母亲在怀孕和哺乳期补充丁酸盐可减轻神经发育异常和孤独症样行为

意大利研究团队在孤独症模型小鼠中发现，母亲在妊娠期和哺乳期补充丁酸盐，可以提高子女的丁酸水平，减少子女的神经发育异常和孤独症样行为。

研究背景：近年来，越来越多的证据证实了肠脑轴的存在，即肠与脑之间存在双向调节机制。研究发现，孤独症等神经系统疾病患者一般伴有肠道菌群失调，可通过影响肠道菌群代谢产物进一步诱发和加重神经系统疾病症状[1，2]。

短链脂肪酸是一种含有2-5个碳原子的饱和脂肪酸，也是肠道菌群的一种代谢产物，在脑肠轴中起着重要的介导作用。可由某些肠道细菌分解膳食纤维产生,具代表性的短链脂肪酸是丁酸。

研究表明，丁酸可以通过调节神经系统、免疫系统和内分泌系统来改善认知和记忆，起到抗焦虑和抗抑郁的作用。具体来说:

(1)丁酸可以直接作用于连接脑与肠的迷走神经，从而调节相关脑区的脑电活动；

(2)增强组蛋白乙酰化以提高脑内神经营养因子水平，可促进神经元生长发育，提高神经元活性，修复神经元损伤；

(3)补充丁酸还可改善肠漏，减少肠道促炎介质的表达，调节肠道内分泌细胞的活性，从而间接减少免疫激活和神经炎症，具有改善神经系统和缓解神经精神症状的作用[3]。

从2019年到2020年，郑州大学和山东大学的研究团队相继发现孤独症儿童的肠道丁酸水平明显低于健康儿童[4，5]，提示丁酸水平低可能是孤独症的诱发因素。

同期，重庆医科大学研究团队在健康志愿者中发现，出生时胎儿脐带血中的丁酸盐水平与分娩前母体血清中的丁酸盐水平呈正相关，提示孕妇血液中的丁酸盐可通过胎盘和脐带转运至胎儿体内[6]。

意大利那不勒斯费德里科二世大学的研究团队结合上述结果以及丁酸促进神经系统发育的功能特性，推测儿童孤独症可能与母亲怀孕期间体内丁酸盐水平较低有关:母亲怀孕期间体内丁酸盐水平较低，容易导致胎儿期和出生后一段时间内儿童体内缺乏丁酸盐，从而可能导致儿童神经发育障碍，导致孤独症。如果这个猜想是真的，那么母亲在怀孕期间补充丁酸盐有望预防和避免儿童神经发育障碍和孤独症症状。

今年10月，研究团队在孤独症模型小鼠中证实了上述部分猜想。他们发现，在怀孕和哺乳期间补充丁酸盐可以增加后代的丁酸盐水平，这可以减少后代的神经发育异常和孤独症样行为，并将研究结果发表在《生物医学和药物治疗》杂志上[7]。

研究方法：本研究以BTBR孤独症模型小鼠为实验对象。这种老鼠携带突变基因，会导致社交缺陷、重复刻板行为等类似孤独症的行为。研究人员将BTBR雌性小鼠(以下简称“孤独症雌性小鼠”)与同品系的雄性小鼠关在笼子里，将孤独症雌性小鼠分为两组。一组孤独症雌性大鼠在妊娠期和哺乳期(分娩后0-18天)每天饮用含约30mg/kg丁酸盐的水，另一组饮用不含丁酸盐的水。在出生后第18天，将孤独症雌性小鼠与其后代分离(断奶)，在出生后第30天和第60天进行行为学、形态学和电生理学测试。同时以B6小鼠为健康对照，进行平行实验。这只老鼠的基因型、生理状态和行为都是正常的。为便于读者理解，下文将B6雌性小鼠及其后代称为“健康雌性小鼠”和“健康幼鼠”。

研究成果

(1)妊娠期和哺乳期补充丁酸盐可以提高后代的丁酸盐水平。研究人员检测了怀孕和哺乳期间补充丁酸钠的孤独症雌性大鼠、未补充丁酸钠的孤独症雌性大鼠、健康雌性大鼠及其出生和断奶时后代的血浆丁酸盐水平。

结果显示，出生时和断奶时未补充丁酸钠的孤独症雌性大鼠的血浆丁酸盐水平低于同时期的健康雌性大鼠和健康幼鼠。但妊娠和哺乳期间及出生和断奶时补充丁酸钠的孤独症雌性大鼠及其后代的血浆丁酸盐水平明显高于未补充丁酸钠的孤独症雌性大鼠及其后代，同时与健康雌性大鼠和健康幼鼠相同。

此外，研究发现，在出生后30天(即断奶后12天)的同一时间，补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代血浆丁酸盐水平仍然高于未补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代，并且在同一时间，血浆丁酸盐水平与健康幼鼠的血浆丁酸盐水平没有差异。

这些结果表明，在妊娠期和哺乳期口服丁酸钠可以提高母体和后代的血浆丁酸水平，进一步证明丁酸可以通过胎盘从母体转运到胎儿。同时提出，母体体内的丁酸盐也可以通过乳汁传递给后代，使后代体内的丁酸盐水平在哺乳期间和断奶后的一段时间内得以维持。

(2)孕期和哺乳期补充丁酸盐可以减轻后代孤独症幼鼠的社会缺陷和重复性刻板行为。

接下来，研究人员在幼鼠出生后的第30天和第60天进行了行为测试，以评估不同干预类型的雌鼠后代的社交和重复刻板行为。数据显示，出生后第30天，未补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠后代的埋珠行为和自我梳理行为明显高于健康幼鼠，而补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠后代的埋珠行为和自我梳理行为数量明显低于未补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠。这一结果表明，在怀孕和哺乳期间向孤独症雌性大鼠补充丁酸可以减少其后代的重复性刻板行为。

人和动物都有主动接近和探索同类的自然行为，即社会亲和行为，这是建立社会交往的基础。研究人员借助三盒实验测试了不同老鼠的社会亲和行为。结果显示，与其他小鼠相处的时间明显长于与静态物体和单独相处的时间，这表明健康幼鼠可以表现出明显的社会意向。然而，没有补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代与其他小鼠在一起的时间明显少于与静态物体和单独相处的时间，与健康幼鼠在一起的时间也更少，这表明没有补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代没有表现出明显的社交意图，具有高度的“孤独感”。

令人惊讶的是，补充丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代表现出与健康幼鼠相似的社会亲和行为，表现出明显的社会意向。在出生后的第30天和第60天，与其他小鼠相处的时间明显长于与静态物体和单独相处的时间，并且明显长于不含丁酸钠的孤独症雌性小鼠的后代与其他小鼠相处的时间。

这一结果表明，在怀孕和哺乳期的孤独症雌性大鼠中补充丁酸，可以减轻其后代出生后的社交缺陷，恢复其正常的社交行为。上述结果表明，如果出生时带有孤独症突变基因的幼鼠的母亲在怀孕和哺乳期间补充丁酸盐，则出生后的重复性刻板行为和社交缺陷可以得到缓解。

(3)孕期和哺乳期补充丁酸盐可以缓解后代孤独症幼鼠小脑的异常扩张。有些孤独症儿童具有头围大、脑容量大的特点，本研究选取的BTBR孤独症模型小鼠也具有类似的生理特征，即小脑扩张。不同干预类型母鼠所生幼鼠出生后第30天小脑切片的形态学分析表明，未补充丁酸钠的孤独症母鼠所生后代的外周周长、小脑总面积和小脑各层结构(颗粒层、分子层和白质层)面积明显大于健康幼鼠。同时，与未添加丁酸钠的孤独症雌性小鼠后代相比，添加丁酸钠的孤独症雌性小鼠后代的上述小脑指数降低。

上述结果表明，孤独症小鼠的小脑异常扩张，在怀孕和哺乳期雌性孤独症小鼠中补充丁酸可以减轻出生后后代孤独症幼鼠的小脑异常扩张。

(4)妊娠期和哺乳期补充丁酸盐可防止后代孤独症幼鼠小脑浦肯野细胞兴奋性异常降低和突触可塑性受损。夹在小脑颗粒层和分子层之间的浦肯野细胞是小脑皮质的传出神经元。作为小脑皮质中的传出通路，浦肯野细胞在小脑功能的执行中起着至关重要的作用，如协调运动平衡、形成工作记忆和发出声音。

研究人员用膜片钳技术测试了出生后第60天不同幼鼠小脑浦肯野细胞的电生理特性。结果发现，当使用高强度电流(700pA和800pA)进行刺激时，不添加丁酸钠的孤独症母鼠的后代浦肯野细胞放电频率明显低于健康幼鼠，而添加丁酸钠的孤独症母鼠的后代浦肯野细胞放电频率与健康幼鼠相同。

这一现象表明孤独症小鼠小脑浦肯野细胞对高强度刺激的兴奋性降低，怀孕和哺乳期雌性孤独症小鼠补充丁酸可以防止后代孤独症小鼠浦肯野细胞兴奋性异常。突触神经元相互连接，传递神经信号。突触的连接强度具有可塑性，其功能可以随着神经活动的加强而加强和减弱，从而准确传递神经信号。小脑平行纤维是小脑浦肯野细胞兴奋性电信号输入的主要来源之一。前者通过突触向后者传递兴奋性神经递质，使后者在细胞膜上产生兴奋性突触后电流，从而实现兴奋性信号的传递。

研究人员通过高频脉冲刺激平行纤维，然后测量浦肯野细胞的兴奋性突触后电流，测试了小鼠浦肯野细胞的突触可塑性。发现补充丁酸钠的健康幼鼠和孤独症雌鼠的浦肯野细胞出现兴奋性突触后电流增加，持续至少30分钟，说明平行纤维与浦肯野细胞之间的突触出现长时程增强，即突触可塑性良好。而未加丁酸钠出生的幼年孤独症小鼠的浦肯野细胞，在高频脉冲刺激后，兴奋性突触后电流并未表现出明显的增强，甚至表现出兴奋性突触后电流的抑制，说明平行纤维与浦肯野细胞之间突触的可塑性受到了损害。

这些结果表明，幼年孤独症小鼠小脑浦肯野细胞的突触可塑性受损，兴奋性异常降低，而怀孕和哺乳期雌性孤独症小鼠补充丁酸可以防止后代孤独症小鼠的这些损伤和异常。

总结：在这项研究中，在小鼠身上发现，母亲体内的丁酸可以通过胎盘和乳汁传递给后代。母亲在妊娠期和哺乳期补充丁酸盐，可以增加后代的丁酸盐水平，可以减少孤独症基因后代小鼠出生后的神经发育异常和孤独症样行为，包括缓解社交缺陷，减少重复性刻板行为，减缓小脑的异常扩张，避免小脑浦肯野细胞突触可塑性受损和兴奋性异常降低。

这项研究的结果表明，丁酸补充剂具有作为孤独症产前预防措施的潜力，对于孤独症高危孕妇(如生下孤独症儿童的母亲)在怀孕和哺乳期间补充丁酸可能具有防止后代患孤独症和神经发育障碍或减轻儿童孤独症症状的效果。