揭開孤獨癥遺傳圖譜的神秘面紗，首個大規(guī)模中國人群孤獨癥基因測序研究出爐
據(jù)最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，目前，中國孤獨癥患者已超過1000萬，其中0～14歲的患兒超過200萬。不僅如此，中國孤獨癥發(fā)病率依然在不斷攀升。難以想象，這一組令人咋舌的數(shù)字背后，千百萬患者家庭承載的是何種難以言喻的痛苦……
臨床上對孤獨癥的首次描述和記載始于20世紀40年代。早在1943年，美國醫(yī)生Kanner報道了11例患者，并命名為“早期嬰兒孤獨癥”（early infantile autism）。自此人們便開始著手對孤獨癥病因的研究。
70多年后的今天，孤獨癥的真正病因依然是個未解之謎。就在日前，孤獨癥的遺傳研究有了最新進展：11月8日，國際學術期刊Nature Communications（自然通訊）正式發(fā)表了中南大學生命科學學院院長、醫(yī)學遺傳學國家重點實驗室主任夏昆教授課題組關于中國人群兒童孤獨癥研究的最新成果。
該研究是第一個較大規(guī)模的中國人群孤獨癥的基因測序研究。這不但填補了中國孤獨癥研究領域的空白，在國際上也屬于領先水平。為此，我們特第一時間采訪了夏昆教授，為大家解讀此次研究成果及其現(xiàn)實意義。
病因之謎
從“養(yǎng)育方式”到“遺傳因素”
上世紀40年代，人們普遍認為“父母養(yǎng)育方式不當”是引發(fā)孤獨癥的原因。直至上世紀80年代，針對孤獨癥的研究才進入了全新階段。人們開始從生物學領域著手探索病因，并認識到孤獨癥是一種受一定遺傳因素作用的發(fā)育障礙性疾病。在此基礎上，人們從分子遺傳、神經(jīng)免疫、功能影像、神經(jīng)解剖和神經(jīng)化學等多領域展開研究，試圖從中找到孤獨癥的致病原因。
目前國際上孤獨癥的遺傳學研究已經(jīng)取得了較大進展，發(fā)現(xiàn)了100多個與疾病相關的基因位點。但由于其中多數(shù)是罕見變異，這些遺傳變異只能解釋大約30-50%的患者。因此，這一結論并不能從根本上解釋孤獨癥的病因。
毋庸置疑，闡明孤獨癥的遺傳病因仍然是當前國際研究的重點，仍然是任重而道遠……
據(jù)了解，國際上孤獨癥的遺傳學研究已經(jīng)取得了較大進展。然而我國孤獨癥的研究才剛起步，缺乏基本流行病學資料，尚無臨床診斷標準，流行病學和遺傳病因學研究也只限于小樣本的研究。您能談談國內外孤獨癥的現(xiàn)狀、趨勢、已發(fā)現(xiàn)的病因和治療方法嗎？
夏昆：孤獨癥的核心癥狀包括社會交往障礙以及狹隘興趣和重復刻板行為，兒童發(fā)育早期（一般3歲前）發(fā)病并攜帶終生，男性發(fā)病率為女性的4~6倍。近年孤獨癥的發(fā)病率呈急劇上升趨勢，全球發(fā)病率約為1%。孤獨癥的病因目前尚不明確，沒有有效的治療方法，研究提示遺傳和環(huán)境或共同影響孤獨癥的發(fā)病。據(jù)估計孤獨癥的遺傳度高達60%～90%，因此2005年以來孤獨癥的遺傳學研究受到了國內外的高度重視。近十年來，國內外學者結合多種方法進行了大量的遺傳學研究，歐美國家完成了大樣本量的外顯子組測序研究，取得了顯著進展，發(fā)現(xiàn)了很多基因突變與孤獨癥相關。而國內孤獨癥研究起步較晚，尚缺少類似的大規(guī)模研究。闡明孤獨癥的遺傳結構仍然是當前國際研究的重點。
此次課題組通過孤獨癥基因型-表型關聯(lián)研究，在中國人群兒童孤獨癥遺傳學研究領域取得的最新成果是什么？與其他針對孤獨癥基因型的研究相比，此次有哪些新的發(fā)現(xiàn)呢？
夏昆：孤獨癥患兒臨床表現(xiàn)非常復雜，除共有的核心癥狀外，不同患兒還有各種不同類型的特征表型，從而顯著增加了發(fā)現(xiàn)孤獨癥遺傳學病因的難度。因此我們開展了基因型-表型關聯(lián)研究計劃（Genotype and Phenotype Correlationfor Autism, GPCA），以尋找特異表型與特異基因之間的對應關系，促進孤獨癥風險基因的鑒定。我們的研究發(fā)現(xiàn)約4%的患者攜帶29個基因的新發(fā)突變，其中以基因SCN2A的新發(fā)突變率最高（約1.1%），這是目前在單個基因或變異水平上發(fā)現(xiàn)的新發(fā)突變頻率最高的基因。與歐美人群患者相比，SCN2A基因的突變表現(xiàn)出明顯的人群差異；同時，我們的研究提示了10余個新的孤獨癥風險基因；研究還通過對20個攜帶有新發(fā)突變的孤獨癥家庭進行臨床回訪，發(fā)現(xiàn)來自不同家庭的患者伴有不同程度的智力障礙、胃腸道異常和頭圍異常等特殊表型。與其他針對孤獨癥基因型的研究相比，我們的研究發(fā)現(xiàn)了更多新的風險基因的相應表型，當然，這些基因突變的患者數(shù)目還非常少，后期需要尋找更多相同基因突變的患者進行更詳細的基因型-表型關聯(lián)。
該研究發(fā)現(xiàn)約有4%的中國患者攜帶有新發(fā)突變，這些新發(fā)突變分布于29個風險基因上，其中以基因SCN2A的新發(fā)突變率最高（約1.1%）。這組數(shù)據(jù)說明了什么？基因SCN2A的新發(fā)突變的意義是什么？
夏昆：這組數(shù)據(jù)，一方面說明這些基因是中國人群孤獨癥的高風險基因，僅在29個基因上就發(fā)現(xiàn)4%的患者攜帶新發(fā)突變，更多的風險基因和更高比例攜帶新發(fā)突變的患者將會在更大樣本和更廣泛基因組水平的檢測上被發(fā)現(xiàn)；另一方面說明孤獨癥具有高度的遺傳異質性，單個基因或變異只能解釋極小部分的患者。有趣的是，我們發(fā)現(xiàn)SCN2A的新發(fā)突變率在中國孤獨癥人群中高達1.1%， SCN2A編碼離子通道蛋白，某些針對離子通道開發(fā)的神經(jīng)精神藥物可能對于改善這些患者的臨床癥狀具有一定的作用。這給GPCA研究的臨床轉化賦予了更重要的意義。
該項目第一期針對189個國際上已發(fā)現(xiàn)的孤獨癥風險基因做了靶向捕獲測序，是否是對西方人群研究的驗證，并試圖發(fā)現(xiàn)新的基因？
夏昆：這項研究并不是簡單的對西方人群患者風險基因的驗證。只是因為目前尚缺乏中國人群孤獨癥大規(guī)模的基因組測序研究，我們主要根據(jù)此前西方人群的測序研究所提示的高風險基因，結合其他一些研究以及我們已有的研究基礎，加入了部分尚未被明確提示為孤獨癥的風險基因，希望在鑒定中國人群孤獨癥的遺傳圖譜的同時，能夠鑒定更多新的風險基因。另外一個重要的目的是進行孤獨癥高風險基因的表型研究，希望通過GPCA思路能夠定義更多的孤獨癥臨床亞型。
此次孤獨癥基因型-表型關聯(lián)研究計劃，運用一種新的高效、快速且成本低廉的靶向捕獲技術——分子倒置探針（Molecular Inversion Probes, MIPs）方法。在1543例中國人群孤獨癥患者中完成了針對189個前期研究所提示的孤獨癥風險基因的靶向捕獲測序，這是國內第一次完成的大規(guī)模中國人群孤獨癥樣本的候選基因靶向測序。
分子倒置探針技術圖示（O’Roak, et al, Science, 2012）
此次研究采取了新探測方法——靶向捕獲-分子倒置探針技術，其特點是什么？它和以往其他技術有什么區(qū)別呢？
夏昆：這個方法的特點是能夠自主設計、靶向捕獲感興趣的特定區(qū)間，同時其優(yōu)點是高效、快捷且價格低廉，非常適用于像我們這樣針對大樣本量的候選基因測序研究。相比其他技術，優(yōu)勢是該方法所獲得的測序深度較深，數(shù)據(jù)更可信，同時還可能發(fā)現(xiàn)一些其他方法不能檢測到的盲區(qū)。但是該方法也有一些固有特性，由于實驗需要經(jīng)過PCR過程，所以目前對于高GC區(qū)間和高度重復序列區(qū)間的捕獲效率還有待提高。
現(xiàn)有的研究分為兩期，第一期樣本數(shù)為1543例，第二期樣本數(shù)計劃為3000例，如此規(guī)模的樣本是不是在國際上也是首次？為什么要取如此多樣本？
夏昆：GPCA是一個長期連續(xù)性的研究計劃，目前第二期已經(jīng)完成和第一期相當?shù)臉颖玖浚傆嬕呀?jīng)完成了3000多例患者。如此規(guī)模的樣本在國際上并不是首次，比如SSC（Simons Simplex Collection）已經(jīng)完成2500多個孤獨癥家庭外顯子組測序，ASC（Autism Scimplex Collection）也已經(jīng)完成了4000多例孤獨癥樣本的測序。需要如此多的樣本主要還是因為它的臨床表型和遺傳病因異質性的問題。孤獨癥的這一特點也是我們研究的一個優(yōu)勢，中國人口基數(shù)大，臨床遺傳資源豐富，雖然國內研究起步較晚，但我們相信能夠迎頭趕上，甚至做得更好。
與以往的孤獨癥基因研究相比，孤獨癥基因型-表型關聯(lián)研究計劃除了具有新技術-靶向捕獲技術，有什么其他優(yōu)勢和不足？
夏昆：該研究針對孤獨癥具有高度臨床和遺傳異質性的特點，針對性地對擁有特定臨床表型或基因型的一批樣本進行研究，以發(fā)現(xiàn)其中的關聯(lián)。目前的不足是由于國內不同地區(qū)對于孤獨癥的臨床診斷水平存在較大的差距和認識，對患者的臨床表型采集存在一定的困難，相當一部分患者家庭由于各種原因不愿配合后期的臨床回訪。我們也在努力解決這一問題，希望后續(xù)研究更加順利。
中國孤獨癥案例出生地分布示意圖
從孤獨癥遺傳學病因研究來說，目前研究結果的意義如何？
夏昆：研究通過1543個樣本的研究發(fā)現(xiàn)4%的患者攜帶有新發(fā)突變，分布于29個風險基因上，其中以基因SCN2A的新發(fā)突變率最高（達到約1.1%）。該結果第一次通過大規(guī)模測序研究鑒定了中國人群孤獨癥的遺傳圖譜，對認識中國人群孤獨癥的遺傳學病因、建立早期診斷和早期預警、實現(xiàn)早期干預具有重要的意義。所有這些結果，合并我們前期鑒定的其他孤獨癥遺傳變異、以及國際上報道的遺傳學變異等，將共同構成孤獨癥基因組學診斷的基礎。同時，這些基因的發(fā)現(xiàn)對于后續(xù)開展相關的遺傳學研究，尤其是發(fā)病機制的研究都提供了非常重要的線索。
目前該項研究成果如何建立孤獨癥遺傳病因與臨床亞型之間的關聯(lián)？
夏昆：孤獨癥基因型-表型關聯(lián)研究計劃的提出旨在解決如何將孤獨癥的遺傳病因和它們表現(xiàn)出的不同臨床亞型進行關聯(lián)研究。包括兩方面：1）從表型到基因型的思路為：首先對大樣本量的孤獨癥患者進行臨床表型研究，分類出不同的孤獨癥臨床亞型，如伴發(fā)睡眠障礙、大頭或小頭畸形、代謝異常以及胃腸道共發(fā)病等，然后針對不同的臨床亞型進行高通量測序等遺傳學分析，找出相同臨床表型患者可能共同的遺傳病因，例如相同基因的變異，或具有相同功能（如處于同一個功能網(wǎng)絡）的一組基因的變異；2）從基因型到表型的研究思路為：首先通過新一代測序等技術對大樣本量的孤獨癥患者進行外顯子組或全基因組測序，分析具有共同遺傳病因的患者（如相同基因的變異或相同生物學功能的一組基因的變異）的表型，找出表型的共性從而對這部分患者進行臨床亞型分類。目前研究成果對闡明孤獨癥的遺傳結構，對孤獨癥進行更為詳細的臨床分型提供了重要依據(jù)，也為實現(xiàn)孤獨癥的早期診斷、早期預警和早期干預以及后期的個體化治療奠定了重要的科學基礎。
通過回訪發(fā)現(xiàn)，攜帶新發(fā)突變基因的患者伴有不同程度的智力障礙、腸道異常和大頭圍畸形等特殊表型，此項發(fā)現(xiàn)對于孤獨癥兒童及其家庭會有什么樣的幫助？
夏昆：這主要對孤獨癥的診斷和鑒別診斷具有重要意義，可以從目前的以行為量表為主的主觀化診斷朝著以具體細分的臨床表型進行的客觀性遺傳學診斷邁進。
據(jù)了解，此項研究為建立新的孤獨癥臨床亞型分類、以及個體化治療提供了新的思路，您認為目前的發(fā)現(xiàn)對幫助孤獨癥孩子的相關機構有怎么樣的意義？
夏昆：不同臨床亞型的孩子可能由于病因的不同，其治療和干預效果會有區(qū)別。既往對于孤獨癥的臨床分型是比較粗泛的，這是因為我們對于這個疾病本身缺乏足夠的認識，如果能夠通過基因組水平進一步細分孤獨癥的臨床亞型，那么，這首先是對孤獨癥整體診療水平的促進；同時，認識水平的提高能夠使我們明確不同患兒的病因和特點，幫助孤獨癥孩子的相關機構或許可以設計具有針對性的個體化治療或行為干預方案。當然這還需要一個長期的探索過程，我們希望更多的孤獨癥相關診療和康復機構能夠參與到我們的項目研究中來，一起努力改善孤獨癥孩子的預后。
完善研究模型，全面認識病因
建立預警體系，提示有效治療方法
正在進行的第二期樣本是以什么為構想，與第一期樣本相比，有什么改進和創(chuàng)新？
夏昆：我們希望通過GPCA的延續(xù)和延伸，能夠盡可能多地發(fā)現(xiàn)孤獨癥風險基因并闡明基因型-表型的關系。闡明遺傳病因可以建立孤獨癥早期診斷、早期預警、甚至產(chǎn)前診斷預警系統(tǒng)，可以增大孤獨癥的檢出率或早期預警率，從而能進行早期干預，減輕甚至阻止孤獨癥臨床癥狀的進程。闡明基因型-表型的關聯(lián)對孤獨癥臨床亞型分類和將來的個體化治療至關重要。
項目今后的關注點會不會有變化，如果有，是怎樣新的設想呢？
夏昆：此后，關注點將進一步擴展，第一：充分利用測序技術、及其他技術的發(fā)展和優(yōu)勢，從孤獨癥家系的全基因組、轉錄組、代謝組、表觀遺傳學等多組學水平研究孤獨癥的病因，探討包括遺傳與環(huán)境及其交互作用對孤獨癥發(fā)病風險的影響，以期更加全面的認識孤獨癥的病因；第二：以這些病因學研究結果為基礎，設計和建立孤獨癥的生物學診斷、預警體系、以及新的個體化干預技術和方法，使其診斷窗口前移，并實現(xiàn)早期干預；第三：在發(fā)現(xiàn)這些遺傳病因的基礎上，采用多種方式研究孤獨癥發(fā)生的分子病理基礎和調控機制，以期發(fā)現(xiàn)潛在治療靶點、研究與開發(fā)孤獨癥治療藥物或方法，同時也希望為認識腦功能、腦發(fā)育提供新的思路。
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