孤独症谱系障碍中免疫系统功能失调的相关研究进展

刘泽慧，邹明扬，崔洪雨，施梅

孤独症谱系障碍（autism spectrum disorders，ASD）是起病于婴幼儿早期的一种严重的神经发育障碍性疾病，其核心症状包括社会交往障碍、兴趣范围狭隘及重复刻板行为，患儿于出生后36个月内就可表现出异样行为，在18～24个月之间有30%的患儿表现出不同程度的功能退化或丧失[1]。近年来流行病学数据显示，世界各地ASD患病率均呈上升趋势，据报道美国ASD患病率近10年从1/125上升至1/59[2]，已经成为全球患病人数增长最快的精神残障类疾病之一。越来越多的证据表明免疫系统异常激活在ASD病理生理中发挥重要作用，ASD患者外周和中枢神经系统中广泛存在异常的免疫炎症反应。

1 ASD外周血中异常免疫炎症反应

目前研究显示妊娠晚期母体感染会导致血清中促炎性细胞因子白细胞介素（interleukin，IL）-6分泌增多，IL-6可自由通过胎盘屏障，导致胎儿出生后体内IL-6水平升高，并影响其空间学习记忆能力[3,4]。对确诊为ASD患者的母亲进行回顾性研究发现，若其妊娠期发生哮喘、严重的过敏反应等异常免疫系统激活史，其后代ASD症状更加严重[5]。在动物研究中得到相似结果，给予孕鼠免疫系统激活剂诱导母体免疫激活（maternal immune activation，MIA）模型，其后代雄性子鼠表现出明显的社会交流障碍、重复刻板行为等ASD样行为，若在诱导免疫炎症前给予孕鼠流感疫苗干预，减轻母体内的免疫炎症反应，可明显缓解后代子鼠的情绪障碍和社交障碍[6,7]。在恒河猴中发现，MIA模型的后代在出生后1年内外周血中IL-1β，IL-6，IL-12p40，肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α等促炎性细胞因子分泌增多，这种改变增加了其后代的重复刻板行为[8]。

与正常对照组相比，ASD患者外周血中自然杀伤细胞活化增加[9]，提示其体内可能存在免疫系统功能失调。最近对17例ASD患者的研究发现，其血浆中促炎性细胞因子IL-1β、IL-6、IL-17、IL-12p40和IL-12p70水平显著升高，嗜酸性粒细胞趋化因子、TNF-α水平也明显升高，并且IL-6、IL-17、TNF-α的分泌水平与ASD的严重程度呈正相关[10-12]。Dario等[13]的研究发现ASD患者外周血单核细胞中caspase-1基因表达增加，促进了促炎细胞因子IL-1β和IL-18活化，从而导致体内炎症反应持续存在。除促炎细胞因子表达增加外，与正常对照组相比，ASD患者外周血中抗炎细胞因子IL-4、IL-10、TGF-β1分泌减少，并且认为其与重复刻板行为、适应能力降低相关[14,15]。神经激肽是一种促炎神经肽，参与众多自身免疫性神经炎症疾病的发生发展，在ASD患者血清中发现其也显著升高，并且与儿童孤独症评定量表等级呈正相关[16]。给予ASD患者高剂量免疫球蛋白抑制其体内异常的免疫炎症反应，可明显改善ASD样重复刻板行为及社会交流障碍[17]。以上研究均表明ASD患者体内存在促炎细胞因子分泌增加，抗炎细胞因子分泌减少，且异常的免疫炎症反应与ASD症状的严重程度相关。

2 ASD患者中枢神经系统中异常免疫炎症反应

研究发现ASD患者也存在异常的神经免疫反应。尸检结果显示，与正常对照组相比，ASD患者脑组织中促炎性细胞因子TNF-α、IL-6、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（granulocyte-macrophage colony stimulating factor，GM-CSF）、干扰素-γ（interferon-γ，IFN-γ）、IL-8显著增加，并且Th1/Th2细胞比值升高[18]。在ASD模型鼠脑组织中发现促炎细胞因子IL-18和IL-18结合蛋白表达增加，并且与ASD症状的严重程度呈正相关[19]。MIA模型的后代常表现出ASD样行为及认知功能改变，并且发现其出生时前额叶皮质、扣带回、海马中IL-1β、IL-6、单核巨噬细胞的趋化因子（monocyte chemoattractant protein，MCP）-1、TNF-α、IFN-γ等促炎细胞因子分泌增加，IL-4、IL-13等抗炎细胞因子分泌减少，而且这种细胞因子分泌失衡是不可逆的[20]。给予ASD模型鼠抗炎类药物可降低其脑组织中IL-17a、IFN-γ、T细胞免疫球蛋白黏蛋白3（T-cell immunoglobulin mucin 3，TIM-3）、维甲酸相关孤核受体γt（retinoid-related orphan nuclear receptorγt，RORγt）等促炎细胞因子分泌，升高IL-10等抗炎细胞因子分泌，并且明显改善其神经元损伤、认知功能障碍、重复刻板行为及焦虑行为[21]。

临床前研究发现外周血中促炎细胞因子分泌增加可驱动中枢神经系统免疫炎症反应，其中小胶质细胞被异常激活[22]。小胶质细胞作为定植于中枢神经系统的组织特异性免疫细胞，起源于胚胎时期卵黄囊中的髓样前体细胞，与外周组织巨噬细胞具有相似的作用，可持续监控中枢神经系统中的异常免疫炎症反应。根据小胶质细胞激活状态不同，可将其分为M1表型（促炎型）和M2表型（抗炎型）。当遇到感染、应激等刺激时小胶质细胞发挥保护作用，起初激活为M1表型，释放促炎性细胞因子保护神经元免受损伤，随后向M2表型转化，释放抗炎性细胞因子及神经营养因子促进损伤组织修复。若小胶质细胞功能失调，M1表型持续激活，释放大量炎症介质，可破坏神经元结构及功能，小胶质细胞向M2表型转化，可促进IL-10、TGF-β、脑源性神经营养因子（brain derived neurophic factor，BDNF）等抗炎细胞因子及神经营养因子分泌，有利于神经干细胞的增殖与分化[23-25]。Dani等[26]在阿尔兹海默病（Alzheimer disease，AD）患者的脑组织中发现了小胶质细胞异常激活，并且认为其异常激活加重了患者认知功能损害。通过对AD患者不同病程阶段进行研究发现，起病初期小胶质细胞M2表型激活增加，发挥吞噬作用、分泌神经营养因子，延缓疾病进展，随后逐渐向M1表型转化，清除能力减弱，并且释放大量炎症介质，加重了神经元的损伤和丢失[23]。如果给予AD模型鼠干预诱导其小胶质细胞向M2表型转化，可以明显改善模型鼠的空间学习记忆能力[27]。在帕金森病中发现，多巴胺能神经元慢性损伤可促进小胶质细胞逐渐向M1表型转化，释放大量炎症介质，加重神经元损伤[28]。ASD与AD等神经系统疾病具有相似的认知功能减退、情绪障碍等临床表现，推测ASD患者神经系统中可能同样存在小胶质细胞表型转化失衡。

目前研究发现ASD脑组织中存在的小胶质细胞分布异常及激活异常。正常成年小鼠脑组织中的小胶质细胞广泛分布于各个区域，但并不均匀，灰质中多于白质，位于海马、基底节区的小胶质细胞为小脑、脑干的5倍以上[29]，在ASD中发现小胶质细胞的这种分布特异性更为显著。在丙戊酸钠诱导的ASD模型鼠中发现海马区的小胶质细胞密度显著增加[30]，尸检结果显示ASD患者脑组织背外侧前额叶皮质中小胶质细胞密度明显增加，且ASD患者的多个脑区中存在小胶质细胞过度激活，如小脑、中脑、脑桥、前扣带回和眶额皮质，其中以小脑中M1型小胶质细胞表达增加最为显著[31,32]。与正常对照组相比，ASD患者背外侧前额叶皮质中小胶质细胞与神经元之间的距离更近，相互作用更强，并且认为ASD患者杏仁核中神经元损伤是由M1型小胶质细胞异常激活造成的，从而导致了社交功能障碍和情绪障碍[33,34]。在MIA模型中发现，提前给予孕鼠流感疫苗注射减轻体内免疫炎症反应，可显著减少其后代子鼠大脑皮质中M1型小胶质细胞释放的促炎性细胞因子，改善其ASD样行为[7]。但也有研究发现ASD患者早期大脑过度生长、头围增加可能与脑组织中小胶质细胞M2表型激活释放过多的转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β有关，导致了神经元凋亡减少[35]。目前，还缺乏小胶质细胞功能异常与ASD发病关联的一致性证据，且小胶质细胞引起的异常神经免疫反应在ASD发病机制中仍不明确，还需要开展深入的研究。

3 小结

迄今为止，众多研究均支持ASD外周和中枢中存在免疫系统功能失调。首先，ASD患者体内存在细胞因子分泌异常，普遍认为促炎细胞因子分泌增加与ASD症状的严重程度呈正相关；其次还发现ASD中存在小胶质细胞分布异常和激活异常，因此推测小胶质细胞可能在ASD发病中发挥重要作用。但是，小胶质细胞不同的激活状态可产生不同作用，ASD患者脑组织中M1/M2表型转化水平，即ASD患者脑组织中是M1型激活增加还是M2型激活增加仍缺乏一致性的研究结论，基于以往的研究和发现，继续探索ASD中小胶质细胞的激活状态，以全面了解神经免疫在ASD病因机制中所起的作用。