這個(gè)世界上有這樣一群人，他們雙眼明亮，卻不愿對視；聽力敏銳，卻充耳不聞；嗓音清脆，卻不愛交流……他們是孤獨(dú)癥兒童，也被形象地稱作“星星的孩子”。

近年來，孤獨(dú)癥日益走入大眾視野，但作為一種廣泛性的神經(jīng)發(fā)育障礙，如何精準(zhǔn)診斷孤獨(dú)癥仍是一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)。

近日，香港中文大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授黃秀娟研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥與兒童腸道微生物組的關(guān)系，借助多領(lǐng)域的微生物標(biāo)志物可以準(zhǔn)確識別孤獨(dú)癥兒童，診斷準(zhǔn)確率高達(dá)91%，該研究成果于7月8日上線《自然-微生物學(xué)》雜志。

該成果也得到了評審高度認(rèn)可，“本研究創(chuàng)造性地驗(yàn)證了腸道微生物組標(biāo)志物組合，通過與非孤獨(dú)癥疾病進(jìn)行陰性對照實(shí)驗(yàn)，充分展示了其在孤獨(dú)癥診斷中的潛在應(yīng)用，令人印象深刻?！?/p>

揭秘“星星的孩子”

孤獨(dú)癥譜系障礙（ASD，以下簡稱孤獨(dú)癥）是一種廣泛性發(fā)育障礙，表現(xiàn)為語言發(fā)育遲緩、言語交流障礙、興趣范圍障礙和重復(fù)行為刻板等。“過去的十年里，越來越多的研究表明，腸道微生物組在調(diào)節(jié)腸腦軸和神經(jīng)免疫網(wǎng)絡(luò)方面起著關(guān)鍵作用，可能與孤獨(dú)癥的發(fā)展有關(guān)?！秉S秀娟告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

近年來，“微生物組—腸—腦軸”的研究備受關(guān)注，腸道中的微生物組通過與免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)的相互作用，影響著神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。然而，此前大多數(shù)相關(guān)研究集中在腸道微生物組的細(xì)菌成分上，且研究結(jié)果常常不一致，而對腸道內(nèi)其他微生物，如古菌、真菌和病毒的關(guān)注不足。

黃秀娟團(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到這一機(jī)遇。2019年，黃秀娟團(tuán)隊(duì)將目光投向腸道內(nèi)包括細(xì)菌、古菌、真菌和病毒在內(nèi)的多領(lǐng)域微生物組，結(jié)合其各自的功能特性，探討微生物組在孤獨(dú)癥中的作用。

但由于孤獨(dú)癥兒童的個(gè)體差異極大，如何盡可能地涵蓋更多類型，讓研究結(jié)果更準(zhǔn)確呢？黃秀娟團(tuán)隊(duì)思索良久，還是決定采用“人海戰(zhàn)術(shù)”。2021年至2023年，兩年時(shí)間內(nèi)招募了1627名年齡在1-13歲的兒童，包括患有孤獨(dú)癥和未患有孤獨(dú)癥的兒童，以便更全面地觀察腸道微生物組和孤獨(dú)癥的關(guān)系。

功夫不負(fù)有心人。黃秀娟團(tuán)隊(duì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，與未患有孤獨(dú)癥的兒童相比，孤獨(dú)癥兒童腸道中的細(xì)菌、古菌、真菌和病毒等微生物，以及其基因和代謝路徑存在顯著差異：與健康兒童相比，孤獨(dú)癥兒童腸道中的14種古菌、51種細(xì)菌、7種真菌、18種病毒、27種微生物基因和12個(gè)代謝通路發(fā)生了改變。

“為了更直觀地判斷腸道內(nèi)微生物組能否作為診斷孤獨(dú)癥的依據(jù)，我們利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，從數(shù)千種腸道微生物組特征標(biāo)志物中篩選出了具有高診斷準(zhǔn)確性的31種標(biāo)志物組合?！闭撐牡谝蛔髡?、香港中文大學(xué)助理教授蘇奇告訴《中國科學(xué)報(bào)》，經(jīng)過多輪陰性對照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)多領(lǐng)域的微生物標(biāo)志物能準(zhǔn)確區(qū)分孤獨(dú)癥兒童和非孤獨(dú)癥兒童，且準(zhǔn)確率高達(dá)91%，這為未來利用腸道微生物標(biāo)志物進(jìn)行孤獨(dú)癥的非侵入性診斷提供了新思路。

“隱身”的孤獨(dú)癥女孩

據(jù)國內(nèi)外流行病學(xué)調(diào)查顯示，孤獨(dú)癥的男女發(fā)病率為4：1，男性孤獨(dú)癥患者更為常見。但這一數(shù)據(jù)也引起了諸多質(zhì)疑，麻省理工學(xué)院的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)孤獨(dú)癥的研究中只會(huì)招募少量女性試驗(yàn)者，甚至完全將其排除在外。女性患者成為孤獨(dú)癥研究中“隱秘的角落”。

“缺乏足夠的女性樣本不僅會(huì)造成公眾的誤解，認(rèn)為孤獨(dú)癥對女孩的影響更少，還會(huì)讓女性在孤獨(dú)癥的確診和治療上面臨更多困難?！秉S秀娟表示，他們也曾面臨著招募女性樣本過少的難題，“一方面，女性孤獨(dú)癥患者的數(shù)量本身就相對較少，且更善于隱藏自己的癥狀，因此大多女性患者并未得到確診；另一方面，很多家長對孤獨(dú)癥研究的了解不足，擔(dān)心參與研究會(huì)影響孩子的正常生活。”

為攻克這一難題，黃秀娟團(tuán)隊(duì)嘗試了多種解決辦法：

首先，團(tuán)隊(duì)積極與兒科醫(yī)生和心理學(xué)家展開合作，通過專業(yè)人士向家長傳達(dá)參與研究的重要性。針對家長提出的參加研究是否會(huì)泄露個(gè)人隱私、是否會(huì)增加孩子的心理負(fù)擔(dān)等質(zhì)疑，黃秀娟團(tuán)隊(duì)聯(lián)合專家給出權(quán)威回復(fù)，得到了家長的信任，提高其參與意愿。

其次，黃秀娟團(tuán)隊(duì)在物質(zhì)和精神上給予了較大支持，不僅為參與研究的家庭提供了交通補(bǔ)貼，還安排了專門的工作人員，提供全程的支持和幫助，確保家長和孩子感到舒適和被關(guān)愛。

最后，團(tuán)隊(duì)根據(jù)招募過程中的反饋不斷調(diào)整優(yōu)化研究設(shè)計(jì)，面對不少孤獨(dú)癥女孩的地理位置較遠(yuǎn)的問題，團(tuán)隊(duì)增加了遠(yuǎn)程參與的方式，讓地理位置不再成為阻礙，讓研究更具吸引力和可操作性。

“最終本研究中女性參與者的占比是24.4%，其中包含孤獨(dú)癥患者和非孤獨(dú)癥的對照?！碧K奇告訴記者，“具體而言，本研究共招募了127名女性患者，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了之前全部基于宏基因組分析孤獨(dú)癥患者腸道菌群的研究總和?！?/p>

兩種路線之爭

“研究能夠取得突破，除了樣本量足夠豐富外，我們還創(chuàng)新了研究工具。”蘇奇告訴記者“借助宏基因組測序技術(shù)，高精度地分析包括細(xì)菌、古菌、真菌和病毒在內(nèi)的多種微生物群體，讓我們能識別出以前未被注意到的微生物及其基因和功能?！?/p>

宏基因組，也稱微生物環(huán)境基因組，是環(huán)境中全部微小生物遺傳物質(zhì)的總和。傳統(tǒng)的微生物研究多采用純培養(yǎng)的方式，預(yù)估的環(huán)境微生物多樣性只有總量的0.1%-1%，并不具備代表性。而宏基因組測序技術(shù)直接從環(huán)境樣品中提取總DNA，包括了更加豐富的微生物遺傳信息，能深入探究微生物群體的功能活性等特質(zhì)。

但宏基因組測序技術(shù)收集了海量復(fù)雜數(shù)據(jù)，對后續(xù)分析工作帶來較大挑戰(zhàn)。

黃秀娟回憶稱，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部曾在數(shù)據(jù)處理方法上出現(xiàn)分歧，一些團(tuán)隊(duì)成員傾向于使用傳統(tǒng)的生物統(tǒng)計(jì)方式，認(rèn)為更加穩(wěn)定可靠；一些成員則主張采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，能更好地處理復(fù)雜的大規(guī)模數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測。團(tuán)隊(duì)內(nèi)不同意見的爭鋒，一度導(dǎo)致研究進(jìn)度放緩。

怎樣才能解決這一分歧呢？黃秀娟思索良久，決定“兼聽則明”，組織了一系列跨學(xué)科研討會(huì)，邀請眾多生物信息學(xué)專家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家、機(jī)器學(xué)習(xí)研究人員和臨床醫(yī)生交流討論，還進(jìn)行了試點(diǎn)分析，分別使用兩種方式分析部分?jǐn)?shù)據(jù)，全方位對比兩種方法的結(jié)果。

在反復(fù)交流嘗試的基礎(chǔ)上，綜合科研人員和臨床醫(yī)生的意見，黃秀娟團(tuán)隊(duì)最終決定將兩種手段結(jié)合起來，相輔相成、相互解釋，不僅提高了數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性，還兼顧了結(jié)果的臨床解釋性。

“通過這種方式，我們既探索了腸道菌群與自閉癥之間的關(guān)聯(lián)，又開發(fā)了基于腸道菌群的自閉癥預(yù)測工具，進(jìn)一步提升了我們對孤獨(dú)癥的理解?！碧K奇告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“盡管研究結(jié)果顯示了高診斷準(zhǔn)確性，但還需要更多臨床驗(yàn)證和優(yōu)化，并補(bǔ)充對個(gè)體的縱向追蹤，探討腸道微生物群與孤獨(dú)癥發(fā)展的動(dòng)態(tài)關(guān)系，這也是我們?nèi)蘸蟮闹攸c(diǎn)?！?/p>

本篇文章香港中文大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主要成員：黃秀娟教授（左），蘇奇博士（右）。（受訪者供圖）

相關(guān)論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41564-024-01739-1

來源：中國科學(xué)報(bào)