孤獨癥譜系障礙的遺傳學(xué)研究進(jìn)展

張宏 杜亞松

·綜述·

孤獨癥譜系障礙的遺傳學(xué)研究進(jìn)展

張宏 杜亞松

孤獨癥譜系障礙是一種神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙性疾病，本文就該疾病有關(guān)染色體分析、連鎖分析、候選基因、拷貝數(shù)變異、全基因組掃描及外顯子測序等諸多遺傳病因?qū)W研究進(jìn)展做一綜述。

孤獨癥譜系障礙 遺傳

孤獨癥譜系障礙患者一般在3歲以前發(fā)病，典型表現(xiàn)為言語發(fā)育障礙、社會交往障礙、興趣范圍狹窄和行為刻板［1］。國內(nèi)外學(xué)者對孤獨癥譜系障礙的病因進(jìn)行了大量的研究，更多證據(jù)顯示該病與遺傳因素密切相關(guān)［2，3］。近年來隨著拷貝數(shù)變異（CNV）、全基因組掃描（GWAS）和外顯子測序（WES）等新遺傳標(biāo)記和新技術(shù)的運用，孤獨癥譜系障礙的遺傳病因?qū)W研究取得了許多新進(jìn)展，本文將其簡要綜述如下。

1 染色體分析

大約2%的孤獨癥譜系障礙患者存在染色體異常（包括染色體的斷裂、易位、重復(fù)和缺失），這些異?？梢酝ㄟ^高分辨率G帶和染色體原位熒光雜交技術(shù)進(jìn)行檢測。幾乎每一條染色體都發(fā)現(xiàn)異常，報道頻率較高的主要有5p15、15q11-q13、17p11和22q11.2。15q11-q13異常是孤獨癥譜系障礙最常見的染色體異常，在該區(qū)域存在編碼γ-氨基丁酸（GABA）受體的基因GABAB3和導(dǎo)致Angelman綜合征的基因UBE3A［4，5］。Angelman綜合征患者具有部分或完全孤獨癥譜系障礙的臨床表現(xiàn)，這些患者均存在15q11－q13異常。

2 連鎖分析

連鎖分析是常用的尋找致病基因的方法。基因定位的連鎖分析是根據(jù)基因在染色體上呈直線排列，不同基因相互連鎖成連鎖群的原理，應(yīng)用被定位的基因與同一染色體上另一基因或遺傳標(biāo)記相連鎖的特點進(jìn)行定位。但是目前與孤獨癥譜系障礙有關(guān)的連鎖分析結(jié)果具有明顯的異質(zhì)性，不同的研究提示幾乎在每一條染色體都發(fā)現(xiàn)連鎖位點，其中報道重復(fù)性比較高的連鎖位點主要位于2q、7q和17q。報道最多的位點是7q，在這一區(qū)域包含RELN、FOXP2、WNT2和CADPS2等孤獨癥譜系障礙的候選基因［6，7］。

3 候選基因

候選基因法往往用于多基因疾病的研究，它是基于某種疾病或表型的生理生化基礎(chǔ)，篩選出可能參與疾病發(fā)生發(fā)展的基因，之后再利用人群關(guān)聯(lián)研究尋找出相關(guān)突變。那些在神經(jīng)系統(tǒng)廣泛表達(dá)，參與中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能調(diào)節(jié)，影響社會交往和語言發(fā)育的基因往往作為孤獨癥譜系障礙的候選基因。除了傳統(tǒng)的GABA受體和5-羥色胺（5-HT）相關(guān)基因之外，近幾年的研究證實，突觸運動調(diào)節(jié)基因和鈣離子相關(guān)基因也是孤獨癥譜系障礙候選基因。

3.1 GABA受體基因 GABA是主要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，其受體根據(jù)其對激動劑和拮抗劑的敏感性分為GABAA受體、GABAB受體和GABAC受體。編碼GABAA受體的3個基因GABRB3、GABRA3和GABRG3位于染色體15q11-q13，該區(qū)域在維持染色體穩(wěn)定性以及基因表達(dá)和重組方面發(fā)揮著重要作用。幾項獨立的研究都發(fā)現(xiàn)孤獨癥譜系障礙患者15q11-q13區(qū)域存在相同的重復(fù)序列，而15q11-q13重復(fù)序列轉(zhuǎn)基因小鼠出現(xiàn)了明顯的孤獨癥譜系障礙表型［8～10］。Yoo HK等［11］報道GABRB3與孤獨癥譜系障礙之間存在明顯的連鎖不平衡。

3.2 5-HT相關(guān)基因 5-HT是一種重要的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)，在精神和神經(jīng)活動中發(fā)揮重要作用。5-羥色胺轉(zhuǎn)運體（5-HTT）通過清除突觸間隙的5-HT參與調(diào)控5-HT信號的傳導(dǎo)，因此編碼5-HTT的基因也成為孤獨癥譜系障礙的重要候選基因。人類5-HTT基因啟動子區(qū)域存在一個多態(tài)性重復(fù)序列（5-HTTLPR），該序列能夠影響5-HTT的轉(zhuǎn)錄活性。5-HTTLPR與孤獨癥譜系障礙的相關(guān)性已經(jīng)得到多項研究的證實［12，13］，最近一篇研究報道5-HTTLPR多態(tài)性與埃及兒童的孤獨癥譜系障礙存在相關(guān)性［14］。

3.3 突觸運動調(diào)節(jié)基因 SHANK基因家族包括3個成員SHANK1、SHANK2和SHANK3，編碼相關(guān)結(jié)構(gòu)蛋白在神經(jīng)突觸的形成和成熟中發(fā)揮著重要作用。SHANK1、SHANK2和SHANK3基因的部分缺失在孤獨癥譜系障礙家系和人群研究中都有報道，而孤獨癥譜系障礙患者的SHANK2和SHANK3基因還存在多種形式的單堿基突變［15～17］。Neurexins是另一個影響突觸功能的蛋白，其主要在神經(jīng)突觸的形成和成熟以及與鈣離子偶聯(lián)傳遞神經(jīng)信號的過程中發(fā)揮著重要作用。Neurexins由NRXN1、NRXN2和NRXN3等基因編碼。多項研究證實，孤獨癥譜系障礙患者中NRXN1基因存在300kb堿基的缺失，最近的一項家系研究報道4位孤獨癥譜系障礙患者親屬的NRXN3基因存在部分缺失［18］。

3.4 鈣離子相關(guān)基因 鈣離子通道、受體以及相關(guān)蛋白在神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育中發(fā)揮著重要作用，因此也將這些相關(guān)基因納入孤獨癥譜系障礙的遺傳研究。編碼L型鈣離子通道蛋白CaV1.2的基因CACNA1C發(fā)生突變能夠?qū)е露嗥鞴俟δ苷系K，主要表現(xiàn)為QT間期延長、并指／趾和孤獨癥譜系障礙［19］。最近有文獻(xiàn)報道孤獨癥譜系障礙家系中也發(fā)現(xiàn)編碼L型鈣離子通道蛋白CaVβ2的基因罕見突變［20］。此外編碼L型鈣離子通道蛋白CaV1.4的基因CACNA1F發(fā)生突變則誘發(fā)CSNB2，主要表現(xiàn)為認(rèn)知受損和孤獨癥譜系障礙［21］。

4 拷貝數(shù)變異

拷貝數(shù)變異（copy number variation，CNV）是由基因組發(fā)生重排而導(dǎo)致的，一般指長度1kb以上的基因組大片段的拷貝數(shù)增加或者減少，主要表現(xiàn)為亞顯微水平的缺失和重復(fù)。早期的研究提示孤獨癥譜系障礙患者的拷貝數(shù)變異發(fā)生頻率（6%～10%）要顯著高于正常對照兒童（1%～3%），研究者推測拷貝數(shù)變異頻率的增加導(dǎo)致了基因的不穩(wěn)定性增加進(jìn)而增加了孤獨癥譜系障礙的發(fā)病風(fēng)險。但全基因組水平研究并未發(fā)現(xiàn)孤獨癥譜系障礙患者的拷貝數(shù)變異頻率高于正常對照兒童。最近的研究提示并非是拷貝數(shù)變異的頻率而是拷貝數(shù)變異的位置和對基因功能的改變與孤獨癥譜系障礙的發(fā)生更相關(guān)［22］。雖然不同的孤獨癥譜系障礙患者的拷貝數(shù)變異頻率和位置不盡相同，但多項研究顯示下列拷貝數(shù)變異重復(fù)出現(xiàn)，是比較具有代表性的。

4.1 16p11.2拷貝數(shù)變異 16p11.2拷貝數(shù)變異在許多項研究中得到證實。該位點的拷貝數(shù)減少不僅表現(xiàn)為孤獨癥譜系障礙，還表現(xiàn)為注意力缺陷、多動、焦慮、癲癇和精神分裂癥等。而該位點拷貝數(shù)增加除了表現(xiàn)為孤獨癥譜系障礙、注意力缺陷、焦慮和精神分裂癥，還表現(xiàn)為不同程度的肥胖［23］。

4.2 1q21.1拷貝數(shù)變異 1q21.1拷貝數(shù)變異具有非常廣泛的臨床表型。孤獨癥譜系障礙患者中該位點拷貝數(shù)增加的幾率更高，該位點拷貝數(shù)減少則更多的表現(xiàn)為頭小畸形、注意力缺陷、多動、反社會行為、焦慮、癲癇、發(fā)育延遲、抑郁癥、精神分裂癥、心臟病和白內(nèi)障等［24，25］。

5 全基因組掃描

全基因組關(guān)聯(lián)分析（Genome-wide association study，GWAS）是一種應(yīng)用人類基因組中數(shù)以百萬計的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide ploymorphism，SNP）為標(biāo)記進(jìn)行病例對照分析，探尋復(fù)雜性疾病遺傳特征的新策略。孤獨癥譜系障礙遺傳領(lǐng)域的第一項GWAS發(fā)表于2009年，研究者納入了780個孤獨癥譜系障礙家系，其中包括1 204名孤獨癥譜系障礙患者和6 491名健康對照。研究者一共發(fā)現(xiàn)6個SNP具有全基因組水平的統(tǒng)計學(xué)差異，這些SNP位于5p14.1。這些SNP中相關(guān)系數(shù)最高的是rs4307059（P＝3.4× 10－8），該SNP位于編碼經(jīng)典2型細(xì)胞黏附分子cadherin的基因CDH9和CDH10之間［26］。另一項孤獨癥譜系障礙GWAS研究，最初在整個基因組水平并未發(fā)現(xiàn)與孤獨癥譜系障礙相關(guān)聯(lián)的SNP，但是將關(guān)聯(lián)性較高的SNP在另外一個獨立的樣本庫中進(jìn)行驗證時發(fā)現(xiàn)位于5p15的一個SNP與孤獨癥譜系障礙高度關(guān)聯(lián)，進(jìn)一步的Meta分析證實了該位點與孤獨癥譜系障礙的相關(guān)性。該位點位于編碼的基因SEMA5A和編碼味覺（苦味）受體蛋白的基因TAS2R1之間，進(jìn)一步的研究證實孤獨癥譜系障礙患者血液和大腦組織中SEMA5A的水平低于正常兒童［27］。

6 外顯子測序

新一代測序技術(shù)發(fā)展迅速，外顯子測序便是其中的一種，它為復(fù)雜疾病的遺傳學(xué)研究提供了高效、便捷的手段。盡管全基因組測序的費用不斷下降，但是外顯子測序因其在稀有突變的發(fā)現(xiàn)以及其捕獲和數(shù)據(jù)分析方面的優(yōu)勢使其在遺傳疾病的研究中仍得到廣泛應(yīng)用。近年來孤獨癥譜系障礙遺傳學(xué)研究應(yīng)用外顯子測序技術(shù)取得了新的進(jìn)展，特別是一些新發(fā)突變的發(fā)現(xiàn)。

2011年研究者通過對20位孤獨癥譜系障礙患者及其父母外顯子測序，發(fā)現(xiàn)了21個新發(fā)突變，其中的11個引起蛋白結(jié)構(gòu)的改變，這些突變大多位于蛋白序列的保守區(qū)域［28］。隨后2012年Iossifov I等［29］從西門子單個孤獨癥兒童樣本數(shù)據(jù)庫（Simons Simplex Collection，SSC）中挑選了343個家系進(jìn)行外顯子測序研究，研究表明孤獨癥譜系障礙患者總體的新發(fā)突變與對照組無明顯差異，但是孤獨癥譜系障礙患者父母的錯義突變的發(fā)生頻率卻高于正常對照2倍。2012年發(fā)表的另外兩項研究也證實了孤獨癥譜系障礙患者的新生錯義突變發(fā)生頻率要高于正常對照，并且與患者父母的年齡相關(guān)［30，31］。其中一項研究發(fā)現(xiàn)3個基因SCN2A、KATNAL2和CH8的新發(fā)突變在不同的患者身上得到證實，而另一項研究則發(fā)現(xiàn)基因BRCA2、FAT1和KCNMA1存在兩種不同的新發(fā)突變。這些外顯子測序研究都證實了新發(fā)突變在孤獨癥譜系障礙發(fā)病中的作用，但這些新發(fā)突變只是增加孤獨癥譜系障礙的發(fā)病風(fēng)險而并不能直接導(dǎo)致孤獨癥譜系障礙。最近兩項有關(guān)孤獨癥譜系障礙的外顯子測序研究將100多個基因與孤獨癥譜系障礙聯(lián)系起來，其中60個基因滿足一個“高可信度”閾值，表明這些基因突變有超過90%的機(jī)會引發(fā)孤獨癥譜系障礙。這兩項研究所涉及的基因主要包括三類：一類參與和影響突觸形成和功能；一類參與和影響基因的轉(zhuǎn)錄；一類影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定［32，33］。

目前為止，已經(jīng)有數(shù)百個基因顯示與孤獨癥譜系障礙相關(guān)聯(lián)，但不同研究的重復(fù)性較差。染色體分析、候選基因策略、關(guān)聯(lián)分析、全基因組掃描、拷貝數(shù)變異和外顯子測序表明孤獨癥譜系障礙的遺傳基礎(chǔ)具有明顯的異質(zhì)性。同時許多與孤獨癥有關(guān)的基因可能影響多個表型，而孤獨癥譜系障礙涉及的基因數(shù)量相當(dāng)多，這些都給孤獨癥譜系障礙的遺傳研究帶來一定的挑戰(zhàn)。但是隨著新技術(shù)的不斷成熟和運用，對孤獨癥譜系障礙兒童進(jìn)行亞組分型以及新策略的運用有望進(jìn)一步闡明孤獨癥譜系障礙的遺傳基礎(chǔ)。

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R749.94

A

2095－9346（2015）－06－0467－04

10.3969／j.issn.2095－9346.2015.06.022

2015－08－10）

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杜亞松，E-mail：yasongdu@163.com