益生菌与自闭症
自闭症谱系障碍是一种严重的发育障碍，患病率越来越高，据说每68名儿童中就有一人受到影响。自闭症谱系障碍表现为一系列症状，包括语言能力下降，社会交往障碍，重复刻板行为，对各种感官刺激的异常反应。最早对自闭症进行详细描述的是一位名叫Leo Kanner的美国精神科医生，他在1943年发表的题为《情感交流的自闭性障碍》（“Autistic disturbances of affective contact”）的论文中首次以“早期婴儿自闭症”（Early Infantile Autism）命名了一组行为表现异常的儿童，主要为性格孤僻、对某些事物表现出刻板兴趣、语言及自发性活动能力有限、对刺激过度敏感。不久之后的1944年，奥地利儿童精神科医生Hans Asperger也独自发表了一篇名为《儿童自闭性精神病》（“Autistic psychopathy in children”）的研究论文，描述了一群存在社交困难、兴趣狭隘并表现出特定重复动作的儿童，但他们的语言及认知发展并未表现异常，这一病症之后也被命名为阿斯伯格综合症。尽管两篇论文描述的是具有不同行为特征的个体，但是具有不可否认的相似性。
自闭症谱系障碍是一组复杂、持久而普遍的神经发育障碍，其特点是社会交往障碍，行为、兴趣或活动模式重复刻板。损害程度从轻微到严重，影响日常功能和生活质量的方方面面。目前的治疗主要包括专门的行为干预和药物干预。自闭症谱系障碍是一种病因复杂的异质性疾病。自闭症谱系障碍的病因是目前研究的热点，尤其是环境因素、遗传因素和表观遗传因素。另一部分研究的重点是自闭症患者中有一部分伴随有严重的胃肠道功能紊乱，其原因目前还不清楚。在肠道菌群异常的情况下，自闭症儿童中可以观察到黏膜免疫反应的激活，相关的症状通常包括易怒、发脾气、攻击性和睡眠障碍。通过短期抗生素治疗调节肠道菌群可以暂时改善自闭症行为症状。益生菌也可以影响肠道菌群组成，因此，益生菌可能是一种新的行之有效的恢复正常肠道菌群、降低炎症和改善自闭症相关行为症状的方法。
自闭症谱系障碍
自闭症谱系障碍是根据典型自闭症的核心症状进行扩展定义的广义上的自闭症，既包括了典型自闭症，也包括了不典型自闭症，又包括了阿斯伯格综合症、自闭症边缘、自闭症疑似、自闭症倾向、发育迟缓等症状。典型自闭症主要体现为社会交往障碍、语言能力障碍和重复刻板行为三方面同时存在，不典型自闭症则是上述三个方面不是全部存在缺陷，只有其一或其二。提出自闭症谱系障碍的概念，主要根据是在临床上逐渐发现，很多患者未必在三个方面都有明显的缺损，够不上典型自闭症的诊断标准，但是在社交能力方面还是有比较明显的缺陷，难以用一个特定的“标签”来命名，所以引入“自闭症谱系障碍”这个概念，把自闭的相关行为表现看成是一个谱系。
20世纪60年代和70年代进行的研究将自闭症定义为一种通常伴有智力障碍的严重疾病。1952年出版的美国《精神疾病诊断与统计手册（第一版）》（DSM-I）和1968年出版的DSM-II这两部20世纪70年代以前出版的诊断手册中，自闭症还没有成为单独的障碍诊断类别。直到1980年出版的DSM-III中，自闭症才作为一项单独的诊断类别出现，儿童期自闭症（infantile autism）与儿童期起病广泛性发育障碍以及非典型广泛性发育障碍共同组成新的诊断类别——广泛性发育障碍（pervasive developmental disorders）。DSM-IV引入了一个修订的诊断标准，包括五种自闭症亚型：自闭症、阿斯伯格综合症、待分类的广泛性发育障碍、儿童期瓦解性障碍和Rett’s综合征。最新出版的DSM-V将广泛性发育障碍改为自闭症谱系障碍，将自闭症、阿斯伯格综合症、待分类的广泛性发育障碍、儿童期瓦解性障碍统称为自闭症谱系障碍，不再做细分，并将Rett’s综合征从中去除。
自闭症与胃肠道症状
过去几十年的研究越来越多地揭示了肠道微生物在出生后免疫系统和内分泌系统的发育和成熟以及在疾病发生过程中的核心作用。肠道菌群紊乱不仅在许多生理疾病的发病中发挥重要作用，比如类风湿性关节炎、I型糖尿病和炎症性肠病，而且与精神病理学有关，比如抑郁和焦虑。其它状况，比如婴儿坏死性肠炎、癌症化疗后的全身性感染、龋齿和肥胖等也与微生物群落平衡破坏有关。现在越来越多的证据表明了脑-肠-菌轴功能失调与自闭症谱系障碍之间的联系。
在正常情况下，人体与大量微生物共生，微生物的数量和种类远远超过我们之前的预期。正常情况下，肠道菌群主要由厌氧的非致病性细菌组成，具有对宿主有益的多种功能。这些细菌通常负责吸收营养物质、产生短链脂肪酸、合成维生素和氨基酸，同时参与外源性物质的解毒，并在宿主免疫、防止病原菌过度生长和维持肠壁健康中发挥作用。
研究人员推测自闭症与肠道菌群之间存在联系可能部分是因为许多自闭症患者往往伴随着许多胃肠道症状，包括腹泻、便秘、呕吐、反胃、腹痛和腹部不适、胀气和粪便异常恶臭，这些症状与肠易激综合征的症状非常相似。研究也报道了自闭症患者胃肠蠕动的改变和肠道通透性的增加，其它研究也发现炎症性肠病和其它胃肠道疾病在自闭症患者中的发病率很高。自闭症儿童中胃肠道症状的流行程度尚不完全清楚，但据估计有9-70%的个体受到影响。这种巨大的差异可能是研究人群的差异和胃肠道症状的定义的差异造成的；然而，毋庸置疑的是胃肠道症状确实是自闭症患者的重大问题，而且可能是导致行为缺陷的重要因素。
研究表明，与没有胃肠道症状的自闭症患者相比，有胃肠道症状的自闭症患者表现出更严重的易怒、焦虑和社交回避。自闭症患者的自我伤害行为、攻击行为和睡眠障碍以及易怒等行为可能是患者腹痛和胃肠道不适的行为表现。研究也发现，胃肠道功能障碍与自闭症行为缺陷的严重程度之间显著相关，涉及言语、社交和行为等所有方面。虽然这些研究没有明确胃肠道症状与自闭症之间的因果关系，但它似乎强调了减轻自闭症儿童胃肠道症状的重要性。虽然胃肠道症状可以被看作只不过是自闭症患者经常出现的一个恶化因素，但这些症状表明肠道至少可能在一部分自闭症的发病中发挥关键作用。
一项观察研究发现，一部分退行性自闭症患儿在反复服用抗生素后出现神经行为症状和慢性腹泻，一种产生毒素的梭状芽胞杆菌被认为是可能的原因。在退行性自闭症中，一段正常或接近正常的早期发育之后，所有进一步的发育都停止了，以前获得的交流和社交技能也丧失了，这种情况通常发生在15至30月龄之间。一旦发育倒退，这些儿童通常会遵循典型的自闭症发育轨迹。基于此，一位患有退行性自闭症的孩子的母亲Ellen Bolte提出了关于自闭症的“梭菌假说”，她和其他患有退行性自闭症的孩子的父母观察到，反复使用抗生素后孩子出现神经行为的变化以及慢性腹泻，抗生素通常是用于治疗慢性中耳炎的。
“梭菌假说”是指当肠道菌群失衡和存在产毒素的梭菌属细菌时，可能导致自闭症谱系障碍的行为症状。该假设的基本原理是基于自闭症的行为症状与其它产毒素的梭菌调节的疾病行为具有一定的相似性。
梭菌是一种厌氧、产芽孢的革兰氏阳性杆菌，其中大多数被认为是健康肠道菌群中有益的成员，完全没有致病性。然而，某些梭菌属细菌，比如破伤风梭菌（Clostridium tetani）和产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens），可以产生已知能引起多种人类疾病的强效毒素。在某些情况下，毒素的释放可能与肠道菌群的破坏有关。艰难梭菌（Clostridium difficile）可以导致严重的腹泻，通常在抗生素使用之后。肉毒杆菌中毒是一种由肉毒梭菌（Clostridium botulinum）产生的毒素引起的神经麻痹性疾病，其中一些被认为是肠道菌群紊乱引起的。婴儿肉毒杆菌中毒被认为与肠道菌群发育不成熟有关。
其它研究进一步支持了自闭症的“梭菌假说”。在一项小型研究中，研究人员对11名退行性自闭症患者进行为期6周的万古霉素治疗，万古霉素是一种能够有效对抗梭菌的抗生素，结果发现其中8名患儿的神经行为症状得到显著改善，胃肠道症状也明显改善，这表明产毒素的梭菌是退行性自闭症的潜在原因。然而，这些行为上的改善只是暂时的，所有受试者在停用万古霉素后，肠道和行为症状都逐渐回归。这种复发可以用以下事实来解释：许多梭菌可以转化为孢子形式，这种形式对抗生素具有高度的耐药性，抗生素停用后会萌发成感染形式并恢复毒素的产生。此外，口服的方式补充万古霉素意味着抗生素的作用仅限于肠道，因为它不能被肠道吸收，这也进一步支持了肠道菌群在自闭症中的作用。
虽然大量的研究支持自闭症的“梭菌假说”，但是确切的致病细菌尚未确定。研究人员通过培养的方法发现，有胃肠道症状的自闭症患儿的粪便中的梭菌水平比健康对照升高了10倍，同时厌氧菌明显缺乏。
其中一种大量发现的梭菌被归类为梭状梭菌（Clostridium clostridioforme），但后来发现是一种独特的新物种并改名为鲍氏梭菌（Clostridium bolteae），以向Ellen Bolte致敬。另一项研究也同样发现自闭症患者中鲍氏梭菌丰度升高，同时他们发现梭菌簇I和XI的丰度升高而梭菌簇XIVab的丰度降低，其中梭菌簇I和XI包括产毒素的产气荚膜梭菌（C. perfringens）和艰难梭菌（C. difficile），而梭菌簇XIVab被认为是由有益的梭菌组成的。此外，另一项研究发现自闭症患儿肠道中溶组织梭菌（Clostridium histolyticum）的水平显著升高，这是一种产毒素的细菌。同时，该研究也对有胃肠道症状和没有胃肠道症状的自闭症患儿进行了比较，发现高水平的梭菌水平与胃肠道症状显著相关。
自闭症患者中其它肠道细菌的变化
在自闭症患者中也发现了其它种类的肠道细菌水平的变化。萨特氏菌属（Sutterella）是变形杆菌门中的一个厌氧的革兰氏阴性菌属，也被推测在自闭症中发挥作用。在胃肠道功能紊乱的自闭症患儿胃肠道活检中发现，与胃肠道紊乱的对照组相比，萨特氏菌属的丰度明显更高。这想研究表明在半数以上的有胃肠道功能紊乱的自闭症儿童中，萨特氏菌是肠道菌群的主要组成部分，而在只有胃肠道功能紊乱的儿童中则没有。除萨特氏菌属以外，也有研究发现自闭症患儿肠道中存在高水平的扭链瘤胃球菌（Ruminococcus torques）。
普氏菌属（Prevotella）是拟杆菌门的成员，普氏菌和其它拟杆菌通常与良好的肠道健康有关，研究发现自闭症患者肠道中普氏菌丰度降低。自闭症患者的临床表现可能与肠道萨特氏菌的增加和普氏菌的减少导致的肠道菌群失衡有关。萨特氏菌导致自闭症的机制尚不清楚。然而，萨特氏菌属于β-变形菌纲，一些已知的致病菌比如淋病奈瑟氏菌（Neisseria gonorrhoeae）、脑膜炎奈瑟氏菌（Neisseria meningitidis）、百日咳鲍特氏菌（Bordetella pertussis）、洋葱伯克氏菌（Burkholderia cepacia）也属于β-变形菌纲，这些微生物遗传上密切相关，能引起多种疾病。
在自闭症患儿中观察到的丰度增加的其它微生物包括：嗜黏蛋白阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphilia）、脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、普氏栖粪杆菌（Faecalibacterium prausnitzii）；然而，对这些微生物的重复研究并没有发现显著差异。此外，这些微生物作为可能在神经发育疾病中发挥作用的病原体似乎并不合理；例如，嗜黏蛋白阿克曼氏菌和普氏栖粪杆菌都被认为是健康肠道菌群的生物标志物。由于研究方案和研究对象的差异，不同的研究确实有不一样的发现，甚至相互矛盾的结果；然而，大量的证据都表明自闭症在某种程度上可能与肠道菌群失调有关。
肠道菌群失调导致自闭症的可能机制
肠道菌群失调导致自闭症的可能机制包括：菌群失调引起的肠道完整性破坏、毒素的产生、代谢过程或代谢产物的变化以及免疫与代谢异常等等。
1、影响菌群失调的因素
肠道菌群失调的一个可能因素是抗生素的使用，它会破坏正常的肠道菌群健康。另一种可能的机制是，双糖酶和己糖转运体的缺乏导致肠道碳水化合物环境的改变，进而通过为细菌提供额外的生长底物而导致菌群失调。
2、肠漏
肠道上皮肠屏障由紧密连接来维持，以控制胃肠道和血流之间的分子流动。肠道微生物及其配体在维持肠道屏障完整性方面起着至关重要的作用，在菌群失调的情况下可见肠道屏障的破坏。肠道上皮屏障完整性的破坏，也就是我们常说的“肠漏”，与多种肠道和全身疾病有关。肠道通透性增加可能允许细菌、毒素和代谢物随意通过，并可导致免疫激活。
3、免疫功能紊乱
肠道通透性增加的一个后果是血液循环中细菌来源的脂多糖增加，脂多糖可触发免疫和炎症反应，其特征是全身促炎细胞因子水平增加。确实，自闭症患者中存在免疫功能异常。细胞因子是正常神经发育所必需的，细胞因子水平的异常会影响这一过程。据报道，自闭症儿童的促炎细胞因子水平有所上升，尤其是那些退行性自闭症患儿。自闭症患者血浆中IL-1β、IL-6、IL-8等促炎细胞因子以及巨噬细胞迁移抑制因子与血小板源生长因子水平升高，它们的升高与自闭症患者的沟通不畅、社交障碍有关。此外，外周免疫谱的改变，尤其是转化生长因子-β、p-选择素和巨噬细胞迁移抑制因子与刻板行为、多动行为和沟通障碍的严重程度有关。
另一个关键的发现是自闭症患者死后大脑标本中存在明显的神经炎症，包括小胶质细胞的过度激活和促炎细胞因子谱的增加。小胶质细胞是中枢神经系统的吞噬细胞，不仅在中枢神经系统的免疫监测中发挥重要作用，而且在正常中枢神经系统发育过程中的突触形成和发育细胞凋亡中发挥重要作用。此外，越来越多的研究指出小胶质细胞缺陷在神经发育障碍中的作用，出生后早期小胶质细胞的减少与突触传递减弱、功能性大脑连接减少、社交缺陷和重复行为增加有关。
4、细菌产生的毒素，比如酚类
细菌产生的毒素由于肠漏进入血液从而向全身扩散，可能导致神经毒性作用。酚类化合物是最近研究的热点，值得注意的是，一些酚类化合物被发现与特定细菌有关，比如艰难梭菌，被认为具有神经毒性。多酚通过肠道微生物代谢成更简单的酚类化合物，这些酚类化合物在肝脏中进一步转化，最终随尿液排出。总的来说，一些酚类化合物，例如苯酚和对甲酚等，在待分类的广泛性发育障碍患者和自闭症患者的粪便中升高。对甲酚及其共轭衍生物对甲酚硫酸盐在8岁以下的自闭症儿童样本中也被发现升高。在8岁以内的自闭症患儿的尿液样本中也发现对甲酚及其共轭衍生物对甲酚硫酸盐的水平升高。
环境中对甲酚的暴露以及随后通过皮肤、胃肠道和呼吸系统的吸收是常见的，但这种化合物最广泛的来源是通过肠道细菌表达的对甲酚合成酶，这种酶在人类细胞中是找不到的。对甲酚是氨基酸酪氨酸和苯丙氨酸的代谢产物之一，某些种类的肠道细菌能够促进酪氨酸发酵形成对甲酚。对甲酚会加重自闭症的严重程度和肠道功能障碍，肠道感染、抗生素和异常的肠道通透性是自闭症患者中对甲酚过量的潜在原因。
5、代谢异常
代谢组是机体代谢过程中所涉及的一整套化合物，它受到进入结肠的底物类型以及肠道菌群组成所调节。肠道细菌产生的代谢物在健康和疾病中起着至关重要的作用。与没有自闭症的儿童相比，自闭症儿童的代谢过程或代谢产物的利用可能发生改变，从而影响神经发育和行为。
6、丙酸和其它短链脂肪酸
膳食碳水化合物，特别是抗性淀粉和膳食纤维，是肠道细菌发酵产生短链脂肪酸的底物。短链脂肪酸的产生速度和数量取决于肠道菌群组成、底物的来源和肠道转运时间。自闭症相关的肠道细菌，比如梭菌、拟杆菌和脱硫弧菌，在丙酸及其相关的短链脂肪酸的产生中发挥重要作用，这些短链脂肪酸很容易穿过肠道屏障和血脑屏障，进而对肠道、大脑和行为产生广泛影响。
它们通过改变神经递质的合成和释放、线粒体功能、免疫激活、脂质代谢和基因表达来影响中枢神经系统功能。过量的短链脂肪酸可能会产生负面影响，导致发育迟缓和退化、癫痫发作、代谢性酸中毒和胃肠道症状，症状的严重程度与丙酸水平相关。
在动物模型中，脑室内注射丙酸可以损害社交行为和认知，诱导异常行为，降低兴趣，以及诱发神经炎症反应。在人类受试者中，自闭症患儿的粪便短链脂肪酸和氨（一种可能对宿主健康有害的蛋白发酵产品）的水平升高。
7、游离氨基酸的代谢失调
在自闭症和待分类的广泛性发育障碍的患儿中观察到游离氨基酸代谢失调，自闭症患儿的粪便样本中游离氨基酸总量最高。一些游离氨基酸，特别是谷氨酸，是影响中枢神经系统的神经递质。谷氨酸与一些神经精神疾病的病理生理学有关，过量的谷氨酸会导致神经元细胞死亡。由于谷氨酸在大脑发育中的关键作用，谷氨酸神经传递被认为参与自闭症的发生。相反，在自闭症患儿中也发现了甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、丙氨酸、组氨酸和谷氨酰胺的水平下降，这也表明氨基酸代谢异常。
8、其它代谢异常
自闭症患者尿液代谢组分析确定了一些与肠道菌群相关的分子，比如二甲胺、马尿酸和苯乙酰谷氨酰胺。对羟基苯乙酸是一种与双歧杆菌和乳酸菌相关的代谢物，被认为是一种抗氧化剂，自闭症患儿血浆中对羟基苯乙酸的水平下降。另外，研究发现自闭症患儿的有机酸牛磺酸水平以及肌肽等抗氧化剂水平显著降低，这进一步表明自闭症患者的代谢异常以及氧化应激增加。
益生菌与自闭症
益生菌（probiotics）一词来源于希腊语，意思是“为了生命”（for life），现在用于描述“摄入足够数量时能够给宿主带来健康益处的活性微生物”。由于益生菌的功能特性与健康改善有关，人们对益生菌的兴趣在过去几年里呈指数级增长，并且已经开始渗透到各种文化之中。益生菌与公共健康的关系日益受到科学界和商业界的追捧。
肠道菌群、肠道疾病和自闭症是一个非常有潜力的研究领域。许多研究发现自闭症儿童的肠道菌群与健康儿童存在明显差异。肠道菌群失调与自闭症之间的相关性及其可能的作用机制表明，调节肠道及肠道菌群健康可能是治疗自闭症的一种潜在方法。益生菌可能通过调节肠道菌群组成，改善肠道屏障完整性，进而减少特定肠道代谢产物的渗漏，重建血清中的代谢产物，改善与自闭症相关的行为异常。此外，绝大多数免疫系统集中在肠道黏膜内和黏膜周围，肠道微生物参与免疫系统的成熟，并参与免疫系统的调节和功能。特定益生菌菌株能够参与调节免疫反应。益生菌的使用还能影响中枢神经系统功能。这些都表明益生菌在治疗自闭症中的潜力。
2013年，美国加州理工大学的研究人员发现，对怀孕母鼠进行特殊的免疫刺激，让它们产下具有自闭症特征的幼鼠，同时小鼠的肠道中拟杆菌的数量减少而梭菌的数量增加，小鼠的肠道通透性也明显增加。研究人员通过给自闭症小鼠补充一种从人类肠道中分离的脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis），结果发现脆弱拟杆菌改变了小鼠的肠道菌群组成，改善肠道通透性，更重要的是改善了它们的行为：它们变得不那么焦虑，与其它小鼠的交流增多，并且表现出较少的重复刻板行为。
孕妇妊娠期肥胖会增加后代的神经发育障碍，包括自闭症。2016年，来自美国贝勒医学院的研究的发现，母亲孕期的高脂肪饮食会对后代幼鼠肠道菌群造成负面影响，这些幼鼠表现出社交行为问题，比如花更少的时间与它们的同伴交往，不主动发起互动。进一步分析发现，一种被称作罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）的细菌在吃高脂饮食的母鼠生产的幼鼠肠道中下降了9倍多。罗伊氏乳杆菌可以促进催产素产生，而催产素在社交行为中发挥着关键性作用，而且与人类自闭症相关联。研究人员给高脂饮食的母鼠生产的幼鼠补充罗伊氏乳杆菌可以再一定程度上逆转其社交行为缺陷。
2017年，埃及研究人员进行的一项前瞻性开放标签临床研究发现，益生菌对于自闭症患者的行为和胃肠道症状具有有益作用。研究所使用的益生菌为嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌。益生菌干预三个月后，自闭症儿童的表达/语言沟通能力、社交能力、感知/认知能力和健康/生理/行为得到明显改善，同时患者的便秘、大便性状、胀气和腹痛症状也得到明显改善。
总结
在过去的几年里，益生菌在自闭症患者身上的应用越来越受到人们的关注，益生菌可以改善患者的排便习惯、行为和社交功能。微生物-肠-脑轴在自闭症中发挥重要作用，通过益生菌或粪菌移植等方式重建肠道菌群的健康平衡可能可以帮助改善自闭症的症状。当然，益生菌对自闭症患者的作用也可能因人而异，取决于患者自身的肠道菌群状况，患者的饮食习惯和生活习惯等等。此外，不同的自闭症患者也有着不一样的胃肠道表现，有的患者表现出严重的胃肠道症状，比如腹泻、便秘和腹痛等等，而有的患者则没有任何胃肠道症状，这也表明自闭症发病原因的复杂性。不管怎样，基于肠道菌群失调在自闭症中的作用，以及益生菌改善自闭症行为症状的现有研究发现，益生菌完全可以作为一种非药理学和低风险的辅助治疗手段推荐给自闭症患者。