孤獨(dú)癥譜系障礙兒童血清BDNF表達(dá)特點(diǎn)及高壓氧治療研究進(jìn)展

馮瓊，羅錦蘭，皇甫留杰

孤獨(dú)癥譜系障礙(autism spectrum disorder，ASD)主要是由遺傳因素及不明原因共同作用造成廣泛神經(jīng)發(fā)育障礙的一類疾病，以社交障礙、限制性刻板行為、興趣狹窄等為主要臨床癥狀，可致患者終生精神殘疾、生活不能自理，給社會(huì)和家庭帶來(lái)沉重壓力[1]。隨著對(duì)ASD認(rèn)識(shí)的不斷加深及檢測(cè)手段的日益完善，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)，我國(guó)ASD患者總數(shù)已超過(guò)1000萬(wàn)，其中兒童(0～14歲)患者人數(shù)已超過(guò)200萬(wàn)，每年新增患者人數(shù)逾20萬(wàn)例[2]。臨床上對(duì)于 ASD 的規(guī)范化診療越來(lái)越重視，針對(duì)兒童ASD治療措施的相關(guān)性研究不斷深入，高壓氧療法(hyperbaric oxygen therapy，HBOT)對(duì)ASD的治療作用得到了大量研究數(shù)據(jù)的支持[3-4]。此外，回顧性分析相關(guān)的臨床證據(jù)表明腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain derived neurotrophic factor，BDNF)表達(dá)異常與ASD有重要關(guān)聯(lián)，其在ASD發(fā)生和演變的病理過(guò)程中可能發(fā)揮重要作用[5-6]。本文就近年來(lái)眾多學(xué)者對(duì)兒童ASD中BDNF及相關(guān)通路的研究以及高壓氧的治療進(jìn)展做如下綜述。

1 ASD兒童BDNF表達(dá)特點(diǎn)及相關(guān)信號(hào)通路

1.1 BDNF及相關(guān)信號(hào)通路 BDNF是神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子家族的主要成員之一，其在哺乳動(dòng)物中樞神經(jīng)系統(tǒng)中含量最多、分布最廣，在海馬和皮質(zhì)組織等關(guān)鍵腦區(qū)高度表達(dá)，尤其是海馬CA3區(qū)。結(jié)合受體包括高親和力酪氨酸激酶受體B(tyrosine kinase receptor B，TrkB)及低親和力p75 神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體(p75 neurotrophin receptor，P75NTR)。BDNF與TrkB高度結(jié)合后，可以激活多條信號(hào)通路發(fā)揮其對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元存活、分化及突觸傳遞的調(diào)控作用，并對(duì)抗神經(jīng)毒性過(guò)程、提供神經(jīng)保護(hù)作用。BDNF 前體(pro brain derived neurotrophic factor，pro BDNF)則與P75NTR結(jié)合可激活c-Jun 和JNK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，促進(jìn)神經(jīng)元凋亡和抑制神經(jīng)干細(xì)胞的增殖并減少分化的神經(jīng)元、少突膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量[7-8]。大量文獻(xiàn)報(bào)道 pro BDNF-p75NTR 通路與 BDNF-Trk B通路在促進(jìn)神經(jīng)元存活、突觸可塑性等方面具有相反的生物學(xué)作用，正常生理狀態(tài)下兩者保持平衡狀態(tài)，共同發(fā)揮情緒調(diào)節(jié)、行為控制和學(xué)習(xí)記憶功能等重要作用[9]。

1.2 ASD兒童的BDNF表達(dá)特點(diǎn)及相關(guān)通路 大量研究發(fā)現(xiàn)血清BDNF與大腦皮質(zhì)BDNF表達(dá)量呈正相關(guān)，且全血中BDNF與海馬BDNF表達(dá)量呈正相關(guān)，故通過(guò)外周血BDNF表達(dá)可以間接反映中樞神經(jīng)系統(tǒng)BDNF的表達(dá)水平。在對(duì)中國(guó)ASD兒童(平均年齡3.78±1.22歲)的研究中發(fā)現(xiàn)血清BDNF>15.0mg/L罹患ASD的風(fēng)險(xiǎn)增加10.4倍，外周血中BDNF的濃度可被視為評(píng)估ASD患者的潛在生物標(biāo)志物[10]。研究發(fā)現(xiàn)，ASD兒童遭受腦功能損傷后，血清中BDNF的表達(dá)水平上調(diào)到一定水平后會(huì)出現(xiàn)表達(dá)水平下降，表現(xiàn)為BDNF在ASD兒童幼年時(shí)期表達(dá)升高，至9歲前血清BDNF表達(dá)平均水平明顯降低，10～19歲時(shí)出現(xiàn)小高峰。其腦內(nèi)杏仁核中成熟神經(jīng)元的數(shù)量在不同年齡段也呈現(xiàn)不同的變化，早期生長(zhǎng)過(guò)度、成年期生長(zhǎng)速度減緩，提示可能與BDNF的異常表達(dá)有關(guān)[11-12]。還有研究發(fā)現(xiàn)癥狀較輕的ASD病例的BDNF血清濃度較高，但在癥狀嚴(yán)重的ASD患者中沒有檢測(cè)到BDNF血清濃度升高，提示在疾病早期BDNF的高表達(dá)可能是為了發(fā)揮代償性的神經(jīng)保護(hù)作用[13]。Yvonne等[14]在18名年齡6～18歲ASD患者中發(fā)現(xiàn)其異常認(rèn)知功能和相關(guān)行為缺陷與血清BDNF水平降低顯著相關(guān)，BDNF水平與ASD核心癥狀的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步體現(xiàn)了BDNF表達(dá)水平與ASD的重要聯(lián)系。遺傳學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，特定的BDNF SNP和其他BDNF單倍型、連鎖峰和NTRK2(TrkB)基因變異與ASD、雙相障礙、精神分裂癥等有關(guān)，具有NTRK2基因突變的小鼠表現(xiàn)出突觸可塑性降低、異常行為增加、過(guò)度運(yùn)動(dòng)、刻板行為和認(rèn)知缺陷，所有這些特征都與ASD顯著相關(guān)[15-17]，這提供了BDNF及其受體TrkB參與ASD發(fā)病機(jī)制的有力證據(jù)。動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)BTBR小鼠海馬區(qū)BDNF及TrkB蛋白表達(dá)水平較對(duì)照組小鼠明顯降低，且突觸傳遞功能受損，提示BDNF/TrkB信號(hào)下調(diào)可能是導(dǎo)致ASD行為改變的原因之一[15-16]。另外，ASD模型鼠海馬區(qū)BDNF及其受體Trk B表達(dá)水平呈現(xiàn)早期升高，后期下降的特點(diǎn)，且與海馬區(qū)神經(jīng)元數(shù)量的變化趨勢(shì)一致，提示BDNF-TrkB信號(hào)通路與ASD的發(fā)病過(guò)程存在密切聯(lián)系,臨床研究也證實(shí)BDNF-TrkB信號(hào)通路與ASD的病因異質(zhì)性一致[17]。基于小鼠鈣依賴分泌激活蛋白2(Ca2+-dependent activator protein for secretion 2，CADPS2)與腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子分泌囊泡相關(guān)，并參與BDNF的活性依賴性釋放，并且小鼠腦中CADPS2的細(xì)胞分布與BDNF的細(xì)胞分布基本一致，Sadakata等[18]研究發(fā)現(xiàn)在CADPS2-KO小鼠中，同時(shí)表現(xiàn)出BDNF表達(dá)降低和類似于孤獨(dú)癥樣的細(xì)胞改變和行為特征，提示CADPS2介導(dǎo)的BDNF分泌障礙與孤獨(dú)癥易感性有關(guān)，其從側(cè)面證實(shí)了小鼠BDNF表達(dá)水平的降低能夠影響ASD疾病進(jìn)展。在特發(fā)性ASD中pro BDNF增加導(dǎo)致 pro BDNF-p75NTR通路與 BDNF-Trk B通路之間平衡被打破，致使神經(jīng)元的生長(zhǎng)與凋亡出現(xiàn)不平衡，BDNF亞型水平的改變可能ASD致病機(jī)制的一個(gè)組成部分。因此，保持BDNF亞型及其受體表達(dá)水平的相對(duì)平衡對(duì)于正常的突觸功能和可塑性以及皮層回路的發(fā)育至關(guān)重要[19]。此外，尸檢研究發(fā)現(xiàn)ASD患兒大腦皮質(zhì)BDNF、蛋白激酶B(protein kinase B,PKB)及抗凋亡蛋白Bcl-2(anti-apoptotic bcl-2 protein)表達(dá)水平較健康兒童顯著減少，也提示BDNF介導(dǎo)的抗凋亡信號(hào)通路異常下調(diào)與ASD有關(guān)。

2 高壓氧治療ASD兒童的相關(guān)進(jìn)展

2.1 HBOT簡(jiǎn)介 HBOT是一種通過(guò)呼吸面罩在高壓環(huán)境下呼吸純氧或高濃度氧氣來(lái)治療缺氧、缺血性疾病的方法，血氧含量約為常壓下吸氧的數(shù)十倍。即使沒有血紅蛋白釋放的氧，在3個(gè)絕對(duì)大氣壓(absolute atmosphere,ATA)下吸100%氧氣就能維持組織細(xì)胞生存并減輕大腦缺氧。HBOT沒有侵害性，具有無(wú)創(chuàng)、無(wú)害、操作簡(jiǎn)單、副作用小以及抗菌等多種特點(diǎn)，適用于各個(gè)年齡段，包括新生兒。HBOT在一氧化碳中毒、缺血性腦卒中、創(chuàng)傷性腦損傷、新生兒缺血缺氧性腦病、小兒腦癱等多種疾病的治療方面治療均取得了良好的效果，被國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)界廣泛認(rèn)可[20-21]。眾所周知，缺氧會(huì)對(duì)組織造成廣泛的損傷，發(fā)育階段的缺氧會(huì)影響大腦發(fā)育，從而導(dǎo)致神經(jīng)發(fā)育障礙。當(dāng)大腦遭受任何類型的損傷或異常時(shí)，氧氣供應(yīng)不足，缺氧成為腦損傷恢復(fù)的制約因素。已有大量證據(jù)表明HBOT可通過(guò)改善氧供、增加再髓鞘化過(guò)程、改善線粒體活性、誘導(dǎo)血管生成、減少神經(jīng)炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)體液免疫及細(xì)胞免疫、中和氧化應(yīng)激反應(yīng)、快速動(dòng)員干細(xì)胞、改變腦血流量等多方面作用治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷并改善其預(yù)后[22]，是神經(jīng)系統(tǒng)疾病不可替代的重要治療方法。

2.2 HBOT在ASD兒童治療中的應(yīng)用 近年來(lái)，HBOT對(duì)ASD的治療作用引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。大量臨床研究發(fā)現(xiàn)HBOT與現(xiàn)有一些治療方法相結(jié)合能普遍提高ASD患兒的社會(huì)功能。Kostiukow等[23]發(fā)現(xiàn)ASD兒童存在腦灌注不足，而高壓氧治療可以對(duì)抗改善腦灌注不足，通過(guò)40次HBOT發(fā)現(xiàn)在年齡較小的ASD兒童組(79個(gè)月以下)中發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥治療評(píng)估表(autism treatment evaluation checklist，ATEC)社交能力—“不模仿”、ATEC感覺/認(rèn)知意識(shí)—“顯示想象力”和ATEC健康/身體/行為—“聲音敏感”項(xiàng)目有所改善，在年齡較大的ASD兒童組(79個(gè)月以上)中，ATEC健康/身體/行為—“強(qiáng)迫性言語(yǔ)”和兒童孤獨(dú)癥評(píng)定量表(childhood autism rating scale，CARS)情緒反應(yīng)、對(duì)變化的適應(yīng)和總分都有所改善，證實(shí)HBOT是孤獨(dú)癥譜系障礙兒童綜合治療和康復(fù)過(guò)程的有效組成部分。El-Tellawy等[24]研究證實(shí)HBOT、Tomatis聲音療法(tomatis sound therapy，TST)聯(lián)合治療ASD兒童(5～14歲，平均年齡為6.8歲)的CARS得分顯著低于對(duì)照組，且HBOT與TST聯(lián)合治療在改善ASD癥狀方面的效果優(yōu)于單獨(dú)干預(yù)，考慮通過(guò)HBOT可使ASD兒童大腦大部分區(qū)域的腦灌注增強(qiáng)，ASD癥狀普遍改善，其對(duì)ASD兒童有積極影響。Mohamed等[25]對(duì)180名ASD患兒(5～8歲)進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)與基線得分相比，隨訪一年后，HBOT組(在2個(gè)月內(nèi)接受40次HBOT治療)、利培酮治療組和安慰劑組3組的平均總CARS、總ATEC和ATEC子量表得分均有不同程度的改善，且HBOT組優(yōu)于利培酮治療組和安慰劑組，提示高壓氧治療可以緩解ASD兒童的社交能力、溝通能力、認(rèn)知意識(shí)等核心癥狀，效果比利培酮顯著。Peterson等[26]研究發(fā)現(xiàn)常壓高氧(microbaric oxygen therapy，MBO2)治療可使ASD兒童癥狀明顯減輕且停止治療后趨于穩(wěn)定。Inbar等[27]也證實(shí)HBOT治療可以不同程度的改善ASD 的核心癥狀及共患病，對(duì)兒童的行為產(chǎn)生有益影響。

2.3 HBOT對(duì)ASD兒童的治療作用與BDNF的相關(guān)性 BDNF能促進(jìn)損傷神經(jīng)元的生長(zhǎng)、繁殖、修復(fù)及再生，被認(rèn)為與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療密切相關(guān)。越來(lái)越多的證據(jù)表明，恢復(fù)BDNF水平及原肌球蛋白受體激酶B(tropomyosin receptor kinase B，TrKB)活性有助于ASD的治療[28]。Xinwang Ying等[29]研究發(fā)現(xiàn)HBOT可減少脊髓損傷后前角細(xì)胞凋亡并抑制樹突/突觸變性，且與BDNF和TrkB表達(dá)增加和神經(jīng)功能恢復(fù)相關(guān)；HBOT介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用可被TrKB抑制劑ANA-12顯著抑制，并與BDNF/TrkB的低表達(dá)和更差的神經(jīng)功能狀態(tài)一致。薛芬等[30]研究發(fā)現(xiàn)HBOT預(yù)處理可能通過(guò)調(diào)節(jié)BNDF表達(dá)水平對(duì)腦缺血再灌注模型大鼠(MCAO模型大鼠)起到神經(jīng)保護(hù)作用，HBOT預(yù)處理組的梗死灶面積比(18.84±10.55)%顯著小于模型組的梗死灶面積比(25.45±8.75)%，且模型組 BDNF水平明顯低于空白對(duì)照組和HBOT預(yù)處理組。薛芬等[31]還在異氟醚所致認(rèn)知障礙(postoperative cognitive dysfunction,POCD)小鼠模型中發(fā)現(xiàn)HBOT+異氟醚組目標(biāo)象限停留時(shí)間顯著高于異氟醚組，且異氟醚組海馬 BDNF和膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(glialcellline - derived neurotrophic factor,GDNF)的蛋白相對(duì)表達(dá)水平及海馬BDNF和 GDNF的mRNA相對(duì)表達(dá)水平均顯著低于空白對(duì)照組和HBOT+異氟醚組，表明HBOT預(yù)處理可能通過(guò)調(diào)節(jié)海馬的BDNF和GDNF表達(dá)水平改善異氟醚所致認(rèn)知損傷。尹傳紅等[32]研究發(fā)現(xiàn)HBOT能夠改善阿爾茨海默病APP/PS1雙轉(zhuǎn)基因小鼠海馬及前腦皮質(zhì)的功能，提高其學(xué)習(xí)記憶能力及智力水平，且海馬區(qū)神經(jīng)元排列整齊、尼氏體數(shù)量增加，BDNF mRNA及蛋白表達(dá)水平顯著升高，推測(cè)HBOT改善 APP/PS1小鼠認(rèn)知功能的機(jī)制可能與激活BDNF相關(guān)信號(hào)通路，減輕小鼠海馬神經(jīng)元突觸損傷有關(guān)。Lina等[33]研究發(fā)現(xiàn)HBOT可動(dòng)員循環(huán)干細(xì)胞并通過(guò)上調(diào)BDNF、巢蛋白和突觸素的表達(dá)來(lái)提高認(rèn)知能力。Hung-Te Hsu等[34]研究發(fā)現(xiàn)1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)誘導(dǎo)的小鼠帕金森模型黑質(zhì)致密斑中酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase，TH)陽(yáng)性神經(jīng)元顯著丟失，HBOT顯著增加了TH陽(yáng)性神經(jīng)元的數(shù)量及BDNF表達(dá)顯著增加，且HBOT可改善MPTP小鼠的運(yùn)動(dòng)活性和握力。這些研究從另一方面為研究HBOT在ASD治療中的作用提供了佐證和思路。

3 小結(jié)與展望

ASD是一種嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育障礙，極大的影響兒童的身心健康及生活學(xué)習(xí)，已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。隨著人工智能以及神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，在一定程度上拓展了我們對(duì)ASD發(fā)病神經(jīng)的理解，但由于ASD疾病的復(fù)雜性，上述技術(shù)尚未廣泛應(yīng)用于臨床診斷。現(xiàn)階段ASD的診斷主要依靠量表及行為學(xué)觀察，漏診誤診率仍較高[35-36]，且國(guó)內(nèi)外關(guān)于ASD治療方法的研究尚未取得突破性進(jìn)展。ASD的常規(guī)臨床治療方法仍以早期行為干預(yù)以及康復(fù)訓(xùn)練為主，聯(lián)合針對(duì)精神癥狀、癲癇等臨床癥狀的藥物治療，大約2/3的 ASD兒童預(yù)后不理想，導(dǎo)致成年后不具備基本生活能力，需要家庭和社會(huì)的終身看護(hù)和照料。

HBOT可以不同程度的改善ASD患兒的認(rèn)知、語(yǔ)言、行為、溝通和社會(huì)適應(yīng)等能力，并使其病情趨于穩(wěn)定。其可能機(jī)制之一是通過(guò)調(diào)節(jié)BDNF表達(dá)水平及相關(guān)通路實(shí)現(xiàn)的。調(diào)控BDNF的表達(dá)有望成為減緩ASD進(jìn)展的重要靶點(diǎn)。此外，BDNF的表達(dá)水平對(duì)ASD的診斷和預(yù)后也具有很好的提示作用，外周血BDNF濃度被視為評(píng)估ASD患者的潛在生物標(biāo)志物。相信隨著研究的不斷深入，HBOT治療ASD的機(jī)制以及BDNF及相關(guān)通路在其中的作用將會(huì)逐一被闡明，將為ASD的診斷及治療帶來(lái)更豐富的檢測(cè)和治療手段。