自閉癥基因研究的十年

十年前，麥克?威格勒首次提出自閉癥基因致病理論，這無(wú)疑啟動(dòng)了該領(lǐng)域的研究革新。

2007年4月，威格勒和他同事喬納森?塞拜特發(fā)現了自閉癥患者的新生突變遠高于其他正常人，新生突變不是從父母那里遺傳得到的，而是自發(fā)產(chǎn)生的。他們注意到這種遠高于正常人的突變主要是“拷貝數變異”，也就是DNA復制過(guò)程中缺失或重復增加了某些片斷。威格勒之前的研究發(fā)現，“拷貝數變異”在癌癥病例中很常見(jiàn)。但是當他發(fā)現這種“拷貝數變異”竟然在自閉癥患者中也很常見(jiàn)時(shí)，自閉癥專(zhuān)家們感到非常意外。威格勒說(shuō)：“在轉移和復制過(guò)程中，基因受其他因素影響而被刪除，該空缺很快被新的基因片斷所填充。”

這一發(fā)現很快引發(fā)了進(jìn)一步的研究。針對新生突變，包括威格勒的研究小組在內，有三個(gè)團隊開(kāi)始著(zhù)力研究基因對自閉癥疾病的貢獻。他們的方法很高效：他們并沒(méi)有研究整個(gè)基因組，而是尋求那用于編譯蛋白質(zhì)的2%染色體，我們稱(chēng)之為外顯子組。他們特別選定單一型的家庭來(lái)研究，也就是父母雙方以及其兄弟姐妹正常，但唯有一個(gè)孩子患自閉癥。這樣就可以對照家庭成員的外顯子組，從而發(fā)現自閉癥孩子的基因突變。該方法成果頗豐：根據600多組家庭的數據，研究小組成功預測了幾百組自閉癥致病基因，并確定了最后可能的六個(gè)致病基因。其中CHD8、DYRK1A、SCN2A基因很快成為了自閉癥領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2014年，研究又獲取了更大量的可能的致病基因。在兩項大型的研究中，研究人員對20000多人的數據進(jìn)行了分析，發(fā)現了50個(gè)高度可能的自閉癥基因。威格勒的團隊在研究單一形型自閉癥家庭時(shí)發(fā)現了27個(gè)基因中出現了罕見(jiàn)新生突變。在第二項研究中，研究人員既篩選了新生突變，也篩選了遺傳型突變，最后發(fā)現了33條基因可能會(huì )致自閉癥。其中有10個(gè)可能的致病基因在這兩個(gè)研究中同時(shí)存在。

兩年前，自閉癥可能致病基因的數量又迎來(lái)了猛增。統計技術(shù)有效地對比基因遺傳和基因突變數據，連同自閉癥基因項目中得到的CNV數據，研究人員準確地指出了65個(gè)基因以及6個(gè)“拷貝數變異”是自閉癥的關(guān)鍵致病因素。他們還基本可以確定其中的28個(gè)基因是可能的致病基因。

“在過(guò)去相當長(cháng)的時(shí)間里，我們認為如果發(fā)現這些自閉癥致病基因，那么就可以取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。”加利福尼亞大學(xué)精神病學(xué)副教授斯蒂芬?桑德斯說(shuō)，“突然，我們已經(jīng)拿到了這65個(gè)甚至更多的自閉癥可能致病基因清單，這將是我們進(jìn)一步研究的基礎，非常難得。”

這些研究發(fā)現無(wú)疑證明了自閉癥是一種根植于生物學(xué)的疾病。桑德斯說(shuō)：“越來(lái)越多證據表明，自閉癥絕不是被誤認為的精神障礙，我相信全精神病學(xué)界都認可這一點(diǎn)。自閉癥是基因缺陷引起的，這在生物學(xué)上可以理解，并且可以發(fā)現突變位置。”

然而，這僅僅是一個(gè)開(kāi)始。科學(xué)家們進(jìn)入了自閉癥基因研究的新篇章，他們建立了現有知識的框架，使用更好的測序和統計工具、產(chǎn)生更多數據并建立更有效的模型。例如，他們尋找常見(jiàn)遺傳變體，也就是存在于大于1%的人中并且突變時(shí)可能會(huì )導致自閉癥。并且他們開(kāi)始研究外顯子組以外的98%的基因組區域，這些區域在最開(kāi)始因為我們知之甚少是而被忽略的。

加利福尼亞大學(xué)人類(lèi)基因學(xué)的教授丹尼爾?格斯溫德說(shuō)：“大部分的遺傳研究進(jìn)展都屬于大效應新生變異，但這僅僅是遺傳型奧秘中的一小部分。這些進(jìn)展很重要，但是目前并無(wú)法回答一些問(wèn)題：

為什么自閉癥家庭會(huì )有群發(fā)性？

為什么自閉癥患者的其他近親通常也會(huì )出現自閉癥的某些特征？

基因研究的中心問(wèn)題

那目前到底多少自閉癥的遺傳結構被解釋了呢？據估算，罕見(jiàn)突變（包括可遺傳突變和新生突變）大約能解釋10-30%的病例。在最近大量新發(fā)現之前，僅有2-3%的自閉癥患者能被已知基因突變解釋?zhuān)哼@些突變往往屬于單一基因突變造成的罕見(jiàn)遺傳疾病綜合癥，比如，脆性X染色體綜合癥以及結節性硬化癥。這些綜合癥通常會(huì )帶有自閉癥的核心癥狀，伴有他們自身的特點(diǎn)以及智力障礙。

哈弗大學(xué)醫學(xué)院學(xué)副教授馬克?戴利說(shuō)：“在過(guò)去的兩代人中，至少75%的自閉癥患者伴有嚴重的智力障礙及其他的精神發(fā)育異常，而且診斷也并不充分。”

但是最近十年，譜系量表原則導致自閉癥診斷病例特別是癥狀不太嚴重的新病例大量涌現，這也造成了新的挑戰。自閉癥遺傳研究引導我們全力關(guān)注罕見(jiàn)變異，特別是那些自發(fā)產(chǎn)生的新生突變，認為他們才是高風(fēng)險因素。但是與此同時(shí)，目前新發(fā)現的大多數病例并未發(fā)現這些高風(fēng)險因素。

相反，目前發(fā)現的病例基本都伴隨著(zhù)常見(jiàn)變異，而這種變異的致病效應通常并不大，但是總體會(huì )增加自閉癥風(fēng)險。研究人員嘗試通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析方法（GWAS）來(lái)識別自閉癥基因，也就是對照自閉癥患者和正常對照組的單核苷酸多態(tài)性來(lái)尋找基因組中更多與自閉癥有關(guān)的區域。

某一個(gè)常見(jiàn)變異通常致病效應并不大，因此也比較難以發(fā)現，但是多項研究表明他們的確會(huì )大幅增加自閉癥的風(fēng)險。例如，2014年的一項研究使用統計工具，通過(guò)評估正常人群和自閉人群的常見(jiàn)變異來(lái)研究自閉癥遺傳特性。研究人員分析了瑞典國家衛生中心提供的3000多人的數據，評估表明常見(jiàn)變異對普通人群造成49%的自閉癥風(fēng)險；而罕見(jiàn)突變則能夠解釋6%的風(fēng)險。有科學(xué)家對此結果存疑，但是無(wú)可爭議的是常見(jiàn)變異、罕見(jiàn)變異（遺傳而得的以及自發(fā)產(chǎn)生的）均可能是自閉癥的致病機制。

威格勒提到，他對使用全基因組關(guān)聯(lián)分析方法GWAS進(jìn)行自閉癥研究持懷疑態(tài)度，因為該方法關(guān)注常見(jiàn)變異。大多數造成痛苦并且需要昂貴治療的遺傳疾病，通常都是由個(gè)體中的罕見(jiàn)基因變異引起的，并不會(huì )在大多數患者中常見(jiàn)。

與重度自閉癥相比較而言，常見(jiàn)基因變異更傾向于導致自閉癥譜系癥狀。桑德斯說(shuō)，新生突變更可能會(huì )導致智商低下和更多的認知問(wèn)題。

研究人員正在致力于把現有這些碎片整合到一起：發(fā)現并且診斷罕見(jiàn)基因突變與嚴重疾病的關(guān)聯(lián)是非常重要的，另外我們還需要弄清楚自閉癥特征與正常人群中的精神疾病之間的聯(lián)系。戴利說(shuō)：“這個(gè)兩個(gè)目標都很重要，并且不相沖突。”事實(shí)上，五月份發(fā)表的一篇研究文章表明，罕見(jiàn)變異與常見(jiàn)變異會(huì )協(xié)同增加個(gè)體的患病風(fēng)險。

如果考慮所有相關(guān)的基因數量，自閉癥基因研究前景會(huì )變得異常復雜，據研究人員估算，多達一千個(gè)基因數量。另外很多置信度較高的自閉癥基因也與其他疾病相關(guān)聯(lián)，比如智力障礙、癲癇和精神分裂癥和先天性心臟病。

桑德斯說(shuō)：“這種‘多對一’和‘一對多’的關(guān)系并不意外。”也許并不存在特定唯一的自閉癥基因。“反過(guò)來(lái)說(shuō)，我們還沒(méi)有找到單純導致智力障礙或者精神分裂癥的基因。從根本上來(lái)講，這些遺傳疾病都是相關(guān)聯(lián)的。如果說(shuō),我們能否找到更可能導致自閉癥而不是其他疾病的基因？我想答案是肯定的。”這些更可能導致自閉癥的基因會(huì )給我們提供重要的致病機理線(xiàn)索。桑德斯說(shuō)：“現在你去醫院，你有10%的機會(huì )得到基因學(xué)上的診斷。”

更多的意想不到的發(fā)現

目前我們發(fā)現的自閉癥基因暗示著(zhù)多條自閉癥的潛在致病機制，其中大多數承擔著(zhù)下面三類(lèi)功能：維持突觸的功能或者神經(jīng)元的連接；控制基因表達；以及染色質(zhì)修飾，即組蛋白——一類(lèi)結合在染色體上的蛋白質(zhì)結構。染色質(zhì)決定了哪些DNA片斷可讀從而影響基因的表達。

擁有典型的神經(jīng)元連接的大腦會(huì )產(chǎn)生合乎邏輯的想法。桑德斯說(shuō)：“我們對突觸的研究興趣很濃。”基因研究中我們發(fā)現了控制基因表達的機制。CHD8和SCN2A是我們發(fā)現的兩個(gè)高置信度基因，這給我們帶來(lái)了驚喜:CHD8編譯了染色質(zhì)調節機制，從而控制其他上千個(gè)基因的表達水平；SCN2A編譯了鈉通道機制，主要與小兒癲癇相關(guān)聯(lián)。

使用基因表達圖譜工具，例如BrainSpanAtlas，研究人員可以追蹤到自閉癥基因在何時(shí)何處對大腦發(fā)生作用。他們發(fā)現很多基因，包括CHD8和SCN2A在內，是在妊娠中后期在腦部皮質(zhì)上呈現的—這恰巧是神經(jīng)發(fā)育的高峰期。

Geschwind說(shuō)：“雖然目前我們并未真正搞明白，但是這些基因似乎在妊娠中期破壞了胎兒的腦部發(fā)育。這時(shí)期他們干擾了皮質(zhì)層的發(fā)育機制，包括打亂轉錄過(guò)程中的細胞類(lèi)型以及部位。如果皮質(zhì)層不能正確地發(fā)育，這就導致神經(jīng)元溝通的持續性障礙。在接下來(lái)的幾年里，研究人員有望對神經(jīng)元和回路有更準確的理解。”

動(dòng)物和細胞模型的研究也發(fā)現了類(lèi)似的基因問(wèn)題以及新的神經(jīng)元和神經(jīng)元聯(lián)結的結構問(wèn)題。在細胞和動(dòng)物自閉癥癥候群模型中，科學(xué)家可以通過(guò)藥物來(lái)至少可以修正部分問(wèn)題。這就預示著(zhù)自閉癥的某些特征可能最終會(huì )被證實(shí)是可醫治的，甚至自閉癥成年人也可以。

馬修?斯的特說(shuō)：“相信自閉癥是可以治療和重塑，而不是從出生就無(wú)法改變，這一點(diǎn)非常重要。”馬修?斯的特是加州大學(xué)的精神病學(xué)專(zhuān)家，領(lǐng)導了許多重大的自閉癥基因研究課題。

同時(shí)，基因研究給病人帶來(lái)了很多便利。“如果現在你去醫院，有10%的機會(huì )獲得基因診斷，我期望能在此基礎上能為另外的5-10%給出基因診斷。”桑德斯說(shuō)，“我們并不能立即為病人提供治療方案，但是我們至少可以把具有相同突變的人聯(lián)系起來(lái)。”這樣我們就得到一個(gè)群體的信息，研究人員將來(lái)可以有更好的方案，并且更好的幫助他們。

倡導團體可以說(shuō)服研究人員和資助機構作更多這方面的研究，并且幫助尋找臨床實(shí)驗的研究對象。通過(guò)基因測序我們可以對人群分類(lèi)，這將大大增加研究成功的機率。紐約西維爾自閉癥研究治療中心負責人JosephBuxbaum說(shuō)，這將會(huì )非常的有效。

基因檢測還可以幫助有家庭計劃和治療方案需求的家庭來(lái)做決定。例如，對第17條染色體上的某個(gè)片段缺失（被稱(chēng)為17q12）導致的自閉癥和精神分裂癥患者來(lái)說(shuō)，服用情緒穩定劑或精神安定是有很大危險的，因為此片段的缺失也導致腎衰竭和Ⅱ型糖尿病，而上述藥物會(huì )加重相關(guān)癥狀。另外，特定的變異會(huì )增加某些癌癥的風(fēng)險。Geschwind說(shuō)：“在這些情況下，知曉這些變異會(huì )非常有幫助，不僅限于自閉癥的治療，還對病人有其他方面的幫助。”