RNA sequencing of identical tw

文章来源：【公众号】自闭症医学进展；ID号：woniubbhealth

这篇《RNA sequencing of identical twins discordant for autism reveals blood-based signatures implicating immune and transcriptional dysregulation》的研究是英国伦敦大学的Emma L. Meaburn团队，于2019年发表于Mol Autism期刊上。

研究背景

孤独症表型不一致的同卵双胞胎是指在同卵双胞胎中，一个儿童有孤独症症状，另一个没有孤独症症状，两个儿童不同时患病的情况。

由于同卵双胞胎的年龄、性别、遗传背景以及家庭因素都是相匹配的，所以基因表达模式或表观遗传标记的差异可以表明疾病的原因或后果是独立于遗传的，因此是理想的用于研究如表观遗传、基因表达及其他环境因素和随机因素的对象。

孤独症谱系障碍（autismspectrumdisorder,ASD）是一种神经发育疾病，其特点是社交障碍和重复刻板的行为和兴趣。

基于双胞胎、家庭和DNA的研究表明ASD存在很强的遗传基础，常见的和罕见的变异均会使患病风险增加。虽然ASD的遗传组分很大程度可以通过大规模的全基因组关联研究捕获，但是距离我们构建遗传和非遗传风险因素如何影响早期大脑发育、引起ASD发生的机制模型还存在一定的差距。因此，利用可以描述基因表达和表观遗传调控的功能基因组方法是十分有价值的。

迄今为止，大多数ASD基因表达的研究都是病例对照研究，但由于潜在的遗传和混杂因素，这些研究解释环境因素影响能力有限。一些中间分子性状（DNA甲基化和转录）除了显示出环境关联和随机变异外，还可能受到遗传变异的影响，这使得试图将遗传驱动和环境驱动的效应分开变得复杂。为了克服这些挑战，有作者提出可以对表型不一致的同卵双胞胎开展研究。由于同卵双胞胎的年龄、性别、遗传背景以及家庭因素都是相匹配的，所以基因表达模式或表观遗传标记的差异可以表明疾病的原因或后果是独立于遗传的。在ASD群体中，尽管遗传性很高，但同卵双胞胎的一致率并没有达到90%以上，这表明一些非共有的因素在起作用，如表观遗传、基因表达及其他环境和随机因素。因此，对基因表达的中间分子性状进行研究，可能会成为相关非共有环境因素的替代物，它可以与潜在的细胞过程有明显的联系，并反映出环境影响的总体效果。此外，鉴定环境因素导致的差异表达基因对研究ASD机制提供关键性见解，并为诊断、治疗评估或干预提供潜在的生物标志物。早前研究者检测了3对ASD表型不一致的同卵双胞胎和2对ASD表型一致的双胞胎，发现涉及神经功能、神经系统发育和炎症的基因网络存在差异表达。此外，研究者早前对这个队列开展了全基因组DNA甲基化谱的分析，发现虽然ASD表型不一致的双胞胎DNA甲基化的全局变化无差异，但一些CpG位点存在甲基化差异。由于早前研究并未涉及利用ASD表型不一致的双胞胎来表征其全基因组基因表达和DNA甲基化的差异，因此研究者开展了此研究。

研究方法

研究者招募了ASD表型不一致的双胞胎、ASD表型一致的双胞胎及典型发育的双胞胎，收集了他们的外周血并开展全基因组基因表达谱分析，对ASD表型不一致的双胞胎开展了组内分析，随后将来自ASD表型不一致的双胞胎组和ASD表型一致的双胞胎组与典型发育的双胞胎进行比较。最后，研究者整合了全基因组基因表达谱分析数据与早前发表的甲基化微阵列数据，以确定基因标志物是否与之前确定的DNA甲基化存在关联。

研究结果

1.研究者为了探索个体间基因表达谱的相关性，计算了各个样品间全基因组表达值的相关系数，发现与不相关的个体相比，每对双胞胎的基因表达谱表现出更高的相关性（中值=0.98）。

2.对ASD表型不一致的双胞胎开展了组内分析并验证了存在差异表达的基因，发现满足FDR<0.1的基因有三个，即IGHG4、EVI2A和SNORD15B。与未受影响的同胞相比，IGHG4基因在大多数ASD个体中表达上调，而IGHG4和EVI2A基因在所有ASD个体中表达下调。

3.随后，研究者对所纳入的ASD个体和典型发育儿童进行对比，以确定可能由遗传和环境引起的，与ASD相关的差异表达基因。最终满足FDR<0.1的基因有四个，即IGHG4、PRR13P5、DEPDC1B和ZNF501，而且这四个基因在ASD表型不一致的双胞胎组中也有较高的排序。在ASD表型不一致的双胞胎组和病例对照组中，满足FDR<0.2的基因中有两个非编码RNA，即SNORD15B和AL662889.1。为了对比三组组内的表达差异，研究者计算了三组取对数后的倍数变化值的分布，发现ASD表型不一致的双胞胎组中ASD个体与未受影响个体间的差异大于其余两组。

4.研究者测试了ASD相关基因在早前ASD风险基因中的富集程度，结果显示本研究中ASD表型不一致的双胞胎组和病例对照组中的差异表达基因存在于SFARI数据库的基因集中。研究者也对这些差异表达基因开展了通路富集分析，发现这些基因显著富集于免疫细胞信号和免疫反应、转录控制和细胞周期/增殖通路。

5.研究者也将基因表达数据与早前的DNA甲基化数据进行整合，发现在ASD表型不一致的双胞胎组，涉及免疫信号的基因DAPP1、调控表达和翻译的基因ZNF501、EIF5A2和HIST1H2AG在两种类型的数据中均得到验证。在病例对照研究中，ZNF501、DAPP1和EIF5A2基因也具有较高的排序。

研究结论

本研究通过对比ASD表型不一致的双胞胎组和对照组的差异表达基因，发现这些基因显著富集于免疫细胞信号和免疫反应、转录控制和细胞周期/增殖通路。虽然样本量有限，但该研究整合了多组学的数据，最大限度地提高识别疾病相关分子信号的潜力。

参考文献

Saffari A, Arno M, Nasser E, Ronald A, Wong CCY, Schalkwyk LC et al. RNA sequencing of identical twins discordant for autism reveals blood-based signatures implicating immune and transcriptional dysregulation. Molecular autism 2019; 10: 38.