编辑推荐：
这篇系统综述全面梳理了流行病学证据，探讨了儿童及青少年时期肠道菌群（Gut Microbiota, GM）与神经心理发育（neurodevelopment）及行为（behavior）的关联。研究发现，在生命早期这个关键的神经发育窗口中，通过肠道菌群-脑轴（Gut Microbiota-Brain Axis, GMBA），肠道菌群可能通过神经、免疫、代谢物（如短链脂肪酸，SCFAs）等多条通路影响大脑发育与功能。该综述整合了临床（如自闭症谱系障碍ASD、注意力缺陷/多动障碍ADHD）与一般人群的研究，并应用了STORMS等工具评估研究质量，旨在为理解两者关系提供高质量证据，并为未来研究指明方向。
大脑发育是一个复杂而有序的过程，从受孕后不久开始，神经回路的成熟在出生后数月仍未完成，突触精细化和功能特化在儿童期和青春期持续进行。因此，出生后是神经发育的关键窗口期，在此期间受到严格调控的过程为未来复杂的技能奠定了基础。与此时期重合，肠道菌群（Gut Microbiota, GM）的建立发生在出生后的前36个月内。新生儿最初主要由来自母体微生物组（如阴道、乳腺）的乳杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）定植。断奶后，饮食模式影响微生物组成，而微生物多样性在成年期稳步增加。同时，所谓的肠道菌群-脑轴（Gut Microbiota-Brain Axis, GMBA）通过不同的通讯线路影响大脑发育，包括神经（如迷走神经）和免疫（如小胶质细胞）通路，但也通过合成大量调节大脑生理学的代谢物，如神经递质（如血清素）和短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）。后者由膳食纤维发酵产生，已被证明可调节肠道屏障完整性和血脑屏障通透性，从而影响神经过程。
然而，我们关于肠道微生物与神经发育相互作用的大部分知识来自动物研究。特别是，与野生型同类相比，肠道菌群耗竭的啮齿动物在社会行为、运动活动、空间、工作和参考记忆方面表现出改变。有趣的是，其中一些效应可以通过随后暴露于特定微生物物种来逆转，而另一些尽管在后期定植后仍然存在，这强调了在生命早期GMBA发挥的关键作用。这些事实与“健康与疾病的发育起源”（Developmental Origins of Health and Disease, DOHaD）理论相吻合，该理论认为生命早期是规划晚年疾病风险的关键。在这一范式中，GM已成为影响终生神经心理学结果的一个潜在关键因素。
迄今为止，很少有研究关注临床范围外的婴儿和青少年。越来越多的证据报道了GM组成与神经发育障碍（Neurodevelopmental Disorders, NDD）之间的关联，这些障碍包括自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）、智力残疾、注意缺陷/多动障碍（Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder, ADHD）和癫痫等。然而，研究结果仍然存在冲突或尚无定论，可能是由于研究间的高度变异性。因此，研究非临床人群对于理解与神经典型发育相关的微生物模式至关重要，同时也能够与临床人群进行比较，以确定在NDDs中观察到的微生物改变是反映了病理偏差，还是放大了普通人群中存在的模式。
神经心理发展是未来生活机会和心理健康轨迹的主要决定因素，与辍学、失业和较低的健康相关生活质量密切相关。因此，深入研究GM与神经心理发展之间的联系，为理解GMBA的机制复杂性提供了有前景的见解，并为可能优化神经心理轨迹和改善相关健康结果的干预措施提供了潜力。
重要的是，以前的系统综述主要总结了报告的关联，而没有系统地评估方法学的严谨性，特别是在ASD和ADHD人群中。为了弥补这一差距，本研究应用STORMS（Strengthening The Organizing and Reporting of Microbiome Studies）检查表来评估研究质量并提高研究结果的可解释性。
本系统综述旨在全面综合所有关于儿科和青少年人群中GM与神经心理发育和行为之间关系的现有文献，同时为该领域的未来研究提供指导。因此，我们的研究问题是：“儿童和青少年时期肠道微生物群与神经心理发育和行为之间有何关系？”
方法
基于系统综述和荟萃分析首选报告项目声明指南中规定的方法制定了方案，并在PROSPERO上进行了注册，记录号为CRD42023481460。
搜索策略
文献检索于2023年11月21日进行，使用了MEDLINE、Scopus和Web of Science搜索引擎，使用了与GM和神经发育相关的关键词组合：（“肠道微生物组”或“肠道微生物群”或“胃肠道微生物组”或“肠道细菌”或“肠道微生物组”或“肠道微生物群”或“肠道细菌”）和（“神经发育”或“神经发育障碍”或“沟通障碍”或“智力残疾”或“学习障碍”或“运动技能障碍”或“刻板运动障碍”或“抽动障碍”或“自闭症”或“ADHD”或“多动症”或“认知”或“学习”或“行为”或“记忆”或“语言”）。建立搜索词后，针对每个数据库调整了布尔运算符。详细的查询可在补充表1中找到。
文章的初步筛选由两名独立研究人员在Rayyan中根据标题和摘要中提供的信息，按照预定的研究资格标准进行。关于纳入或排除的分歧通过研究人员之间的讨论解决，当无法达成共识时，由第三位研究者提供最终决定。
资格标准
如果研究符合以下条件，则被纳入：i）观察性设计（即病例对照、横断面、纵向研究）；ii）将GM测量作为暴露因素（即丰富度、多样性、特定分类群的相对丰度、生物活性）；iii）使用经过验证的神经心理学或行为测量或NDD诊断作为结果；iv）纳入新生儿、幼儿、儿童或青少年（即年龄在0至18岁之间）作为研究参与者；v）以英文发表。如果符合以下任何一项排除标准，则排除研究：i）无法获得全文；ii）非原始研究（即社论、评论、综述、系统综述和未发表的研究）；iii）涉及肠道以外的微生物群；iv）不包括定量GM测量；或v）如果是干预研究。此外，分别排除了在2021年和2022年之前发表的关于ADHD或ASD与肠道微生物组相关的研究。这一决定是基于两项最近的系统综述和荟萃分析已经全面综合了截至这些日期关于ADHD和ASD与肠道微生物组的文献。因此，本综述旨在扩展ADHD和ASD的证据基础，重点关注这些诊断的新兴研究，并将范围扩大到临床NDD人群之外。通过整合一般儿科队列和维度神经心理学结果，本综述能够评估在ADHD和ASD中观察到的微生物改变是否反映了疾病特定的病理生理学，或者代表了沿着正常发育谱的放大模式。这种方法，加上基于STORMS的统一方法学质量评估，推动了从发展角度出发的跨诊断视角，并在不必要地重复先前工作的前提下最大化可解释性。因此，虽然本工作的讨论部分简要讨论了2021/2022年之前研究的发现，但并未提取或分析其数据。
数据提取和质量评估
从出版物中提取的数据包括：第一作者和发表年份、国家、样本量、参与者年龄、感兴趣的结果和使用的评估工具、GM分类学、功能及GM相关生物标志物表征方法，以及统计方法。此外，还收集了结果数据，重点是单变量摘要、群落水平分析、不同分类学水平（门、纲、目、科、属、种）的差异丰度分析，以及功能和GM相关生物标志物。
基于先前系统综述中遵循的方法，并应用STORMS指南中规定的研究领域，对所纳入的出版物进行了质量评估。研究根据以下每个领域进行评分：a）研究设计；b）参与者；c）随访；d）样本收集和运输；e）样本储存；f）DNA提取；g）宿主DNA去除/微生物DNA富集；h）引物选择；i）阳性对照；j）阴性对照；k）污染物控制和识别；l）重复；m）测序策略；n）测序方法；o）批次效应控制；p）结果数据来源/测量；q）混杂因素处理；r）生物信息学方法和序列分析；s）统计分析；t）缺失数据处理；u）亚组分析和/或敏感性分析；v）提供完整的分析输出。质量评估标准的详细描述见补充表2。每项研究的质量得分是通过对所有指标的分数求和，并以占最大可能得分的百分比表示。根据百分比，为每篇手稿分配一个质量等级：优秀、良好、一般、差和极差。研究的数据提取和质量评估由一位研究人员执行，随后由另外两位研究人员验证。
虽然荟萃分析代表了最佳实践，但在研究设计、统计方法和报告的效应估计方面发现了显著的异质性。鉴于这种多维度的变异性，我们进行了结构化的叙述性综合，而不是荟萃分析。这种方法允许对证据进行透明、方法学上适当的总结，避免可能具有误导性的合并估计，同时保留研究间关键的细微差别。
结果
研究选择
在MEDLINE中确定了738篇文章，在Scopus中确定了1,713篇，在WoS中确定了1,237篇。筛选前，去除了1,414条重复记录，以及111条因无法获得全文而被排除的记录，另有6条因不构成原创研究而被排除。剩余的2,157篇文章上传到Rayyan进行标题和摘要筛选。从这些文章中，选择了154篇进行全文评估，其中76篇最终因以下一个或多个原因被排除：i）ADHD或ASD研究分别发表于2021年或2022年之前，ii）未报告GM与神经心理学结果之间的关联，iii）干预研究，iv）未评估儿童GM，或v）纳入参与者年龄超过18岁。经过选择过程，78项研究被纳入本系统综述。
研究特征
每项纳入研究的一般特征和结果总结在表格1和图示2中。选定的结果呈现在表格1中，而完整的结果在补充表3中提供。从地理位置上看，30项研究在亚洲进行——主要在中国，其次是欧洲、美国和非洲。样本量从16到1,784名参与者不等。只有33项研究采用纵向设计。值得注意的是，其余研究的设计限制了因果推断，因为GM评估和神经心理学评估之间的时间顺序无法牢固确定。这是由于微生物群和神经心理学数据同时收集、GM采样前已存在的NDD诊断，或报告时间不明确。根据美国医学协会定义的年龄类别，粪便样本收集最常在儿童中进行，其次是在婴儿、新生儿中，以及在较小程度上在青少年中进行。同样，神经心理学评估主要在儿童中进行，较少的研究关注婴儿和青少年，评估新生儿结果的研究数量有限。鉴于年龄组的巨大变异性，评估GM和结果的特定年龄包含在表格1中，并在主要文本中相关处提及。
质量评估
纳入研究的方法学质量各不相同。研究之间的STORMS得分百分比差异很大。大多数研究在几个关键领域得分较低，包括处理混杂因素、报告完整的分析输出、进行敏感性分析以及控制批次效应。相反，在样本储存、DNA提取和测序方法等领域得分较高。总体而言，本系统综述中包含的研究在方法学严谨性方面呈现出异质性图谱，突出了未来研究中标准化报告和加强研究设计的必要性。
主要发现
Alpha多样性和Beta多样性
Alpha多样性指标，如Chao1、Shannon和观察到的物种，在许多研究中与各种神经心理学结果相关，但结果并不一致。一些研究报告，更高的alpha多样性与更好的神经发育结果、更高的智力功能或更少的负面气质特征相关。例如，一项研究报告细菌Shannon多样性与较低的负面情绪和恐惧反应性相关。然而，其他研究未发现显著关联，或报告了相反的关联，例如在某些情况下，更高的多样性与更差的神经发育结果相关。在ASD和ADHD人群中，alpha多样性的发现也各不相同，一些研究报告多样性降低，而另一些则未发现差异。
在群落水平上，Beta多样性分析揭示了GM组成与神经心理学结果之间的显著关联。例如，多项研究报告，在ASD、ADHD儿童与神经典型发育儿童之间，以及在不同气质或行为概况的儿童之间，基于Bray-Curtis或UniFrac距离的GM组成存在显著差异。这些发现表明，整体的微生物群落结构，而不仅仅是特定分类群的丰度，可能与神经心理功能有关。
特定分类群的差异丰度
在属水平上，许多细菌分类群与神经心理学结果相关。虽然具体关联因研究和结果而异，但一些模式出现了。
- •
与积极结果相关的分类群：在某些研究中，Bifidobacterium、Faecalibacterium、Akkermansia和Dialister的较高相对丰度与更好的神经发育、更高的努力控制、更少的负面情绪或更高的智力功能相关。
- •
与消极结果相关的分类群：相反，Clostridium、Ruminococcus gnavusgroup、Collinsella、Veillonella和某些Prevotella物种的较高丰度与更差的神经发育结果、更高的负面情绪、行为问题或ASD/ADHD诊断相关。
- •
ASD和ADHD中的发现：在ASD中，研究报告了Bacteroides、Clostridium、Sutterella的增加以及Bifidobacterium、Coprococcus、Faecalibacterium的减少，尽管结果不一致。在ADHD中，Agathobacter、Phascolarctobacterium、Roseburia的增加和Alistipes、Prevotella的减少被报道。值得注意的是，在ASD和ADHD之间以及这些疾病与一般人群之间观察到了一些重叠但也有不同的微生物特征。
短链脂肪酸和其他微生物代谢物
一些研究调查了粪便SCFAs（如乙酸、丙酸、丁酸）的水平。结果好坏参半。一些研究报告，在ASD儿童中，某些SCFAs水平较低或比例改变，并与症状严重程度相关。在其他人群中，SCFAs水平与行为或神经发育结果相关，尽管关联的方向不一致。对真菌微生物组、病毒组和微生物功能潜力的探索性分析也揭示了与神经心理学结果的潜在关联，但证据仍然有限且初步。
讨论
本系统综述综合了78项研究，全面概述了儿童和青少年时期GM与神经心理发育及行为之间关系的现有证据。主要发现表明，GM的组成和多样性，通过Alpha和Beta多样性测量，与广泛的神经心理学结果相关，包括神经发育、智力功能、气质、行为问题以及ASD和ADHD等临床诊断。特定细菌分类群，如Bifidobacterium、Faecalibacterium、Clostridium和Prevotella，反复出现在与不同结果（包括积极和消极）的关联中。微生物代谢物，特别是SCFAs，也被牵连其中，尽管证据尚不明确。
然而，该领域受到显著异质性的限制。研究在设计、人群、GM评估方法、结果测量、统计分析和混杂因素控制方面存在差异。这种异质性使得难以得出确切的结论，并突出了协调研究方法和标准化报告的必要性。所纳入研究的方法学质量评估进一步强调了需要改进的领域，例如更好的混杂因素处理、更透明的分析报告以及更严格的研究设计（例如，更多纵向研究以建立时间顺序和因果关系）。
尽管存在这些挑战，现有证据支持这样的观点，即GM在生命早期神经发育中扮演着重要角色，可能通过GMBA的多种机制。在非临床和临床人群中观察到的关联表明，微生物模式可能与神经典型发育和神经发育障碍的病理生理学都相关。在ASD和ADHD中观察到的微生物改变可能反映了沿神经发育连续体的放大模式，而不是完全独特的特征。
对未来研究的启示
基于本综述的发现，提出了几个未来研究的方向：
- 1.
需要更多高质量的纵向研究，从生命早期开始跟踪儿童，以阐明GM变化与神经心理发育之间的时间关系和潜在因果关系。
- 2.
标准化方法，包括样本收集、DNA提取、测序、生物信息学分析和统计方法，对于提高研究间的可比性和可重复性至关重要。
- 3.
全面的混杂因素控制，包括饮食、药物使用、分娩方式、喂养方式、社会经济状况和宿主遗传学，对于隔离GM的独立效应是必要的。
- 4.
整合多组学数据，包括宏基因组学、代谢组学、免疫分析和脑成像，可以提供对GMBA所涉及机制的更深入理解。
- 5.
研究干预潜力，例如益生元、益生菌、合生元或饮食调整，以基于微生物群调节神经心理结果，这是一个有前景但需要严格调查的领域。
结论
总之，本系统综述表明，儿童和青少年时期的GM与神经心理发育和行为之间存在关联。证据指向GM的组成、多样性和功能在塑造神经心理轨迹中的作用，尽管存在异质性和方法学局限性。通过应用STORMS指南进行严格的质量评估，本综述不仅综合了发现，还强调了该领域的方法学差距。通过解决这些差距并进行精心设计的研究，我们可以更深入地理解复杂的GMBA，并探索基于微生物群的策略，以优化儿童发育和心理健康。
