孤獨癥譜系障礙的遺傳學研究進展

張宏 杜亞松

·綜述·

孤獨癥譜系障礙的遺傳學研究進展

張宏 杜亞松

孤獨癥譜系障礙是一種神經系統發育障礙性疾病，本文就該疾病有關染色體分析、連鎖分析、候選基因、拷貝數變異、全基因組掃描及外顯子測序等諸多遺傳病因學研究進展做一綜述。

孤獨癥譜系障礙 遺傳

孤獨癥譜系障礙患者一般在3歲以前發病，典型表現為言語發育障礙、社會交往障礙、興趣范圍狹窄和行為刻板［1］。國內外學者對孤獨癥譜系障礙的病因進行了大量的研究，更多證據顯示該病與遺傳因素密切相關［2，3］。近年來隨著拷貝數變異（CNV）、全基因組掃描（GWAS）和外顯子測序（WES）等新遺傳標記和新技術的運用，孤獨癥譜系障礙的遺傳病因學研究取得了許多新進展，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、重復和缺失），這些異常可以通過高分辨率G帶和染色體原位熒光雜交技術進行檢測。幾乎每一條染色體都發現異常，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，在該區域存在編碼γ-氨基丁酸（GABA）受體的基因GABAB3和導致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，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，應用被定位的基因與同一染色體上另一基因或遺傳標記相連鎖的特點進行定位。但是目前與孤獨癥譜系障礙有關的連鎖分析結果具有明顯的異質性，不同的研究提示幾乎在每一條染色體都發現連鎖位點，其中報道重復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，篩選出可能參與疾病發生發展的基因，之后再利用人群關聯研究尋找出相關突變。那些在神經系統廣泛表達，參與中樞神經系統功能調節，影響社會交往和語言發育的基因往往作為孤獨癥譜系障礙的候選基因。除了傳統的GABA受體和5-羥色胺（5-HT）相關基因之外，近幾年的研究證實，突觸運動調節基因和鈣離子相關基因也是孤獨癥譜系障礙候選基因。

3.1 GABA受體基因 GABA是主要抑制性神經遞質，其受體根據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，該區域在維持染色體穩定性以及基因表達和重組方面發揮著重要作用。幾項獨立的研究都發現孤獨癥譜系障礙患者15q11-q13區域存在相同的重復序列，而15q11-q13重復序列轉基因小鼠出現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相關基因 5-HT是一種重要的單胺類神經遞質，在精神和神經活動中發揮重要作用。5-羥色胺轉運體（5-HTT）通過清除突觸間隙的5-HT參與調控5-HT信號的傳導，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基因啟動子區域存在一個多態性重復序列（5-HTTLPR），該序列能夠影響5-HTT的轉錄活性。5-HTTLPR與孤獨癥譜系障礙的相關性已經得到多項研究的證實［12，13］，最近一篇研究報道5-HTTLPR多態性與埃及兒童的孤獨癥譜系障礙存在相關性［14］。

3.3 突觸運動調節基因 SHANK基因家族包括3個成員SHANK1、SHANK2和SHANK3，編碼相關結構蛋白在神經突觸的形成和成熟中發揮著重要作用。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，其主要在神經突觸的形成和成熟以及與鈣離子偶聯傳遞神經信號的過程中發揮著重要作用。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 鈣離子相關基因 鈣離子通道、受體以及相關蛋白在神經系統的發育中發揮著重要作用，因此也將這些相關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發生突變能夠導致多器官功能障礙，主要表現為QT間期延長、并指／趾和孤獨癥譜系障礙［19］。最近有文獻報道孤獨癥譜系障礙家系中也發現編碼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發生突變則誘發CSNB2，主要表現為認知受損和孤獨癥譜系障礙［21］。

4 拷貝數變異

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

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

4.2 1q21.1拷貝數變異 1q21.1拷貝數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增加的幾率更高，該位點拷貝數減少則更多的表現為頭小畸形、注意力缺陷、多動、反社會行為、焦慮、癲癇、發育延遲、抑郁癥、精神分裂癥、心臟病和白內障等［24，25］。

5 全基因組掃描

全基因組關聯分析（Genome-wide association study，GWAS）是一種應用人類基因組中數以百萬計的單核苷酸多態性（single nucleotide ploymorphism，SNP）為標記進行病例對照分析，探尋復雜性疾病遺傳特征的新策略。孤獨癥譜系障礙遺傳領域的第一項GWAS發表于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。研究者一共發現6個SNP具有全基因組水平的統計學差異，這些SNP位于5p14.1。這些SNP中相關系數最高的是rs4307059（P＝3.4× 10－8），該SNP位于編碼經典2型細胞黏附分子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現與孤獨癥譜系障礙相關聯的SNP，但是將關聯性較高的SNP在另外一個獨立的樣本庫中進行驗證時發現位于5p15的一個SNP與孤獨癥譜系障礙高度關聯，進一步的Meta分析證實了該位點與孤獨癥譜系障礙的相關性。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

新一代測序技術發展迅速，外顯子測序便是其中的一種，它為復雜疾病的遺傳學研究提供了高效、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現以及其捕獲和數據分析方面的優勢使其在遺傳疾病的研究中仍得到廣泛應用。近年來孤獨癥譜系障礙遺傳學研究應用外顯子測序技術取得了新的進展，特別是一些新發突變的發現。

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，發現了21個新發突變，其中的11個引起蛋白結構的改變，這些突變大多位于蛋白序列的保守區域［28］。隨后2012年Iossifov I等［29］從西門子單個孤獨癥兒童樣本數據庫（Simons Simplex Collection，SSC）中挑選了343個家系進行外顯子測序研究，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生頻率卻高于正常對照2倍。2012年發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生頻率要高于正常對照，并且與患者父母的年齡相關［30，31］。其中一項研究發現3個基因SCN2A、KATNAL2和CH8的新發突變在不同的患者身上得到證實，而另一項研究則發現基因BRCA2、FAT1和KCNMA1存在兩種不同的新發突變。這些外顯子測序研究都證實了新發突變在孤獨癥譜系障礙發病中的作用，但這些新發突變只是增加孤獨癥譜系障礙的發病風險而并不能直接導致孤獨癥譜系障礙。最近兩項有關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%的機會引發孤獨癥譜系障礙。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錄；一類影響染色質結構的穩定［32，33］。

目前為止，已經有數百個基因顯示與孤獨癥譜系障礙相關聯，但不同研究的重復性較差。染色體分析、候選基因策略、關聯分析、全基因組掃描、拷貝數變異和外顯子測序表明孤獨癥譜系障礙的遺傳基礎具有明顯的異質性。同時許多與孤獨癥有關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量相當多，這些都給孤獨癥譜系障礙的遺傳研究帶來一定的挑戰。但是隨著新技術的不斷成熟和運用，對孤獨癥譜系障礙兒童進行亞組分型以及新策略的運用有望進一步闡明孤獨癥譜系障礙的遺傳基礎。

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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