孤独症谱系障碍（Autism spectrum disorders， ASD），是一组以社会交往障碍、言语和非言语交流障碍，狭隘兴趣和刻板的重复行为为特征的神经发育障碍性疾病。包括儿童孤独症、阿斯伯格综合征、未分类的广泛性发育障碍、雷特综合征和儿童瓦解性精神障碍。最新公布的美国精神障碍诊断与统计手册第五版（DSM-V），将孤独症、阿斯伯格综合征、不典型孤独症和儿童瓦解性精神障碍统称为孤独症谱系障碍（ASD）。目前认为，孤独症谱系障碍与智力低下、脑性瘫痪是儿童致残的三大原因。

1943年，美国精神科医师Leo Kanner在世界上首先报道了11例孤独症的表现，使人们逐渐认识并开始研究这种疾病。1982年我国儿童精神病医师陶国泰首次在国内报道了4例儿童孤独症患者。2012年，美国疾病预防控制中心公布的近十年对ASD患病率的检测数据显示，ASD发病率呈明显上升趋势。最新统计表明，美国有1%的儿童被诊断为ASD。比目前儿科疾病如肿瘤、先天性心脏病、糖尿病等发病率高。我国尚没有大规模ASD流行病学调查结果，但近五年广州、哈尔滨、大庆、深圳等多地流行病学调查结果显示，ASD发病率为2.27‰～7.5‰。尽管世界各地患病率的报道不一，但ASD患病率呈现出上升趋势却是得到公认的。

ASD临床表现复杂，其社会交往障碍、言语和非语言交流障碍、狭窄兴趣和刻板重复中社会交往障碍是核心障碍，语言交流障碍是家长最关注的，而狭隘兴趣和重复刻板行为则是最特别的表现，由于ASD是一种发育性疾病，起病可早到婴儿期，也可以早期发育正常，2～3岁后逐渐出现倒退变化。临床表现会随着孩子年龄的增长而有所不同。如婴儿期多无典型异常行为，而表现为不能按时出现或延迟出现正常婴儿应该表现出的行为特征；幼儿期在社会交往方面与同龄孩子有显著的差别，4岁后则可能表现为选择性听指令，身体语言落后于同龄儿童等。ASD患儿除了行为异常、感觉异常、智力发育异常、运动发育异常外，通常伴有很多其他医疗方面的问题，如抽搐、睡眠问题、代谢异常、过敏问题和胃肠道症状。其中胃肠道症状，如：便秘、腹泻、腹痛、腹胀或腹部不适、胃食管反流、呕吐、腹泻与便秘交替等，在ASD患儿中发生率高，可以加重ASD的临床表现，增加治疗难度，有学者亦称其为ASD共患病。因此逐渐引起临床医师的关注。

ASD的病因尚不清楚。近十年来，关于ASD的病因研究大多指向基因异常和与基因异常相关的环境因素上。在ASD的致病基因的研究中发现，仅15%的ASD患者存在基因异常，大部分ASD患者的体内并没有发现异常基因，而且异常基因没有一致性，即一些在ASD个体发现的异常基因不能在其他ASD患者得到验证。很多学者认为，单用遗传因素不足以解释近几十年来ASD发病率的明显增加。因此研究者们致力于寻找致病的环境因素，如孕前父母的健康、工作环境，孕期母亲的状况，生后早期婴儿接触的环境，包括食物、肠道菌群、各种感染、污染、物理化学制品等等。但是，迄今为止仍没有确定任何一个环境因素与ASD的关系。目前认为ASD是多种因素共同作用的结果：带有遗传易感性的个体在特定环境因素作用下发生，遗传因素是主要原因，某些未知的环境因素也可能发挥了不可忽视的作用，甚至与患病率上升有关。最近，肠道微生态环境改变可能与ASD和一些行为问题相关的研究正成为微生态和行为学领域的研究热点，值得引起重视。

相关ASD的临床研究显示，ASD患者相对于健康儿童，胃肠道症状和疾病更容易出现。文献报道ASD儿童胃肠道疾病的发病率从9%～90%不等，胃肠道疾病和不适发生率最高的报道达91.4%。胃肠道表现主要有便秘、腹泻、腹痛、腹部不适、胃食管反流、肠痉挛等，不同报道中各种胃肠道表现的发生率有差别，但是，以便秘和腹泻最多见。其中腹泻占3%～77%，持续性腹泻占8%～19%，便秘占6%～45%，腹痛或腹部不适占2%～41%。但有研究者发现，便秘在ASD患儿发生早，故认为是原发而非继发的。患儿的胃肠道症状与行为异常程度有一致性，即行为症状越重，消化道症状也越严重，反之亦然。由于胃肠道表现突出，不少ASD患者存在营养问题，如微量营养素缺乏、营养不良等。

在ASD患者十二指肠、回肠末端和结肠的活组织检查中发现，与对照组相比，ASD有大量的辅助T细胞和细胞毒T细胞以及CD19 ⁺B细胞浸润，并且ASD在回肠末端和结肠中的辅助T细胞和CD19 ⁺B细胞比炎症性肠病中的还高。ASD的树突状T细胞比非炎症对照组高，甚至较克罗恩（Crohn）病和溃疡性结肠炎中的树突状细胞高。在有胃肠道症状的ASD儿童内镜检查发现肠道有轻微的弥漫性炎症。ASD患者的自身免疫反应及自身免疫家族史多所报道。在这些关于ASD患者及其母亲的研究中最常见的是指向中枢神经系统蛋白的自身抗体表达增加。此外，在有胃肠道症状的ASD患者肠黏膜上发现了连接上皮细胞基底膜和补体蛋白共定位的自身抗体，推测这些自身抗体预示着炎症过程和（或）可影响黏膜屏障完整性的自身免疫成分存在，并导致黏膜屏障完整性受损，也可能提示黏膜以前有炎症存在。导致这些病理改变的一个最可能因素就是ASD肠道菌群的改变。

ASD患者与健康人群相比，肠道菌群结构明显不同，主要与ASD相关的肠道菌为不同的梭状芽孢杆菌菌株、瘤胃球菌属、拟杆菌、拟杆菌属、厚壁菌门和脱硫弧菌属等。Finegold等的一项对照研究发现，ASD患者大便中梭状芽孢杆菌属类菌群量比正常对照组高，甚至有9种梭状芽孢杆菌是ASD患者所独有的，2011年有学者在研究中发现，ASD患者肠道双歧杆菌水平低和而乳杆菌属（所有株）水平高，而这两种菌都被认为是有益菌。在对胃十二指肠黏膜样本研究时发现，无芽孢厌氧菌和微需氧菌在ASD患者胃十二指肠黏膜含量很高，正常对照组中则没有。Wang等则发现，ASD患者大便中脆弱类杆菌多、而黏液菌 Akkermansia muciniphila和双歧杆菌较对照组少。除某些特殊的脆弱类杆菌对机体有益外，大多数可导致严重感染，ASD患者胃肠道脆弱类杆菌含量增加可能与胃肠道病理改变有关。 Akkermansia muciniphila可降解黏液蛋白，对肠黏膜起着重要的保护作用， Akkermansia muciniphila数量减少可使肠黏膜变薄，间接说明ASD患者肠黏膜渗透性受损。而Song等人通过对实时PCR数据分析发现，ASD患者的梭菌属bolteae和梭状芽孢杆菌Ⅰ族、Ⅺ族明显比健康对照组高。值得一提的是，最近Guelph大学的研究团队开发了一种针对肠道梭菌属的疫苗，他们对梭菌属的细胞壁多糖研究，发现梭菌属bolteae可产生一种由鼠李糖和甘露糖组成的具有保护作用的荚膜多糖，用这种多糖作为疫苗或许可减少或阻止梭菌属bolteae在ASD患者肠道中繁殖，也可以作为诊断标志物供临床上快速筛查，也为缓解ASD患者的胃肠道症状提供了可能性。Williams等在对有胃肠道并发症的自闭症患者的回肠和盲肠黏膜活检时检测到了产碱菌科（Alcaligenaceae）的某些成员，而以仅有胃肠道症状的非ASD作为对照组的成员则没有，他们证实，这些产碱菌科细菌数量的增加是由于萨特菌在ASD患者肠黏膜中水平较高，从而使产碱菌科细菌总量增加，通过对萨特菌属的16S rRNA基因序列分析，在23个伴有胃肠功能障碍的ASD儿童中的12个发现了萨特菌，而在9个作为对照组的儿童中则没有发现。这12个个体中有11个的肠道萨特菌以 Sutterellawadsworthensis和 Sutterellastercoricanis为主。而且肠壁黏膜上皮相关的高水平含量的萨特菌属与孤独症患者的胃肠道症状有关，尽管在伴有胃肠道症状的ASD患者体内检测到了抗华德萨特菌感染的IgG和IgM抗体，而对照组中则几乎没检测到，仍不能确定萨特菌属是否是有胃肠道症状的ASD患者的致病菌。用抗生素治疗有胃肠道症状的ASD，不仅能改善胃肠道表现，也能缓解ASD的认知技能。无论是ASD胃肠道的T淋巴细胞浸润或是肠道菌群的改变，都提示在ASD个体的肠道有较明显的免疫学变化。但是ASD行为与肠道病理变化两者中尚很难分清其因果关系。基于此，有学者提出，可能肠道的炎症使有ASD易感倾向的儿童更容易表达ASD的表型，增加ASD行为的严重性。

ASD患者肠道屏障功能不全，使其肠道通透性较高，这可能对ASD发挥致病作用。有研究者最近发现，在较小年龄ASD儿童的尿液中细菌的代谢产物水平显著增高，这种分子被认为是由细菌菌株产生的对甲酚；ASD儿童与对照组相比有更多数量和种类的梭状芽孢杆菌，拟杆菌和硬壁菌门细菌。胃肠道的一个重要特征是通过屏障机制调节环境与宿主之间的大分子运输的能力，并与肠道相关淋巴组织和神经内分泌网络一起，通过细胞间紧密连接控制大分子运输。连蛋白是细胞间紧密连接的组成部分，与调节肠道渗透性有关。小肠暴露于细菌和面筋是连蛋白诱导紧密组织分解的两个更有力的触发物质。肠道屏障功能不全可以导致内源性感染发生，并在食物过敏、自身免疫性疾病和炎症性疾病的病理过程发挥重要作用。除了细菌暴露，醇溶蛋白，腹腔疾病的环境触发因素，通过连蛋白释放也可以改变肠道屏障功能。此外，越来越多的证据支持肠道菌群与行为异常如焦虑和情绪反应有关，并可以影响5-HT的代谢过程。

肠道是人体最大的消化器官，也是最大的免疫和内分泌器官，并且肠道有大量密集的神经元分布，这些神经元及分泌的神经递质有各自的功能，即可以独立调节胃肠道的运动和分泌，又可以通过迷走神经接受中枢神经系统的控制。人们早已认识到肠道与大脑存在联系，当胃肠功能改变的时候，通过自主神经反射导致的恶心、饱腹感和疼痛实际上就是大脑与之联系的反应；反过来，当人感到压力和焦虑等情绪反应时，也会影响胃肠道功能，出现胃肠分泌功能和运动功能的紊乱。肠道中最多的微生物是肠道细菌，它们从人一出生就进入肠道，与人共处终生。现有的证据说明，在肠道发生的消化吸收、代谢、免疫及多种信号传递都与肠道菌群有关，正常情况下，菌群可以通过自身或代谢产物影响机体，机体也可以通过神经、免疫和内分泌等途径监控、调节肠道菌群的变化，使其顺应环境变化，保持微生态的平衡。有学者把胃肠道与中枢神经系统在不同层面的联系和信息交流体系称为肠-脑轴（Gut-Brain Axis，GBA），但是也有学者认为，微生物与肠道是不可分割的，称之为微生物-肠-脑轴更合适。

近年来，研究者们在研究精神疾病和行为障碍时，不论在人群研究或是动物实验，都发现了很多与肠道菌群相关的证据。一方面，神经、精神的变化或病变可以使肠道菌群发生改变；另一方面，肠道菌群也可以使神经、精神和行为发生变化。尽管目前资料尚未有ASD与GBA的直接证据，但是，不少相关研究揭示，ASD与GBA存在联系。

动物实验显示，心理压力、分离焦虑能改变肠道菌群。当剥夺老鼠正常饮食、饮水或睡眠时，可以影响其自主神经功能，微生物群发生变化；出生后7天内与母亲分离的恒河猴肠道乳酸杆菌会明显减少，而使肠道病原体如空肠弯曲菌、耶尔森菌等的增多。研究人员推测子代的微生物群改变可能与皮质甾酮水平和炎性细胞因子的增加有关，因为炎性细胞因子可以诱发下丘脑垂体肾上腺轴（HPA）的高反应应答。在另一项研究发现，母子分离小鼠的肠道渗透性的增加，并且使胃肠道对炎症刺激的易感性增强。说明当小鼠母子分离时，子鼠可能有压力产生，导致某些应激反应增加，而这种应急反应表现为全身反应，包括肠道通透性增加和肠道细菌结构发生改变，这些变化又使胃肠道对化学物质和对炎症刺激的易感性增强。还有实验显示，压力不仅可以改变胃肠道的细菌组成，还能改变上皮细胞功能和黏液分泌功能，这样也使胃肠道的动力发生改变，在压力作用下，去甲肾上腺素可以释放进入胃肠道，从而刺激特定的细菌菌株的生长，维持黏膜的防御能力。在抑郁症、焦虑症、慢性疲劳、精神分裂症和一些神经系统病变如多发性硬化患者的肠道菌群与儿童孤独症谱系障碍一样，也发现与正常人群不同。

由于ASD患者刻板重复的行为特征和对多种食物不耐受，常常出现挑食和偏食，以至于机体营养状态不均衡。已有的知识使人们知道，胃肠道生理和饮食的改变会影响肠道微生物结构，厌氧梭状芽孢杆菌种类和数量明显增多，且多为这类微生物中的病原菌，如艰难梭状菌等，不仅可引起胃肠道功能失调，还能释放毒素。有学者认为ASD的各种行为异常表现可能与由于长期亚急性破伤风梭菌（ C.tetani）感染有关。当有ASD遗传素质的患儿感染 C.tetani后， C.tetani可以释放神经毒素，迷走神经将其传入中枢神经系统，水解突触囊泡的小突触泡蛋白，使神经递质的释放受到抑制，从而引起ASD的各种异常行为。治疗肠道梭菌感染可以减轻ASD的症状，口服万古霉素可以减轻ASD的行为异常。最新的动物实验发现，肠道微生物的代谢产物与ASD有关，如丙酸就可诱导动物出现ASD表现和行为。色氨酸是一种人体必需氨基酸，对睡眠、食欲、情绪、社交行为和应激反应有重要影响。给14天内的乳鼠喂食双歧杆菌可以使色氨酸水平升高，说明益生菌对色氨酸代谢有影响。果糖的吸收与血色氨酸浓度关系密切，在果糖吸收不良患者中，血液中色氨酸浓度非常低，若肠道内果糖浓度高，则会干扰色氨酸代谢，同时会降低色氨酸在5-羟色胺生物合成时的可利用性，但是却为生长迅速的细菌的发酵提供基础，导致胃肠道动力、黏膜生物通透性和微生物群性质的改变。这些证据都说明菌群与中枢神经系统间有密切联系。

研究发现，ASD患者的神经系统和神经递质发生了改变。如大脑区域间的协同作用异常，中枢神经系统5-HT水平降低，血浆和血小板的5-HT水平升高；有研究表明，脑源性神经营养因子（brain drived neurotrophic factor，BDNF）在ASD大脑皮层神经元内的局限性分布影响了其大脑的正常发育，导致ASD患者的行为异常。BDNF在神经元存活、神经元和突触生长分化过程中有重要作用，因此对认知、情绪和行为发育有多方面的影响。在发育期，大脑皮层BDNF的mRNA低水平表达，可能使ASD儿童发育迟缓及行为的异常。啮齿类动物模型研究证实，母体感染和2-丙基戊酸钠药物可以增加诱发动物ASD出现特征的风险，被认为是ASD发生的环境因素，将抗脑抗体用于怀孕的实验猴子，激活其免疫系统也成功诱发非人类的灵长类动物模型，使其有ASD表现，这些遗传和环境模型展现出ASD的各种特征，类似人类ASD表现，包括对新事物的恐惧，社会交往障碍、嗅觉障碍，刻板重复运动行为、焦虑、感觉异常、睡眠模式紊乱、癫痫发作和感觉运动缺乏等等。在ASD实验动物的神经病理改变中，可以经常在看到浦肯野细胞缺乏，以及特征性的神经化学变化如5-羟色胺异常，在大脑及外周的免疫状态的改变。

研究者们也用ASD的环境及遗传危险因素模型研究胃肠道症状。5-羟色胺（5-HT）是肠道内非常关键的信号分子，80%～95% 5-HT受体存在于肠道中，在维持和发挥胃肠道功能中发挥重要作用。5-HT信号的改变与一系列的胃肠道疾病有关。人体和动物模型的研究均表明，改变5-HT信号会导致炎性肠病如克罗恩病、溃疡性结肠炎，功能性疾病如肠易激综合征和慢性便秘。最近研究证实，5-HT在肠黏膜内充当促炎症反应调节器的角色，来自肠道的5-HT循环可影响骨骼生长，因为5-HT水平升高导致骨密度降低。由于胃肠道和骨骼疾病都在ASD患者中出现，5-HT信号可能与这些疾病有关。肠内的5-HT系统可能是ASD患者及营养缺乏者胃肠道问题的重要因素。

共生细菌与大脑进行交流，诱导行为变化的机制至今尚未阐明。大量的研究证明共生细菌与大脑的交流机制可能与神经途径、免疫和内分泌机制有关。肠道是有大量免疫细胞聚集，上亿神经元和肠道细菌共存的器官，肠道细菌和神经元与免疫细胞可以通过各种神经信号物质（如单胺类神经递质5-HT、NE、NBDF，GABA等）的变化，通过免疫细胞、各种细胞因子和相关的激素如CRF、ACTH、肾上腺皮质酮等来实现脑和肠的双向交流，相互作用，相互影响。研究发现，肠上皮细胞，肠嗜铬细胞、肥大细胞、树突状细胞等在肠-脑轴的双向交流中发挥重要作用。如位于肠黏膜最表层的肠嗜铬细胞，间杂在肠上皮细胞中，表达多种受体，包括5-HT受体、肾上腺素受体、CRF受体等，受到刺激后可产生5-HT、信号肽等，从而把信息传递给邻近的黏膜细胞和神经末梢，是一重要信号传递细胞。肥大细胞的表面分布有各种信号物质受体，如5-HT、IL-6、前列腺素等的受体，可接受多种信息输入。行为或认知的改变可能是各条途径相互作用的结果，各条途径可能是并行的，同时在不同水平也存在相互影响。例如，神经系统能够影响机体免疫，系统免疫和肠道免疫都能影响神经系统。外周促炎症细胞因子水平升高可能会影响中枢神经系统，产生疾病行为、抑郁等表现；细胞因子还可以激活IDO，加强色氨酸通过犬尿氨酸的代谢，从而减少了可以合成5-HT的色氨酸的数量；肠道内可通过神经途径也可通过体液途径，影响大脑。这种双向交流机制，使得大脑能够调控胃肠道功能并对微生物入侵做出反应，同时，胃肠道的改变也会影响中枢神经系统和情绪。

宿主可通过神经、免疫、内分泌等途径监控自主神经系统激活，释放NE等神经递质。微生物似乎具有儿茶酚胺类反应系统，甚至能对不同儿茶酚胺类做出不同反应，不同细菌对儿茶酚胺类的反应也不同。肠道微生物似乎能感受到一些神经激素如肾上腺素和NE作为宿主应激的生物标志，并据此感知宿主处于脆弱时期，表达一些促进定植和毒力的基因，实现自身的繁殖。肠道微生物可用激素、激素样肽或单胺类与宿主交流，如表皮生长因子、胰岛素及自诱导素（一种小的可扩散的信号分子）。革兰阴性菌的自诱导素主要为N-酰基丝氨酸内酯；革兰阳性菌则多为寡肽。目前了解最充分的微生物信号系统类似于真核生物的去甲肾上腺素信号系统，涉及自诱导物3。尽管自诱导物3的分子结构及合成途径尚不清楚，但是这种分子的信号传导在一些病原性肠道微生物，如大肠埃希菌O157：H7中已经得到充分研究。自诱导物3结合在细菌膜上的QseC受体上，导致受体自身磷酸化。然后QseC又使其反应调节物QseB磷酸化，从而启动一连串复杂的信号流，激活细菌毒性和运动性相关基因的表达。另外，在一些细菌表面和肠道上皮细胞表面均有GABA受体，提示GABA也有可能在界间信号交流中发挥作用。

除了自身信号系统，肠道微生物代谢也可产生多种哺乳动物信号物质，包括神经信号物质（神经递质、神经激素、气体信号分子等）、脂肪代谢和氨基酸代谢产物等。除儿茶酚胺类和GABA，微生物还能产生5-HT、褪黑激素、乙酰胆碱等神经信号物质，可通过肠嗜铬细胞、上皮细胞等表面的受体，或引起肠嗜铬细胞释放相应物质，直接影响ENS，激活附近的传入神经末梢，通过迷走神经上行传入CNS。这些发现都提示，肠-脑轴在ASD患者身上有明显体现，ASD患者或动物模型为揭示肠-脑轴的作用提供很好的研究平台。

无菌或悉生小鼠的研究已经强调了共生微生物在宿主免疫系统发育中的重要作用。悉生动物显示有一些免疫缺陷，包括PP结和肠系膜淋巴结较少较小及肠道相关淋巴组织的发育缺陷，这些小鼠CD4 ⁺T细胞的组成异常、T细胞的数量异常，产生IgA的B细胞也发生了改变，IgA介导的免疫可能需要宿主耐受细菌共生小体属。这表明一些免疫激活对正常免疫发育和功能是必要的。悉生动物的肠道结构也异常，通过改变微绒毛结构的模式和降低细胞周转率。另外，一旦把无菌小鼠暴露于共生菌，共生菌介导的肠道发育调节的某些缺陷如岩藻糖基化，就会变得正常。这些发现对支持共生菌定植在肠道发育和免疫发育中的重要性有重要作用，但是在免疫、肠道菌群和ASD的联系上文献报道还很少，有待深入研究。

迄今为止，ASD没有有效的治疗方法。由于认识到肠-脑轴的作用，认识到肠道微生态与ASD关系，不少学者正尝试用益生菌治疗神经、精神和情绪行为问题，并取得了一定的疗效。在动物实验中已经发现，婴儿双歧杆菌（ B.infantis）具有一定的抗抑郁效果，补充婴儿双歧杆菌能够改善幼年期遭受母子分离的大鼠在强迫游泳试验中的表现，使下丘脑-垂体轴和BDNF表达及细胞因子水平趋于正常，同时，使单胺类神经递质和色氨酸水平也受到影响。有研究者用乳杆菌和长双歧杆菌组成一种益生菌制剂在动物实验中治疗动物的焦虑行为发现，益生菌制剂不仅能缓解大鼠的焦虑行为，也对紧张有缓解作用，说明益生菌在一定程度上具有精神病药物样作用。补充益生菌也能化解或可以减轻慢性疲劳综合征患者的焦虑情绪，甚至服用含益生菌的酸奶有可以缓解患者的情绪低落。幽门螺杆菌慢性感染的动物研究也表明，幽门螺杆菌慢性感染可以引起动物行为的变化，扰乱小鼠的肠道菌群，小鼠的探究行为可发生改变。虽然在各项研究中，使用微生态制剂改善行为的途径可能不同，有的可能是神经途径，有的可能是免疫途径，有的尚不明确，甚至可能存在其他未发现的途径，但微生态制剂确实能够在治疗精神神经疾病中的作用已经开始被逐渐接受。有不少研究者基于ASD患者存在肠道微生态平衡紊乱及与GBA轴的关系，也将益生菌治疗引入ASD综合治疗措施中，企图通过改变肠道微生物能改善ASD及相关的行为问题。这无疑为ASD这种医师治疗时感到非常棘手的疾病有了一种可以选择的新的手段。

究竟是肠道微生物引起了ASD还是ASD引起了肠道菌群的改变一直是人们争议的问题。但是，益生菌能够促进肠道菌群的平衡，抑制有害细菌的生长，减少其产生的不良代谢产物，在动物实验和小样本人群中研究中有改善行为的作用，值得进一步探讨和研究。但是，微生物研究在人体身上的研究还未得到充分的验证，需要更合理的实验设计和充分的实验证据，使微生态治疗在ASD上得以有效的实施。