自闭症生化免疫研究与应用 ppt课件

郭德华 博士研究生 心理学副教授 自闭症生化免疫研究与应用 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？ 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: a brain disorder or a disorder that affects the brain?（Dr. Martha Herbert， clinical neuropsychiatry(2005),2,6,354-379 ） 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 。 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-Vanderweele et al.2004）， 而另外一部分转而研究基因与环境的共同作用（ Keller and Persico 2003）。 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。 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） 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。 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： 5-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。（Croonenberghs J，wauters A, Deboune D，et a12007） 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。（ Makkonen I, Riikonen R, Kokki H, et al，2008 ） 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, et al. 2002) 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., et al. 2001 ; Walsh, W. J, el at. 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., et al 2009 ） 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. et al 2004） 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 。 （Knickmeyer RC，wheelwright S，Baron- Cohen SB2008） 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，-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-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/- 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/-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。（Hara H. 2007） 分泌型淀粉样前体蛋白-（sAPP）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sAPP，sAPP和A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。 （Balmiki Ray1., Justin M. Long1., 2011） 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，42-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., et al. 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. et al. 2002)。 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。 （Massimo Castagnola, Irene Messana, Rosanna Inzitari, et al. 2008） 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（Cecilia Giulivi, Yi- Fan Zhang, Alicja Omanska-Klusek, et al. 2010） 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 （hormone oxytocin）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-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/20 100212） 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 （Dohan FC, et al. 1973; Stubbs EG. 1976） 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, et al. 2000）。 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。 （Buie T, Campbell DB, Fuchs GJ, et al. 2010） 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）。 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., et al. 2010） 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, et al., 1990; Warren, et al., 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, et al., 1985）。 Sudir Gupta（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, et al. 1990），大约3845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 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 Harumi 等（2002）研究发现大多数 自闭症病人外周血IL- 12、TNF-和IFN- 增加，表示免疫系统受到刺激，脑脊液 中TNF-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。 （Chez MG, Dowling T, Patel PB, et al. 2007） 免疫因子的异常 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-干扰 素（INF-）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. et al. 2006） 免疫因子的异常 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, et al., 1997 ；Connolly, A.M., Chez, M., Streif, E.M., et al 2006 .）。 抗体水平异常 在美国加