孤独症谱系障碍的易感性拷贝数变异研究进展☆

赵雪 张燕霞 禹顺英

·综述·

孤独症谱系障碍的易感性拷贝数变异研究进展☆

赵雪*张燕霞*禹顺英**

孤独症 孤独症谱系障碍 拷贝数变异

孤独症（autism）多起病于婴幼儿期，以社会交往障碍、语言交流障碍、兴趣范围狭窄及刻板行为为特征，是一类严重的神经发育障碍性疾病。在2013年出版的《美国精神障碍诊断与统计手册第5版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,5th Edition，DSM-5）中，取消DSM-IV中关于孤独症、Asperger综合征、Rett综合征、儿童瓦解性精神障碍和广泛性发育障碍未特定型的分类，仅有孤独症谱系障碍（autismspectrumdisorder，ASD）这一概念。双生子研究显示，同卵双生子的ASD同病率为70%～90%，明显高于异卵双生子的0～10%；家系研究显示，ASD患儿的同胞患病风险比正常人高25倍；ASD的遗传度约为91%～93%[1]。近年来ASD的分子遗传学研究发展迅速，拷贝数变异（copy number variants，CNVs）作为一种重要的变异更是近年ASD分子遗传学研究的热点。本文就ASD的易感性CNVs进行综述。

1 拷贝数变异概述

CNVs是人类基因组内常见的亚显微结构变异，这种变异是DNA片段上从kb到Mb范围的缺失、嵌入、复制或复合多位点变异。2006年，多国研究者对来自欧洲、非洲和亚洲4个群体中的270名个体进行分析，绘制人类基因组第一代拷贝数变异图谱，发现1447个拷贝数变异区域，涵盖360Mb，约占人类基因组全长的12%[2]。

研究者认为DNA重组可能是CNVs发生的主要机制，其中包括非等位基因同源重组（non-allelic homologous recombination，NAHR）和非同源末端连接（non-homologous end joining，NHEJ）。前者是由2条同源的、但在基因组不同位置重复出现、高度相似的DNA序列配对并发生序列交换所造成[3]，主要发生在减数分裂过程中；后者是指在不依赖DNA同源性的情况下，为避免DNA或染色体断裂的滞留，强行将2个DNA断端彼此连接在一起的DNA双链断裂修复机制[4]。

CNVs可以通过改变基因的拷贝数、破坏基因编码区的结果、改变基因调控序列的位置或长度、暴露隐形突变等方式影响基因表达，进而影响个体表型。CNVs可遗传自父母，称为遗传性CNVs（inherited CNVs），此类CNVs可能是某些疾病具有家族聚集性的遗传学基础；CNVs也可以是自发产生的新突变，称为新生拷贝数突变（de novo CNVs），此类CNVs可能导致某些散发性病例发生。

2 拷贝数变异与ASD

CNVs既与常见表型变异有关，也与疾病发生有关。随着ASD研究不断深入，对ASD遗传模式的理解从“常见疾病常见变异”（common disease common variant，CDCV）模式转变为“常见疾病罕见变异”（common disease rare variant，CDRV）模式，后者强调多种罕见的、具有高度外显率的遗传变异导致疾病发生，而CNVs就是这类遗传变异中的一种形式。关于CNVs对ASD的作用，有人提出“临界值（threshold）”模型，即不同CNVs具有不同的外显率是基于剂量效应及其所影响基因的功能。部分CNVs（如15q11-13区域重复）对ASD发病风险贡献较大，这类CNVs通常是新生突变，常引起严重的ASD症状，在散发性ASD中更常见。另一些具有微小或中等效应的CNVs（如15q11.2区域缺失），需要与其他遗传因素共同作用才能达到导致ASD发生的临界值。

2.1 ASD相关阳性CNVs位点

2.1.1 16p11.2 在散发性ASD研究中，16p11.2区域的微缺失/微重复是最常见的CNV（约0.8%），且缺失出现的频率高于重复。如Sebat等[5]在1例Asperger综合征女性患者基因组中发现16p11.2区的新发缺失；Kumar等[6]报道在2例孤独症先证者的基因组中存在约500 kb的16p11.2区微缺失，正常对照组未发现该缺失；Weiss等[7]的研究显示，尽管在正常对照中也发现16p11.2区的缺失或重复，但其出现在ASD患者中的概率是对照的100倍；Levy等[8]发现ASD患者基因组16p11.2区缺失和重复的发生频率为1%。

2.1.2 15q11-q13 早年两项基于小样本的研究显示孤独症患者基因组中15q11-q13区CNVs出现频率高达1%～3%，其中一项研究140例孤独症患者中2例携带有遗传自母亲的15q11-q13区重复[9]，另一项研究100例患者中2例分别携带有遗传自母亲的重复和缺失[10]。Depienne等[11]对522例ASD患者基因组15q11-q13区进行扫描，发现近1%患者存在该区的病理性重排。15q11-13区缺失或单亲双体型（uniparental disomy，UPD）是导致Prader-Willi综合征（Prader-Willi syndrome，PWS）和Angelman综合征（Angelman syndrome，AS）的主要原因，这两种综合征常常共病ASD和孤独症样行为[12-13]。Veltman等[14]对12项PWS/AS与ASD相关研究进行Meta分析，结果显示PWS和AS患者中分别有25.3%和1.9%共病ASD，间接证明该区域CNVs与ASD发病有关。

2.1.3 22q11.2 22q11.2微缺失综合征是一种较常见的遗传性疾病，在4000名新生儿中约1人患此病[15]，该综合征患者的一种常见表型是社会交往困难，与ASD的社会交往障碍类似，这促使研究者探索22q11.2微缺失综合征与ASD的关系。研究显示存在22q11.2微缺失的成年人有3%符合孤独症的诊断，存在22q11.2微缺失的儿童有22%表现出明显的孤独症样行为[16]，这提示22q11.2区CNVs可能是ASD的一个致病因素。但22q11.2基因微缺失也与精神分裂症和情感障碍的发病相关。

2.1.4 2p16（NRXN1） 有研究发现1个ASD家系中患病的2例女性先证者存在2p16区300 kb的缺失，该缺失为新发CNVs[17]。2p16区含有neurexin 1（NRXN1）基因，NRXN1基因编码的neurexins蛋白与neuroligins共同作用调控谷氨酸盐突触的形成，脑内谷氨酸盐异常被认为是ASD发生的重要危险因素。Wisniowiecka-Kowalnik等[18]在3个ASD家系中均发现NRXN1基因区的CNVs：第一个ASD大家系中4例孤独症子女的NRXN1基因均存在约380 kb的缺失，这一缺失来源于患有Asperger综合征的母亲；第二个家系中患有孤独症和智力障碍的先证者及其患有语言发育障碍的母亲和弟弟存在约180 kb的NRXN1基因串联重复；在第三个家系中，1例ASD先证者存在约330 kb的NRXN1基因串联重复，为新生突变。因此，2p16及位于该区域NRXN1基因的CNVs均被证实与ASD相关。

2.1.5 1q21.1 研究者在3例孤独症先证者中发现1q21区长度为1.1 Mb的重复[17]。Mefford等[19]在包括多种儿科疾病在内的患者中发现1q21.1区域的变异，在9例携带1q21.1重复的患者中有4例患有孤独症或存在孤独症样行为；正常对照组中仅1例存在该区域重复，未发现缺失。这提示1q21.1区域CNVs或许不是ASD的主要致病因素，而是与其他因素共同导致ASD的发生。

2.1.6 17q12 研究者在3个ASD家系中发现17p12区长度约933 kb的CNVs，其中一个家系中患病异卵双生子携带的CNV以重复形式存在，为新生突变，另一个家系中的2例患病男性同胞携带的缺失遗传自母亲，第三个家系中患病女性携带的缺失遗传自父亲[17]。Moreno-De-Luca等[20]在包括ASD、精神发育迟滞和智能障碍在内的15749例患者中发现18例患者存在长度为1.4 Mb的17q12区缺失，其中4例为ASD患者；在正常对照中未发现该缺失。随后这些研究者又在1182例ASD/神经认知缺损患者和6340例精神分裂症患者的研究中发现2例ASD患者和4例精神分裂症患者存在该缺失；在正常对照中未发现该缺失[20]。以上结果说明17q12区CNVs可能增加ASD的发病风险。

2.1.7 其他 除上述与ASD相关的常见CNVs位点外，Moreno-De-Luca等[21]合并几项大型ASD的CNVs研究数据后，还发现15q13.2-q13.3(BP4-BP5)、16p13.11、16p12.1、17q1、1q21（TAR）、3q29、5q35等位点的缺失和7q11.23、15q13.2-q13.3等位点的重复。Menashe等[22]对AutDB（http://mindspec.org/autdb.html）内收录的48篇ASD相关CNVs文献进行Meta分析，结果发现4q35.2、16p11.2、15q11.2、15q11.2-q13.1、15q13.2-q13.3、22q11.2、22q13.32-q13.33、1q21.1、3q26.31、9q24.3和13q14.3等11个具有统计学意义的风险位点，其中16p11.2对ASD发病的贡献最大，其次为位于15q11.2-q13.3区的3个位点。

2.2 ASD相关基因CNVsEgger等[23]在ASD家系中识别到5类新生拷贝数变异：GPHN基因外显子区存在长度为357 kb的缺失；16p11.2区的多个基因（如NPIPL1和SH2B1基因）存在长度为290 kb的缺失；位于Xp11.2-p21.3区的多个基因（如ARX基因）存在长度为3 Mb的重复；C18orf22基因的外显子存在长度为61 kb的重复和横跨多个基因（包括CSTB）的21q22.3区存在3 Mb缺失；该研究还识别到在以前的研究中报道过的阳性CNVs，如TSPAN7、DPP6、AUTS2、MACROD2、CDH13、EPHA3和CHRNA7基因重复等。

2.3 ASD相关CNVs的多效性随着ASD相关CNVs研究的不断深入，研究者发现ASD与其他精神疾病存在CNVs位点的重叠，如ASD和精神分裂症患者存在NRXN1基因、16p11.2和1q21.1区域的阳性CNVs，这说明CNVs具有多效性，即一种CNVs可引起多种不同的临床表型。这种多效性或许可以解释为同一种CNVs引起蛋白质的不同功能区域出现异常，进而导致不同蛋白质间的相互作用（如配体和受体）、多蛋白复合体中各蛋白间的相互作用出现异常，而这些蛋白质又存在于细胞通路的不同阶段，最终导致不同疾病表型的发生。

对近几年ASD的CNVs研究进行总结，可以发现：①新生CNVs在简单家系、复杂家系和正常对照中存在的比例不同，这说明散发性病例和家族性病例的发病机制不同；②部分ASD患者基因组中存在2个以上的CNVs，具有更严重的临床表型；③健康人群基因组中也会携带新生或遗传性CNVs，有些CNVs与疾病的阳性CNVs重叠；④携带阳性CNVs的ASD相关基因与细胞的增殖、突起、运动和GTPase/ Ras信号有关。

随着CNVs研究实验技术的进步和研究样本的扩大，更多与ASD发病相关的CNVs被发现，截止至2013年9月，AutDB数据库的CNV版块中已收录305篇文献、2032个CNVs位点，而这一数字还将继续扩大。当然，目前的CNVs研究还有很多局限性，如：①很多研究结果无法复制；②部分CNVs发生频率低，未达到统计学意义，但这类CNVs很可能是ASD发生的关键致病因素；③CNVs在ASD中的发生频率约1%，需要较大样本量才可探测到阳性CNVs；④研究成本高。尽管CNVs研究有诸多局限，但研究者们通过坚持不懈和更加细致的研究，正逐步了解到ASD的可能发病机制。作为一种全新的分子遗传标记，相信CNVs会在ASD的诊断和病理认识上发挥越来越重要的作用。

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R749.94

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2014-01-23）

（责任编辑：肖雅妮）

10.3936/j.issn.1002-0152.2014.07.016

☆上海市重性精神病重点实验室项目（编号：13dz2260500）

*上海交通大学医学院附属精神卫生中心（上海200030）

**上海交通大学医学院附属精神卫生中心遗传学研究室