状的药物。 目前，许多不同的机制，如神经发生下降、兴奋性/抑制性神经传递失衡和免疫反应失调，已被假设与ASD相关行为的发生和发展有关。值得注意的是，新兴的微生物知识表明，复杂的肠道微生物群落及其代谢后果可能以非常强大的方式促成ASD核心症状的发病机制，例如中枢神经系统(CNS)驱动的行为。大脑和肠道之间的通讯通常被称为微生物-肠-脑轴，这被认为与维持生理稳态有关。肠道和大脑之间的双向通讯通过神经免疫和神经内分泌信号、迷走神经和肠道微生物代谢物发生。人们越来越认识到，肠道微生物群通过微生物组-肠-脑轴有助于调节社会行为。最近，几项研究表明，基于微生物的治疗干预措施，如粪便微生物群移植(FMT)、抗生素和益生菌，已成为改善核心和相关ASD症状的新治疗策略。 本综述将描述肠道微生物群及其代谢物在ASD发病机制和进展中的作用。 与基于ASD肠道微生物群改变的治疗干预相关的现有文献似乎属于以下四个领域：益生元/益生菌/合生元、FMT、饮食干预和抗生素。将对每个领域的文献进行回顾，并全面强调基于微生物的ASD患者治疗干预措施。

1 ASD中的微生物群-肠-脑轴

人体肠道是人体生理和新陈代谢不可或缺的一部分，拥有数以万亿计的微生物，包括细菌、真核微生物、病毒和古生菌，通常被称为肠道微生物群。独特的微生物特征从胃肠道(GIT)的近端到远端呈指数增长，并因年龄、遗传和营养等许多因素而异。此外，短链脂肪酸(SCFA)是肠道细菌产生的微生物代谢物，已被证明对肠道、大脑和行为产生深远影响，并导致ASD病理学。值得注意的是，SCFAs主要含有丁酸盐、丙酸盐和乙酸盐；具有神经活性；并且可以在免疫调节系统上运行。肠道微生物群，包括四大门(拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门)和两个小门(疣微菌门和梭杆菌门)，越来越被认为是一种代谢器官，有助于通过营养、免疫调节和全身炎症通路维持个体内稳态。 越来越多的证据表明，自闭症儿童比正常发育的(TD)儿童更常报告胃肠道症状，从便秘到腹泻。此外，胃肠道症状的存在与ASD儿童的明显行为表现相关，例如焦虑、自残和攻击性，这表明自闭症症状加重部分可以由潜在的胃肠道问题来解释。越来越多的科学证据表明，胃肠道合并症可能对ASD个体的问题行为产生次要影响。同时，在ASD儿童中明显检测到肠道微生物群的稳定性、多样性、组成和几种微生物代谢途径的显著变化。在ASD受试者中也检测到肠道通透性受损以及全身和肠道炎症的证据。 人们普遍认为，抗生素会影响肠道微生物群的组成和多样性。有证据表明，早期接触抗生素可能会导致ASD儿童肠道微生物群的长期紊乱，这与反复出现的胃肠道症状和微生物群组成的变化有关。最近，有研究表明，将ASD儿童的粪便样本提取物移植到怀孕大鼠体内会导致后代出现ASD的典型行为特征，概括了ASD的异常肠道微生物群。总体而言，这些来自动物和临床研究的数据表明，异常的肠道微生物群可能导致核心和相关的ASD症状。 肠道菌群失调是指肠道微生物群的组成和活性发生变化，从而对宿主健康造成不利影响。肠道菌群失调可由遗传、环境因素、饮食、疾病、压力和年龄等因素引起，可能会破坏肠黏膜屏障，导致淀粉样蛋白和脂多糖(LPS)渗漏，进而增加血液中的微生物分子，激活下丘脑-垂体–肾上腺轴；从而引发全身性和中枢神经系统炎症，破坏血脑屏障。越来越多的证据表明，ASD儿童肠道菌群失调与胃肠道症状之间存在密切关系。有趣的是，肠道菌群失调也直接导致ASD样行为。沿着这些思路思考，在ASD个体中，微生物群失调会促进毒素和细菌产物通过受损的肠道屏障进入血液。反之，大脑调节肠道蠕动以及感觉和分泌功能，通过迷走神经将中枢神经系统中的交感谷氨酸能神经元与肠道连接起来。因此，大脑中的炎症和局部损伤也会导致肠道菌群失调，这成为一个有前景的治疗靶点。同样，我们最近报道了小鼠的创伤性脑损伤引起了显著的肠道菌群失调，例如增加了Alphaproteobacteria纲和Porphyromonadaceae和Pseudomonadaceae科的富集，这与神经炎症、脑水肿、神经元丢失和感觉运动缺陷有关。嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)治疗导致肠道微生物群重塑和拯救中枢神经系统功能障碍。

2 ASD动物模型和患者的肠道生态失调

2.1 ASD动物模型中的肠道生态失调

动物研究还表明，肠道微生物群的改变会导致ASD样行为的深刻变化。在诸如丙戊酸(VPA)暴露、母体免疫激活(MIA)、母体高脂饮食(MHFD)和对甲酚暴露、特发性自闭症模型(BTBR小鼠)和自闭症单基因突变小鼠模型(Shank3 KO小鼠、NLGN3R451C突变体和EphB6 KO小鼠)等环境风险因素模型中检测表现出ASD特征的啮齿动物肠道微生物群组成。表1总结了ASD动物模型中改变的肠道微生物群组成。

表1 ASD动物模型中改变的肠道微生物群组成(↑=增加，↓=减少)。

2.2 环境风险因素诱导ASD动物模型肠道菌群失调

子宫内暴露于VPA的小鼠表现出肠道微生物群组成的改变，并表现出拟杆菌、Deltaproteobacteris和丹毒丝菌目减少以及梭菌目增加。观察到性别对子宫内暴露小鼠后代VPA肠道菌群组成的影响，其特征是雄性体内Alistipes、Enterorhabdus、Mollicutes、Lactobacillales和Erysipelotrichalis水平增加。Liu等人证实，暴露于VPA的大鼠肠道菌群组成也存在性别特异性差异。暴露于VPA的大鼠显示出微生物多样性降低，α-变形菌、Eubateriaceae、Rikenellaceand和Staphylococcaceae的丰度增加。在属水平上，VPA暴露显著增加了Allobaculum、Anaerofustis、Proteus和Staphylococcus的丰度。最近的一项研究进一步报道，在断奶和性成熟期间，自闭症样大鼠和健康大鼠的肠道微生物群组成和SCFA水平存在显著差异。有证据表明，MIA后代表现出胃肠道完整性受损、微生物群失调以及与ASD内表型相似的血清代谢物变化。主坐标分析(PCoA)显示MIA后代和对照组之间梭菌和拟杆菌的多样性存在显著差异。MIA后代在毛螺菌科、卟啉单胞菌科和普雷沃菌科中显示出丰度增加，但物种丰富度没有改变。此外，特定的毛螺菌科以及其他拟杆菌物种可能参与MIA诱导的自闭症行为的发病机制，并影响MIA相关的GI异常。在自闭症的MHFD小鼠模型中，微生物群的多样性低于对照小鼠，乳杆菌(Lactobacillus)、Parabacteroides、Helicobacter和B. uniformis显著减少。在饮用水中接触微生物代谢物对甲酚处理4周的小鼠表现出社交缺陷和刻板印象，这让人联想到人类ASD的核心症状。此外，当将对甲酚处理小鼠的微生物群移植到未经处理受体时会导致社会行为缺陷和微生物组成的显著差异。重要的是，越来越多的独立重复研究结果表明，体内或体外没有微生物的无菌(GF)小鼠的社会行为受损，这表明在发育过程中缺乏细菌定植对动物的社会行为产生不利影响。此外，一项研究进一步支持了用ASD儿童菌群定殖GF小鼠促进了GF小鼠的ASD相关行为，并影响肠道微生物的分布和组成。

2.3 特发性自闭症BTBR小鼠模型中的肠道生态失调

值得注意的是，BTBR小鼠显示出盲肠和粪便样本微生物群落的整体变化，这表明该模型可能有助于解释ASD中的肠-脑相互作用。16S rRNA测序显示BTBR小鼠肠道中存在不同的粪便微生物群落，例如梭菌簇XI、拟杆菌门增加和厚壁菌门减少。此外，喂食食饲料的BTBR小鼠的A. muciniphila水平显著增加，A. muciniphila是盲肠和粪便中胃肠道内疣微菌门的主要代表，与维持粘液分泌物的稳态有关。特别是，已在BTBR小鼠中鉴定出Bacteroides、Parabacteroides、Sutterella、Dehalobacterium和Oscillospira作为性别特异性肠道微生物群组成的关键驱动因素。拟杆菌属和Oscillospira被证明与病理性状有关，这可能有助于了解BTBR小鼠的性别诱导的行为改变、肠道完整性和结肠免疫状态。同样，Golubeva等人显示BTBR盲肠中的肠道细菌多样性显著降低。PCoA显示BTBR小鼠在门水平上表现出拟杆菌门增加和厚壁菌门减少；Akkermansia、拟杆菌属和Bilophila的增加；以及Bifidobacterium和Desulfovibrio减少。

2.4 自闭症单基因突变小鼠模型中的肠道生态失调

就自闭症而言，研究表明自闭症相关基因也会影响微生物组。Tabouy等人使用LefSe分析发现Shank3 KO小鼠的细菌丰富度降低，Bacilli纲、乳杆菌目、乳杆菌科和乳杆菌属成员的相对丰度降低。在属水平上，Shank3 KO小鼠的Coprococcus、Bacteroides、Acetobacter、Turicibacter和Prevotella也减少了，而Veillonellaceae和Veillonella增加。Neuroligin 3(NLGN3)已被确认为ASD的风险等位基因。有趣的是，NLGN3 KO小鼠表现出肠道功能障碍，例如结肠平滑肌张力降低和结肠运动改变。此外，NLGN3R451C突变体显示出粪便微生物群落改变，包括增加了属于厚壁菌门梭菌纲的3个OTUs，以及减少了1个来自Candidate门OTU。脆性X综合征(FXS)被认为是导致自闭症的主要单基因原因，并且在Fmr1KO2小鼠中可以很好地概括FXS表型。Altimiras等人使用16S rRNA基因测序确定了Fmr1 KO2小鼠肠道微生物组中的细菌物种改变，包括厚壁菌门、拟杆菌属和疣微菌门以及Sutterella和Akkermansia属的增加，Prevotella属的减少。Septyaningtrias等人还发现，在具有人类15q11-13重复基因(15q dup)的ASD小鼠模型的粪便样本中，微生物组的物种多样性和OTU数量显著减少。位于染色体7q上的EphB6被确定为候选ASD相关基因。一份报告表明，EphB6 KO小鼠的粪便微生物群中的肠道微生物组成发生了改变，包括Deferribacteres门的丰度降低，尤其是属水平的Mucispirillum。

2.5 ASD患者的肠道生态失调

已经注意到，肠道微生物群稳定发生在2至3岁左右，这是ASD发作的关键时期。胃肠道系统疾病是自闭症儿童常见的合并症。肠道细菌谱的破坏可能与自闭症风险和严重程度的增加密切相关。据推测，细菌产生的神经毒素通过迷走神经到达大脑，可能导致沟通和社交障碍。表2总结了ASD患者肠道菌群组成的改变。 1998年报道了与自闭症发病机制有关的微生物元件的发现。多项证据表明，肠道微生物群的组成变化与ASD中神经系统正常功能的改变和行为缺陷有关。Finegold等人发现迟发性自闭症儿童和对照儿童之间的梭菌物种存在差异。通常，非产孢厌氧菌和微需氧菌存在于ASD儿童的肠道菌群中，但在对照儿童中不存在。与这一发现一致，Song等人揭示了梭菌群，如粪便中的Clostridium bolteae和梭菌簇I和XI在ASD儿童中显著升高。Parracho等人在ASD儿童的粪便菌群中发现了Clostridium histolyticum群(梭菌簇I和II)。

对优势肠道细菌门的研究表明，菌群失调表现出类似的趋势，主要表现为主要细菌门(Firmicutes、Bacteroidetes、Fusobacteria和Verrucomicrobia)的比例和组成发生变化。Finegold等人发现ASD组中拟杆菌门和变形菌门；属水平Desulfovibrio、Acetanaerobacterium、Parabacteroides和Bacteroides以及Desulfovibrio spp.和Bacteroides vulgatus水平高于对照组。此外，对照组中门水平放线菌门和厚壁菌门以及属水平Weissella、Turicibacter、Clostridium, Anaerofilum、Pseudoramibacter、Ruminococcus、Streptococcus、Anaerovorax、Dialister、Lactococcus、Leuconostoc、Ethanoligenens、Helcococcus和Alkaliphilus均高于ASD组。一项针对年轻ASD儿童(2-4岁)和年龄匹配的神经健康对照组的研究表明，ASD儿童的拟杆菌门和变形菌门显著增加，放线菌门减少。值得注意的是，婴儿肠道微生物群中的优势细菌长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)显著减少，而一种健康人类肠道的晚期定殖菌和主要丁酸盐生产菌Faecalibacterium prausnitzii在ASD患者中增加。同样，最近的一项研究报告称，与对照儿童相比，自闭症儿童的拟杆菌属、普氏菌属、Lachnospiracea_incertae_sedis和Megamonas以及Bacteroidetes/Firmicutes有所增加。 不同的是，在ASD儿童队列中的另一项研究证实，肠道菌群失调的特征是拟杆菌门和Bacteroidetes/Firmicutes比率降低，以及肠道活检样本中Betaproteobacteria的优势更大。Tomova等人发现在斯洛伐克的ASD儿童中检测到的拟杆菌门/厚壁菌门比率显著降低，但乳杆菌属的数量增加；他们还注意到Delsulfovibrio spp.的增加趋势，与自闭症的严重程度密切相关。Sun等人发现ASD组和健康对照组之间在科、属和种水平上的微生物群丰度存在很大差异。Ding等人表明，ASD儿童的肠道微生物群在属水平上表现出更高的生物量、丰富度和生物多样性，以及微生物群落结构的改变。值得注意的是，ASD儿童中三种改变的肠道微生物菌株，即丹毒丝菌科、粪杆菌科和毛螺菌科，与肠道中丁酸的产生有关，并且与ASD的严重程度呈正相关。

如前所述，许多研究已经证明了自闭症儿童肠道微生物群的变化，但在ASD个体的统一微生物谱和目前可用数据的差异上几乎没有共识。研究人群、样本收集和研究设计的异质性都会导致微生物组研究的可变性。这可能是由于方法的不同和研究对象之间的差异造成的。此外，年龄是导致这种偏差的重要因素。不同年龄的患者肠道菌群存在一定差异。在年幼的儿童中，肠道微生物群仍然不稳定。因此，需要进一步的研究来确定微生物群改变与ASD之间的关联。

表2 ASD患者肠道菌群组成的改变(↑=增加，↓=减少)。

2.6 ASD中肠道生态失调的发病机制

各种研究表明，肠道微生物群通过神经内分泌信号、神经免疫信号和细菌代谢物影响大脑功能(图1)。

图1 基于微生物的ASD治疗干预。

已发现肠道微生物群通过神经内分泌信号、神经免疫信号和细菌代谢物影响大脑功能。潜在的基于微生物的ASD治疗干预措施包括益生元/益生菌/合生元、抗生素、粪便微生物群移植和饮食干预。

2.7 神经内分泌信号

由数百万个调节胃肠功能的神经元组成的肠神经系统(ENS)被称为“第二大脑”。ENS可能直接或间接与肠道细菌相互作用。肠道微生物会影响肠道和血液中的生物活性肽和神经活性分子。此外，肠道细菌通过宿主生物合成途径在肠腔内神经递质的产生中发挥关键作用，这可能是神经递质代谢改变的分子基础。已证实乳杆菌属物种能够产生γ-氨基丁酸(GABA)和乙酰胆碱。同样，Bacillusspp.和Serratiaspp.已被发可以产生多巴胺，而念珠菌属、链球菌属、埃希氏菌属和肠球菌属可以产生血清素(5-羟色胺，5-HT)，一种特别重要的脑神经递质，深刻影响肠道生理和行为。为了支持这一点，有证据表明微生物群可以影响肠道中的多巴胺回路和迷走神经感觉神经元，这对中枢多巴胺功能至关重要。此外，Reigstad等人还发现肠道微生物群通过SCFAs发挥作用，SCFAs具有促进肠道5-HT产生和内稳态的能力。这些产生的神经递质可以将信号转导到中枢神经系统，然后通过作用于不同的神经回路来调节行为。梭菌的增加，以及Dorea、Blautia和Sutterella的减少，也可能改变宿主对色氨酸(血清素前体)以及血清素过剩的处理。这反过来导致宿主肠道血清素能效应和血清素缺乏的增加，这可能与ASD中的情绪和认知功能缺陷有关。

2.8 神经免疫信号

有人提出肠道也可以通过免疫途径与大脑相互作用，肠道微生物群引起的宿主免疫反应改变与ASD相关症状密切相关。细菌细胞壁成分持续刺激先天免疫系统产生炎性细胞因子，从而在肠粘膜表面保持免疫激活的基础状态并影响整个身体。对病原微生物群和局灶性炎症产生的毒素的免疫反应会导致肠道通透性增加。肠道屏障的缺陷进一步导致毒素和细菌产物进入血液，这可能导致大脑功能障碍。 Luna等人发现梭菌的增加，加上Dorea、Blautia和Sutterella的减少，可以改变促炎细胞因子，这些细胞因子可以通过血流到达大脑。脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)和梭菌属的一些微生物通过促进抗炎细胞因子(如IL-10和IL-13)的产生来介导抗炎作用，而一些病原菌(鼠伤寒沙门氏菌和艰难梭菌)则触发炎性细胞因子的产生。在无氧呼吸过程中，由普雷沃氏菌等细菌产生的硫化氢与肠道炎症增加有关。Cao等人研究表明血浆IFN-γ水平与假单胞菌属、链霉菌属和梭菌属相对丰度呈正相关，而血浆IFN-γ水平与Blautia相对丰度呈负相关。此外，还观察到血浆IL-6浓度与芽孢杆菌相对丰度呈正相关。此外，他们发现产丁酸盐的细菌，如Anaerostipes和Coprococcus，在严重的ASD受试者中与IL-6呈负相关。LPS是革兰氏阴性菌细胞壁的主要成分，可通过其毒性成分脂质A诱导哺乳动物细胞的免疫反应。Maigoro和Lee的数据显示，与健康受试者相比，ASD患者肠道中革兰氏阴性菌的流行率显著增加。此外，LPS还可以由肠道微生物群产生，通过受损的肠壁吸收到血液中，并激活ENS和CNS中的Toll样受体。革兰氏阴性菌(即柠檬酸杆菌、大肠杆菌、嗜肺军团菌、鼠伤寒沙门氏菌和霍乱弧菌)激活非典型NLRP3炎症小体通过NF-κB激活进一步激活IL-1β、IL-18和NLRP3的转录。

2.9 细菌代谢物

越来越多的证据表明，肠道微生物产生的某些代谢物是导致ASD的原因。Liu等人发现ASD中的单核苷酸变异在与微生物组组成和微生物功能(尤其是代谢)广泛方面相关的基因中显著富集。在ASD患者中检测到诸如SCFA、对甲酚、二甲胺、马尿酸和苯乙酰谷氨酰胺等紊乱的化合物。这些化合物广泛来源于肠道细菌，它们通过影响和调节宿主的免疫和神经系统来诱发自闭症行为。通常，肠道菌群失调表现为毒性代谢增加和保护性代谢减少。多项证据表明，较低丰度的保护性细菌在减少氧化应激、细胞解毒和重金属排泄方面发挥着关键作用。 随着ASD儿童中产毒菌数量的增加，一些有害细菌活性产生的代谢物与ASD的发病机制密切相关。梭菌科被认为可以合成某些对人类有毒的代谢产物，例如酚类、对甲酚和某些吲哚衍生物。一项研究证实，梭菌的增加与ASD的重复行为和胃肠道问题密切相关，这可以通过使用抗生素来挽救。在ASD患者中，拟杆菌的相对丰度增加与SCFAs水平相关。Macfabe发现丙酸或其他SCFA可导致自闭症的生物、化学和病理变化。

3 靶向ASD肠道菌群的新型治疗方法

3.1 益生菌/益生元/合生元

益生菌是活的微生物，当摄入或局部使用足够量时，可以纠正生态失调。双歧杆菌和乳杆菌菌株以及Saccharomyces boulardii通常用作益生菌。益生元是人体不可消化的成分，通过选择性地刺激肠道细菌，特别是乳杆菌和双歧杆菌的生长和活性，有益于宿主健康。益生元，特别是低聚半乳糖(GOS)，也显示出对ASD症状和合并症的有益影响。合生元是指益生元和益生菌的组合。重建肠道微生物组似乎是ASD有前景的治疗干预措施。

3.1.1 ASD动物的益生菌/益生元/合生元治疗

已经在ASD动物身上进行了大量关于益生菌在炎症中作用的研究。一项研究报告称，给MIA后代口服人类共生脆弱拟杆菌NCTC 9343可有效纠正肠道通透性和梭菌和拟杆菌OTUs多样性中指定的微生物组成，并改善ASD样缺陷。Wang等人进一步发现，怀孕期间口服益生菌可减少MIA在后代中引起的ASD样行为，并挽救成年后代前额叶皮质中小白蛋白阳性神经元丢失以及GABA的减少。同样，一项独立研究还发现，喂食益生菌乳杆菌菌株(植物乳杆菌L168)部分挽救了kdm5缺陷果蝇的社会行为。其潜在机制与与免疫缺陷信号通路相关的转录调节成分基因有关，这反过来又以脱甲基酶依赖性方式保持宿主-共生细菌的稳态。益生元(蜂胶和蜂花粉)补充剂具有改善自闭症啮齿动物模型中的神经炎症和生态失调的潜力。

最近对神经递质稳态的一项研究兴趣是大脑和肠道微生物群之间的联系。Kong等人测定了三种乳杆菌菌株(L. helveticus CCFM1076、L. acidophilus La28和L. acidophilus JCM 1132)对VPA治疗的大鼠从断奶到性成熟期间的自闭症样行为症状的影响。作者报告称，L. helveticus CCFM1076口服治疗4周可通过改善PNS和CNS中5HT系统的平衡来恢复神经递质稳态，从而改善自闭症样行为，而L. acidophilus La28和L. acidophilus JCM 1132则没有。对50只幼年仓鼠进行了一项研究，施用双歧杆菌和乳杆菌菌株的混合物(ProtexinR)通过恢复消耗的GABA和Mg2+以及减少谷氨酸来缓解谷氨酸兴奋性毒性。这可能解释了益生菌参与改善自闭症样行为的潜在机制。 值得注意的是，细菌物种对自闭症相关的突变很敏感。Shank3 KO小鼠中罗伊氏乳杆菌的治疗对社交和重复行为产生了有益影响，这与多个大脑区域中GABA受体水平的改变相关。与这项研究一致，Sgritta1等人进一步证实，罗伊氏乳杆菌通过恢复宿主肠道微生物群的组成来纠正几种测试的ASD小鼠模型(MHFD、VPA、GF和BTBR小鼠)的社会缺陷，而不考虑最初的损伤是否会引发这种疾病。相反，罗伊氏乳杆菌以迷走神经依赖性方式发挥作用，并促进ASD小鼠中脑边缘多巴胺奖励系统中社交互动诱导的持久突触可塑性。此外，最近的一项研究证实，益生菌治疗可以重建Dip2a KO小鼠的肠道微生物组组成。

3.1.2 ASD患者的益生菌/益生元/合生元治疗

目前，一些治疗试验已经探索了益生菌治疗ASD症状的功效(表3)。在一项随机、双盲、安慰剂对照试验中，对7-15岁的ASD男孩给药植物乳杆菌PS128(PS128) 4周，可改善反对/反抗行为。根据这项研究，Mensi等人在2021年发现，接受植物乳杆菌PS128治疗的自闭症儿童和青少年在整体功能方面有更大的改善，其特征是注意力、沟通技巧和个人自主性增加。在另一项随机、双盲、安慰剂对照试验中，接受口服益生菌植物乳杆菌PS128和鼻内催产素的3-20岁ASD个体在ASD核心社会行为症状、临床整体功能和肠道微生物失调方面得到显著改善。结果表明，这两种治疗在调节肠-脑轴方面应该具有协同作用。Kobliner等人报告的案例研究揭示补充S. boulardii(一种非致病性益生菌酵母)成功地减少了16岁ASD受试者的强迫症和自残行为。

同样，一项针对30名自闭症儿童的埃及队列研究表明，补充3个月的三种益生菌菌株(嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌)对ASD的行为和胃肠道表现以及双歧杆菌和乳杆菌水平的菌落计数都有有益的影响。在一项对85名患有ASD的学龄前儿童进行的双盲、随机、安慰剂对照试验中，42名婴儿服用含有4500亿株八种益生菌菌株的益生菌制剂(De Simone配方)，其余婴儿服用安慰剂，持续6个月；结果显示，服用益生菌可能会改善一部分ASD儿童的社会情感领域的核心自闭症症状，而与益生菌对胃肠道症状的特定中介作用无关。Santocchi等人的一项随机对照试验报告称，与接受安慰剂治疗的患有ASD和GI症状的个体相比，用益生菌混合物(Vivomixx®)治疗的患有ASD和GI症状的个体在行为特征和认知、语言和适应功能方面表现出显著的自闭症症状缓解。VSL#3是一种由八种益生菌组成的多菌株混合物，在人体中给药已被证明可以增加乳杆菌和双歧杆菌的数量。Grossi等人的一项研究显示，一名患有ASD和严重认知功能障碍的男孩(12岁)的自闭症核心症状和胃肠道症状通过补充VSL#3后(4周)得到显著改善。一项交叉试验证实，与安慰剂治疗相比，在3-12岁的ASD儿童中补充含有八种益生菌的VISBIOME配方显示出胃肠道不适的显著改善。 此外，联合疗法解决了ASD的多个方面。对30名自闭症儿童采用包括6周Bimuno®低聚半乳糖(B-GOS®)益生元和排除饮食干预在内的联合饮食方法导致毛螺菌科显著增加，以及粪便和尿液代谢物的显著变化，这与反社会行为的改善有关。同样，最近的一项研究评估了益生菌(四种益生菌菌株的混合物)和低聚果糖(FOS)联合治疗ASD儿童的效果。

结果表明，益生菌+FOS干预增加了有益菌(双歧杆菌和长双歧杆菌)并抑制了疑似病原菌(梭菌)，显著减轻了自闭症和胃肠道症状的严重程度。牛初乳产品(BCP)是益生元寡糖的来源，对微生物群组成具有有益作用。进行了一项小型试点研究，以探索联合治疗(BCP+婴儿双歧杆菌)对2-11岁患有ASD和GI合并症的儿童的影响。已经表明，联合治疗在该队列中具有良好的耐受性，并通过抑制炎症因子减少了GI症状和异常行为。在中国进行的一项多中心临床研究对37名ASD儿童进行了为期4周的应用行为分析(ABA)培训，并联合使用含有六种细菌的益生菌，而另外28名患有ASD的儿童仅接受了ABA培训。已证实ABA训练与益生菌治疗相结合为ASD儿童带来更多益处。

代谢修饰也参与了益生菌治疗ASD的机制。一项针对58名自闭症儿童和39名健康TD儿童的研究发现，胃肠道症状与自闭症的严重程度密切相关。口服益生菌补充剂降低了ASD受试者的总SCFAs和溶菌酶水平。一项开放标签试验发现，在22名自闭症儿童(年龄范围4-10岁)中，口服补充L. acidophilus Rosell-11菌株2个月可降低念珠菌属代谢产物d-阿拉伯糖醇的水平，并提高注意力和执行指令的能力。

表3 ASD患者基于微生物的治疗干预。

3.2 抗生素

研究表明抗生素会改变肠道微生物群的组成。抗生素治疗通过抑制生态系统特定成分的生长来扰乱现有的微生物平衡。动物研究和临床报告显示，早期接触抗生素可能与ASD发病机制有关。另一方面，一些证据还表明，抗生素在改善ASD症状方面具有潜在的益处。

3.2.1 ASD动物的抗生素治疗

如上所述，15q dup小鼠表现出与在ASD患者中观察到的相似的不良社交沟通和行为不灵活。新霉素治疗通过增加有益OTUs(如梭菌簇XIVa和IV)改善了15q dup小鼠的社交能力。有趣的是，kdm5缺陷果蝇在肠道屏障和社会行为方面表现出缺陷，这与肠道微生物群的组成变化有关。对传统饲养的kdm5K6801/10424果蝇进行抗生素治疗和肠道特异性kdm5敲除通过调节肠道微生物群来改善社会表型和肠道缺陷。此外，WT果蝇的抗生素治疗并未表现出社会回避和社会空间的行为差异。

3.2.2 ASD患者的抗生素治疗

一项包含116名ASD病例和860名TD儿童对照的前瞻性出生队列发现，在怀孕期间经历MIA并接受抗生素治疗的女性患ASD的风险降低，这表明在MIA的情况下，怀孕期间进行抗生素治疗可以防止后代患ASD的风险增加。有一个案例报告显示，五名被诊断患有ASD和莱姆病的儿童服用阿莫西林6个月，被认为可以改善言语、眼神交流、睡眠行为并减少重复行为。 在一项关键研究中，Sandler等人用口服万古霉素治疗11名退行性ASD儿童(万古霉素是一种治疗艰难梭菌相关性结肠炎的有效杀菌抗生素)，并注意到在8周的治疗期间，沟通和一些行为缺陷得到了显著改善。然而，这些影响是短暂的，并且在停用万古霉素治疗ASD儿童后出现行为障碍。此外，万古霉素耐药性肠球菌是由过度使用引起的，这是一个非常严重的健康问题，当万古霉素用于治疗ASD儿童时，应该考虑到这一点。

3.3 FMT治疗

FMT是一种很有前景的方法，通过将供体粪便悬浮液转移到患者体内来控制肠道菌群，以纠正受体肠道菌群的失调。它已被证明可成功治疗复发性艰难梭菌感染、炎症性肠病、肠易激综合征，以及几种非胃肠道疾病。FMT可以有效调节肠道微生物谱，恢复抗炎菌的比例。因此，使用FMT建立健康的肠道菌群是治疗ASD的一种很有前景的新疗法。重要的是，FDA已于2019年批准FMT疗法用于ASD儿童。

3.3.1 小鼠-小鼠FMT

Goo等人发现从正常小鼠到Fmr1 KO小鼠的FMT改善了自闭症样行为，特别是在认知障碍和社会新奇偏好缺陷方面。此外，FMT降低了Fmr1 KO小鼠大脑中TNFα和Iba1水平的升高，并将A. muciniphila水平恢复到WT水平。同样，最近的一项研究报告称，来自WT小鼠的FMT改善了EphB6 KO小鼠的自闭症样行为，同时在门水平上增加了Deferribacteres的相对丰度，在属水平上增加了Mucispirillum的相对丰度。此外，EphB6KO小鼠体内维生素B6的减少对于肠道微生物群介导的自闭症样行为至关重要，这可以通过WT小鼠的FMT进行正常化。此外，在小鼠被正常菌群定殖后，GF小鼠的异常社会行为得以改善。 研究表明，与正常饮食(MRD)的母亲的后代共同居住可以抑制MHFD后代的社会缺陷和肠道菌群失调。据报道，由于肠道微生物群中缺乏更多的细菌种类，在GF小鼠中检测到社会行为缺陷。4周时MRD后代的FMT挽救了GF小鼠的社会行为，但在8周时没有。该研究表明了微生物重建的关键神经发育窗口，并有助于改善社会行为。

3.3.2 人-鼠种间FMT

另一方面，最近的一项研究评估了FMT的效果，该研究使用培养的肠道微生物群移植或从健康个体到MIA诱导的ASD小鼠模型的常规FMT。ASD小鼠模型显示出焦虑样行为和重复行为的显著改善，以及用原始供体微生物群和培养的微生物群移植后趋化因子紊乱(GRO-α、MIP-1α、MCP-3、RANTES和eotaxin)的纠正。此外，传统FMT和培养的微生物群移植都能够挽救ASD小鼠肠道微生物组成中的几个关键差异分类群(S24-7、梭菌科、普雷沃氏菌属和Candidatus Arthromitus)，这与血清MIP-1α、MCP-3、RANTES和eotaxin水平有关。似乎来自健康人类供体的FMT使ASD小鼠模型中的肠道微生物谱更接近于健康小鼠。

3.3.3 人-人FMT

显然，FMT可能是一种通过转移机会性病原体或感染来纠正ASD患者肠道菌群失调的有价值的治疗方法。一项临床试验旨在探讨FMT对18名患有ASD(7-16岁)和合并胃肠道症状的患者的胃肠道和行为症状的影响。据透露，8周的FMT治疗改善了18名ASD儿童中有16名的大部分胃肠道症状，如便秘、腹泻、消化不良和腹痛以及ASD相关症状。与万古霉素治疗不同，FMT产生的益处在治疗后至少持续8周。与这些临床改善相一致的是，细菌和噬菌体深度测序分析显示，FMT增加了受体的整体细菌多样性和潜在有益微生物的丰度，并且这些变化持续了8周。这些数据表明，FMT成功地将ASD儿童的肠道菌群转移到健康对照及其供体。这项研究揭示了通过恢复健康的微生物群组成来靶向肠道微生物组用于ASD治疗的潜力。 此外，在治疗后2年进行了一项后续研究，发现大多数参与者的胃肠道症状得到改善，自闭症症状自治疗结束后持续改善。重要的是，FMT治疗后ASD儿童的肠道微生物群落多样性和两个细菌属(双歧杆菌和普雷沃氏菌)的相对共生细菌丰度显著增加，并且在治疗后2年与TD儿童相似。此外，Zhao等人进行了一项开放标签、随机对照试验，发现与24名对照ASD儿童相比，在24名ASD儿童进行两次FMT后2个月，FMT治疗暂时改善了ASD相关症状和胃肠道症状。此外，FMT疗法通常会减少脆弱拟杆菌的丰度，并将ASD个体的肠道微生物群谱持续塑造为健康状态。 同时，据报道，FMT治疗改变了ASD儿童的血浆代谢物谱，使其更接近于他们的TD同龄人。同样，在最近对18名有胃肠道症状的ASD和20名没有胃肠道症状史的TD儿童进行的一项研究中，FMT治疗引起了多种代谢特征(如烟酸/烟酰胺和嘌呤代谢)的血浆谱的全局变化。此外，FMT治疗导致ASD组的代谢谱与TD组相似。对于检测到的669种粪便代谢物，FMT治疗降低了ASD儿童对甲酚硫酸盐的水平，与TD儿童相似。由于粪便的显著异质性，FMT治疗对粪便代谢物的影响将在更大的患者队列和安慰剂组中重新评估。重要的是，在最近一项涉及40名有胃肠道症状的ASD(年龄3-17岁)和16名没有胃肠道症状史的TD儿童的临床试验中，FMT治疗缓解了自闭症症状和胃肠道疾病，重建了肠道微生物群，并恢复了ASD队列中几种神经递质(例如5-HT、GABA和DA)的血清水平。 当使用FMT治疗ASD时，需要考虑一些挑战。剂量、治疗持续时间以及治疗前抗生素的使用和肠道清洁方案需要通过更大的人群规模和标准化临床试验来确定。首先要考虑的是，在捐赠前需要对供体进行筛查，以最大限度地减少将机会性病原体或感染转移给受体的风险。

3.4 饮食干预

越来越多的科学证据表明，饮食等环境因素会影响胃肠道微生物群的组成。因此，饮食干预可能被证明是一种改变肠道微生物群以进行神经精神病患者治疗的简单方法。临床试验发现，饮食模式会影响ASD儿童的粪便微生物群组成和动态变化。相反，最近的一项研究表明，与ASD相关的受限行为可能会导致饮食限制，进而导致分类多样性降低和粪便稠度降低。饮食与粪便微生物群组成之间的相关性有待进一步探索。 维生素D对中枢神经系统发育至关重要。先前研究的结果加强了维生素D缺乏与自闭症风险之间的联系。据报道，丙酸天然存在于一些食物中，并作为参与ASD发展的肠道微生物群的代谢产物。Alfawaz等人进一步发现，维生素D对丙酸引起的脑中毒的保护作用大于治疗作用。与此一致，一项临床研究表明，当血清中25(OH)D水平显著增加时，补充维生素D可以缓解ASD症状。多不饱和脂肪酸(PUFAs)是磷脂的重要成分。N-3 PUFA(二十二碳六烯酸)和n-6 PUFA(花生四烯酸)形成大脑细胞膜，由膳食供应，对大脑发育至关重要，在胚胎和出生后的大脑中聚集证明了这一点。值得注意的是，有证据表明，n-3和n-6 PUFAs的状态也会影响肠道微生物群，从而改善自闭症样行为。Wang等人还发现n-3/n-6(1:5)饮食改善了暴露于VPA的大鼠的粪便微生物群组成，其特征是微生物丰度增加，厚壁菌门减少。据推测，适当的n-3/n-6 PUFA比例摄入是治疗ASD的有希望的干预措施。另一项研究也证实，口服补充的omega-3脂肪酸和维生素B12组合通过改善氧化应激和异常脂质代谢以及重塑微生物群落，在治疗自闭症方面更有效。 此外，排除方法，如无麸质和无酪蛋白饮食(GFCF)，对ASD相关症状产生有利影响。在一项随机临床试验中，摄入GF饮食改善了胃肠道症状和ASD相关行为障碍。许多研究已经探讨了由低碳水化合物、充足蛋白质和高脂肪组成的生酮饮食通过重塑微生物组成对改善自闭症样行为的有益作用。目前仍然缺乏临床数据来支持观察到的行为改善与GFCF和生酮饮食产生的胃肠道症状之间的相关性。

目前没有使用饮食干预的随机安慰剂对照临床试验，这可能被一个事实所解释:诊断为患有神经精神疾病的个体摄入不同类型的干扰微生物群落的药物。虽然初步研究前景良好，但还需要进一步的证实性研究来检验ASD患者过去的饮食习惯在多大程度上以及饮食干预如何影响ASD的发病和治疗。

结论与挑战

尽管研究之间存在差异，但肠道微生物群与ASD患者身体状况的密切相互作用表明，异常的微生物群组成可能会加重ASD的行为症状和生物学体征。由于方法、研究人群和混杂因素的差异，微生物群组成的差异仍然不确定。肠道微生物组的操纵似乎是一种有前景的疗法，可以减轻ASD受试者的ASD相关核心症状和行为异常。未来的研究应系统地调查ASD儿童的微生物组成，并强调解释典型细菌种类与ASD症状之间密切关联的重要性。使用靶向菌株进行治疗很重要，因为益生菌的作用可能具有高度菌株特异性。此外，新的治疗措施将重点关注提供早期干预策略以降低ASD儿童疾病的严重程度。更长的临床随访将有助于进一步确定其疗效和安全性。