孤独症与遗传

　　北京大学第六医院 王力芳

　　孤独症又称自闭症，英文为Autism。该病最初由南京脑科医院陶国泰教授翻译为孤独症，台湾将其翻译为自闭症;孤独症和自闭症是一种疾病的不同翻译，因此是一个病。孤独症的核心症状主要分为三个特征：首先是社会交往障碍，即人际交流欠佳，与家长及小朋友的社会互动欠佳，多表现为经常自己一个人独自玩。第二个特征性症状为语音和交流损害。有些患者语言发育慢，讲话迟。家长对于交流的认识存在一个误区，多数家长认为交流异常就是不会说话，或不能讲完整的句子。但实际上交流问题不仅仅指语言，还包括非语言交流，如眼神、表情、手势等。因此并不是只要有语言问题就一定是孤独症。第三个特征性症状是狭窄和刻板重复的兴趣或行为。例如有些孩子非常迷恋转的闪亮的东西，反复开关灯、喜欢看LED显示屏等。因此，医生判断孩子是否为孤独症，要通过多方面的评估包括孩子的眼神、表情、交流沟通、兴趣和一些刻板和重复性行为。孤独症患者还存在一些伴随症状，比如智力低下、发育落后、多动、睡眠问题和偏食等。

　　孤独症是神经发育疾病。神经发育主要指大脑的发育。我们大脑的发育是非常复杂和精密的。家长往往期待给孩子做检查看看脑部出了什么问题，但目前核磁检查主要检查大脑结构，可以检查脑内是否有肿瘤，但脑部功能是否有问题尚无法检测。举例来讲，手指活动欠佳，去拍手部X光片无骨折，但仍存在手指活动欠佳的功能问题。孤独症是脑功能的异常。

　　我们整个大脑分为不同的脑区，不同的脑区掌管着不同的功能，包括语言中枢、视觉中枢、听觉中枢和运动中枢等。我们说话或者学习的时候，脑部的这些功能是整合在一起的。脑组织是由一个一个细胞组成。脑部的细胞就是神经元，也叫神经细胞。每一个神经细胞和另一个神经细胞并不是完全连接的，它们之间是有物理距离的。神经细胞之间的连接叫做突触，突触存在间隙。神经细胞分泌出一些神经递质，通过这个间隙影响下一个神经细胞。然后这一组神经细胞的活动，又整合成了一个脑区，不同的脑区再进行整合，使各脑区协调发挥作用，继而构成我们的大脑，所以大脑的结构和功能都相当复杂。

　　孤独症的病因目前尚不完全清楚，可能有各种各样的病因。最早的时候认为是家长对于孩子成长过程中关爱太少，所以早期美国曾提出“冰箱母亲”的假说。但后来这个假说被证实是错误的。此后越来越多的研究提示，遗传因素在孤独症的病因方面起到了至关重要的作用，因此我们现在重点分析一下孤独症遗传的致病因素。实际上除了一些单基因遗传病，几乎所有的疾病都是遗传因素与环境因素共同作用的结果。遗传因素提供的是遗传易感性，不一定会发病，而环境因素可能会诱发疾病，进而表现出相应的症状。遗传因素和环境因素在不同疾病中所起的致病作用是不一样的;有的疾病遗传因素作用多，有的疾病环境因素作用更多。单基因病基本是由遗传因素决定的，比如一些先天性的聋哑或甲型血友病等。单基因遗传病如果致病基因有问题肯定会致病，如果这个基因正常则不会致病。另一大类是遗传和环境双重影响致病，也称为多基因病或者复杂疾病。

　　不同疾病遗传因素所起的作用实际上并不一样，比如说哮喘，一般认为遗传所起的作用较高，遗传度大概80%，遗传因素在哮喘中所起的作用达到80%，环境因素的作用相对小一些。其他疾病如消化性溃疡，它的遗传度是30%-40%，也就是遗传因素在整个病因里起到30%-40%的作用，环境的因素所其的作用稍多，所以溃疡与环境和生活习惯饮食习惯有很大的关系。另外一些常见的比如高血压、心脏病、脑血管病、糖尿病、高血脂等这些疾病，是遗传和环境都会起作用，有的疾病遗传因素起的作用多一点，有的疾病环境因素起的作用多一些。外伤等基本均由环境因素决定。因此遗传因素对不同疾病所起的作用大小均不相同。

　　遗传因素的致病作用的大小可通过遗传度来表示。遗传度的数值代表遗传因素在这个疾病中所起到的作用。遗传度是亲代(即父母)遗传给子代遗传特性的能力。如果疾病完全由环境因素造成的，比如外伤的遗传度就为0%，即外伤不受遗传的影响，环境因素的作用为100%。如果这个疾病完全跟遗传导致，如单基因病血友病等，遗传度可以达到100%。

　　那孤独症的病因是什么?人类对孤独症认识的初期，认为是因为家长关心不够导致的。目前这种理论已经被证明是错误的。之后也有学者认为孤独症与围产期的因素、宫内感染、甚至疫苗等有关，但目前全世界较为公认孤独症病因还是遗传因素。很多家长就困惑了，因为父母双方祖孙三代都没有这个病，那怎么会是遗传因素呢?

　　孤独症的遗传因素非常复杂，我们可以看到这个图有好几个圈，其中左边这个大圈儿表示遗传因素，右边的大圈是环境因素，这两个大圈中间是有重叠的。左上角这个小的圈儿是单基因病，与环境的大圈只重叠了一点。单基因病主要是由遗传基因致病。孤独症是位于基因和环境两个大圈中间重叠部分，被称作复杂疾病。 如心血管病、冠心病、高血压、糖尿病、哮喘、肿瘤、癌症等这些疾病都是复杂疾病，即基因和环境相互作用，共同作用而致病。对于复杂疾病来说，一些风险基因会给孩子带来遗传方面的易感性，再加上环境的影响而导致疾病。孤独症遗传的因素相对来说更复杂。孤独症不是单基因病，而是多基因复杂疾病，即有遗传因素又有环境因素的致病作用，导致疾病发生。

　　孤独症患病率有逐渐增加的趋势。既往患病率为4-6/1000，近年来孤独症患病率接近1%，即大概100个孩子就有一个患孤独症或者谱系障碍。患者中男性高于女性,大概3-4:1。我们北京大学第六医院门诊更多就诊的是男孩，男女比例可能到6-7:1。

　　孤独症同胞同病率(均患孤独症的比率)为2%-8%。双生子(即双胞胎)研究对于探讨遗传因素在疾病中起的作用非常重要。同卵双胞胎最初由一个受精卵发育而成为两个独立个体，所以同卵双胞胎的遗传物质基本相同。如果单卵双胞胎中1个孩子患孤独症，另一个也患孤独症的同病率为60%-92%。因为使用严格的孤独症诊断标准和较为宽泛的诊断标准，所以数值有一个区间。经常有家长带着双胞胎一个孩子来看病，因为这个孩子不说话，也不与小朋友玩;而另外一个孩子爱说话，家长认为没问题。如果两个孩子是同卵双胞胎，我们会建议家长也带另1个孩子来就诊，往往这个所谓“正常”的孩子也有一些轻度的孤独症症状。因此我们要特别重视单卵双胞胎，因为遗传物质基本相同，孤独症的同病率非常高。异卵双胞胎是由两个受精卵各自发育而成，异卵双胞胎有两个独立的胎盘。异卵双胞胎均患孤独症的同病率为0%-10%;他们来自两个不同的受精卵，遗传物质并不完全一样;因此异卵双胞胎同患孤独症的同病率较低。这也提示遗传在孤独症的病因中起到重要的作用。

　　总结一下，遗传度是亲代传递给子代的遗传特性的能力。孤独症的遗传度约为90%。孤独症是复杂疾病，由多个基因和环境相互作用而致病。每个基因对于疾病的作用是微效的，但是多个微效作用存在累加效应，最后可能导致疾病的发生。

　　什么是遗传物质? DNA是遗传物质。细胞核中的染色体是遗传物质的载体，染色体包涵着我们的遗传信息。除了我们血液中的红细胞没有细胞核，其它的细胞均有细胞核，每个细胞核里面的遗传物质都是一样的。进行染色体检测时，通过对细胞的处理后，给它们照相，然后染色，再把染色体排队编号。我们人类有23对常染色体和1对性染色体。染色体是遗传物质DNA拧成一起，做个比喻：DNA就像一根双股的电话线，我们把这个电话线缠成了一个蝴蝶结，这个蝴蝶结就相当于染色体。双股的电话线就像DNA，DNA是双螺旋结构，能够编码蛋白质的DNA被称做基因。

　　北京大学第六医院为孤独症家庭进行染色体检测。本课题组对632个孤独症家系进行染色体核型分析，发现有些患者存在染色体倒位、重复和易位的问题。尤其需要指出的是，我们研究发现2例孤独症女孩的X性染色体存在异常，包括1例为Turner综合征和1例超雌综合症。这2例女孩年龄小，未到青春期故尚未出现性征发育，但X性染色体存在问题，可能会导致青春期及成年期的性发育障碍。这2例患者均伴有孤独症表现、智力低下和语言障碍，故本课题组的研究提示如果女孩患孤独症，建议进行染色体核型分析除外染色体异常的问题。

　　染色体核型可以检测染色体的结构，另外也有其他方法检测更微小的染色体结构变异即拷贝数变异。本课题组将儿童孤独症患者和正常对照者的DNA分别标记两种不同颜色荧光进行杂交，比较各拷贝数片段荧光信号强度，发现拷贝数的缺失或重复。拷贝数的变异常涵盖多个基因。我们研究发现位于1号染色体的2区5带、3号染色体、11号染色体的拷贝数变异，涵盖一些与神经发育相关基因。国外数据库也提示，拷贝数的增加或者缺失都可能造成智力的问题以及孤独症的表现。因此，我们建议儿童孤独症患者首先筛查染色体结构的异常。

　　往往家长觉得基因目前很火、很热，于是花费许多钱去做，而检测报告只挑了几个基因报告是否有问题。实际上这种检测有一定的片面性。了解基因与染色体的概念非常重要。染色体如同我们居住的小区，有一号楼，二号楼，三号楼一直到23号楼，还有常染色体和性染色体，而基因类似于住户。所以如果不看染色体的问题，只报告检测的几个基因，类似于仅入户调查一两家，实际上其临床意义也非常有限。北京大学第六医院本课题组建议先进行染色体检测，将所有的染色体都进行检测分析，类似于检查每栋楼的结构，如楼层有没有缺失断裂、或者相同楼层是否有完全的重复。另外我们建议进行脆性X综合征基因的检测，脆性X综合征是个单基因病，有较高的遗传性，因此需要排查脆X综合症。

　　针对易感基因遗传位点检测，需要比较基因的一些等位基因在患者和正常对照中的比例。一般分为病例对照研究和核心家系研究。本课题组采取核心家系关联研究，比较父母传递给子代等位基因和不传递的等位基因比例，然后通过统计分析进行比较。

　　我们研究策略是通过染色体核型分析发现的问题区域，与神经发育相关的基因、全基因关联和测序的结果选出候选基因，进而通过遗传关联研究进行遗传统计分析，筛选出孤独症的易感基因，也可以称为风险基因。通过遗传策略筛选出的易感基因，将进一步来探索这些基因的功能，如何影响神经发育及可能的致病机制，即如何导致了孤独症。目前我们已经完成部分易感基因的筛选，完成了关联研究及一些全外显子组的测序研究。

　　下面举几个简单的例子，首先介绍催产素受体的基因。北大六院本课题组的遗传研究率先发现催产素受体基因与孤独症关联的，提示这个基因是孤独症的易感基因。动物研究发现催产素正常的小鼠妈妈非常会照顾鼠宝宝。如果催产素异常，小鼠的母性行为就会出现问题，不照顾鼠宝宝。

　　此外，我们还探讨了参与大脑皮层形成的基因与孤独症的关系。大脑皮层很薄，但大脑皮层可以细分为六层，每一层的细胞结构都不一样。神经元通过迁移形成具有多层结构的大脑皮层。这是复杂又很精密的过程，在出生之前大脑皮层就已经形成。与神经元迁移密切相关的一个基因是RELN基因，如果这个基因有问题，大脑皮层的板层结构就异常。我们针对这个基因的整个通路包括20余个基因进行关联研究，研究发现位于这个通路起核心作用的DAB1基因是中国汉族孤独症的易感基因。另一个与神经发育关系密切的基因是DISC1基因。DISC1基因跟神经元迁移有关，参与大脑皮层形成。北大六院本课题组也发现DISC1基因是孤独症的一个易感基因。

　　另外有研究认为孤独症存在脑内的兴奋性神经递质与抑制性神经递质平衡的受损。本课题组针对抑制性神经递质γ-氨基丁酸(GABA)的受体基因和孤独症也进行了一些探讨。位于15号染色体长臂1区1带到1区3带的区域，包含很多个候选基因。本课题组针对这一区域的基因进行关联研究;此外，还对这一区域的基因进行测序。关联研究发现抑制性神经递质γ-氨基丁酸的受体GABRB3与孤独症关联，测序研究在儿童孤独症患者GABRB3基因存在错义突变，该错义突变导致编码的氨基酸发生改变，可能影响蛋白质的功能。

　　我们研究还发现一些孤独症患者Prex1基因拷贝数缺失。正常应该拷贝数是2，这些儿童孤独症患者Prex1基因拷贝数为1，说明这个基因部分缺失。继而我们检测了外周血Prex1基因的表达量，孤独症儿童Prex1基因的表达量低于正常儿童。

　　该基因到底起了什么作用?与孤独症发病是否有关?我们利用动物模型探讨Prex1基因的功能。我们把小鼠Prex1基因敲除，使小鼠缺了这个基因，基因编码的蛋白质也缺失。这种将Prex1基因敲除的小鼠有什么表现呢?小鼠是否会出现类似于孤独症的交往问题? Prex1基因敲除的小鼠与其他小鼠的社交存在问题。此外，出生不久的小鼠离开妈妈会发出求救的叫声，这些叫声类似于我们人类的语言。Prex1基因敲除的小鼠，发出的声音也存在异常。另外我们也检测了这种小鼠的学习能力， Prex1老鼠的学习能力受损，一旦学会就较为刻板，学习相关知识的灵活性欠佳。这个小鼠是不是大脑有问题呢?小鼠脑结构基本正常，那是什么出问题了呢?我们通过电生理检测发现神经元和神经元之间的突触信号传递存在异常。我们的研究进一步揭示这个基因在脑发育过程中的作用。此外，我们还在孤独症儿童中发现EZH2基因与孤独症关联，是孤独症的易感基因，之后又进一步系统的探讨了EZH2基因的功能。该基因在脑内尤其在出生前表达水平非常高，提示它在脑发育过程中发挥重要的作用。EZH2基因异常会影响神经元迁移，在出生前一般新生的神经元要迁移到皮层，如果EZH2基因被破坏，神经元的迁移就出现问题，神经元在迁移过程中的方向性发生异常，导致神经元不能往皮层正常迁移。本课题组进行了更深入的研究，EZH2 孤独症易感基因敲除小鼠脑内RELN基因的表达也存在异常，提示这两个基因之间有相互作用。因此通过对于神经元和小鼠的功能研究，我们发现的这些易感基因并研究其功能性能为孤独症的诊断和治疗提供更多的线索。

　　目前北京大学第六医院是能给大家提供染色体的核型分析以及脆性X综合征的基因检测，我们也做一些科研全外显子组的测序分析，找到一些突变的位点。对于家长来说应该把染色体和脆X综合征这些基因来做一些更针对性的检查，希望大家通过正确的途径，做必要科学的检测。建议就诊北大六院来做进一步的遗传咨询和相关检测。