揭开孤独症遗传图谱的神秘面纱，首个大规模中国人群孤独症基因测序研究出炉

　　 孤独症谱系障碍，简称“孤独症”，又称“自闭症”。其核心症状表现为社会沟通和社会交往的缺陷和局限的、重复性行为、兴趣或活动，是一种严重影响儿童健康的神经发育障碍性疾病。

　　 据最新统计数据显示，目前，中国孤独症患者已超过1000万，其中0～14岁的患儿超过200万。不仅如此，中国孤独症发病率依然在不断攀升。难以想象，这一组令人咋舌的数字背后，千百万患者家庭承载的是何种难以言喻的痛苦……

　　 临床上对孤独症的首次描述和记载始于20世纪40年代。早在1943年，美国医生Kanner报道了11例患者，并命名为“早期婴儿孤独症”（early infantile autism）。自此人们便开始着手对孤独症病因的研究。

　　 70多年后的今天，孤独症的真正病因依然是个未解之谜。就在日前，孤独症的遗传研究有了最新进展：11月8日，国际学术期刊 Nature Communications （自然通讯）正式发表了中南大学生命科学学院院长、医学遗传学国家重点实验室主任夏昆教授课题组关于中国人群儿童孤独症研究的最新成果 。

　　 该研究是第一个较大规模的中国人群孤独症的基因测序研究。这不但填补了中国孤独症研究领域的空白，在国际上也属于领先水平。为此，我们特第一时间采访了夏昆教授，为大家解读此次研究成果及其现实意义。

　　 采访、撰文

　　 李小同 （中国科学院心理研究所）

　　 病因之谜

　　 从“养育方式”到“遗传因素”

　　 上世 ? 纪40年代，人们普遍认为“父母养育方式不当”是引发孤独症的原因。直至上世纪80年代，针对孤独症的研究才进入了全新阶段。人们开始从生物学领域着手探索病因，并认识到孤独症是一种受一定遗传因素作用的发育障碍性疾病。在此基础上，人们从分子遗传、神经免疫、功能影像、神经解剖和神经化学等多领域展开研究，试图从中找到孤独症的致病原因。

　　 目前国际上孤独症的遗传学研究已经取得了较大进展，发现了100多个与疾病相关的基因位点。但由于其中多数是罕见变异，这些遗传变异只能解释大约30-50%的患者。因此，这一结论并不能从根本上解释孤独症的病因。

　　 毋庸置疑，阐明孤独症的遗传病因仍然是当前国际研究的重点，仍然是任重而道远……

　　 据了解，国际上孤独症的遗传学研究已经取得了较大进展。然而我国孤独症的研究才刚起步，缺乏基本流行病学资料，尚无临床诊断标准，流行病学和遗传病因学研究也只限于小样本的研究。您能谈谈国内外孤独症的现状、趋势、已发现的病因和治疗方法吗？

　　 夏昆： 孤独症的核心症状包括社会交往障碍以及狭隘兴趣和重复刻板行为，儿童发育早期（一般3岁前）发病并携带终生，男性发病率为女性的4~6倍。近年孤独症的发病率呈急剧上升趋势，全球发病率约为1%。孤独症的病因目前尚不明确，没有有效的治疗方法，研究提示遗传和环境或共同影响孤独症的发病。据估计孤独症的遗传度高达60%～90%，因此2005年以来孤独症的遗传学研究受到了国内外的高度重视。近十年来，国内外学者结合多种方法进行了大量的遗传学研究，欧美国家完成了大样本量的外显子组测序研究，取得了显著进展，发现了很多基因突变与孤独症相关。而国内孤独症研究起步较晚，尚缺少类似的大规模研究。阐明孤独症的遗传结构仍然是当前国际研究的重点。

　　 此次课题组通过孤独症基因型-表型关联研究，在中国人群儿童孤独症遗传学研究领域取得的最新成果是什么？与其他针对孤独症基因型的研究相比，此次有哪些新的发现呢？

　　 夏昆： 孤独症患儿临床表现非常复杂，除共有的核心症状外，不同患儿还有各种不同类型的特征表型，从而显著增加了发现孤独症遗传学病因的难度。因此我们开展了基因型-表型关联研究计划（Genotype and Phenotype Correlationfor Autism, GPCA），以寻找特异表型与特异基因之间的对应关系，促进孤独症风险基因的鉴定。我们的研究发现 约4%的患者携带29个基因的新发突变，其中以基因 SCN2A 的新发突变率最高（约1.1%），这是目前在单个基因或变异水平上发现的新发突变频率最高的基因。 与欧美人群患者相比， SCN2A 基因的突变表现出明显的人群差异；同时，我们的研究提示了10余个新的孤独症风险基因；研究还通过对20个携带有新发突变的孤独症家庭进行临床回访，发现来自不同家庭的患者伴有不同程度的智力障碍、胃肠道异常和头围异常等特殊表型。与其他针对孤独症基因型的研究相比，我们的研究发现了更多新的风险基因的相应表型，当然，这些基因突变的患者数目还非常少，后期需要寻找更多相同基因突变的患者进行更详细的基因型-表型关联。

　　 该研究发现约有4%的中国患者携带有新发突变，这些新发突变分布于29个风险基因上，其中以基因SCN2A的新发突变率最高（约1.1%）。这组数据说明了什么？基因SCN2A的新发突变的意义是什么？

　　 夏昆： 这组数据，一方面说明这些基因是中国人群孤独症的高风险基因，仅在29个基因上就发现4%的患者携带新发突变， 更多的风险基因和更高比例携带新发突变的患者将会在更大样本和更广泛基因组水平的检测上被发现 ；另一方面说明 孤独症具有高度的遗传异质性 ，单个基因或变异只能解释极小部分的患者。有趣的是，我们发现 SCN2A 的新发突变率在中国孤独症人群中高达1.1%， SCN2A 编码离子通道蛋白，某些针对离子通道开发的神经精神药物可能对于改善这些患者的临床症状具有一定的作用。这给GPCA研究的临床转化赋予了更重要的意义。

　　 该项目第一期针对189个国际上已发现的孤独症风险基因做了靶向捕获测序，是否是对西方人群研究的验证，并试图发现新的基因？

　　 夏昆： 这项研究并不是简单的对西方人群患者风险基因的验证。只是因为目前尚缺乏中国人群孤独症大规模的基因组测序研究，我们主要根据此前西方人群的测序研究所提示的高风险基因，结合其他一些研究以及我们已有的研究基础，加入了部分尚未被明确提示为孤独症的风险基因，希望在鉴定中国人群孤独症的遗传图谱的同时，能够鉴定更多新的风险基因。另外一个重要的目的是进行孤独症高风险基因的表型研究，希望通过GPCA思路能够定义更多的孤独症临床亚型。

　　 一项高效、快速且成本低廉的研究方法

　　 此次孤独症基因型-表型关联研究计划，运用一种新的高效、快速且成本低廉的靶向捕获技术――分子倒置探针（Molecular Inversion Probes, MIPs）方法。在1543例中国人群孤独症患者中完成了针对189个前期研究所提示的孤独症风险基因的靶向捕获测序，这是国内第一次完成的大规模中国人群孤独症样本的候选基因靶向测序。

　　 分子倒置探针技术图示（O’Roak, et al, Science, 2012）

　　 此次研究采取了新探测方法――靶向捕获-分子倒置探针技术，其特点是什么？它和以往其他技术有什么区别呢？

　　 夏昆： 这个方法的特点是能够自主设计、靶向捕获感兴趣的特定区间，同时其优点是高效、快捷且价格低廉，非常适用于像我们这样针对大样本量的候选基因测序研究。相比其他技术，优势是该方法所获得的测序深度较深，数据更可信，同时还可能发现一些其他方法不能检测到的盲区。但是该方法也有一些固有特性，由于实验需要经过PCR过程，所以目前对于高GC区间和高度重复序列区间的捕获效率还有待提高。

　　 现有的研究分为两期，第一期样本数为1543例，第二期样本数计划为3000例，如此规模的样本是不是在国际上也是首次？为什么要取如此多样本？

　　 夏昆： GPCA是一个长期连续性的研究计划，目前第二期已经完成和第一期相当的样本量，总计已经完成了3000多例患者。如此规模的样本在国际上并不是首次，比如SSC（Simons Simplex Collection）已经完成2500多个孤独症家庭外显子组测序，ASC（Autism Scimplex Collection）也已经完成了4000多例孤独症样本的测序。需要如此多的样本主要还是因为它的临床表型和遗传病因异质性的问题。孤独症的这一特点也是我们研究的一个优势，中国人口基数大，临床遗传资源丰富，虽然国内研究起步较晚，但我们相信能够迎头赶上，甚至做得更好。

　　 与以往的孤独症基因研究相比，孤独症基因型-表型关联研究计划除了具有新技术-靶向捕获技术，有什么其他优势和不足？

　　 夏昆： 该研究针对孤独症具有高度临床和遗传异质性的特点，针对性地对拥有特定临床表型或基因型的一批样本进行研究，以发现其中的关联。目前的不足是由于国内不同地区对于孤独症的临床诊断水平存在较大的差距和认识，对患者的临床表型采集存在一定的困难，相当一部分患者家庭由于各种原因不愿配合后期的临床回访。我们也在努力解决这一问题，希望后续研究更加顺利。

　　 鉴定中国孤独症遗传图谱

　　 中国孤独症案例出生地分布示意图

　　 从孤独症遗传学病因研究来说，目前研究结果的意义如何？

　　 夏昆： 研究通过1543个样本的研究发现4%的患者携带有新发突变，分布于29个风险基因上，其中以基因 SCN2A 的新发突变率最高（达到约1.1%）。该结果第一次通过大规模测序研究鉴定了中国人群孤独症的遗传图谱，对认识中国人群孤独症的遗传学病因、建立早期诊断和早期预警、实现早期干预具有重要的意义。所有这些结果，合并我们前期鉴定的其他孤独症遗传变异、以及国际上报道的遗传学变异等，将共同构成孤独症基因组学诊断的基础。同时，这些基因的发现对于后续开展相关的遗传学研究，尤其是发病机制的研究都提供了非常重要的线索。

　　 目前该项研究成果如何建立孤独症遗传病因与临床亚型之间的关联？

　　 夏昆： 孤独症基因型-表型关联研究计划的提出旨在解决如何将孤独症的遗传病因和它们表现出的不同临床亚型进行关联研究。包括两方面：1）从表型到基因型的思路为：首先对大样本量的孤独症患者进行临床表型研究，分类出不同的孤独症临床亚型，如伴发睡眠障碍、大头或小头畸形、代谢异常以及胃肠道共发病等，然后针对不同的临床亚型进行高通量测序等遗传学分析，找出相同临床表型患者可能共同的遗传病因，例如相同基因的变异，或具有相同功能（如处于同一个功能网络）的一组基因的变异；2）从基因型到表型的研究思路为：首先通过新一代测序等技术对大样本量的孤独症患者进行外显子组或全基因组测序，分析具有共同遗传病因的患者（如相同基因的变异或相同生物学功能的一组基因的变异）的表型，找出表型的共性从而对这部分患者进行临床亚型分类。目前研究成果对阐明孤独症的遗传结构，对孤独症进行更为详细的临床分型提供了重要依据，也为实现孤独症的早期诊断、早期预警和早期干预以及后期的个体化治疗奠定了重要的科学基础。

　　 通过回访发现，携带新发突变基因的患者伴有不同程度的智力障碍、肠道异常和大头围畸形等特殊表型，此项发现对于孤独症儿童及其家庭会有什么样的帮助？

　　 夏昆： 这主要对孤独症的诊断和鉴别诊断具有重要意义，可以从目前的以行为量表为主的主观化诊断朝着以具体细分的临床表型进行的客观性遗传学诊断迈进。

　　 据了解，此项研究为建立新的孤独症临床亚型分类、以及个体化治疗提供了新的思路，您认为目前的发现对帮助孤独症孩子的相关机构有怎么样的意义？

　　 夏昆： 不同临床亚型的孩子可能由于病因的不同，其治疗和干预效果会有区别。既往对于孤独症的临床分型是比较粗泛的，这是因为我们对于这个疾病本身缺乏足够的认识，如果能够通过基因组水平进一步细分孤独症的临床亚型，那么，这首先是对孤独症整体诊疗水平的促进；同时，认识水平的提高能够使我们明确不同患儿的病因和特点，帮助孤独症孩子的相关机构或许可以设计具有针对性的个体化治疗或行为干预方案。当然这还需要一个长期的探索过程，我们希望更多的孤独症相关诊疗和康复机构能够参与到我们的项目研究中来，一起努力改善孤独症孩子的预后。

　　 完善研究模型，全面认识病因

　　 建立预警体系，提示有效治疗方法

　　 正在进行的第二期样本是以什么为构想，与第一期样本相比，有什么改进和创新？

　　 夏昆： 我们希望通过GPCA的延续和延伸，能够尽可能多地发现孤独症风险基因并阐明基因型-表型的关系。阐明遗传病因可以建立孤独症早期诊断、早期预警、甚至产前诊断预警系统，可以增大孤独症的检出率或早期预警率，从而能进行早期干预，减轻甚至阻止孤独症临床症状的进程。阐明基因型-表型的关联对孤独症临床亚型分类和将来的个体化治疗至关重要。

　　 项目今后的关注点会不会有变化，如果有，是怎样新的设想呢？

　　 夏昆： 此后，关注点将进一步扩展，第一：充分利用测序技术、及其他技术的发展和优势，从孤独症家系的全基因组、转录组、代谢组、表观遗传学等多组学水平研究孤独症的病因，探讨包括遗传与环境及其交互作用对孤独症发病风险的影响，以期更加全面的认识孤独症的病因；第二：以这些病因学研究结果为基础，设计和建立孤独症的生物学诊断、预警体系、以及新的个体化干预技术和方法，使其诊断窗口前移，并实现早期干预；第三：在发现这些遗传病因的基础上，采用多种方式研究孤独症发生的分子病理基础和调控机制，以期发现潜在治疗靶点、研究与开发孤独症治疗药物或方法，同时也希望为认识脑功能、脑发育提供新的思路。

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