化验粪便诊断自闭症？科学家揭示自闭症儿童肠道微生物组变化

肠道中生活着种类各异的微生物，它们通过复杂的互动来实现机体的调控。

科学家已经发现大脑和肠消化系统之间存在联系。通过神经、内分泌以及免疫系统的相互连接形成的“肠脑轴”（gut-brain axis），脑和肠能够互相影响和调控，与人体发育和身心健康息息相关。

肠道中生活的菌群在“肠脑轴”中扮演着重要的角色。一项最新研究发现，自闭症儿童的肠道微生物组与正常孩子有显著区别，这或有助于研发新的自闭症诊疗手段。

这项研究于2024年7月8日发表于《自然-微生物学》（Nature Microbiology）杂志上，作者是来自香港中文大学的黄秀娟及其研究团队。他们对香港1627名儿童的粪便样本进行了研究，发现肠道中的古细菌（archaeal）、细菌、真菌、病毒的种类、数量和功能在自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）儿童中与非自闭症儿童间存在显著差异。研究人员据此研发出一种能够诊断自闭症的模型。

“ASD是一种异质性的神经发育障碍，其特征是社交、认知和行为障碍。”该研究指出，“在过去的十年中，肠道微生物组已被证明在调节肠脑轴方面发挥了核心作用，通过神经调节免疫网络与大脑直接通信，可能对ASD的病情发展有所贡献。”

为了搞清楚自闭症儿童与非自闭症儿童肠道菌群的具体差异，研究团队收集了大量数据。他们首先于2021年至2023年间于香港新界东医院联网区域收集了12岁以下709名自闭症儿童和374名非自闭症儿童的粪便样本以及性别、病史、家庭等数据，作为该研究的主要样本。

除此之外，他们还在研究中纳入了另一个独立的医院ASD儿童样本、一个独立社区ASD儿童样本、一个注意缺陷多动障碍（ADHD）儿童患者样本以及一个特异性皮炎儿童患者样本作为验证和对照组。所有样本共计1627名1到13岁儿童，其中女性占24.4%。

研究团队收集了这些孩子详尽的表型数据，包括年龄、性别、体质指数（BMI）、病史、肠道功能等，共计236项。除此之外，他们对采集到的粪便样本进行了详尽的宏基因组（Metagenomics）测序，得到关于样本肠道菌群的种类、数量与功能的大量信息。

所谓宏基因组，是指肠道菌群所有微生物的基因组，它们的总量大约是人类基因的50到100倍，通过微生物表达而调控人体的生命健康，又被称作人的“第二基因组”。肠道中生活着种类各异的微生物，它们通过复杂的互动来实现机体的调控，而宏基因组测序技术有助于人们观察这种网络。

通过对这些数据进行分析并控制可能影响结果的混杂因素，研究团队发现，在ASD儿童中的肠道菌群中，有14种古菌、51种细菌、7种真菌、18种病毒、27种微生物基因，以及12条微生物代谢途径发生了变化。

研究人员们观察到，在这些微生物中，有31种在自闭症儿童中变化最为显著。其中21种显著降低，10种显著升高。通过机器学习技术，研究人员在这些标志物的基础上建立了自闭症预测模型。在验证中他们发现，该模型在不同年龄、性别的样本中具备良好的预测能力。

以往关于“肠脑轴”的研究多集中于细菌，研究古菌、真菌和病毒的相对较少。这些微生物来自不同的生物界别，但共同组成了肠道生态。“这31种标志物包含几种古菌、真菌和病毒，突出了非细菌微生物对于ASD诊断的关键作用。”研究写道，“多界（multi-kingdom）物种之间的关联有可能发展成复杂的微生物群落，作为ASD发病机制中的生态驱动因素。这值得进一步分析。”

除了开发该预测模型之外，研究还从肠道环境的角度探讨了自闭症的发病机制。研究指出，以往已经有人发现泛醌（辅酶Q10）可以改善ASD儿童的症状。同时，血浆中的硫胺（维生素B1）及其相关代谢产物，如硫胺二磷酸的浓度降低，与ASD病情发展有关。在对微生物数据分析中研究者们发现，这两个代谢途径的相关产物在ASD儿童中显著减少。

对于自闭症儿童肠道菌群的变化，有一种流行的解释是自闭症儿童具有不同的饮食偏好，这导致他们与非自闭症儿童的肠道菌群产生差异。而研究者在模型计算中发现，即便控制了饮食偏好的变量，自闭症儿童的肠道菌群差异仍然存在。

这项研究所提出的肠道微生物标志物为未来自闭症的诊断和治疗提供了新的思路，或可实现通过化验粪便来诊断自闭症以及通过调整肠道微生物来治疗自闭症。

“这个高度特异的多界微生物组面板可用于ASD的无创诊断，为未来的临床研究提供基础。”研究提到，之后应当纳入更多变量并进行持续验证，以提升诊断的准确性。