在儿童神经发育的世界里，自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder， ASD）如同一道复杂的谜题，其核心表现为社交沟通障碍和重复刻板行为。近年来，全球ASD患病率持续上升，带来了巨大的公共卫生挑战，深刻影响着儿童的健康和生活质量。然而，其背后的发病机制仍未完全阐明，临床上仍然缺乏针对其核心症状的特异性干预手段，这使得寻找新的治疗靶点和策略变得尤为迫切。
有意思的是，科学家们发现，ASD不仅与中枢神经系统的异常有关，还常常伴随着外周的表现，尤其是胃肠道问题，如便秘、腹泻和肠道菌群失调（即肠道微生物生态失衡）。越来越多的证据表明，这种肠道微生物群落的改变与ASD的发病紧密相连，二者之间通过一条名为“肠脑轴”的双向通信网络相互影响。这条轴将肠道菌群、代谢系统和神经系统连接起来，可能通过免疫调节、神经递质代谢和迷走神经信号等机制，影响着神经发育和行为表型。与此同时，代谢紊乱，尤其是长链多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty Acids， PUFAs）的代谢异常，也被发现与ASD密切相关。例如，有临床研究显示，ASD患者的血液和脑脊液中的花生四烯酸（Adrenic Acid， AdA）水平显著降低，且与社交缺陷的严重程度呈负相关。AdA是一种在神经系统中高度富集的PUFA，对神经元发育、髓鞘形成和突触修复至关重要。
基于这些背景，一个关键的科研问题浮现：能否通过调控这条“肠道-代谢-大脑”通路来改善自闭症的核心症状？如果有一种药物能同时作用于代谢和肠道菌群，是否会带来全新的治疗希望？本期研究的焦点——胰高血糖素样肽-1受体激动剂（Glucagon-like peptide-1 receptor agonist, GLP-1RA）司美格鲁肽（Semaglutide）——正是这样一个潜在的候选者。它已获美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于治疗成人肥胖和超重，近年来更有研究发现它能通过重塑肠道菌群来发挥神经调节作用，这为其在神经发育障碍领域的应用打开了想象空间。为了验证这一假说，研究团队选择了经典的BTBR T(+) Itpr3(tf)/J（BTBR）小鼠作为自闭症动物模型。这种小鼠具有自闭症的核心行为特征，同时伴有肠道菌群失调和肠道屏障功能障碍，是探究“肠脑轴”机制的理想平台。
本项研究发表于《Pharmacological Research》期刊，旨在探索在生命早期发育阶段进行短期司美格鲁肽干预，是否能够通过重塑肠道菌群、校正代谢谱、并最终促进海马神经发生，从而对ASD样行为产生长期且持久的改善效果，并深入揭示其内在的分子机制。
为了开展这项系统性研究，研究人员运用了多种关键的技术方法。首先，建立了动物模型并实施药物干预，在新生BTBR和对照C57BL/6J小鼠出生后第0天开始，每周腹腔注射一次司美格鲁肽或生理盐水，持续四周。随后，对小鼠进行了一系列全面的行为学测试，包括三箱社交实验、新物体识别、Y迷宫、自我理毛、埋珠实验以及复杂的水迷宫和反向水迷宫测试，以评估其社交、认知和刻板行为。在分子机制探索层面，研究对小鼠海马组织进行了RNA测序和生物信息学分析，以筛选差异表达基因和关键通路。通过定量逆转录聚合酶链式反应和蛋白质印迹法对关键基因和蛋白进行了验证。此外，研究还利用16S rRNA基因测序分析了不同组小鼠粪便中的肠道菌群组成，并采用非靶向代谢组学技术剖析了血清中的代谢物变化。为了直接验证肠道菌群在行为改变中的因果作用，他们进行了粪菌移植实验。最后，研究还通过体外细胞实验，培养了原代海马神经干细胞，并使用CCK-8、EdU染色、流式细胞术等方法，验证了AdA对神经干细胞增殖的直接促进作用。
研究结果
3.1. 早期给予司美格鲁肽可改善BTBR小鼠的自闭症样行为和认知障碍
研究发现，早期（出生后第0至28天）给予司美格鲁肽，能够显著且持久地改善BTBR小鼠的核心行为缺陷。在三箱社交趋近测试中，经过司美格鲁肽治疗的BTBR小鼠，花费更多时间在与陌生小鼠所在的隔间，并对陌生小鼠表现出更多的嗅探行为，其社交偏好指数显著提高，表明其社交能力得到恢复。在社会记忆测试中，司美格鲁肽也改善了BTBR小鼠区分熟悉小鼠与陌生小鼠的能力。在雄雌相互社交测试中，治疗后的BTBR小鼠在嗅探身体、会阴等特定社交行为上花费的时间也显著增加。此外，司美格鲁肽还显著减少了BTBR小鼠过度自我理毛和埋藏弹珠的行为，这表明其刻板/重复行为得到了缓解。在认知方面，司美格鲁肽恢复了BTBR小鼠在新物体识别测试中的识别记忆，并在Morris水迷宫和反向水迷宫测试中，显著缩短了其找到隐藏平台的逃避潜伏期，并增加了在目标象限停留的时间和穿越平台的次数，表明其空间学习和记忆能力得到改善。重要的是，司美格鲁肽对正常对照C57小鼠的行为没有产生显著影响，显示出其对病理状态的针对性恢复作用。同时，司美格鲁肽还改善了BTBR小鼠伴随的轻度高血糖和体重增加问题。
3.2. 早期司美格鲁肽干预可恢复BTBR小鼠海马齿状回的神经发生
鉴于海马在社会行为和认知中的核心作用，研究人员分析了小鼠海马组织的转录组。结果发现，司美格鲁肽治疗显著影响了与“神经发生的调控”相关的基因集。在差异表达的枢纽基因中，鉴定出包括Bmp4、Notch1、Cdh1、Lef1和Sox2在内的多个关键基因，它们共同调控神经干细胞的自我更新和命运分化。进一步的免疫组织化学和蛋白质印迹分析证实，BTBR小鼠海马齿状回中未成熟神经元和神经祖细胞的数量显著减少，而司美格鲁肽治疗能够有效地恢复这些细胞的密度，并增加神经树突的长度。这表明，司美格鲁肽通过重建海马神经发生的微环境，为行为改善提供了结构基础。
3.3. 粪菌移植可调控刻板、认知和社交行为
为了探究肠道菌群在行为改变中的直接作用，研究进行了粪菌移植实验。结果显示，将来自未治疗的BTBR小鼠的肠道菌群移植给正常的C57小鼠，会使后者出现类似自闭症的刻板行为（如自我理毛增加）和认知功能下降。反之，将来自正常C57小鼠或经司美格鲁肽治疗的BTBR小鼠的菌群移植给BTBR受体小鼠，则能显著改善其刻板行为和社交缺陷。这些结果提供了直接的因果证据，表明司美格鲁肽对行为的改善作用至少部分是由其重塑的肠道菌群所介导的。
3.4. 肠道菌群16S rRNA分析表明司美格鲁肽可重塑肠道微生物群
通过对小鼠粪便进行16S rRNA测序，研究发现BTBR小鼠的肠道菌群组成与正常C57小鼠存在显著差异。司美格鲁肽治疗使BTBR小鼠的肠道微生物群落结构发生了明显的“校正”性改变，使其β多样性更接近C57对照组。在菌属水平上，司美格鲁肽显著降低了与ASD风险和代谢紊乱相关的菌属（如Blautia、Allobaculum和Parasutterella）的相对丰度。同时，免疫荧光和qRT-PCR结果显示，司美格鲁肽增强了BTBR小鼠结肠紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin和Claudin-1）的表达和连续性，修复了受损的肠道屏障。
3.5. 非靶向血清代谢组学鉴定出司美格鲁肽对代谢紊乱的校正作用
血清代谢组学分析显示，BTBR小鼠存在广泛的代谢谱失调，尤其是脂质代谢途径。司美格鲁肽干预后，BTBR小鼠的整体代谢谱向C57对照组状态发生了显著转移。在217个共同受基因型和治疗调节的代谢物中，脂质和类脂分子占据了最大比例。通路富集分析突出显示了花生四烯酸代谢通路的显著改变。其中，AdA被鉴定为在司美格鲁肽治疗后变化最显著的关键代谢物。
3.6. 关联分析突显AdA是与肠道菌群和神经发育结果相关的关键代谢物
相关性分析发现，血清AdA水平与多个对司美格鲁肽敏感的菌属（如Clostridium_innocuum_group、Allobaculum、Parasutterella和Blautia）呈显著负相关。酶联免疫吸附测定进一步证实，BTBR小鼠在血清、海马、粪便和皮质中的AdA水平均显著降低，而司美格鲁肽治疗或移植来自司美格鲁肽治疗小鼠的菌群，都能有效恢复这些组织中的AdA浓度。此外，AdA水平与自闭症样行为得分呈负相关，并与海马神经发生相关基因的表达上调同步。
3.7. AdA补充可挽救BTBR小鼠的社交行为并增强海马神经发生
为了直接验证AdA的作用，研究人员对BTBR小鼠进行了为期两周的AdA补充。结果发现，外源性AdA补充能够显著改善BTBR小鼠在三箱社交测试中的社交能力和社交记忆，其效果与司美格鲁肽治疗类似。同时，AdA补充也显著增加了BTBR小鼠海马齿状回中未成熟神经元和神经祖细胞的密度，并恢复了DCX蛋白的表达水平。
3.8. AdA补充可增强BTBR小鼠海马神经干细胞的增殖
最后，体外细胞实验提供了直接的机制证据。从BTBR小鼠分离的原代海马神经干细胞表现出增殖能力下降。当用AdA处理这些细胞后，其活性、神经球形成能力、以及处于S期的细胞比例均显著增加。这表明AdA能够直接促进神经干细胞的增殖，是连接肠道菌群重塑与海马神经发生增强的关键分子环节。
研究结论与讨论
本研究首次提出并验证了“肠道菌群重塑—AdA恢复—海马神经发生激活”这一跨系统、多层次的调控机制，为GLP-1RAs（特别是司美格鲁肽）应用于ASD的临床干预提供了概念框架。研究发现，在神经发育早期进行短期的司美格鲁肽干预，能够通过重塑肠道微生物群落、修复肠道屏障、校正全身性代谢紊乱（尤其是提升关键PUFA代谢物AdA的水平），最终促进海马神经发生，从而显著且持久地改善BTBR小鼠的自闭症样社交行为、认知功能和刻板行为。
这项研究的创新性在于，它将司美格鲁肽的应用窗口提前至生命早期发育的敏感期，并系统性地揭示了其通过“肠-脑轴”发挥治疗作用的完整通路。尤其是将肠道菌群改变、特定代谢物（AdA）的波动与海马神经发生的增强直接关联起来，为理解ASD的复杂病因提供了新的视角。粪菌移植实验直接证明了重塑后的菌群本身具有治疗潜力，为开发基于微生物组的疗法（如益生菌、益生元或靶向菌群移植）提供了依据。AdA被确立为这一通路中的核心介质，不仅解释了司美格鲁肽的部分作用机制，其本身也可能成为一种有潜力的治疗候选分子。
讨论部分指出，尽管本研究缺乏直接的AdA功能阻断实验来确立绝对因果关系，但整合了行为学、微生物组学、代谢组学、转录组学和细胞生物学证据，构成了一个逻辑自洽且强有力的因果推论框架。从安全性角度，司美格鲁肽对正常小鼠行为无影响，且能改善ASD模型伴随的轻度代谢异常，提示其在非糖尿病ASD人群中的潜在安全性。该研究扩展了GLP-1RAs的传统应用范畴，将其从代谢性疾病治疗领域延伸至神经发育和精神疾病领域，具有重要的转化医学意义。未来的研究可以进一步探索在人类ASD患者中，肠道菌群-AdA-神经可塑性轴是否同样失调，以及司美格鲁肽或AdA补充剂是否能够带来临床获益，从而为自闭症儿童带来新的希望。
