趙雪 張燕霞 禹順英

·綜述·

孤獨(dú)癥譜系障礙的易感性拷貝數(shù)變異研究進(jìn)展☆

趙雪*張燕霞*禹順英**

孤獨(dú)癥 孤獨(dú)癥譜系障礙 拷貝數(shù)變異

孤獨(dú)癥（autism）多起病于嬰幼兒期，以社會交往障礙、語言交流障礙、興趣范圍狹窄及刻板行為為特征，是一類嚴(yán)重的神經(jīng)發(fā)育障礙性疾病。在2013年出版的《美國精神障礙診斷與統(tǒng)計(jì)手冊第5版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,5th Edition，DSM-5）中，取消DSM-IV中關(guān)于孤獨(dú)癥、Asperger綜合征、Rett綜合征、兒童瓦解性精神障礙和廣泛性發(fā)育障礙未特定型的分類，僅有孤獨(dú)癥譜系障礙（autismspectrumdisorder，ASD）這一概念。雙生子研究顯示，同卵雙生子的ASD同病率為70%～90%，明顯高于異卵雙生子的0～10%；家系研究顯示，ASD患兒的同胞患病風(fēng)險(xiǎn)比正常人高25倍；ASD的遺傳度約為91%～93%[1]。近年來ASD的分子遺傳學(xué)研究發(fā)展迅速，拷貝數(shù)變異（copy number variants，CNVs）作為一種重要的變異更是近年ASD分子遺傳學(xué)研究的熱點(diǎn)。本文就ASD的易感性CNVs進(jìn)行綜述。

1 拷貝數(shù)變異概述

CNVs是人類基因組內(nèi)常見的亞顯微結(jié)構(gòu)變異，這種變異是DNA片段上從kb到Mb范圍的缺失、嵌入、復(fù)制或復(fù)合多位點(diǎn)變異。2006年，多國研究者對來自歐洲、非洲和亞洲4個(gè)群體中的270名個(gè)體進(jìn)行分析，繪制人類基因組第一代拷貝數(shù)變異圖譜，發(fā)現(xiàn)1447個(gè)拷貝數(shù)變異區(qū)域，涵蓋360Mb，約占人類基因組全長的12%[2]。

研究者認(rèn)為DNA重組可能是CNVs發(fā)生的主要機(jī)制，其中包括非等位基因同源重組（non-allelic homologous recombination，NAHR）和非同源末端連接（non-homologous end joining，NHEJ）。前者是由2條同源的、但在基因組不同位置重復(fù)出現(xiàn)、高度相似的DNA序列配對并發(fā)生序列交換所造成[3]，主要發(fā)生在減數(shù)分裂過程中；后者是指在不依賴DNA同源性的情況下，為避免DNA或染色體斷裂的滯留，強(qiáng)行將2個(gè)DNA斷端彼此連接在一起的DNA雙鏈斷裂修復(fù)機(jī)制[4]。

CNVs可以通過改變基因的拷貝數(shù)、破壞基因編碼區(qū)的結(jié)果、改變基因調(diào)控序列的位置或長度、暴露隱形突變等方式影響基因表達(dá)，進(jìn)而影響個(gè)體表型。CNVs可遺傳自父母，稱為遺傳性CNVs（inherited CNVs），此類CNVs可能是某些疾病具有家族聚集性的遺傳學(xué)基礎(chǔ)；CNVs也可以是自發(fā)產(chǎn)生的新突變，稱為新生拷貝數(shù)突變（de novo CNVs），此類CNVs可能導(dǎo)致某些散發(fā)性病例發(fā)生。

2 拷貝數(shù)變異與ASD

CNVs既與常見表型變異有關(guān)，也與疾病發(fā)生有關(guān)。隨著ASD研究不斷深入，對ASD遺傳模式的理解從“常見疾病常見變異”（common disease common variant，CDCV）模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤俺Ｒ娂膊『币娮儺悺保╟ommon disease rare variant，CDRV）模式，后者強(qiáng)調(diào)多種罕見的、具有高度外顯率的遺傳變異導(dǎo)致疾病發(fā)生，而CNVs就是這類遺傳變異中的一種形式。關(guān)于CNVs對ASD的作用，有人提出“臨界值（threshold）”模型，即不同CNVs具有不同的外顯率是基于劑量效應(yīng)及其所影響基因的功能。部分CNVs（如15q11-13區(qū)域重復(fù)）對ASD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較大，這類CNVs通常是新生突變，常引起嚴(yán)重的ASD癥狀，在散發(fā)性ASD中更常見。另一些具有微小或中等效應(yīng)的CNVs（如15q11.2區(qū)域缺失），需要與其他遺傳因素共同作用才能達(dá)到導(dǎo)致ASD發(fā)生的臨界值。

2.1 ASD相關(guān)陽性CNVs位點(diǎn)

2.1.1 16p11.2 在散發(fā)性ASD研究中，16p11.2區(qū)域的微缺失/微重復(fù)是最常見的CNV（約0.8%），且缺失出現(xiàn)的頻率高于重復(fù)。如Sebat等[5]在1例Asperger綜合征女性患者基因組中發(fā)現(xiàn)16p11.2區(qū)的新發(fā)缺失；Kumar等[6]報(bào)道在2例孤獨(dú)癥先證者的基因組中存在約500 kb的16p11.2區(qū)微缺失，正常對照組未發(fā)現(xiàn)該缺失；Weiss等[7]的研究顯示，盡管在正常對照中也發(fā)現(xiàn)16p11.2區(qū)的缺失或重復(fù)，但其出現(xiàn)在ASD患者中的概率是對照的100倍；Levy等[8]發(fā)現(xiàn)ASD患者基因組16p11.2區(qū)缺失和重復(fù)的發(fā)生頻率為1%。

2.1.2 15q11-q13 早年兩項(xiàng)基于小樣本的研究顯示孤獨(dú)癥患者基因組中15q11-q13區(qū)CNVs出現(xiàn)頻率高達(dá)1%～3%，其中一項(xiàng)研究140例孤獨(dú)癥患者中2例攜帶有遺傳自母親的15q11-q13區(qū)重復(fù)[9]，另一項(xiàng)研究100例患者中2例分別攜帶有遺傳自母親的重復(fù)和缺失[10]。Depienne等[11]對522例ASD患者基因組15q11-q13區(qū)進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)近1%患者存在該區(qū)的病理性重排。15q11-13區(qū)缺失或單親雙體型（uniparental disomy，UPD）是導(dǎo)致Prader-Willi綜合征（Prader-Willi syndrome，PWS）和Angelman綜合征（Angelman syndrome，AS）的主要原因，這兩種綜合征常常共病ASD和孤獨(dú)癥樣行為[12-13]。Veltman等[14]對12項(xiàng)PWS/AS與ASD相關(guān)研究進(jìn)行Meta分析，結(jié)果顯示PWS和AS患者中分別有25.3%和1.9%共病ASD，間接證明該區(qū)域CNVs與ASD發(fā)病有關(guān)。

2.1.3 22q11.2 22q11.2微缺失綜合征是一種較常見的遺傳性疾病，在4000名新生兒中約1人患此病[15]，該綜合征患者的一種常見表型是社會交往困難，與ASD的社會交往障礙類似，這促使研究者探索22q11.2微缺失綜合征與ASD的關(guān)系。研究顯示存在22q11.2微缺失的成年人有3%符合孤獨(dú)癥的診斷，存在22q11.2微缺失的兒童有22%表現(xiàn)出明顯的孤獨(dú)癥樣行為[16]，這提示22q11.2區(qū)CNVs可能是ASD的一個(gè)致病因素。但22q11.2基因微缺失也與精神分裂癥和情感障礙的發(fā)病相關(guān)。

2.1.4 2p16（NRXN1） 有研究發(fā)現(xiàn)1個(gè)ASD家系中患病的2例女性先證者存在2p16區(qū)300 kb的缺失，該缺失為新發(fā)CNVs[17]。2p16區(qū)含有neurexin 1（NRXN1）基因，NRXN1基因編碼的neurexins蛋白與neuroligins共同作用調(diào)控谷氨酸鹽突觸的形成，腦內(nèi)谷氨酸鹽異常被認(rèn)為是ASD發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素。Wisniowiecka-Kowalnik等[18]在3個(gè)ASD家系中均發(fā)現(xiàn)NRXN1基因區(qū)的CNVs：第一個(gè)ASD大家系中4例孤獨(dú)癥子女的NRXN1基因均存在約380 kb的缺失，這一缺失來源于患有Asperger綜合征的母親；第二個(gè)家系中患有孤獨(dú)癥和智力障礙的先證者及其患有語言發(fā)育障礙的母親和弟弟存在約180 kb的NRXN1基因串聯(lián)重復(fù)；在第三個(gè)家系中，1例ASD先證者存在約330 kb的NRXN1基因串聯(lián)重復(fù)，為新生突變。因此，2p16及位于該區(qū)域NRXN1基因的CNVs均被證實(shí)與ASD相關(guān)。

2.1.5 1q21.1 研究者在3例孤獨(dú)癥先證者中發(fā)現(xiàn)1q21區(qū)長度為1.1 Mb的重復(fù)[17]。Mefford等[19]在包括多種兒科疾病在內(nèi)的患者中發(fā)現(xiàn)1q21.1區(qū)域的變異，在9例攜帶1q21.1重復(fù)的患者中有4例患有孤獨(dú)癥或存在孤獨(dú)癥樣行為；正常對照組中僅1例存在該區(qū)域重復(fù)，未發(fā)現(xiàn)缺失。這提示1q21.1區(qū)域CNVs或許不是ASD的主要致病因素，而是與其他因素共同導(dǎo)致ASD的發(fā)生。

2.1.6 17q12 研究者在3個(gè)ASD家系中發(fā)現(xiàn)17p12區(qū)長度約933 kb的CNVs，其中一個(gè)家系中患病異卵雙生子攜帶的CNV以重復(fù)形式存在，為新生突變，另一個(gè)家系中的2例患病男性同胞攜帶的缺失遺傳自母親，第三個(gè)家系中患病女性攜帶的缺失遺傳自父親[17]。Moreno-De-Luca等[20]在包括ASD、精神發(fā)育遲滯和智能障礙在內(nèi)的15749例患者中發(fā)現(xiàn)18例患者存在長度為1.4 Mb的17q12區(qū)缺失，其中4例為ASD患者；在正常對照中未發(fā)現(xiàn)該缺失。隨后這些研究者又在1182例ASD/神經(jīng)認(rèn)知缺損患者和6340例精神分裂癥患者的研究中發(fā)現(xiàn)2例ASD患者和4例精神分裂癥患者存在該缺失；在正常對照中未發(fā)現(xiàn)該缺失[20]。以上結(jié)果說明17q12區(qū)CNVs可能增加ASD的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。

2.1.7 其他 除上述與ASD相關(guān)的常見CNVs位點(diǎn)外，Moreno-De-Luca等[21]合并幾項(xiàng)大型ASD的CNVs研究數(shù)據(jù)后，還發(fā)現(xiàn)15q13.2-q13.3(BP4-BP5)、16p13.11、16p12.1、17q1、1q21（TAR）、3q29、5q35等位點(diǎn)的缺失和7q11.23、15q13.2-q13.3等位點(diǎn)的重復(fù)。Menashe等[22]對AutDB（http://mindspec.org/autdb.html）內(nèi)收錄的48篇ASD相關(guān)CNVs文獻(xiàn)進(jìn)行Meta分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)4q35.2、16p11.2、15q11.2、15q11.2-q13.1、15q13.2-q13.3、22q11.2、22q13.32-q13.33、1q21.1、3q26.31、9q24.3和13q14.3等11個(gè)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，其中16p11.2對ASD發(fā)病的貢獻(xiàn)最大，其次為位于15q11.2-q13.3區(qū)的3個(gè)位點(diǎn)。

2.2 ASD相關(guān)基因CNVsEgger等[23]在ASD家系中識別到5類新生拷貝數(shù)變異：GPHN基因外顯子區(qū)存在長度為357 kb的缺失；16p11.2區(qū)的多個(gè)基因（如NPIPL1和SH2B1基因）存在長度為290 kb的缺失；位于Xp11.2-p21.3區(qū)的多個(gè)基因（如ARX基因）存在長度為3 Mb的重復(fù)；C18orf22基因的外顯子存在長度為61 kb的重復(fù)和橫跨多個(gè)基因（包括CSTB）的21q22.3區(qū)存在3 Mb缺失；該研究還識別到在以前的研究中報(bào)道過的陽性CNVs，如TSPAN7、DPP6、AUTS2、MACROD2、CDH13、EPHA3和CHRNA7基因重復(fù)等。

2.3 ASD相關(guān)CNVs的多效性隨著ASD相關(guān)CNVs研究的不斷深入，研究者發(fā)現(xiàn)ASD與其他精神疾病存在CNVs位點(diǎn)的重疊，如ASD和精神分裂癥患者存在NRXN1基因、16p11.2和1q21.1區(qū)域的陽性CNVs，這說明CNVs具有多效性，即一種CNVs可引起多種不同的臨床表型。這種多效性或許可以解釋為同一種CNVs引起蛋白質(zhì)的不同功能區(qū)域出現(xiàn)異常，進(jìn)而導(dǎo)致不同蛋白質(zhì)間的相互作用（如配體和受體）、多蛋白復(fù)合體中各蛋白間的相互作用出現(xiàn)異常，而這些蛋白質(zhì)又存在于細(xì)胞通路的不同階段，最終導(dǎo)致不同疾病表型的發(fā)生。

對近幾年ASD的CNVs研究進(jìn)行總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)：①新生CNVs在簡單家系、復(fù)雜家系和正常對照中存在的比例不同，這說明散發(fā)性病例和家族性病例的發(fā)病機(jī)制不同；②部分ASD患者基因組中存在2個(gè)以上的CNVs，具有更嚴(yán)重的臨床表型；③健康人群基因組中也會攜帶新生或遺傳性CNVs，有些CNVs與疾病的陽性CNVs重疊；④攜帶陽性CNVs的ASD相關(guān)基因與細(xì)胞的增殖、突起、運(yùn)動(dòng)和GTPase/ Ras信號有關(guān)。

隨著CNVs研究實(shí)驗(yàn)技術(shù)的進(jìn)步和研究樣本的擴(kuò)大，更多與ASD發(fā)病相關(guān)的CNVs被發(fā)現(xiàn)，截止至2013年9月，AutDB數(shù)據(jù)庫的CNV版塊中已收錄305篇文獻(xiàn)、2032個(gè)CNVs位點(diǎn)，而這一數(shù)字還將繼續(xù)擴(kuò)大。當(dāng)然，目前的CNVs研究還有很多局限性，如：①很多研究結(jié)果無法復(fù)制；②部分CNVs發(fā)生頻率低，未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但這類CNVs很可能是ASD發(fā)生的關(guān)鍵致病因素；③CNVs在ASD中的發(fā)生頻率約1%，需要較大樣本量才可探測到陽性CNVs；④研究成本高。盡管CNVs研究有諸多局限，但研究者們通過堅(jiān)持不懈和更加細(xì)致的研究，正逐步了解到ASD的可能發(fā)病機(jī)制。作為一種全新的分子遺傳標(biāo)記，相信CNVs會在ASD的診斷和病理認(rèn)識上發(fā)揮越來越重要的作用。

[1] Ratajczak HV.Theoretical aspects of autism：causes--a review[J].J Immunotoxicol,2011,8(1)：68-79.

[2] Redon R,Ishikawa S,Fitch KR,et al.Global variation in copy number in the human genome[J].Nature,2006,444(7118)： 444-454.

[3] Stankiewicz P,Lupski JR.Genome architecture,rearrangements and genomic disorders[J].Trends Genet,2002,18(2)：74-82.

[4] Lee JA,Carvalho CM,Lupski JR.A DNA replication mechanismfor generating nonrecurrent rearrangements associated with genomic disorders[J].Cell,2007,131(7)：1235-1247.

[5] Sebat J,Lakshmi B,Malhotra D,et al.Strong association of de novo copy number mutations with autism[J].Science,2007,316 (5823)：445-449.

[6] Kumar RA,KaraMohamed S,Sudi J,et al.Recurrent 16p11.2 microdeletions in autism[J].HumMol Genet,2008,17(4)： 628-638.

[7] Weiss LA,Shen Y,Korn JM,et al.Association between microdeletion and microduplication at 16p11.2 and autism[J].N Engl J Med,2008,258(7)：667-675.

[8] Levy D,Ronemus M,YamromB,et al.Rare de novo and transmitted copy-number variation in autistic spectrumdisorders[J]. Neuron,2011,70(5)：886-897.

[9] Cook EH Jr,Courchesne RY,Cox NJ,et al.Linkage-disequilibriummapping of autistic disorder,with 15q11-13 markers[J].AmJ HumGenet,1998,62(5)：1077-1083.

[10] Schroer RJ,Phelan MC,Michaelis RC,et al.Autismand maternally derived aberrations of chromosome 15q[J].AmJ Med Genet,1998,76(4)：327-336

[11] Depienne C,Moreno-De-Luca D,Heron D,et al.Screening for genomic rearrangements and methylation abnormalities of the 15q11-q13 region in autismspectrumdisorders[J].Biol Psychiatry,2009,66(4)：349-359.

[12] Dykens EM,Lee E,Roof E.Prader-Willi syndrome and autismspectrumdisorders：an evolving story[J].J Neurodev Disord, 2011,3(3)：225-237.

[13] Bonati MT,Russo S,Finelli P,et al.Evaluation of autismtraits in Angelman syndrome：a resource to unfold autismgenes[J]. Neurogenetics,2007,8(3)：169-178.

[14] Veltman MW,Craig EE,Bolton PF.Autismspectrumdisorders in Prader-Willi and Angelman syndromes：a systematic review[J].Psychiatr Genet,15(4)：243-254.

[15] Tezenas Du Montcel S,Mendizabai H,Ayme S,et al.Prevalence of 22q11 microdeletion[J].J Med Genet,1999,33(8)：719.

[16] Fine SE,Weissman A,Gerdes M,et al.Autismspectrumdisorders and symptoms in children with molecularly confirmed 22q11.2 deletion syndrome[J].J AutismDev Disord,2005,35(4)： 461-470.

[17] AutismGenome Project Consortium,Szatmari P,Paterson AD,et al.Mapping autismrisk loci using genetic linkage and chromosomal rearrangements[J].Nat Genet,2007,39(3)：319-328.

[18] Wisniowiecka-Kowalnik B,Nesteruk M,Peters SU,et al.Intragenic rearrangements in NRXN1 in three families with autismspectrumdisorder,developmental delay,and speech delay[J]. AmJ Genet B Neuropsychiatr Genet,2010,153B(5)：983-993.

[19] Mefford HC,Sharp AJ,Baker C,et al.Recurrent rearrangements of chromosome 1q21.1 and variable pediatric phenotypes[J].N Engl J Med,2008,359(16)：1685-1699.

[20] Moreno-De-Luca D,SGENE Consortium,Mulle JG,et al.Deletion 17q12 is a recurrent copy number variant that confers high risk of autismand schizophrenia[J].Cell,2010,87(5)：618-630.

[21] Moreno-De-Luca D,Sanders SJ,Willsey AJ,et al.Using large clinical data sets to infer pathogenicity for rare copy number variants in autismcohorts[J].Mol Psychiatry,2013,18(10)： 1090-1095.

[22] Menashe I,Larsen EC,Banerjee-Basu S.Prioritization of copy number variation loci associated with autismfromautdb-an integrative multi-study genetic database[J].PloS One,2013,8(6)： e66707.

[23] Egger G,Roetzer KM,Noor A,et al.Identification of risk genes for autismspectrumdisorder through copy number variation analysis in Austrian families[J].Neurogenetics,2014,15(2)：117-127.

R749.94

A

2014-01-23）

（責(zé)任編輯：肖雅妮）

10.3936/j.issn.1002-0152.2014.07.016

☆上海市重性精神病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目（編號：13dz2260500）

*上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心（上海200030）

**上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心遺傳學(xué)研究室