肠道菌群与自闭症,因果难辨?

2021-12-24 绿谷生物 生物谷
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 孤独症谱系障碍(ASDAutism Spectrum Disorder )又称自闭症,是一种较为严重的神经发育障碍性疾病。典型自闭症,其核心症状是三联症,主要体现为在社会交往能力、语言能力、刻板行为三个方面同时都具有本质的缺损。该病男女发病率差异显著,在我国男女患病率比例为6—91


自闭症的病因仍是世界医学的未解难题

 

多数学者认为ASD与遗传和环境相互作用有关,但具体分子机制尚不能明确。除了遗传风险,正常发育(TD)和自闭症谱系障碍个体之间的肠道微生物群也不同,近年来科学家发现健康儿童与孤独症儿童的肠道菌群存在显著差异,多种孤独症动物模型表明肠道菌群通过“肠脑轴”对子代神经发育和行为产生影响,提示靶向肠道菌群干预可改善孤独症样部分行为。

 

关于肠道菌群的与ASD的研究,早在20195月,研究者将患有ASDTD对照的人类捐赠者的肠道菌群移植到无菌小鼠,发现ASD菌群定植足以诱导标志性的自闭症行为,同时ASD菌群定植小鼠大脑中ASD相关基因的可变剪接也发生异常,表明肠道菌群改变是很重要的发病因素之一。进一步探究显示,ASD和对照组的微生物群在小鼠体内产生不同的代谢组谱,LachnospiraceaeBacteroidesParabacteroidesTDASD微生物群落中差异明显,用候选微生物代谢物治疗ASD小鼠模型可以改善行为异常和调节大脑的神经兴奋性,表明特定微生物及其代谢产物是引发行为学异常的关键要素。这项研究发表在Cell期刊(Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice),为肠道菌群通过具有神经活性的代谢产物来调控小鼠的行为的结论提供有力证据。

 

 

传统上,许多神经系统疾病的核心症状被认为是由影响大脑发育和功能的遗传变异引起的。然而,肠道微生物群作为另一个重要的变异来源也会影响特定行为。因此,揭示宿主遗传变异、微生物群及其相互作用对复杂行为的贡献是至关重要的。在孤独症风险基因Cntnap2基因敲除模型中,研究者发现不同的不良适应行为是由微生物组和宿主基因相互依赖地调节的。Cntnap2-/-小鼠的过度活跃表型是由宿主遗传引起的,而社会行为表型是由肠道菌群介导的。有趣的是,通过上调四氢蝶呤合成途径的代谢物这种特定的微生物干预,选择性地挽救了Cntnap2-/-小鼠的社交行为缺陷。此项研究20214月发表于Cell期刊(Dissecting the contribution of host genetics and themicrobiome in complex behaviors),表明行为异常可能有不同的起源(宿主遗传和微生物),从新的视角揭示神经系统行为改变的发生机制,改变研究者们对神经紊乱的看法和治疗方法。

 


然而,近日同样发表在Cell上的另一篇文章却提出不同观点,研究者对来自澳大利亚自闭症生物库和昆士兰双胞胎青少年大脑项目的参与者(2-17岁)进行了一项大型自闭症粪便宏基因组研究(n = 247),其中ASD患儿99例、未患病同胞(SIB51例、无血缘关系的对照儿童(UNR97例。

 

研究竟然发现ASD和肠道微生物之间的直接联系较弱。相反,数据支持另外一个模型,即ASD相关的限制性兴趣与饮食多样性较低相关,ASD相关的行为和偏好导致饮食多样性减少,重复、刻板和兴趣狭窄可能是饮食多样性减少的基础。进而降低微生物多样性和松散粪便一致性,从而介导ASD与肠道菌群的关系。与菌群多样性相比,饮食多样性和所有心理评分指标具有更显著的相关性。

 


研究者没有检测出已有报道的普氏菌属、厚壁菌门、梭菌群和双歧杆菌属等与ASD的关联,仅仅发现 Romboutsia timonensis 在常规检测阈值(> 0.7)显示出ASD组的丰度显著降低。作者认为可能与采样偏差、测序技术和分析方式不同有关。进一步作者鉴定了R. timonensis 中与ASD相关的特定基因和通路,发现,功能涉及氨基酸代谢(L-谷氨酰胺,L-赖氨酸,L-甲硫氨酸和L-苏氨酸),嘌呤和嘧啶代谢,碳水化合物代谢,以及细菌孢子萌发和dsDNA分解的6个基因存在显著差异。

 

研究者认为与ASD诊断相比,他们的数据集能够很好地检测出与年龄、饮食摄入量和粪便一致性等特征相关的微生物组。总的来说ASD的微生物组差异可能反映了与诊断相关的饮食偏好,作者对微生物群在ASD中起驱动作用的说法提出了警告。

 


这篇文章依据以上分析简单的认为ASD是原因,肠道菌群异常是结果。先不谈论“鸡生蛋,蛋生鸡”的争论,我们来扒一扒这项研究是否存在漏洞。


首先,这项研究收集了2~17岁的ASD患儿粪便样本,平均年龄8.7岁,患者年龄大多已越过了神经发育的关键时期(三岁以前是人类大脑发育的重要阶段)。而已有文献表明ASD主要与神经发育早期有关(Maternal microbiota in pregnancy and early life. Science)。所以这些样本能否反应ASD与肠道菌群的真正关联有待明确。

 

其次,此项研究患儿的症状普遍较轻,不能代表典型的孤独症群体。另外数据分析SIB组被排除,仅仅研究ASD/UNR组,但UNR_QTAB与其他样本组存在较大年龄差异。而SIB组与ASD组有更相似的基因型背景,更适合做配对差异检测和菌群对ASD的诊断力研究。因此无法冒然否认菌群的驱动作用。

 


另外,数据分析方法不完善。在物种注释和菌群筛选时过滤了大量的罕见菌,菌群信息不完整,后续的功能分析和关联研究的可靠性欠佳。作者不是将外在影响因素匹配,使用巢式病例对照等手段进行研究,而将外在因素纳入模型中作为协变量,分析ASD诊断与菌群多样性使用关联分析也不常见,这样的结论是存在风险的。

 

学术之争非常正常,基于有限或不完美数据的结论,而没有任何实验证据的验证只能在一定范围之内提示其合理性,尤其是前期大量团队的研究工作已经揭示肠道菌群对自闭症病理机制的影响,在没有充分的扎实的数据分析前提下夸大结论,否认已有结论有失科学严谨性。复杂性疾病,在疾病的进程中,其多种因素往往是相互作用共同促进互为因果使其疾病的发生与发展更为复杂多变。自闭症作为复杂的神经发育系统疾病,患儿常常伴有多种共患病症状,肠道菌群作为机体最大的代谢器官,免疫器官,对人体的健康非常重要,对自闭症发病机制的作用更是不容忽视。对自闭症这样一种复杂性疾病,我们期待有更多立足于复杂性科学的"多因素非线性分析"理念的研究成果,而不是基于少样本的粗暴的简单的因果推断。(生物谷 bioon)

 

参考文献

1. Human Gut Microbiota from Autism Spectrum Disorder Promote Behavioral Symptoms in Mice. Cell. 2019;177(6):1600-1618.e17. 

2. Dissecting the contribution of host genetics and the microbiome in complex behaviors. Cell. 2021;184(7):1740-1756.e16. 

3.Autism-related dietary preferences mediate autism-gut microbiome associations.Cell. 2021 Nov 24;184(24):5916-5931.e17.