孤独症的遗传学与神经生物学研究综述

　　孤独症是一种发病于婴幼儿时期的广泛性发育障碍， 主要表现为社会交往和交流障碍， 兴趣狭窄以及刻板重复的行为方式3大核心症状。 其遗传度虽然高达 90%, 但目前尚未有报道发现其确切的易感基因。 本文从分子遗传学、表观遗传学及神经生物学角度入手， 探索孤独症病因学研究进展。

　　1 孤独症的分子遗传学研究

　　1.1 孤独症是一种多基因复杂疾病

　　流行病学调查表明， 孤独症同卵双生子的共病率为 70%~90%, 而异卵双生子的共病率为 0%~10%[1]. 同时， 其患者亲属的发病率为普通人群的 25倍， 存在家族聚集现象， 家族中即使没有同样的患者，也可以发现存在类似的认知功能缺陷[2]. 同时， 在多种常见多基因病中， 孤独症的遗传度高达 90%, 几乎是遗传度最高的多基因病[3]. 在 DSM-Ⅳ（diagnost-icand statistical manual of mental disorders-Ⅳ）修改版中， 孤独症与 Rett 综合征、阿斯伯格症候群（Asper-ser's disorder）、儿童期崩解症（children disintegrativedisorder）和其他未注明广泛发育障碍（pervasive devel-opmental disorder-not otherwise specified, PDD-NOS）共同称作广泛性发育障碍（pervasive developmentaldisorders, PDD）。 其中， 孤独症与后三者合称为泛自闭症障碍症候群（autism spectrum disorder, ASD）， 被认为具有相似的遗传背景和模式。 一般认为， 绝大多数孤独症的遗传模式为多基因遗传。 可能在少数患者中， 也存在单基因遗传等其他遗传模式[1].

　　孤独症是一种典型的多基因复杂疾病， 具有典型的遗传异质性和表型异质性： （ⅰ） 同为孤独症患者可以表现出不同的表型组合； （ⅱ） 不同的致病基因又可以产生相似的表型。 针对具体的患病个体， 难以判断其是由单个基因或染色体区域改变导致， 还是由多个基因联合作用[4]. 而如果是多基因引起的，又要面临遗传模式未知和多基因作用难以辨析等问题， 并且还有环境因素的影响[5].因此， 虽然多年来本领域专家对孤独症的分子遗传学机制进行了广泛研究， 通过连锁分析和关联研究发现了大量的热点区域与候选基因， 但至今尚未能确切地找到孤独症的致病或易感基因， 而且不同的研究组之间会有完全不同的结果， 这可能和以下几个原因有关： （ⅰ） 多数孤独症为多基因病， 是多个微效基因共同作用的结果， 在检验某一个单基因与疾病的关系时可能难以达到显着水平； （ⅱ） 研究的样本量不足或对照的入选不严格； （ⅲ） 不同患者起作用的致病基因可能完全不同； （ⅳ） 由于孤独症与环境有关， 而表观遗传联系了外界环境与基因组。但是， 由于表观遗传不涉及核苷酸序列的改变， 所以容易漏检[6].

　　1.2 当前孤独症分子遗传学研究的 3 种常用方法

　　细胞遗传学法、全基因组扫描和候选基因法是最近 10 年来孤独症分子遗传学研究中较为常见的 3 种方法。

　　细胞遗传学法主要应用荧光原位杂交技术进行染色体断裂点分析， 观察患者的染色体异常。 在10%~48%的患者中可观察到染色体异常。 染色体异常在除14和20号染色体以外的其他染色体上均有发现， 其中， 7q31~q35, 15q11~q13 和性染色体为涉及最多的区域[6~8]. 观察到的常见染色体异常包括末端缺失和中间缺失、平衡易位和非平衡易位、倒位以及非整倍体改变等[9].全基因组扫描的结果显示， 多条染色体的多个部位与孤独症连锁， 其中 7q 与孤独症显着连锁， 其对数分数（maximum LOD）大于 1.5[10]. 对 7 号染色体进一步的连锁相关分析显示， 孤独症和 7q31~q33 上一个特定基因标记存在显着连锁， 因此推测这个位点为孤独症的易感位点， 称为 AUTSI. 在 AUTSI 上的 一 些 潜 在 的 候 选 基 因 包 括 RELN（Reelin），FOXP2（forkhead box P2）， ST7（suppression of tumor-igenicity 7）和 WNT2（wingless-type MMTV integrationsite family member 2）[6].

　　运用细胞遗传学方法和全基因组扫描粗略定位的孤独症相关基因位点， 通常是研究者首选的热门候选基因， 包括位于 7q 上的 ST7, WNT 2, RELN,FOXP2, 15 号染色体上的 GABRB3（gamma-aminobu-tyric acid A receptor, beta 3）， UBE3A（ubiquitin proteinligase E3A）和 ATP10C（ATPase, Class Ⅴ， type 10C），此外还有 HoxA1（homeobox A1）、5-羟色胺转运蛋白基因、谷氨酸受体 6 基因、精氨酸受体基因及其他基因[6].

　　大规模全基因组扫描的方法对揭示孤独症尚未被发现的致病机理很有效果。 而采用候选基因法有助于快速精准地找到阳性基因。

　　1.3 孤独症分子遗传学研究新进展

　　在提高样本同质性方面， 现在已有研究人员采用功能磁共振方法， 研究孤独症患者大脑的功能活动， 探索如何从功能影像学的层面选择适合孤独症分子遗传学研究的内表型。 常规影像学往往不能发现特异的形态异常， 而功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging, fMRI）可以在指定任务的情况下， 观察孤独症患者大脑活动的动态过程， 从而在分子遗传学和临床表型之间搭建一座桥梁[11]. 目前， 对孤独症患者进行的功能磁共振的检查主要集中在社会交往、语言和执行功能方面[12]. 这种功能影像学研究尚处于起步阶段， 相信随着研究的逐步深入， 功能影像学研究与遗传学研究的结合将会对孤独症病因学研究提供非常重要的线索， 这也将是未来孤独症分子遗传学研究的一个重要发展方向。

　　在微观层面上， 孤独症是由一组特异表型构成的临床综合征， 每种表型是由存在于某一相互作用网络的一组蛋白质的变化所导致的， 而蛋白质的变化又来自于基因层面上一组相应基因的改变。 这些易感基因在具有同一表型患者中可以不同， 但它们应该在同一通路上， 或至少在同一网络上[10]. 而不同种类的精神疾病在表型上是有交叉的， 例如， 孤独症和脆性 X 综合征中都存在语言障碍这种表型。 可以认为， 在这两种疾病中， 导致语言障碍这一表型的易感基因应该是同一组基因， 或者它们的易感基因至少在一个通路上。 这样， 就可以通过研究具有同一表型的不同疾病， 发现某一表型的发生机制， 从而在生物学水平对疾病重新进行更科学的划分。 事实上， 在Nature Genetics Review 上也提出了类似的设想， 即可以利用同时患有孤独症和其他神经发育障碍疾病（如脆性 X 综合征）的患者， 发现孤独症某些特异表型的发生机制。 即将脆性 X 综合征的患者分为两组， 一组同时患有孤独症， 另一组不患有孤独症。 这两组分别与正常对照进行比较时， 发现的是导致脆性 X 综合征的突变， 而将这两组进行比较时， 就可以发现孤独症不同于脆性 X 综合征特殊表型的发生机制[13].

　　2 孤独症的表观遗传学研究

　　目前有关孤独症表观遗传调控的研究主要集中在 DNA 甲基化和组蛋白修饰两个方面。 上述调控不但受到环境因素的影响， 而且可展现出父源或母源信息（show parent of origin effects）[6].

　　2.1 Rett 综合征、脆性 X 综合征与 ASD

　　Rett 综合征[14]和脆性 X 综合征[15]是两个具有典型表观遗传调控机制的疾病， 这两个疾病常与 ASD并发[16], 暗示这些疾病间具有类似的发病机制。 Rett综合征是由于甲基化 CpG 岛结合蛋白（methyl CpGbinding protein 2, MeCP2）基因突变造成的。 MeCP2 可以通过结合甲基化的胞嘧啶残基， 并与染色质重塑复合物相互作用， 促使 DNA 形成异染色质状态[14].在脆性 X 综合征的发病过程中， 遗传和表观遗传共同作用， 该基因 5′-非翻译区（untranslated regions,UTR） CGG 三核苷酸序列重复次数增加， 增加了该基因对表观性基因沉默的易感性， 从而导致基因失表达[15].

　　2.2 X 染色体印记与 ASD

　　流行病学研究发现， ASD 患者男女性别比例约为 4:1[17]. 这种不同性别间患病率不同的现象说明在ASD 的发病过程中， 应该有至少 1 个 X 连锁的易感基因存在， 但目前的遗传学研究还未发现明确的 X连锁家系和明确的X连锁分析结果。 这一现象说明X染色体在 ASD 发病中的作用机制可能更为复杂。

　　Skuse[17]提出一种假说， 在 X 染色体上存在一个可被印记化的位点， 该位点可增加女性的社会认知能力，进而保护女性不罹患ASD. 在这个模型中， 母本X染色体上的该位点被沉默， 从而男性不表达该位点， 所以男性表现出更高的社会功能和语言交流损伤易感性[18]. 与这个假说相呼应， 在一些研究中， 细胞遗传学正常的女性在社会功能和语言交流测试中， 评分好于正常男性； 而在 Turner 综合征患者或 Xp 缺失患者中， 这些女性易并发孤独症和/或ASD[19]. 最近在小鼠（Mus musculus） X染色体上发现的3个基因Xl3b,Xl4b 和 Xl4c, 均为母本表达， 且逃避 X 染色体失活；人类与其对应的区域是 Xq28, 有关这一区域的研究结果值得期待[6].

　　2.3 7q, 15q 与 ASD

　　以往的研究通过传统的功能候选和/或定位克隆候选策略， 确认了几个孤独症易感染色体区域， 如1p, 2q, 3p, 7q, 15q, 17q. 其中， 15q11~13, 7q21~31.31,7q32.3~36.3 几个区域与基因组印记区域重合或者相邻。 而在众多研究中， 15q 和 7q 这两个区域表现出较强的表观遗传与遗传共同调控迹象[6,20], 以下分别简要介绍针对这两个染色体区域的研究进展和部分结论。

　　（1） 7q 与 ASD. 由分子遗传学研究检验出的位于 7q31~q33 AUTSI 连锁区的潜在候选基因 RELN 的作用方式， 被认为是由于其受 DNA 甲基化调控的机制出现紊乱， 从而导致孤独症的发生。 就 DNA 甲基化而言， 由于它可以受到基因变异、母体孕期营养/外界环境刺激， 以及产后外界刺激等因素影响， 因此，又可反映基因-环境交互作用[6].另一针对 ASD 的遗传学研究工作发现， 在7q21~31.31 区域存在 2 个父源表达基因 , SGCE（sarcoglycan, epsilon）和 PEG10（paternally expressed10）。 它们在小鼠中都是 Mecp2 的结合靶点[6], 因此有理由推断， 这两个基因的表达异常会影响以Mecp2 为代表的一些转录活化因子或染色体重塑复合物因子对 DNA 的结合。 在该区域还存在 3 个母本表 达 的 基 因 : PPP1R9A（protein phosphatase 1,regulatory subunit 9A）， DLX5（distal-less homeobox 5）和 CALCR（calcitonin receptor）[6].