生物標志物在孤獨癥診斷中的研究進展

胡嘉銓 姜志梅

（佳木斯大學附屬第三醫院,黑龍江 佳木斯154002）

孤獨癥譜系障礙（Autism spectrum disorder,ASD）是一組發生于幼兒時期,復雜的廣泛性神經發育障礙疾病,主要臨床特征包括社交障礙、言語和非言語交流障礙以及重復性限制性行為[1],同時經常伴有智力障礙、癲癇、焦慮和抑郁等合并癥[2]。據統計全世界孤獨癥患者總人數已有6700 萬人[3],比艾滋病、癌癥和糖尿病患者數的總和還多。過去二十年的數據顯示,孤獨癥的患病率持續上升[3]。孤獨癥的預后不佳,不但嚴重影響患者生活質量,還會給家庭、社會帶來沉重負擔。大量證據表明早期干預可以有效改善ASD 兒童的預后[4,5]。但當前ASD 的早期診斷主要基于行為體征、癥狀、臨床觀察和行為評估,平均診斷年齡約為4．5 歲[6],可能會延誤診斷。目前學界研究人員開始關注到生物化學指標篩查,通過臨床實驗室化學檢測可以更為準確及時診斷ASD。尋找ASD 相關生物標志物,對于ASD 早期診斷、早期治療,改善患者預后具有重大意義。

生物標志物是生物過程的客觀,可量化的特征。在醫學上,生物標志物是某種疾病狀態的嚴重性或存在性的可衡量指標,通常使用血液,尿液或其他組織等來檢測和評估。生物標志物與疾病的風險或進展,或與疾病對給定治療的敏感性相關。它有助于早期診斷,疾病預防,藥物靶標識別,藥物反應等,在醫學生物化學中起著重要作用。

1 基于免疫反應的生物標志物

有證據表明ASD 與先天性和適應性免疫反應異常有關[7]。ASD 患者血漿白細胞介素IL -1、IL -6、IL-8、IL-12、干擾素γ 和巨噬細胞遷移抑制因子水平升高,TGF-β 水平降低[8]。據報道ASD 患者的血漿IgG 免疫球蛋白和自然殺傷細胞異常活化水平有所增加[9]。在ASD 兒童血漿中也檢測到了針對神經細胞和腦組織的自身抗體[10]。取ASD 患者死亡后腦組織研究,發現其小膠質細胞活化增加,通過使用小膠質細胞放射性示蹤劑進行正電子發射計算機斷層掃描觀察證實了這一結果[11]。Momeni 等人使用SELDITOF（surface-enhanced laser desorption/ionization time-of-flight）技術鑒定ASD 兒童血漿中潛在的多肽生物標志物[12]。這項研究得出三個相關的補體C3 肽在ASD 兒童和對照組兒童中的差異表達。Suzuki 等觀察到在ASD 受試者小腦、中腦、腦橋、梭狀回、前扣帶回和眶額皮層中激活的小膠質細胞信號有增加[13]。盡管沒有收集到可驗證的數據集,但證實了基于免疫反應方法檢測ASD 生物標志物的潛力。

目前尚不清楚在ASD 患者中觀察到的免疫學變化是否完全與疾病有因果關系,但某些異常的免疫反應變化似乎與行為變化有關。例如,以小鼠為對象研究表明,孕期孕婦的免疫激活會導致后代的ASD 行為[7],ASD 腦中失活的免疫細胞的增加可能會導致突觸可塑性的改變[14]。ASD 中的免疫反應機制的研究能夠推進靶向治療的研發,因此需要更深入的研究以鑒定出可靠的免疫標志物。

2 MicroRNAs 和外泌體標志物

MicroRNAs（MiRNAs）是一種微小內源性非編碼調控RNA（通常有21 ～23 個核苷酸大小）,其功能是基因表達的轉錄后調節[26],在中樞神經系統的發育和功能表達中發揮重要作用[15]。Hicks 等人綜述了在ASD 患者中大腦、血液、唾液和嗅覺前體細胞miRNAs 表達模式的改變[16]。這項研究涵蓋了取自12 位ASD 患者的219 個靶向miRNA,所有靶向miRNA 通過兩項或兩項以上研究識別出27 個表達失調miRNAs。這些miRNAs 針對的是大腦中表達神經發育與孤獨癥有關聯的基因。其中三個miRNAs（miR-23a-3p、miR-146a-5p 和miR-106b-5p）在多項研究中顯示出一致性失調[17]。血液[18-20]和唾液[21]中調節失調的miRNAs 可能成為ASD 潛在生物標志物,因為這些miRNAs 取樣簡單且容易保存。

外泌體是由包括神經元在內的大多數細胞都能分泌,大小約100 nm 的細胞外小泡,含有蛋白質、信使RNA （mRNA）、非編碼RNA（miRNA）和DNA[22]。從外周血中獲得的外周血外泌體在各種疾病研究領域均引起了學者關注。由于外泌體可以穿過血腦屏障,血液中循環外泌體有望揭示腦部疾病的病理生理性改變,成為ASD 生物標志物。

3 血清素標志物

血清素（Serotonin,5 -HT）主要存在于人類胃腸道、血小板和中樞神經系統中,通常認為在大腦中具有一定認知功能,可以提高社會交往性,調節情緒情感。5 -HT 是最早發現的血液中ASD 生物標志物之一,25% ～35%的ASD 患者血液中血清素水平持續升高并且其高水平是可遺傳的[23]。發育障礙中的高血清素血癥僅在孤獨癥患者中出現。合成外周血清素的腸道嗜鉻細胞從未在ASD 中被直接評估過。5 -HT 幾乎只存在于血小板中,當血小板通過腸道循環時,通過SERT 獲得5 -HT。故全血5 -HT 水平與SERT 介導的5 -HT 攝取相關[24]。5 -HT 的異常高水平受血清素受體基因SLC6A4 和整合素β 基因ITGB3 的遺傳變異調節,有研究描述了一種攜帶SLC6A4 變體的小鼠模型,表現出高血清素血癥和包括社交缺陷和重復行為的行為變化[25]。上述研究為ASD 靶向藥物治療提供新的途徑,但5 - HT 作為ASD 的診斷生物標志物,特異性不強,仍需后續研究。

4 代謝物組標志物

代謝物組（Metabolome）指在一個生物細胞、組織、器官或生物體中所有的代謝產物的集合,而這些代謝物是此生物體基因表達的最終產物[26],是對特定的細胞過程遺留下的特殊化學指紋的系統研究。它被認為是生物標志物研究中發展最快的新方向。研究人員已從血液和尿液中發現了許多潛在的ASD生物標志物。Gevi 等人通過對2 ～7 歲的30 名ASD兒童與30 名正常兒童的對照研究,運用親水相互作用色譜（HILIC）- 超高效液相色譜- 質譜聯用法（hydrophilic interaction chromatography-UHPLC and mass spectrometry）檢測,發現來自閉癥兒童和對照兒童中差異最大的是尿液代謝產物,孤獨癥兒童體內優先將色氨酸轉化為黃嘌呤酸和喹啉酸,并且褪黑素大幅降低。這些代謝異常與幾種已知與ASD 相關聯的共患病有關,如癲癇發作、睡眠障礙和胃腸道癥狀[27]。國內學者通過運用全自動生化分析儀測定ASD 兒童血液,監測到酰肉堿譜變化,推測ASD 可能存在線粒體功能障礙和脂肪酸代謝異常。并且實驗結果支持將血液中的戊二酰肉堿和肉堿水平作為診斷ASD 的潛在生物標志物[28]。此外,Diéméet 等使用核磁共振和基于液相色譜-質譜的方法分析了自閉癥兒童和健康對照的樣本[29]。結果表明,孤獨癥兒童與正常兒童的代謝產物差異最大的是吲哚硫酸鹽、N-ɑ-乙酰基-L -精氨酸、甲基胍和苯乙酰谷氨酰胺,兩者差異最大的是硫代吲哚、N -甲基-乙酰基-L-精氨酸、甲基胍和苯乙酰谷氨酰胺。而腸道細菌中色氨酸代謝產生的吲哚和吲哚硫酸鹽在ASD 患者尿液檢測中被重復發現,證明它們是ASD生物標志物。

5 討論

由于目前為止ASD 的病因和發病機制尚未闡明,ASD 仍缺乏有效的防治藥物。多方研究已經表明通過早期干預治療能夠改善ASD 兒童的預后。因此,ASD 的早期診斷至關重要。盡管孤獨癥相關研究學者已經從多種途徑和領域對ASD 生物標志物進行研究探索,但由于孤獨癥譜系障礙的異質性特點,有價值且能夠臨床應用的ASD 生物標志物依然沒有產生,這也是當下孤獨癥生物標志物研究所面臨的困境與挑戰。要使生物標志物具有可使用的臨床價值,它需要高效率檢測、高度敏感和具體適用對象（即檢測對象限于明確界定的ASD 患者亞組或具體發育窗口期）,并且應在臨床上使用是成本不高又可行的。需注意現有的大多數研究都存在小樣本研究對象和獨立研究數據缺乏復制和再還原驗證,這使得生物標志物的可靠性評估難以實施。

未來研究方向應集中在可接觸的組織和體液（如血液和血細胞）中,識別可靠、非侵入性和廉價的生物標志物。通過這種方式,代謝產物、蛋白質、mRNA、miRNA 和外泌體可能是生物標志物的重要來源。同時應更集中關注中樞神經系統與外周血液或血細胞之間的一致性變化指標,重點關注中樞神經系統特異性或中樞神經系統衍生蛋白的變化。相信在研究人員的持續努力下,新型臨床適用性ASD 生物標志物的發展與敏感檢測必將為孤獨癥譜系障礙的早期診斷、靶向治療以及預后走向提供重要參考意義。