1、自闭症谱系障碍的发病机制与治疗研究进展何菲 1， 赵聪敏 2摘要自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorders, ASDs）的治疗方式，主要以教育训练、药物对症为主，迄今仍缺乏对核心症状的有效治疗方法。在生酮饮食用于治疗药物难治性癫痫已取得确切疗效的过程中，已发现对 ASDs 自闭症谱系障碍等神经系统疾病也有治疗作用，其机制尚不清楚。研究 ASDs 自闭症谱系障碍的病因、发病机制与饮食作用，有助于发展新的治疗方法并改善其预后。关键词：自闭症谱系障碍；生酮饮食；遗传机制AbstractThe mainly treatment of Autism Spectrum Disord
2、ers ( ASDs) are training and symptomatic drug.But still lack of effective treatment for the core symptoms.The ketogenic diet (KD) used in the treatment of intractable epilepsy have exact curative effect .Many people found KD can treat many neurological disorders such as ASDs. But the mechanism is st
3、ill unclear.This review is study the etiology and pathogenesis of ASDs and diet treatment in order to develop new treatments and improve prognosis.Keywords:Autism spectrum disorders;Ketogenic diet;Genetic mechanisms自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorders, ASDs）是严重的广泛性神经发育障碍性疾病。一般于 3 岁前发病，以社会功能、沟通缺陷和异常行为及、
4、兴趣异常为特征，严重影响儿童的语言、认知、情绪及社会环境的交流。ASDs 包含自闭症（Autism）、阿斯佩格综合征（Asperger syndrome，AS）、未分类的广泛性发育障碍。DSM-最新 ASDs 诊断标准主要包含：（1）持续的社会沟通及交往障碍；（2）刻板行为与兴趣狭窄；(3) 发育早期即出现症状；（4）社交或其他的重要交流能力严重损害；（5）无法用智力低下或全面性发育延迟解释 1。近年来，ASDs 的发病率呈上升趋势，2012 年美国疾控中心报道ASDs 其发病率为 1/88，且有呈明显的性别差异性，男女比例为 4:12。一、 ASDs 的发病机制一、ASDs 的病因及发病机制
5、仍尚不明确清楚，可能多认为是遗传因素与环境因素共同作用所致。有研究显示 ASDs 家庭中同卵双胎儿患病率为 70-90%，异卵双胎患病率为 6-10%3，且有 ASDs 患者的第一直系亲属患病率高于正常人群 20 倍 4，约 10-25%自闭症患者被发现有染色体畸变 5，提示其具有遗传性。目前已发现多种基因突变可导致自闭症，如SHANK3、MET、FOXP2 等基因 6-9。其发病机制可能与突触蛋白的突变，导致兴奋性-与抑制性神经突触传递失衡，额-颞叶，边缘系统、纹状体、双侧大脑半球之间的神经连接网络发育障碍有关 10。20%自闭症有巨脑回，额叶、颞叶、小脑、。皮层下边缘系统脑细胞结构异常。；
6、小脑蚓部及小脑半球发育不良，浦肯野细胞减少。；导致社交障碍、语言交流障碍和、兴趣狭1 何菲，硕 士研究生，第三军医大学第二附属医院儿科，Email：hefei_2 赵聪敏，通讯作者，教授，第三军医大学第二附属医院儿科， Email：zhao_隘及刻板运动刻板的核心症状 11。额叶、颞叶的发育异常是社交障碍、语言障碍的解剖学基础。自闭症常表现为海马体积增加或减少，杏仁核神经元数量减少，和体积的减少 11。7 号染色体异常可能是导致自闭症的主要原因之一。RELN 基因、FOXP2、神经穿透素 2 （neuronal pentraxin 2 ，NPTX2),和非编码 RNA 转录标签 TCAG 均位
7、于 7q22-q33，其突变导致自闭症症状，、语言发育迟缓和其它，其突变导致神经发育异常发育障碍症状 5。reelin 位于 7q22 的 reelin 基因的，其编码蛋白 Reelin 是系大型分泌性细胞外基质糖蛋白，是细胞外基质丝氨酸蛋白酶，在作用于神经元的迁移中发挥作用，当。其异常时将导致听觉异常、脑发育异常细胞发育不全、听觉异常、自闭症行为、学习困难和认知、记忆障碍 13。缺乏神经连接蛋白 3 基因（Nlgn3）小鼠，也有自闭症表现 11。MECP2 是 X 连锁基因甲基化 CPG 结合蛋白 2，选择结合甲基化 DNA，抑制基因转录，其下游目标有 ASD 相关基因，如 BDNF 和 C
8、DKL5，故 Rett 综合征患者有自闭症表现 14。结节性硬化和脆性 X 综合征常有自闭症行为，结节性硬化是 9q 上的 TSC1 或 16p 上的 TSC2 基因突变所致,敲出小脑浦肯野细胞 tsc1 基因，导致浦肯野细胞兴奋性降低，出现自闭症核心症状 15。脆性 X 综合征是X 染色体上脆性 X 基因 CGG 扩增所致。Angelmen 综合征比 Prader-willi 综合征更易于合并自闭症，说明来源于母亲的范素蛋白连接基因 UBE3A 或 ATP10C 突变可能是导致 ASDs 的原因 16。此外，自闭症患者常合并细胞代谢异常，如线粒体病或功能失衡 17。研究者发现多种导致自闭症的
9、候选基因，位于 15q1113,7q（连锁分析法）及 X、Y染色体上。GABRB3/ GABA 受体基因(GABRA5, GABRG3) 是位于 15q11-13 区域，目前已经发现 ASDs 患者中该基因遗传异常，因此推测该基因是自闭症的候选基因 18。ASDs 自闭症谱系障碍患者常有兴奋性及抑制性神经受体表达的异常。自闭症谷氨酰胺减少和谷氨酸异常。解剖自闭症大脑发现谷氨酸能神经递质系统异常。常见的突变有，16p13 突变，导致 NMDA 受体异常。6q21 突变，导致谷氨酸受体（grik2/glur6）异常 19。自闭症患者的谷氨酸浓度低，可能是有关行为问题的原因。GABAA 受体能调节谷
10、氨酸能神经功能。谷氨酸能神经过度兴奋，则易导致癫痫。谷氨酸能受体（mGluR）受限，长期抑制平行纤维和浦肯野细胞间的突触，导致运动协调障碍。GABA 能神经系统异常，谷氨酸脱羧酶 GAD 减少，GABA 受体减少，GABRB3 和 GABA 受体表达不平衡失衡。酪氨酸羟化酶和 5-羟色胺（5-HHT）基因在自闭症中异常有突变，大约。30%自闭症患者血清中 5-HHT 升高20。部分研究也发现其 5-HHT 基因启动子异常。将母鼠暴露于丙戊酸中是常见的的自闭症动物模型中，同时研究者也发现幼鼠血浆 5-HHT 升高，海马、额叶多巴胺升高21。5-HHT5-羟色胺受体 2A 拮抗剂，在谷氨酸能神经表
11、达，抑制 GABA 能神经元。自闭症内侧前额叶皮质多巴胺活动异常低，血液、尿液、脑脊液儿茶酚胺水平高。减少孕妇的多巴胺羟化酶水平，增加了后代自闭症风险。多巴胺羟化酶基因，位于 9q34，编码酶将多巴胺转化为去甲肾上腺素 。22 。也有研究者发现自闭症患者的神经突触也有异常。自闭症患儿的突触蛋白SHANKS/PROSAPS 基因也有突变。Shank3 缺失的小鼠出现自闭症样行为，可能是额叶兴奋性-抑制性神经元的失调造成社交障碍11。SHANK 家族编码突触突出后致密区骨架蛋白，有多种特殊突触蛋白组成的突触后膜。包括 SHANK1、SHANK2、SHANK3，也称 ProSAP3,2,1。导致神经
12、发育失调，导致 ASDs 或其它类型的神经发育障碍。Shank3 突变，Shank3 杂合子微型兴奋性突触后电流（mEPSC）振幅减小，。Shank3 突变导致树突、棘突形态改变，功能异常；。Neurexins 和 neuroligins 分别是突触前和突触后的细胞粘附分子，调节兴奋性-抑制性突触发育和功能。其共同作用，调节突触功能11。Shank 突变的自闭症患者 NMDAR 功能缺陷。Shank 蛋白连接 NMDAR 和 mGluR，调节二者活性及交互作用。Shank2 的 6、7 外显子缺失的小鼠，有自闭症样行为，NMDAR 功能下降，对 mGluR 没有影响。Shank2 的 7 外显
13、子缺失的小鼠表现为类似行为异常及 NMDAR 高功能。NMDAR 和 mGluR 调节突触功能，塑造兴奋性突触。NF1 与 NMDAR 交互作用调节 GluN2A 磷酸化。FMRP 和 TSC 作用于 mGluR 依赖的 LTD 和蛋白合成，受 Fmr1 调节，下调 TSc,FMRP 在mGluR 信号中也下调。I 型 mGluRs 包括 1/5,广泛表达于大脑突触后膜，包括大脑皮层、纹状体、海马、下丘脑、复核。激活，增强钙离子从细胞内释放，导致神经元去极化，增加神经元兴奋性。同时激活细胞内信号途径，如 PKA PKC,MAPK,ERK 和 CREB。mGluR5 通过Homer-Shank/
14、ProSAP-GKAP/SAPAP-PSD-95 交互作用连接 NMDAR，结合 PKC 等信号途径。从而增强 NMDAR 功能。同时，临床上也发现利培酮能治疗自闭症行为，这是 5-HHT 拮抗剂，能纠正兴奋性和刻板行为11。反应了自闭症的 5-HHT 异常。也有 mGluR 负性变构调节剂，NMDAR 拮抗剂治疗自闭症的作用。2. ASDs 的治疗现状与生酮饮食治疗2.1ASDs 的治疗现状自闭症易合并癫痫、抽动症、情绪障碍、注意力缺陷、感觉障碍、睡眠障碍等共病23。目前，自闭症主要采用结构化教育及行为疗法等康复治疗方式，运用行为正性强化技术促进儿童克服异常行为、增加建立良好行为习惯及各项能
15、力的发展。药物治疗多为对其多系对 ASDs 共病，如：癫痫、多动症、抽动障碍、情感障碍、睡眠障碍、情感障碍行为障碍等的治疗。；如利培酮减轻攻击和多动行为；选择性 5-羟色胺再摄入抑制剂（SSRIs）可减缓重复刻板行为。基础研究及临床研究均缺乏对自闭症核心症状的有效药物治疗及其他治疗方法。随着教育与学习的干预，ASDs 患儿的症状可得到一部分改善，但通常成年期仍有严重的功能缺陷，61%-74%患者需要家庭或特殊机构长期护理照顾。因此，寻求有效、安全的治疗自闭症的新方法至关重要。2.2 ASDs 的生酮饮食治疗生酮饮食（ketogenic diet，KD）是一种高脂低糖的饮食，用于治疗癫痫已经历史
16、悠久。在过去的 20 年中，生酮饮食又开始逐渐运用于治疗癫痫。大量回顾性及前瞻性研究证实了生酮饮食能够减少成人及儿童的癫痫发作。生化机制上，生酮饮食改变了细胞原有代谢方式，以非葡萄糖的酮体作为代谢底物。生酮饮食降低血糖，升高血酮，增加了线粒体功能。神经系统疾病，包括自闭症、脑损伤、退行性神经系统疾病、结节性硬化等都存在细胞代谢的异常。因此，生酮饮食能对这些疾病有良好的治疗作用。约有 5-38%自闭症谱系障碍患儿常合并癫痫24。自闭症谱系障碍患者易合并皮层高兴奋状态，可能由于皮层抑制电路缺乏。部分研究发现抗癫痫药物可以增加 -氨基丁酸能神经作用，调节自闭症谱系障碍患者情绪，从而改善自闭症谱系障碍
17、的核心症状。我们知道老一代抗癫痫药副反应多，特别是影响注意力、情绪、认知等方面。自闭症谱系障碍正好有注意力、情绪、认知问题，因此抗癫痫药物可以抑制其相关合并症。由此可知，生酮饮食抗癫痫治疗的同时，也可以治疗自闭症谱系障碍的核心症状。2.2.1 KD 治疗 ASDs 的临床疗效及动物实验基础Herbert 等研究者，通过对一名自闭症患者生酮饮食治疗前后进行比较，发现生酮饮食治疗 14 月后，患者症状得到显改善，且自闭症量表评估得分从 49 分下降到 17 分，从重度自闭症好转为轻度自闭症。且该患者智力测试其 IQ 增到到 70 分，说明生酮饮食能改善自闭症25。研究者通过对 1023 名 ASD
18、s 患者完成相应问卷调查，发现 733 名 ASDs 合并癫痫、脑电图异常或曾发生过惊厥。290 名 ASD 为对照组，7 名排除。其中共 77%男性患儿。对照组年龄更小（均值 9 岁 5 月，SD 5 岁 11 月），惊厥组年龄（13 岁 4 月/6 岁 8 月）26。证明癫痫晚期发病。548 名有临床惊厥，144 有亚临床惊厥发作。男性占 76%和78%。其中分别有 15.8%和 16%癫痫得到控制。对照组中包含 61%ASD，22%PDD，17%AS。临床发作包括 73% ASD ，19%PDD ，8%AS。亚临床组包括 78%ASD ，16%PDD ，6%AS。并且所有患者中常常合并生
19、长发育障碍，睡眠障碍，胃肠道疾病、情绪、行为障碍等26。抗癫痫药物治疗合并癫痫的 ASD 后，睡眠、情绪、行为、注意力等情况更差。许多抗癫痫药物能升高抑制性 -氨基丁酸机制。说明抑制皮层兴奋性并不能治疗核心症状，而且皮层兴奋不是导致核心症状的原因。而用生酮饮食治疗合并癫痫的 ASD 患者，除了有效控制癫痫外，还改善患者的交流、行为、睡眠、情绪等临床症状26。此外，KD 控制惊厥比去谷氨酸、酪氨酸、阿散井饮食疗法有效。目前，动物研究也取得重大突破。Ruskin27等人发现，生酮饮食对自闭症核心症状有明确治疗效果。BTBR 小鼠具有自闭症行为表现，这类小鼠社交能力低，沟通能力低且具有刻板行为。对其
20、予以生酮饮食治疗 3-5 周，通过对该鼠治疗前后进行行为分析、社交功能测试、刻板行为分析、沟通能力测定、脑电图检查及血液生化测试。研究者发现，该类小鼠并未共病癫痫；生酮饮食治疗后血酮升高，血糖降低；并能改善 BTBR 小鼠的社交能力、刻板行为及沟通能力，明确了生酮饮食对小鼠自闭症核心症状有治疗作用。但是，目前生酮饮食对自闭症的作用机制尚不清楚，且缺乏对其作用机制的基础研究。2.2.2 KD 治疗 ASDs 的作用机制生酮饮食治疗癫痫的作用机制也可能是其改变自闭症行为的机制。包括 KD 降低了活性氧和炎症，这两者在自闭症中都有升高。其他抑制机制可能减少自闭症的共病癫痫及焦虑，包括增加神经元的抑制
21、作用，降低谷氨酸的释放，激活依赖 ATP 的钾离子通道及增加 GABA或腺苷的抑制作用。近期研究证明，生酮饮食使抑制性神经递质腺苷的增加，能产生多种效应，包括改善睡眠，减少癫痫发作，减轻焦虑及感觉障碍。血酮增加，血糖下降，能量容量的增加也许是相互影响自闭症相关行为的原因。虽然生酮饮食的关键代谢改变仍不清楚，但近期大量的临床及动物实验研究有了新的突破。（1）提高线粒体功能，减轻氧化应激大脑一般使用葡萄糖作为其主要的能量来源,葡萄糖与酮体的比率约 97:3。饥饿时葡萄糖与酮体比例为 30:70。代谢能量来源的改变，热卡的限制，可以减少氧化应激和增加抗氧化酶活性28。-羟基丁酸和乙酰乙酸在血液中可以
22、通过 -羟基丁酸脱氢酶相互转换。在线粒体内, -羟基丁酸和乙酰乙酸盐转化为乙酰辅酶 a 参与三羧酸循环，生成谷氨酸,谷氨酸脱羧生成抑制性神经递质氨基丁酸(GABA),从而调节抑制神经兴奋性神经元29。在线粒体内, -羟基丁酸和乙酰乙酸盐转化为乙酰辅酶 a 参与三羧酸循环，这增加线粒体 NADH + H +和 FADH2 生产、增加能量来源,增加 P,刺激线粒体 ATP 合成。增加细胞ATP 含量，激活神经元 Na +和 Ca +泵,提高了神经元等离子体膜静态电位，抑制神经元放电29。酮体可以减少细胞和线粒体氧化应激,提高抗氧化剂清除分子,和稳定 mtPTP。-羟基丁酸和乙酰乙酸盐可以防止谷氨酸
23、引起的神经细胞死亡。酮也显著降低线粒体活性氧的产生和相关的细胞毒性效应与29。（2）调节兴奋性与抑制性神经腺苷是内源性神经调质和抗惊厥因子，腺苷是嘌呤代谢产物，自闭症患者中检测到嘌呤代谢异常，导致刻板行为、睡眠障碍、情绪障碍、焦虑、多动等30。自闭症患者也有感知觉异常，对自闭症鼠脊髓注射腺苷，可使老鼠疼痛减弱，提示腺苷可能改变感知觉阈值31。机械压力,神经元活动增加,pH值下降或增加温度等可以刺激自闭症患者释放ATP和/或腺苷31。例如,摇摆、旋转施加机械压力或突然加速的变化,激烈的智力活动和集中注意力可以增加神经元活动及细胞外腺苷含量，进而减少焦虑与自闭症行为31。研究显示，自闭症患者发热时
24、，行为,语言和社会功能有所改善32,动物研究中发现是因为温度增加，导致海马区细胞外腺苷增加，抑制神经活动32。激活腺苷受体可以通过抑制 GABA能神经系统，从而抑制神经兴奋过度32。生酮饮食可以增加腺苷受体活性，改善自闭症行，可能是改善孤独症行为的机制31。随着医学的进步，人们对自闭症谱系障碍越来越重视，其发病机制及治疗方法也多种多样。如何明确自闭症谱系障碍的发病机制及病因，如何有效治疗其核心症状，尚不明确，仍需我们进一步深入研究。References:1. Grzadzinski R, Huerta M, Lord C. DSM-5 and autism spectrum disorders
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