孤独症的发病与遗传基因的关系

静进　(中山大学公共卫生学院妇幼卫生系,广东广州　510080)

中图分类号:R749.94　　

文献标识码:B

　　摘　要:　有关孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder,ASD)的遗传学研究进展迅速,国际上发表的相关论文日趋增多,研究陆续发现了许多与发病相关的染色体或候选基因,其中15号染色体、X染色体以及7号染色体异常或相关的某些区段的基因变异报道较多,但亦有许多相矛盾的研究结果。整理和介绍一些重要的文献内容,可能益于国内同仁做研究参考,故将近期相关研究做一介绍。

关键词:　孤独症谱系障碍;遗传学;候选基因

　　孤独症(autism)是一种以语言障碍、社交障碍和刻板狭隘的兴趣取向为特征的广泛性发育障碍。典型孤独症发病率大约在1‰ ～ 1.5‰左右,而孤独症谱系障碍(autism spec-trum disorder,ASD)则可能达到6‰ ,男女比约为4∶ 1[1]。迄今孤独症发病原因和机制仍不清楚,一般认为,其发病受遗传和环境双方面的影响,生物和环境背景可涉及到若干易感基因和复杂的环境多因素。所谓多因素疾病包括生活习惯病、过敏性疾病、精神疾病等,其每一易感基因的效应固然很弱,但其遗传形式并非像孟德尔遗传模式那样简单。近年来的研究表明,孤独症亦存在多种易感基因,这些基因的共

同作用和环境因素的诱导促使发病。

　　孤独症的遗传特性最初由双生子家系研究所证实,如同卵双生子同病率约为60%～ 90%,而双卵双生子同病率则只有0～ 10%;同胞间的同病率约为2%～ 4%,明显高于一般人群。这类研究的数据大致推测孤独症的遗传率在90%以上。因为,研究表明“单卵双生子的同病率并非达到100%”,说明同时有环境因素的存在。这些年,随着分子生物学研究飞速发展,有关孤独症遗传因素的研究急剧膨胀,所发表的有关论文可谓浩如烟海。

起初的研究发现,孤独症存在染色体异常,继而通过连锁分析法更加深入探讨了相关基因的作用。在过去20多年中,连锁分析法一直是寻找单基因疾病致病基因行之有效的方法。亦即围绕这些染色体的基因,通过生物化学、药理学界定的部分所谓的候选基因,从中探察确定真正引发疾病的基因。孤独症是一种先天性发育障碍,因此胎儿期大脑形成和神经元发育以及神经可塑性方面的功能基因群倍受关注。但是,孤独症显然存在明显的遗传异质性,亦可能存在表型复杂性和种族差异。

1　染色体异常

孤独症的染色体异常率约在3%～ 5%,报道较集中的是15号染色体长臂端区段(15q11～ 13)异常[2]。异常多为局部的基因组区段的重复。该区段有GABA受体基因组之一的GABAB3基因和导致Angelman综合症的基因UBE3A。其次是X染色体,Rett综合症和脆性X染色体疾病主要罹及X染色体,且男性居多,这两种疾病表现十分类似孤独症。还有其他染色体的报道,但多为孤发例,尚无法说明所有孤独症的病因。

染色体连锁解析法主要是以孤独症的大家系或患者同胞为对象,以探索染色体的哪些区段与发病更具密切关联的研究方法。为此,美国日本等国开展了若干具有影响的基因组研究,圈定了若干模式化染色体的候选基因及其位置,但现在看来这些候选基因涉及的区域较宽泛,尚缺乏具有特异性的结果。见图1。原因之一是,研究团队所采用的解析方法不统一,研究对象存在明显的遗传异质性。但是,其中较集中报道和经过Mate分析提示关联密切的是7号染色体长臂端(7q),该区域被称为是孤独症易感区1(autism suscepti-bility to 1, AUTS1),尤其是7q22-q32区段最显,与之相连的区段存在着与“语言”脑神经形成相关联的基因群。此外,2q、3q25-27、3q25、6q14-21、7q31-36、17q11-21等区域多次被提及。而常被提到的15号染色体和X染色体在连锁解析中并未显示显著性意义[3-6]。图1　孤独症连锁区段以及侯选基因,染色体右侧表示连锁区域,左侧为侯选基因

2　候选基因研究

这是一种以患者与对照为配伍进行的队列研究,用来筛检易感基因,已纳为多中心、大样本的循证研究。在众多候选基因中以下几个特别受到关注。同源形(homeoboxA-1,HOXA1)基因(7q15.2):是形态形成关联的同源形基因之一,主要与脑干部的形成相关。最初报道HOXA1基因和HOXB1(17q21.32)基因与孤独症发病关系密切,但继后的若干研究否定了这一结果。LA Con-ciatori等[6]认为,HOXA1基因的多态性与孤独症的头围增大有关,继后的研究又报道虽然与头围增大关联,但不具有特异性。RELN基因(7q22.1):是与大脑皮层的沟回形成和突触形成重要关联基因,也是小脑形成迟滞的病因基因。研究报道,孤独症及其一级亲属血液中Reelin水平低下,患者小脑和额叶中该基因的发现率偏低。RELN基因及其周围的多态性虽然反复被研究所提及,迄今还没有得出统一的结论[7]。FOXP2基因(7q31.1):7q3早先被报道与阅读障碍关联。其后,有报道称在重度阅读障碍和孤独症患者发现了FOXP2基因的变异。语言障碍是孤独症的特征之一,因此FOXP2作为候选基因受到关注。但在日本和中国的研究中该基因显示了较弱的相关,甚至日本的若干研究得出否定的结果[9-10]。

　　WNT2基因(7q31.2):该基因与包括中枢神经在内的多个器官形成和分化相关联。它位于7q区,启动WNT必需因子之一的Dv11基因缺损的老鼠,其社会互动性显著受损。对两个孤独症家系的研究发现,WNT2基因均出现变异,但后来的研究结果却未确定该基因变异与孤独症发病关联[11]。

EN2基因(7q36):EN2是同源形基因转录因子,与小脑和脑干发育相关。研究发现,孤独症的小脑在形态和功能上均存在不同程度的异常。EN2基因缺损小鼠小脑形成迟缓和浦肯野氏细胞数目减少现象与孤独症死后脑病理相似,且其小脑内五羟色胺(5-HT)水平升高,构成了社会性活动减少的原因之一。跟进的三个研究团队的研究显示,EN2的多态性的确与孤独症有着密切关联,说明是个具有意义的候选基因之一[11-13]。

2.1　15号染色体的基因　主要有以下几个候选基因:γ-aminobutyric acid type-A receptorβ 3 subunit(GABRD3)基因(15q12):GABA是脑内主要的神经递质之一,作用是抑制神经细胞的兴奋性。有研究报道,孤独症的发病与GABA的抑制不足有关,而位于15q区域的GABRD3恰是GABA的受体基因之一。然而,后续研究亦有否定的结果。Ma等对已知的14种GABA受体基因做了全面研究,提出GABRD3与孤独症并无关联,反而是GABRD4(4q12)多态性与之关联,GABRD4与GABRD1相互作用而引发孤独症[14]。UBE3A基因(15q11.2):是由母亲传递来的基因,是Angelman综合症的致病基因。Angelman综合症是以重度精神发育迟滞、癫痫、共济失调、小头畸形为特征的遗传性疾病,同样表现孤独症样症状,因此认为UBE3A与之有内在关联,但迄今仍缺乏共性结论[15]。

2.2　X染色体基因　有以下几个候选基因:NLGN基因(NLGN3和NLGN4X):NLGN3和NLGN4X与突触形成相关,位于X染色体,有学者对1例孤独症的报道,称该基因发生变异,但尚缺乏更多的证据[16]。MECP2基因(Xq28):MECP2与其他基因转录的闭锁关联,1999年被认定为Rett综合症的发病基因。MECP2变异导致其它基因的闭锁被解除,过度活化而导致发病,但其机制仍不太清楚。Rett综合症在出生6个月后出现精神运动发育停滞或退行,头围增长停滞,表现奇特的捻手动作,且仅发生于女童,多伴有癫痫发作。发病初期表现同于孤独症,故被DSM-Ⅳ和ICD-10列为广泛性发育障碍范畴,但根据其临床症状亦容易被视为一种小儿神经疾患。如今,否定MECP2与孤独症关联的报道多了起来[9]。FMR基因(Xq27.3):是脆性X染色体症的致病基因。FMR1基因内的碱基GGC反复排列多达200次(正常的只有6～ 54次)致序列延长而发病。FMR1是RNA结合蛋白,与神经细胞树突的形成关联。FMRX在原因明确的精神发育迟滞如Down氏综合症颇多见,表现巨大睾丸、前额突出等躯体特征。因表现类似孤独症症状,故FMR1基因受到关注,但目前也有一些否定的报道[2]。

2.3　五羟色胺(5-HT)相关基因　5-HT与焦虑或激动等情绪活动关联。有报道,孤独症血液和脊髓液中5-HT水平偏高,应用5-HT再摄入抑制剂可改善孤独症的部分症状,所以近来一些研究特别关注5-HT关联基因。然而,5-HT受体基因研究中,涉及5-HT通道基因(SLC6A4)的研究还无共识性结果[15]。日本有研究发现,SLC6A4的启动因子表型为多态,但与孤独症的关联性并不明显[16]。

2.4　催产素(oxytocin)关联基因　催产素是促进子宫肌收缩和促乳分泌的激素。动物实验表明,该激素作用于脑内催产素受体,并与社会行为存在关联。较早有报道,催产素受体(OXTR)基因(3q25.3)缺损的鼠模型表现出各种与社会性关联的行为异常,如雌性哺乳行为欠如,雄性攻击行为增多,识别同类能力低下,幼鼠则依恋母鼠行为低下等,提示OXTR基因与孤独症存在关联[17]。国内的一项研究亦显示OXTR基因与孤独症显著关联[18]。连锁解析研究表明,OXTR位于3q24-26区域,说明OXTR将在孤独症遗传研究中受到更多关注[19]。另有研究报道,低年龄患儿常合并睡

眠障碍,65%的入组患者中发现有与合成褪黑激素相关的基因变异,故给2.6～ 9.6岁孤独症患儿服用褪黑激素后症状得到改善[20]。

3　存在的问题

根据众多报道来看,涉及孤独症的染色体和候选基因范围颇广,除去特殊病例报道,迄今仍有许多未解问题。原因是,所谓易感基因的单独效应极其微弱,亦不排除种族间的差异,疾病表观的多样性和研究对象的不统一性等问题一直影响到研究结果的可靠性。随着对孤独症诊断标准的改进和认识水平的提高,孤独症的诊断反而趋于难于界定。对此,有关研究部门制定出了更为严谨的诊断评估标准“孤独症诊断标准-修订版(ADI-R)”和“孤独症诊断评估量表(ADOS)”,已为许多研究团队所使用[1]。比起众所周知的DSM-Ⅳ和ICD-10诊断标准,其调查项目或条目变得繁多,甚至存在着某些歧义;所有条目旨在量化症状,如ADI-R由90个问题构成,包含了“人际关系质的异常”“意志传达的质的异常”和“刻板局限的行为模式”三个维度因素,同时需要评价家族背景、早期发育、教育、治疗经历、各种伴随症状(感觉过敏、自伤、伤人、特殊能力等)。有研究甚至使用该量表,在界定对象的同一性前提下,根据患者语言发育水平、日常行为等的程度分为几个亚型,并力图划分出量化遗传座标[1]。目前国内尚未对上述两个量表进行修订,也是亟待解决的一个问题。新的趋势是,通过全基因组关联分析方法以提高遗传检出效应,被称为是人类基因研究的“第三次浪潮”。该方法如同界定对象的同一性,力图扩大样本量同时,在一定人群中选择病例组和对照组,比较他们之间某个等位基因频率差异,进而确定是否与发病关联。最近,P Szatmari [18]报告了一个包括1 168个孤独症患者家系在内的迄今为止最大样本量的调查,对其1万个SNP(一盐基多型)的关联分析表明,11q12-13存在高度连锁,亦提示了neurexin1(NRXN1)基因(2q16.3)存在关联。显然,在此之前11q并未受到研究者的太多关注。neurexin1与neuroligin相互作用,与GABA系统以及突触形成发生密切关联。NRXN1基因已被两个研究团队认定与孤独症发病有显著关联。由于是大样本研究的再次证实,它作为有力的候选基因,有望在继后的研究中得到更突出的结果。如今,有望整合多方面的研究结果,更集中界定哪些候选基因与孤独症发病存在高度关联,从而由功能分析来阐释病因病态之间的关系。目前看来,关联分析在孤独症的遗传学研究中的效应优于连锁分析法。当然,孤独症病因学研究还涉及更广泛的领域,如脑成像和脑血流研究、药理生化学的研究、神经生理研究、胎内环境的研究以及环境因素的研究等。今后,通过这些领域研究结果的积累和整合,有望获得基于生物学基础的孤独症分类和更具针对性的治疗方法。

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