揭開孤獨症遺傳圖譜的神秘面紗，首個大規模中國人群孤獨症基因測序研究出爐

據最新統計數據顯示，目前，中國孤獨症患者已超過1000萬，其中0～14歲的患兒超過200萬。不僅如此，中國孤獨症發病率依然在不斷攀升。難以想像，這一組令人咋舌的數字背後，千百萬患者家庭承載的是何種難以言喻的痛苦……

臨床上對孤獨症的首次描述和記載始於20世紀40年代。早在1943年，美國醫生Kanner報道了11例患者，並命名為「早期嬰兒孤獨症」（early infantile autism）。自此人們便開始著手對孤獨症病因的研究。

70多年後的今天，孤獨症的真正病因依然是個未解之謎。就在日前，孤獨症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）正式發表了中南大學生命科學學院院長、醫學遺傳學國家重點實驗室主任夏昆教授課題組關於中國人群兒童孤獨症研究的最新成果。

該研究是第一個較大規模的中國人群孤獨症的基因測序研究。這不但填補了中國孤獨症研究領域的空白，在國際上也屬於領先水平。為此，我們特第一時間採訪了夏昆教授，為大家解讀此次研究成果及其現實意義。

病因之謎

從「養育方式」到「遺傳因素」

上世?紀40年代，人們普遍認為「父母養育方式不當」是引發孤獨症的原因。直至上世紀80年代，針對孤獨症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，並認識到孤獨症是一種受一定遺傳因素作用的發育障礙性疾病。在此基礎上，人們從分子遺傳、神經免疫、功能影像、神經解剖和神經化學等多領域展開研究，試圖從中找到孤獨症的致病原因。

目前國際上孤獨症的遺傳學研究已經取得了較大進展，發現了100多個與疾病相關的基因位點。但由於其中多數是罕見變異，這些遺傳變異只能解釋大約30-50%的患者。因此，這一結論並不能從根本上解釋孤獨症的病因。

毋庸置疑，闡明孤獨症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……

據了解，國際上孤獨症的遺傳學研究已經取得了較大進展。然而我國孤獨症的研究才剛起步，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於小樣本的研究。您能談談國內外孤獨症的現狀、趨勢、已發現的病因和治療方法嗎？

夏昆：孤獨症的核心癥狀包括社會交往障礙以及狹隘興趣和重複刻板行為，兒童發育早期（一般3歲前）發病並攜帶終生，男性發病率為女性的4~6倍。近年孤獨症的發病率呈急劇上升趨勢，全球發病率約為1%。孤獨症的病因目前尚不明確，沒有有效的治療方法，研究提示遺傳和環境或共同影響孤獨症的發病。據估計孤獨症的遺傳度高達60%～90%，因此2005年以來孤獨症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，發現了很多基因突變與孤獨症相關。而國內孤獨症研究起步較晚，尚缺少類似的大規模研究。闡明孤獨症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症基因型-表型關聯研究，在中國人群兒童孤獨症遺傳學研究領域取得的最新成果是什麼？與其他針對孤獨症基因型的研究相比，此次有哪些新的發現呢？

夏昆：孤獨症患兒臨床表現非常複雜，除共有的核心癥狀外，不同患兒還有各種不同類型的特徵表型，從而顯著增加了發現孤獨症遺傳學病因的難度。因此我們開展了基因型-表型關聯研究計劃（Genotype and Phenotype Correlationfor Autism, GPCA），以尋找特異表型與特異基因之間的對應關係，促進孤獨症風險基因的鑒定。我們的研究發現約4%的患者攜帶29個基因的新發突變，其中以基因SCN2A的新發突變率最高（約1.1%），這是目前在單個基因或變異水平上發現的新發突變頻率最高的基因。與歐美人群患者相比，SCN2A基因的突變表現出明顯的人群差異；同時，我們的研究提示了10餘個新的孤獨症風險基因；研究還通過對20個攜帶有新發突變的孤獨症家庭進行臨床回訪，發現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。與其他針對孤獨症基因型的研究相比，我們的研究發現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目還非常少，後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。

該研究發現約有4%的中國患者攜帶有新發突變，這些新發突變分布於29個風險基因上，其中以基因SCN2A的新發突變率最高（約1.1%）。這組數據說明了什麼？基因SCN2A的新發突變的意義是什麼？

夏昆：這組數據，一方面說明這些基因是中國人群孤獨症的高風險基因，僅在29個基因上就發現4%的患者攜帶新發突變，更多的風險基因和更高比例攜帶新發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現；另一方面說明孤獨症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，我們發現SCN2A的新發突變率在中國孤獨症人群中高達1.1%， SCN2A編碼離子通道蛋白，某些針對離子通道開發的神經精神藥物可能對於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個國際上已發現的孤獨症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，並試圖發現新的基因？

夏昆：這項研究並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症大規模的基因組測序研究，我們主要根據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症的風險基因，希望在鑒定中國人群孤獨症的遺傳圖譜的同時，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症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症臨床亞型。

一項高效、快速且成本低廉的研究方法

此次孤獨症基因型-表型關聯研究計劃，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例中國人群孤獨症患者中完成了針對189個前期研究所提示的孤獨症風險基因的靶向捕獲測序，這是國內第一次完成的大規模中國人群孤獨症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）

此次研究採取了新探測方法——靶向捕獲-分子倒置探針技術，其特點是什麼？它和以往其他技術有什麼區別呢？

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間，同時其優點是高效、快捷且價格低廉，非常適用於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，優勢是該方法所獲得的測序深度較深，數據更可信，同時還可能發現一些其他方法不能檢測到的盲區。但是該方法也有一些固有特性，由於實驗需要經過PCR過程，所以目前對於高GC區間和高度重複序列區間的捕獲效率還有待提高。

現有的研究分為兩期，第一期樣本數為1543例，第二期樣本數計劃為3000例，如此規模的樣本是不是在國際上也是首次？為什麼要取如此多樣本？

夏昆：GPCA是一個長期連續性的研究計劃，目前第二期已經完成和第一期相當的樣本量，總計已經完成了3000多例患者。如此規模的樣本在國際上並不是首次，比如SSC（Simons Simplex Collection）已經完成2500多個孤獨症家庭外顯子組測序，ASC（Autism Scimplex Collection）也已經完成了4000多例孤獨症樣本的測序。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。孤獨症的這一特點也是我們研究的一個優勢，中國人口基數大，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。

與以往的孤獨症基因研究相比，孤獨症基因型-表型關聯研究計劃除了具有新技術-靶向捕獲技術，有什麼其他優勢和不足？

夏昆：該研究針對孤獨症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，以發現其中的關聯。目前的不足是由於國內不同地區對於孤獨症的臨床診斷水平存在較大的差距和認識，對患者的臨床表型採集存在一定的困難，相當一部分患者家庭由於各種原因不願配合後期的臨床回訪。我們也在努力解決這一問題，希望後續研究更加順利。

中國孤獨症案例出生地分布示意圖

從孤獨症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個樣本的研究發現4%的患者攜帶有新發突變，分布於29個風險基因上，其中以基因SCN2A的新發突變率最高（達到約1.1%）。該結果第一次通過大規模測序研究鑒定了中國人群孤獨症的遺傳圖譜，對認識中國人群孤獨症的遺傳學病因、建立早期診斷和早期預警、實現早期干預具有重要的意義。所有這些結果，合併我們前期鑒定的其他孤獨症遺傳變異、以及國際上報道的遺傳學變異等，將共同構成孤獨症基因組學診斷的基礎。同時，這些基因的發現對於後續開展相關的遺傳學研究，尤其是發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症遺傳病因與臨床亞型之間的關聯？

夏昆：孤獨症基因型-表型關聯研究計劃的提出旨在解決如何將孤獨症的遺傳病因和它們表現出的不同臨床亞型進行關聯研究。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症患者進行臨床表型研究，分類出不同的孤獨症臨床亞型，如伴發睡眠障礙、大頭或小頭畸形、代謝異常以及胃腸道共發病等，然後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（如處於同一個功能網路）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症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症的遺傳結構，對孤獨症進行更為詳細的臨床分型提供了重要依據，也為實現孤獨症的早期診斷、早期預警和早期干預以及後期的個體化治療奠定了重要的科學基礎。

通過回訪發現，攜帶新發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，此項發現對於孤獨症兒童及其家庭會有什麼樣的幫助？

夏昆：這主要對孤獨症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。

據了解，此項研究為建立新的孤獨症臨床亞型分類、以及個體化治療提供了新的思路，您認為目前的發現對幫助孤獨症孩子的相關機構有怎麼樣的意義？

夏昆：不同臨床亞型的孩子可能由於病因的不同，其治療和干預效果會有區別。既往對於孤獨症的臨床分型是比較粗泛的，這是因為我們對於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症的臨床亞型，那麼，這首先是對孤獨症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，幫助孤獨症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症相關診療和康復機構能夠參與到我們的項目研究中來，一起努力改善孤獨症孩子的預後。

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麼為構想，與第一期樣本相比，有什麼改進和創新？

夏昆：我們希望通過GPCA的延續和延伸，能夠儘可能多地發現孤獨症風險基因並闡明基因型-表型的關係。闡明遺傳病因可以建立孤獨症早期診斷、早期預警、甚至產前診斷預警系統，可以增大孤獨症的檢出率或早期預警率，從而能進行早期干預，減輕甚至阻止孤獨症臨床癥狀的進程。闡明基因型-表型的關聯對孤獨症臨床亞型分類和將來的個體化治療至關重要。

項目今後的關注點會不會有變化，如果有，是怎樣新的設想呢？

夏昆：此後，關注點將進一步擴展，第一：充分利用測序技術、及其他技術的發展和優勢，從孤獨症家系的全基因組、轉錄組、代謝組、表觀遺傳學等多組學水平研究孤獨症的病因，探討包括遺傳與環境及其交互作用對孤獨症發病風險的影響，以期更加全面的認識孤獨症的病因；第二：以這些病因學研究結果為基礎，設計和建立孤獨症的生物學診斷、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，並實現早期干預；第三：在發現這些遺傳病因的基礎上，採用多種方式研究孤獨症發生的分子病理基礎和調控機制，以期發現潛在治療靶點、研究與開發孤獨症治療藥物或方法，同時也希望為認識腦功能、腦發育提供新的思路。