ASD患者与健康对照间的差异化表达基因、差异甲基化基因和可能

文章来源：【公众号】自闭症医学进展；ID号：woniubbhealth

简介：《Identification of methylation markers for diagnosis of autism spectrum disorder》于2022年发表于Metabolic Brain Disease杂志，研究者用公共数据库的数据分析了孤独症（autismspectrumdisorder）患者与健康对照间的差异化表达基因、差异甲基化基因和可能的甲基化标志物，并用临床数据验证该标志物的预测能力，最终得到3个可能的甲基化标志物。

1.研究背景

与转录表达模式有关的文献报道，皮质发育、突触、凋亡、免疫和炎症等相关生理过程异常与ASD紧密相关，遗传和环境共同参与ASD的发生发展。近年来，也有研究发现，ASD患者的DNA甲基化同样是一个重要的表观遗传调节因子。DNA甲基化由DNA甲基转移酶催化，在多种调节因子的参与下，与组蛋白相互作用，抑制基因转录，导致基因沉默。

在ASD患者之间，表观遗传相关基因的表达水平存在显著差异，而在健康对照人群中则没有发现该现象，说明表观遗传修饰在ASD中起关键作用。2014年，有研究在ASD表现不一致的同卵双胞胎（一个表现为孤独症，一个为健康儿童）中发现了差异的DNA甲基化模式，这也是对ASD患者的第一次表观遗传学分析。

2.研究方法

（1）数据收集：从公共数据库获取ASD和健康对照儿童的基因表达谱以及DNA甲基化谱，寻找差异表达的基因和差异的DNA甲基化位点；

（2）富集分析：寻找差异表达基因富集的功能和通路；

（3）蛋白-蛋白互作（PPI）网络分析：寻找关键的差异基因；

（4）临床数据验证，寻找DNA甲基化标志物。

3.研究结果

(1)数据收集

①由GEO数据库获得ASD和健康对照的基因表达谱和DNA甲基化谱的相关数据集；

GSE26415：从21个ASD成人和有ASD孩子的健康妈妈的外周血获得的基因表达谱；

GSE42133：从91个ASD患者和56个健康对照的白细胞样本中获得的基因表达谱；

GSE123302：从59个ASD患者和91个健康对照的脐带血样本中获得的基因表达谱；

GSE109905：从38个ASD成人和21个健康对照的血液样本中获得的DNA甲基化谱。

②临床样本数据：5个ASD患者（阿斯伯格表型，AS）和5个健康对照的血液样本。

(2)ASD与健康对照的差异表达基因

从GSE26415、GSE42133和GSE123302数据集中分别找到3317、5810和2487个差异表达基因，其中，有57个共同的差异表达基因。

(3)功能和通路富集分析

富集分析显示，57个共同的差异表达基因富集在162个生物过程（biologicalprocesses，BP）、26个细胞组成（cellularcomponents，CC）和48个分子功能（molecularfunctions，MF），主要涉及靶向细胞膜的信号识别颗粒依赖性的共翻译蛋白、靶向内质网的蛋白和蛋白的自身泛素化过程。在通路方面，共富集在11个KEGG信号通路，主要包括核糖体、鞘脂代谢和PPAR信号通路。

(4)蛋白-蛋白互作网络

蛋白-蛋白互作（PPI）网络显示，共有7个关键节点，分别为MDM2,RPL4,TBP,RPL5,RPS13,RPS14和FAU基因，将这些基因称为关键基因（keygenes）。在GSE26415、GSE42133和GSE123302数据集的ASD患者中，这些关键基因的表达均上调；而在5个临床验证的ASD患者中，MDM2,RPL4,RPL5,RPS13,RPS14和FAU基因的表达均上调，只有TBP基因的表达下调。

(5)ASD的DNA甲基化标志物

从GSE109905数据集中共找到10439个差异的甲基化位点，且这些位点大都呈现高水平的甲基化；与57个差异表达基因做交集，共找到31个甲基化标志位点。根据LASSO模型，取交叉验证误差平均值的最小值，共发现3个对预测ASD贡献最大的关键DNA甲基化位点，分别为cg11115867(RUNX2)、cg16056465(IMMP2L)和cg24549639(MDM2)，且这3个位点共同作用的预测效果优于单独一个位点的预测效果。

具体分析这三个位点的甲基化程度发现，ASD患者的cg11115867(RUNX2)、cg16056465(IMMP2L)的甲基化水平均升高，而cg24549639(MDM2)的甲基化水平降低，同样的结果在临床ASD患者中得到验证。用Binary逻辑回归发现，AUC值为0.91，说明这三个标志物的诊断预测效果较好。

4.总结

研究的不足和缺陷：（1）数据来源于公共数据库，临床验证的样本较少；（2）并未探究DNA甲基化标志位点相关的机制；（3）只选用了阿斯伯格这一种ASD表型研究基因表达和甲基化修饰，未来需要扩大ASD表型进行深入研究。

研究结论：（1）6个差异化表达的关键基因（MDM2,RPL4,RPL5,RPS13,RPS14和FAU）水平在蛋白-蛋白互作网络和ASD临床验证患者中均上升；（2）cg11115867(RUNX2)、cg16056465(IMMP2L)和cg24549639(MDM2)等3个甲基化位点可作为标志物用于ASD的诊断预测；（3）MDM2是共有的关键基因和甲基化标志位点，异常调节的MDM2可以抑制心肌细胞增强因子2诱导的PSD-95泛素化和突触消除，说明MDM2可能在ASD的发生发展中发挥重要作用。

参考文献：Zhang, B., Hu, X., Li, Y., Ni, Y., & Xue, L. (2022). Identification of methylation markers for diagnosis of autism spectrum disorder. Metabolic brain disease, 37(1), 219–228.