孤独症谱系障碍的遗传学研究进展

张宏 杜亚松

·综述·

孤独症谱系障碍的遗传学研究进展

张宏 杜亚松

孤独症谱系障碍是一种神经系统发育障碍性疾病，本文就该疾病有关染色体分析、连锁分析、候选基因、拷贝数变异、全基因组扫描及外显子测序等诸多遗传病因学研究进展做一综述。

孤独症谱系障碍 遗传

孤独症谱系障碍患者一般在3岁以前发病，典型表现为言语发育障碍、社会交往障碍、兴趣范围狭窄和行为刻板［1］。国内外学者对孤独症谱系障碍的病因进行了大量的研究，更多证据显示该病与遗传因素密切相关［2，3］。近年来随着拷贝数变异（CNV）、全基因组扫描（GWAS）和外显子测序（WES）等新遗传标记和新技术的运用，孤独症谱系障碍的遗传病因学研究取得了许多新进展，本文将其简要综述如下。

1 染色体分析

大约2%的孤独症谱系障碍患者存在染色体异常（包括染色体的断裂、易位、重复和缺失），这些异常可以通过高分辨率G带和染色体原位荧光杂交技术进行检测。几乎每一条染色体都发现异常，报道频率较高的主要有5p15、15q11-q13、17p11和22q11.2。15q11-q13异常是孤独症谱系障碍最常见的染色体异常，在该区域存在编码γ-氨基丁酸（GABA）受体的基因GABAB3和导致Angelman综合征的基因UBE3A［4，5］。Angelman综合征患者具有部分或完全孤独症谱系障碍的临床表现，这些患者均存在15q11－q13异常。

2 连锁分析

连锁分析是常用的寻找致病基因的方法。基因定位的连锁分析是根据基因在染色体上呈直线排列，不同基因相互连锁成连锁群的原理，应用被定位的基因与同一染色体上另一基因或遗传标记相连锁的特点进行定位。但是目前与孤独症谱系障碍有关的连锁分析结果具有明显的异质性，不同的研究提示几乎在每一条染色体都发现连锁位点，其中报道重复性比较高的连锁位点主要位于2q、7q和17q。报道最多的位点是7q，在这一区域包含RELN、FOXP2、WNT2和CADPS2等孤独症谱系障碍的候选基因［6，7］。

3 候选基因

候选基因法往往用于多基因疾病的研究，它是基于某种疾病或表型的生理生化基础，筛选出可能参与疾病发生发展的基因，之后再利用人群关联研究寻找出相关突变。那些在神经系统广泛表达，参与中枢神经系统功能调节，影响社会交往和语言发育的基因往往作为孤独症谱系障碍的候选基因。除了传统的GABA受体和5-羟色胺（5-HT）相关基因之外，近几年的研究证实，突触运动调节基因和钙离子相关基因也是孤独症谱系障碍候选基因。

3.1 GABA受体基因 GABA是主要抑制性神经递质，其受体根据其对激动剂和拮抗剂的敏感性分为GABAA受体、GABAB受体和GABAC受体。编码GABAA受体的3个基因GABRB3、GABRA3和GABRG3位于染色体15q11-q13，该区域在维持染色体稳定性以及基因表达和重组方面发挥着重要作用。几项独立的研究都发现孤独症谱系障碍患者15q11-q13区域存在相同的重复序列，而15q11-q13重复序列转基因小鼠出现了明显的孤独症谱系障碍表型［8～10］。Yoo HK等［11］报道GABRB3与孤独症谱系障碍之间存在明显的连锁不平衡。

3.2 5-HT相关基因 5-HT是一种重要的单胺类神经递质，在精神和神经活动中发挥重要作用。5-羟色胺转运体（5-HTT）通过清除突触间隙的5-HT参与调控5-HT信号的传导，因此编码5-HTT的基因也成为孤独症谱系障碍的重要候选基因。人类5-HTT基因启动子区域存在一个多态性重复序列（5-HTTLPR），该序列能够影响5-HTT的转录活性。5-HTTLPR与孤独症谱系障碍的相关性已经得到多项研究的证实［12，13］，最近一篇研究报道5-HTTLPR多态性与埃及儿童的孤独症谱系障碍存在相关性［14］。

3.3 突触运动调节基因 SHANK基因家族包括3个成员SHANK1、SHANK2和SHANK3，编码相关结构蛋白在神经突触的形成和成熟中发挥着重要作用。SHANK1、SHANK2和SHANK3基因的部分缺失在孤独症谱系障碍家系和人群研究中都有报道，而孤独症谱系障碍患者的SHANK2和SHANK3基因还存在多种形式的单碱基突变［15～17］。Neurexins是另一个影响突触功能的蛋白，其主要在神经突触的形成和成熟以及与钙离子偶联传递神经信号的过程中发挥着重要作用。Neurexins由NRXN1、NRXN2和NRXN3等基因编码。多项研究证实，孤独症谱系障碍患者中NRXN1基因存在300kb碱基的缺失，最近的一项家系研究报道4位孤独症谱系障碍患者亲属的NRXN3基因存在部分缺失［18］。

3.4 钙离子相关基因 钙离子通道、受体以及相关蛋白在神经系统的发育中发挥着重要作用，因此也将这些相关基因纳入孤独症谱系障碍的遗传研究。编码L型钙离子通道蛋白CaV1.2的基因CACNA1C发生突变能够导致多器官功能障碍，主要表现为QT间期延长、并指／趾和孤独症谱系障碍［19］。最近有文献报道孤独症谱系障碍家系中也发现编码L型钙离子通道蛋白CaVβ2的基因罕见突变［20］。此外编码L型钙离子通道蛋白CaV1.4的基因CACNA1F发生突变则诱发CSNB2，主要表现为认知受损和孤独症谱系障碍［21］。

4 拷贝数变异

拷贝数变异（copy number variation，CNV）是由基因组发生重排而导致的，一般指长度1kb以上的基因组大片段的拷贝数增加或者减少，主要表现为亚显微水平的缺失和重复。早期的研究提示孤独症谱系障碍患者的拷贝数变异发生频率（6%～10%）要显著高于正常对照儿童（1%～3%），研究者推测拷贝数变异频率的增加导致了基因的不稳定性增加进而增加了孤独症谱系障碍的发病风险。但全基因组水平研究并未发现孤独症谱系障碍患者的拷贝数变异频率高于正常对照儿童。最近的研究提示并非是拷贝数变异的频率而是拷贝数变异的位置和对基因功能的改变与孤独症谱系障碍的发生更相关［22］。虽然不同的孤独症谱系障碍患者的拷贝数变异频率和位置不尽相同，但多项研究显示下列拷贝数变异重复出现，是比较具有代表性的。

4.1 16p11.2拷贝数变异 16p11.2拷贝数变异在许多项研究中得到证实。该位点的拷贝数减少不仅表现为孤独症谱系障碍，还表现为注意力缺陷、多动、焦虑、癫痫和精神分裂症等。而该位点拷贝数增加除了表现为孤独症谱系障碍、注意力缺陷、焦虑和精神分裂症，还表现为不同程度的肥胖［23］。

4.2 1q21.1拷贝数变异 1q21.1拷贝数变异具有非常广泛的临床表型。孤独症谱系障碍患者中该位点拷贝数增加的几率更高，该位点拷贝数减少则更多的表现为头小畸形、注意力缺陷、多动、反社会行为、焦虑、癫痫、发育延迟、抑郁症、精神分裂症、心脏病和白内障等［24，25］。

5 全基因组扫描

全基因组关联分析（Genome-wide association study，GWAS）是一种应用人类基因组中数以百万计的单核苷酸多态性（single nucleotide ploymorphism，SNP）为标记进行病例对照分析，探寻复杂性疾病遗传特征的新策略。孤独症谱系障碍遗传领域的第一项GWAS发表于2009年，研究者纳入了780个孤独症谱系障碍家系，其中包括1 204名孤独症谱系障碍患者和6 491名健康对照。研究者一共发现6个SNP具有全基因组水平的统计学差异，这些SNP位于5p14.1。这些SNP中相关系数最高的是rs4307059（P＝3.4× 10－8），该SNP位于编码经典2型细胞黏附分子cadherin的基因CDH9和CDH10之间［26］。另一项孤独症谱系障碍GWAS研究，最初在整个基因组水平并未发现与孤独症谱系障碍相关联的SNP，但是将关联性较高的SNP在另外一个独立的样本库中进行验证时发现位于5p15的一个SNP与孤独症谱系障碍高度关联，进一步的Meta分析证实了该位点与孤独症谱系障碍的相关性。该位点位于编码的基因SEMA5A和编码味觉（苦味）受体蛋白的基因TAS2R1之间，进一步的研究证实孤独症谱系障碍患者血液和大脑组织中SEMA5A的水平低于正常儿童［27］。

6 外显子测序

新一代测序技术发展迅速，外显子测序便是其中的一种，它为复杂疾病的遗传学研究提供了高效、便捷的手段。尽管全基因组测序的费用不断下降，但是外显子测序因其在稀有突变的发现以及其捕获和数据分析方面的优势使其在遗传疾病的研究中仍得到广泛应用。近年来孤独症谱系障碍遗传学研究应用外显子测序技术取得了新的进展，特别是一些新发突变的发现。

2011年研究者通过对20位孤独症谱系障碍患者及其父母外显子测序，发现了21个新发突变，其中的11个引起蛋白结构的改变，这些突变大多位于蛋白序列的保守区域［28］。随后2012年Iossifov I等［29］从西门子单个孤独症儿童样本数据库（Simons Simplex Collection，SSC）中挑选了343个家系进行外显子测序研究，研究表明孤独症谱系障碍患者总体的新发突变与对照组无明显差异，但是孤独症谱系障碍患者父母的错义突变的发生频率却高于正常对照2倍。2012年发表的另外两项研究也证实了孤独症谱系障碍患者的新生错义突变发生频率要高于正常对照，并且与患者父母的年龄相关［30，31］。其中一项研究发现3个基因SCN2A、KATNAL2和CH8的新发突变在不同的患者身上得到证实，而另一项研究则发现基因BRCA2、FAT1和KCNMA1存在两种不同的新发突变。这些外显子测序研究都证实了新发突变在孤独症谱系障碍发病中的作用，但这些新发突变只是增加孤独症谱系障碍的发病风险而并不能直接导致孤独症谱系障碍。最近两项有关孤独症谱系障碍的外显子测序研究将100多个基因与孤独症谱系障碍联系起来，其中60个基因满足一个“高可信度”阈值，表明这些基因突变有超过90%的机会引发孤独症谱系障碍。这两项研究所涉及的基因主要包括三类：一类参与和影响突触形成和功能；一类参与和影响基因的转录；一类影响染色质结构的稳定［32，33］。

目前为止，已经有数百个基因显示与孤独症谱系障碍相关联，但不同研究的重复性较差。染色体分析、候选基因策略、关联分析、全基因组扫描、拷贝数变异和外显子测序表明孤独症谱系障碍的遗传基础具有明显的异质性。同时许多与孤独症有关的基因可能影响多个表型，而孤独症谱系障碍涉及的基因数量相当多，这些都给孤独症谱系障碍的遗传研究带来一定的挑战。但是随着新技术的不断成熟和运用，对孤独症谱系障碍儿童进行亚组分型以及新策略的运用有望进一步阐明孤独症谱系障碍的遗传基础。

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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）

200030 上海市，上海交通大学医学院附属精神卫生中心

杜亚松，E-mail：yasongdu@163.com