研究显示，人体能量系统可能是理解自闭症的关键
核心要点
发现： 加州大学圣地亚哥分校的科学家确定了细胞代谢和能量信号传导是连接所有已知遗传和环境自闭症风险因素的中心因素。
三重打击模型： 自闭症发展需要三个因素同时存在：遗传性代谢过度敏感、关键发育窗口期（孕晚期至18-36个月）的环境触发因素，以及该早期阶段持续或反复的细胞应激激活。
重要性： 作者估计，通过早期筛查和干预，40-50%的自闭症病例可能得以预防，类似于苯丙酮尿症(PKU)目前的成功管理模式。这是基于模型的预测，需通过临床试验验证。已有多种筛查方法可在症状出现前识别高风险婴儿。
关键角色： 一种称为细胞外ATP(eATP)的分子充当危险信号。当细胞在早期发育中对该信号过度敏感时，会将能量从典型大脑发育重新导向细胞防御，改变神经连接形成方式。
下一步： 研究人员正在开发靶向ATP信号通路的抗嘌呤能药物(antipurinergics)。动物研究和一项小型人体试验显示出潜力，但需更大规模试验，目前尚无获批疗法。同时，针对孕妇和新生儿的代谢筛查项目也在开发中。
核心结论： 自闭症并非仅由遗传或环境单独导致的必然结果；它是一种代谢综合征，关键发育窗口期细胞应激的时间和持续性决定了症状是否出现。
大脑和代谢系统始终在进行持续的对话。当这种对话在早期发育的关键窗口期出现问题时，可能导致自闭症谱系障碍。这是加州大学圣地亚哥分校研究的核心见解，该研究将细胞能量和代谢定位为大脑发育和自闭症风险的中心因素。
科学家们长期以来一直在努力解释数百种不同的遗传和环境原因如何产生相似的自闭症症状。发表在《线粒体》(Mitochondrion)杂志上的一项模型揭示了答案在于代谢。更具体地说，是在生命的最初几年中，细胞如何产生、使用和通过能量分子发出信号。
"大脑控制代谢，代谢控制大脑，"加州大学圣地亚哥分校医学院线粒体和代谢疾病中心主任Robert K. Naviaux博士解释道。他的团队研究确定了一个细胞能量信号系统，作为连接自闭症中遗传、环境暴露、免疫功能和神经发育的共同因素。
细胞应激信号如何塑造大脑发育
该系统的核心是一种称为细胞外ATP(eATP)的分子。当细胞因感染、毒素或炎症而经历应激时，会将ATP释放到细胞外作为危险信号。这会触发一种称为细胞危险反应(CDR)的防御反应，将细胞资源从生长重新导向保护。
在典型发育中，这种应激反应仅在需要时短暂激活，然后完全关闭。但在发展出自闭症的儿童中，该系统可能在孕晚期至出生后18-36个月的神经关键窗口期内反复或持续激活。由此产生的代谢变化会重新布线大脑如何形成连接、神经递质如何产生，以及免疫系统和肠道微生物组如何发育。
在早期发育中经历反复应激的细胞会以持久方式适应。它们改变细胞膜的组成，改变线粒体产生能量的方式，并对该本应保护它们的应激信号变得过度敏感。这些代谢适应创造了某种细胞记忆，即使原始触发因素已消失，仍会持续存在。
这种代谢过度敏感解释了自闭症的几个令人困惑的特征。自闭症儿童通常对感官刺激表现出高度反应——不仅是声音和光线，还包括食物、环境中的化学物质，甚至日常习惯的改变。在此模型下，这些敏感性可追溯至代谢上已准备好检测和响应潜在威胁的细胞和神经元。
该模型还解释了为何75-95%的自闭症儿童有其他医学状况。胃肠道问题、睡眠障碍、癫痫和免疫功能障碍等问题并非与自闭症分离——它们是同一潜在代谢紊乱影响不同器官系统的不同表现。
线粒体——产生能量的细胞"发电站"——扮演着核心角色。15%至96%的自闭症儿童显示线粒体功能障碍的生物标志物或症状，不是因为他们有原发性遗传性线粒体疾病，而是因为他们的线粒体已适应慢性细胞应激。这些适应使细胞在暴露于额外应激源时变得更加脆弱，研究人员称之为"线粒体氧化还原脆弱性"。
三个因素必须同时存在
在此模型下，自闭症的发展需要三个因素同时存在。首先，儿童遗传了使线粒体和细胞信号系统对环境变化过度敏感的基因。这些基因变异影响细胞处理应激和释放化学信号的方式。没有单一基因单独决定结果。即使是与自闭症相关的强效单基因条件也显示出可变的外显率，有些风险比普通人群高出13倍以上。然而，即使是这些强有力的遗传因素，仍需要环境和时间元素才能将平衡推向自闭症。
其次，儿童在关键发育窗口期内经历激活细胞危险反应的环境暴露。这些触发因素包括空气污染、孕期母体发热、某些母体自身抗体、妊娠期糖尿病等代谢状况，或接触农药和其他化学物质。每个因素都会破坏线粒体功能并激活应激信号通路。
第三个因素是持续性或复发性。当代谢应激在神经关键窗口期内持续或反复发生——特别是在早期发育期的几个月内——它会改变大脑发育的轨迹。这阻止了生命最初几年通常发生的从兴奋性到抑制性信号的正常发育转变。
代谢重布线多个身体系统
代谢效应同时级联影响多个系统。在肠道中，慢性应激信号改变了哪些微生物能够生存和繁荣，从而改变了微生物组。肠道产生人体95%以上的血清素，而肠道代谢的紊乱会影响这一神经递质系统。
在大脑中，代谢应激激活了称为小胶质细胞的免疫细胞和支持细胞称为星形胶质细胞。这些激活的细胞释放炎性信号，改变神经元相互形成连接的方式。突触发生——神经元之间连接的形成过程——在生命最初几年极为活跃，需要巨大的代谢资源。当这些资源被重新导向细胞防御时，典型的大脑布线模式就无法形成。
代谢紊乱还影响特定大脑区域。小脑含有大脑中一些代谢最活跃的细胞，在自闭症中显示出一致的异常。在关键发育窗口期内，称为浦肯野细胞的特殊抑制性神经元可能会丢失，特别是在经历发育退化的儿童中。
在某些大脑区域，缺乏血脑屏障的特殊结构称为室周器官，不断监测血液中的化学物质。当代谢应激反应使这些监测系统过度敏感时，儿童可能会对无害的环境刺激产生多模态感官和化学过度反应。
通过代谢筛查早期检测
代谢模型为早期检测和预防开辟了新可能性。几种筛查方法可以在症状出现前识别自闭症风险的代谢特征。孕期母体血液分析可通过检测与慢性细胞应激相关的代谢模式，以90%的准确率预测自闭症风险。这些模式包括氨基酸和脂肪酸代谢减少、谷胱甘肽减少以及叶酸和维生素B12代谢紊乱。
出生后，新生儿筛查的干血斑代谢分析可识别高风险婴儿。通过专门的头发分析测量身体随时间沉积金属的方式，可在出生第一个月内以81%的准确率预测自闭症发展。这些方法检测代谢相位同步的紊乱——身体各处细胞活动的节律协调，这对健康发育至关重要。
孕期检测母体自身抗体也可识别高风险妊娠。拥有10种与自闭症相关自身抗体中定义的两种或以上的女性，其子女发展出自闭症的风险增加7.8倍。这些自身抗体靶向参与线粒体功能、代谢和细胞应激反应的蛋白质。
研究将自闭症与苯丙酮尿症(PKU)进行了类比，苯丙酮尿症是一种曾导致严重智力残疾的遗传性代谢疾病。PKU也遵循三重打击模式：影响氨基酸代谢的遗传易感性、苯丙氨酸饮食暴露以及发育过程中毒性代谢物的持续存在。通过新生儿筛查和饮食管理，现在超过90%的PKU患儿能够过上正常生活。
作者估计，如果早期风险被识别并解决，相当一部分自闭症病例——可能40-50%——可能是可以预防的。这是基于模型的预测，而非已实现的结果。这一估计源于证据表明，即使存在遗传易感性，环境触发因素和持续的应激激活也是可修改的因素。
当前治疗方法集中在三个领域：减少激活细胞应激的环境暴露，通过营养和治疗并发疾病支持代谢弹性，以及开发能够恢复过度敏感信号系统平衡的药物。
一种实验性药物类别称为抗嘌呤能药物(antipurinergics)，靶向维持慢性细胞应激的ATP信号通路。动物研究和一项小型人体试验显示出良好结果，尽管仍需更大规模的试验来确立安全性和有效性。目前尚无批准用于临床的抗嘌呤能自闭症治疗。
代谢框架也解释了为什么治疗并发医学状况会改善自闭症症状。胃肠道问题、睡眠障碍和免疫功能障碍等状况都在争夺最佳发育所需的相同有限代谢资源。治疗这些状况将能量和代谢资源返还给儿童，以获得更好的发育结果。
Naviaux强调，自闭症是"多因果"的——它是由许多亚临床应激源的整合导致的，而非任何单一因素单独作用。这解释了为什么数百种不同的遗传和环境因素每种都能增加风险，却产生相似的核心症状。它们都汇聚在细胞代谢和能量信号传导上，作为最终的共同通路。
该模型将自闭症重新定义为：不是遗传或环境单独作用的不可避免结果，而是一种代谢综合征，即使症状出现后，干预可能仍然可行。通过将代谢理解为大脑发育和自闭症风险的中心因素，研究人员和临床医生获得了预防、早期检测和治疗的新工具。
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