自闭症生化免疫研究与应用

自闭症生化免疫研究与应用第1页/共37页所有人都感兴趣而疑惑的问题?1、自闭症是生物学疾病吗？2、自闭症有没有医学检测指标？3、自闭症有多少种类型？4、自闭症有药可治吗？5、自闭症可以预防吗？……第2页/共37页还有很多疑问，其中——自闭症：是大脑先天缺陷病？还是能够影响大脑功能的系统性疾病？Autism:abraindisorderoradisorderthataffectsthebrain?（Dr.MarthaHerbert，clinicalneuropsychiatry(2005),2,6,354-379）第3页/共37页自闭症是生物学疾病，却根据行为特点来定义的，也是用行为学方法为主来干预，但有两点是明显的——（1）该症状是有生物基础的（2）理解该症状的生物特性是非常重要的。第4页/共37页问题是——1、目前我们还没有构建起自闭症行为形成的神经生物学机制，我们也不清楚引起自闭症的基因机理。2、自闭症通常被描述为大脑神经系统功能紊乱，而且是基因控制的紊乱。但是，并未发现与自闭症紧密相关的基因，因此许多研究者转而研究复合基因（Veenstra-Vanderweeleetal.2004），而另外一部分转而研究基因与环境的共同作用（KellerandPersico2003）。第5页/共37页生物医学——一直在努力探索自闭症的病因和发病机制基因组学转录组学蛋白组学代谢组学至今没有权威的答案，但有不少振奋人心的成果，使我们更清楚方向和想要的结果——逐渐了解自闭症的病因和发展机制，即逐渐找到诊断、治疗和预防自闭症的方法。第6页/共37页比如，一些改变传统认知的成果逐渐被人们重视——（1）自闭症不是一个静态的症状，而是机体与外部环境之间相互作用动态发展过程（生态论）。（2）自闭症是易感基因与环境协同作用而发生和发展的（生态论）。（3）传统认为的“由基因决定，基于大脑”的模型，逐渐被“受基因影响，全身性系统性”的模型所取代。（系统论）第7页/共37页这些成果的意义是重大的——1、自闭症只是一个统合的概念，有不同的原因，不同的类型。2、至少有一些类型自闭症进行治疗有一定疗效。3、可以根据生化免疫特征发现生物标志物，有利于客观诊断和早期诊断。4、可以根据生物学特征研发药物。5、可以根据生物学特征提示预防措施。6、可以结合生物学特征选择和开发更有效的干预方法。……第8页/共37页生化方面研究成果与启示

儿童孤独症神经生物化学的研究未取得一致的结论，却为临床药物治疗儿童孤独症提供了一定的理论依据。如大部分孤独症都存在某些神经递质异常：①5-羟色胺(5-HT)。1/3的孤独症患儿都有5-羟色胺高血症，前额叶皮质脑区与认知功能有密切关系,5-羟色胺的神经元广泛分布于前脑，而5-羟色胺受体则广泛分布于大脑皮质、边缘系统及海马回等区域，参与大脑的多种认知功能，提示5-羟色胺功能失调可能在孤独症的病因中起着不可低估的作用。研究还发现,部分孤独症患儿的外周血和尿中5-羟色胺浓度升高，但随着临床症状的改善，血中的5-羟色胺水平下降，进而提出了孤独症5-羟色胺假说，提示具有降低5-羟色胺水平的药物可能对某些孤独症有临床治疗作用。（CroonenberghsJ，wautersA,DebouneD，eta1．2007）第9页/共37页②多巴胺（DA）。孤独症患儿的多动与刻板行为可能与中枢神经系统多巴胺功能亢进有关。这一假说的研究并未发现脑脊液中多巴胺的代谢产物——高香草酸的浓度升高。但是，多巴胺D2受体拮抗剂氟哌啶醇可被应用于临床治疗中。（MakkonenI,RiikonenR,KokkiH,etal，2008）第10页/共37页③内源性阿片类物质。孤独症患儿的行为与阿片类物质成瘾者的行为类似，如成瘾者在中毒时表现为社交退缩、对疼痛反应迟钝；戒断时表现为对刺激过敏、焦虑、心情不定。孤独症患儿也有类似的表现。据此，有人提出孤独症阿片类物质假说，认为孤独症患儿体内间歇性产生大量脑啡肽和内啡肽可能是病因之一。同时也是临床试用阿片类物质拮抗剂治疗孤独症的理论依据。(Knivsberg,A.M,etal.2002)第11页/共37页自闭症患者金属硫蛋白缺陷与重金属代谢障碍

部分自闭症患者的血液和尿液中重金属明显增高，并提示有金属硫蛋白缺陷(Bernard,S.,etal.2001

;Walsh,W.J,elat.2001)，从而导致有毒重金属，如汞、铅等滞留血液，铜/锌比增高，这些重金属通过血脑屏障损害神经系统。金属硫蛋白在免疫功能、神经系统的发育，以及解除重金属毒性等方面具有重要的生理功能。许多典型症状可以由金属硫蛋白缺陷得到解释，包括胃肠道问题、对重金属敏感性增高，以及相关异常行为症状。自闭症患者的卟啉尿就是重金属中毒的一种生物学标志物，严重自闭症患者汞中毒相关性尿卟啉增加。（Geier,D.A.,Kern,J.K.,Garver,C.R.,etal..2009）第12页/共37页排毒障碍与自闭症

谷胱甘肽（GSH）是人体最重要的抗氧化剂和排毒物质，也是甲基化过程不可或缺的物质，众多研究证实，某些自闭症患者血液中还原型谷胱甘肽降低，而氧化型谷胱甘肽增高，导致排毒功能障碍和氧化应激，产生各种自闭症状。甲基化是人体能量代谢、氧化还原反应和排毒反应的重要生化过程，进一步研究显示，自闭症患者的甲基化循环的每一个步骤都存在异常，大部分与甲基化有关的生化物质都比正常对照组显著降低，包括蛋氨酸、腺苷高半胱氨酸、同型半胱氨酸、胱硫醚、半胱氨酸和总谷胱甘肽等。（James,S.J.,Cutler,P.,Melnyk,S.etal..2004）第13页/共37页自闭症与多种激素异常有关

高睾酮血症：Geier等检测70例孤独症患者的早上血标本，结果发现血清睾酮、游离睾酮、游离睾酮和雄烯二酮比例显著增加，而且女性患者上述激素水平均高于男性患者，胎儿睾酮学说暗示血清睾酮含量高可增加发展为孤独症的风险，该证据可能解释自闭症儿童的失控和攻击行为，也与自闭症发病率男孩显著多于女孩的现状相符。（KnickmeyerRC，wheelwrightS，Baron-CohenSB．2008）第14页/共37页自闭症伴癫痫发作的生化特征

临床观察发现，自闭症并发癫痫的机率较高，并有75％伴发精神发育迟滞，提示儿童自闭症与大脑发育异常有关。谷氨酸(Glu)是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质，γ-氨基丁酸(GABA)是哺乳动物中枢神经系统中重要的抑制性神经递质，脑神经系统中由谷氨酸调节的兴奋性信号和由γ-氨基丁酸调节的抑制性信号相互平衡，共同调节中枢神经系统的功能，二者失衡可能是自闭症的神经递质失调机制之一。研究表明，血浆谷氨酸/γ-氨基丁酸浓度异常在孤独症儿童中并不具有普遍性，仅在伴有癫痫的自闭症儿童中有异常升高。谷氨酸/γ-氨基丁酸系统功能异常可能是自闭症易发癫痫的病理机制之一。（HaraH.2007）第15页/共37页分泌型淀粉样前体蛋白-ɑ（sAPPα）作为自闭症临床表型和严重度的生化标志物

自闭症常见早期大脑过度增长，此特征也可能是一种独立的疾病表型。其机理是自闭症新生儿脑源性神经营养因子和类似其他神经营养因子水平升高增强了中枢神经系统的合成代谢活动，从而使大脑过度增长。所以测量sAPPα，sAPPβ和Aβ肽的血浆水平可以作为自闭症表型和严重程度的生物学指标。（BalmikiRay1.,JustinM.Long1.,2011）第16页/共37页脑源性神经营养因子（BDNF）与药物开发

成年人自闭症患者大脑尸检发现，α4β2-烟碱乙酰胆碱受体的表达下降，然而，胆碱乙酰转移酶的水平正常，表明胆碱能输入到大脑皮层和小脑是完整的。然而，在基底前脑脑源性神经营养因子（BDNF）水平是正常人的三倍(Lee,M.,etal.2002)。自闭症儿童的血清中BDNF水平也是升高的，相反，成年自闭症患者血清中BDNF水平却是下降的[44]。BDNF的生物学功能是参与提高胆碱能传输和促进发育过程中的基底前脑胆碱能神经元的生存。因此，针对胆碱能系统的药物可能是有价值的。一项研究成功发现可以用胆碱酯酶抑制剂Donezipil来治疗自闭症患者的烦躁和多动症状(Hardan,A.Y.etal.2002)。第17页/共37页唾液中的生化物质与自闭症早期诊断的生物学意义

意大利科学家完成的一项新研究发现，孤独症儿童的唾液中含有某些特别的复合物，因此唾液检测可能有助于早期诊断自闭症。马西姆•卡斯塔格诺拉等研究人员分析了27名自闭症儿童和23名健康儿童的唾液样本，主要观察某些较小蛋白质和缩氨酸，结果发现，三分之二的自闭症患儿至少有一种唾液缩氨酸与健康孩子不同。特别是磷酸多肽、组胺以及酸性蛋白类等唾液蛋白的磷酸化水平显著低于对照组，因此，研究人员表示，唾液缩氨酸分析将有助于早期识别出有自闭症倾向的人群。（MassimoCastagnola,IreneMessana,RosannaInzitari,etal.2008）第18页/共37页自闭症组烟酸代谢异常，体现在尿中分泌的N-甲基-2-吡啶-5-甲酰胺，N-甲基烟酸，N-甲基烟酰胺显著增高，多元统计分析发现，尿中自由氨基酸，如谷氨酸、牛磺酸有显著差异，牛磺酸增加，而谷氨酸下降，说明自闭症存在硫酸化和氨基酸代谢障碍。此外，自闭症与对照组的代谢表型差异还体现在尿中微生物代谢紊乱，如二甲胺、马尿酸和苯乙酰谷氨酸等，这些生化物质的异常与自闭症普遍存在的胃肠道症状相符，这一特点可以作为疗效监控的生物学指标（CeciliaGiulivi,Yi-FanZhang,AlicjaOmanska-Klusek,etal.2010）第19页/共37页

某些药物可以改善ASD相联系的社会性障碍研究显示，ASD的青少年和成年人在吸入催产素（hormoneoxytocin）之后社会性参与增多。另一项随机对照试验（RCT）显示，在给予了GABA-β受体激动剂（Arbaclofen）之后，脆性X症患者和孤独症患者的社会化行为有了改进，这种药物机理是通过调节谷氨酸盐来改善突触功能。（/brain/autism/news/20100212）第20页/共37页免疫学特征及应用

自闭症的免疫学研究始于上世纪七十年代，stubbs(1976)首次注意到自闭症儿童的变异T细胞有丝分裂原（如植物凝集素抗原），开始探讨大脑炎症和小神经胶质细胞活化与自闭症的关系；之后，因为食物过敏和疫苗反应的个案不断增多，学者开始越来越多的研究自闭症免疫问题（DohanFC,etal.1973;StubbsEG.1976）第21页/共37页自体免疫性疾病

临床调查发现，46%有自闭症儿童的家庭中，有两个或两个以上的家庭成员患有自身免疫性疾病，相比之下，正常儿童的家庭中只有26%。尽管4%正常儿童的母亲或父亲亦或是父母亲患有自身免疫性疾病，但有21%的孤独症儿童其父母亲中至少有一方患有自身免疫性疾病（Comi,etal.2000）。第22页/共37页普遍存在胃肠道问题

研究显示，自闭症儿童不同程度地存在胃肠道问题（Gastrointestinal,GI），占被研究对象9%—91%不等[5]。ASD患者中最常见的胃肠道症状和体征是慢性便秘、腹痛伴或不伴腹泻，以及由于便秘引起的大便失禁，其他胃肠道异常包括功能性腹痛（GERD）、腹胀、双糖酶缺乏、胃肠道炎症，以及肠道神经系统异常。值得重视的是，在ASD患者中，胃肠道症状可能典型地或非典型地呈现为非胃肠道表现，包括行为改变和/或问题行为。

（BuieT,CampbellDB,FuchsGJ,etal.2010）第23页/共37页自闭症肠道炎症的免疫机制

不少研究揭示ASD中肠道的炎性变化。循环淋巴细胞和单核细胞的激活可能导致细胞因子生产失调，这些作用影响神经发育或直接引起自闭行为，其他研究观察到血浆和中枢神经系统中本身免疫系统生成细胞因子增加,包括白介素6(IL-6)、肿瘤坏死因子-(TNF-)和巨噬细胞吸引蛋白-1(MCP-1)。免疫系统控制着各种炎症媒介物的释放，包括白介素-1（IL-1）、白介素-8（IL-8）和肿瘤坏死因子（TNF），所有这些物质都能引起肠道内相当程度的炎症。自闭症患者常见的肠道炎症主要有食物蛋白诱发的直肠结肠炎、小肠结肠炎和肠病乳糜泻（谷蛋白敏感性肠病），这些肠炎都是由细胞介导，一些免疫指标如IgA、IgG、抗内膜抗体等异常，所以一部分自闭症患者饮食中去除相应的食物可以使症状得到改善或消失（Gupta,2000）。第24页/共37页汞对免疫系统的毒性作用

汞中毒与自闭症状有不少相似之处，来自环境、疫苗、食品或相关产品中的汞危害免疫和神经系统，造成孩子免疫失调，营养状况失衡，体质虚弱；氢硫基组群存在于细胞线粒体内，汞把氢硫基组群结合，改变DNA性质，改变细胞膜通透性，影响钙的运输，硫柳汞破坏线粒体功能，而自闭症与线粒体障碍紧密相关；汞造成Th1向Th2免疫转移，使免疫信号机制失调，从而诱发自免疫或导致免疫缺陷；此外研究显示，自闭症患者肥大细胞高于对照组10倍以上，汞刺激肥大细胞释放大量血管内皮生长素和白介素-6（IL-6），这些因子对血脑屏障有损害作用，导致大脑炎症，引发自闭症。（Kempuraj,D.,Asadi,S.,Zhang,B.,etal.2010）第25页/共37页免疫相关基因缺陷

研究发现，注意力缺失加多动症(ADHD)、诵读困难和自闭症的人群，其发生C4B基因（补体蛋白基因）缺陷的频率与对照组相比显著偏高(Yonk,etal.,1990;Warren,etal.,1996)。C4B是一种控制免疫系统功能和协调的基因，C4B补体蛋白参与清除病灶、细菌和病毒功能，C4B缺失会造成免疫缺陷（Kunkel,etal.,1985）。第26页/共37页SudirGupta（2000）研究发现与正常孩子相比，大量自闭症患者Th2细胞比Th1细胞多，他认为Th1的减少可以解释为什么自闭症孩子对于病毒和真菌表现脆弱，Th2的增加揭示了为什么自免疫攻击脑组织。根据瓦伦和轧波塔的研究（Warren,etal.1990），大约38～45％的自闭症儿童有体内自然杀伤细胞数目偏低的倾向，T细胞亦明显异常，CD4T细胞(T细胞次型)减少，可能是促成自闭症儿童体内白色念珠菌增殖的另一个原因。免疫细胞的异常第27页/共37页

轧波塔（1996）的一项研究发现，20%的自闭症儿童有IgG亚型不全，IgA的血清含量比对照组低，有些自闭症儿童的IgA含量极低，甚至几乎没有，因而可以推测分泌型IgA也可能较缺乏，所以肠粘膜容易受损。免疫蛋白异常第28页/共37页Harumi等（2002）研究发现大多数自闭症病人外周血IL-12、TNF-α和IFN-γ增加，表示免疫系统受到刺激，脑脊液中TNF-α升高是神经系统炎症存在与否或提示严重程度的有效指标。（ChezMG,DowlingT,PatelPB,etal.2007）免疫因子的异常第29页/共37页Molloy和她的研究团队之后有了重要的不同发现，即自闭症患者的先天和后天免疫都比正常人活跃，通过实验也找到了证据，Th1和Th2细胞都偏高（之前的结果是Th1降低，Th2升高），而且他们所产生的细胞因子除IL-10外，其它都增高，如IL-4、IL-5、IL-13和γ-干扰素（INF-γ）等，IL-10的功能是调节Th1和Th2激活和抑制平衡，它的缺失可能就是导致Th1和Th2细胞都偏高，从而使患者先天和后天免疫都较常人活跃的机制。这一结论可以解释自闭症患者可以集过敏现象和自免疫疾病于一身的奇特现象。（Molloy,C.,Morrow,A.,Meinzen-Derr,J.etal.2006）免疫因子的异常第30页/共37页Connolly等报道自闭症患者血清中抗核抗体（ANA）、脑源性神经营养因子（BDNF）抗体、脑血管内皮细胞和髓鞘碱性蛋白升高；髓鞘碱性蛋白（MBP）升高，其抗体水平升高的自闭症人群发生率（70％阳性）高于正常人群20倍，因此，抗MBP可以作为自闭症的自身免疫反应的主要标志物之一[32]（singh,etal.,1997；Connolly,A.M.,Chez,M.,Streif,E.M.,etal..2006.）。抗体水平异常第31页/共37页

在美国加州大学，科学家们正在致力于自闭症早期标记物（EMA）的研究，EMA项目的科研人员正在调查一些遗传和非遗传因素，并重点假设是由于