检测自闭症

本文刊发于《新发现》2008年4月号

一篇题为《染色体16p11.2缺失或重复与自闭症密切相关》的论文，2008年1月10日在线发表在世界权威学术期刊《新英格兰医学杂志》(The New England Journal of Medicine)上。包括哥伦比亚广播公司、全国广播公司和纽约时报、美联社、路透社等在内的美国的10多家主流媒体都在第一时间竞相报道了这一研究新发现。日前，乘该论文的作者之一——哈佛大学儿童医院研究员、复旦大学兼职教授吴柏林博士回上海之机，《新发现》杂志采访了这位在基因组医学领域做出开拓性贡献的学者。

自闭症的基因诊断取得重要进展，在业内引起热切反响。这在很大程度上与自闭症这一特殊而又神秘的疾病正日益受到人们的关注有关。自闭症又称孤独症，1943年哈佛大学的奥地利籍精神病学家利奥·坎纳(Leo Kanner)博士在描述约翰·霍普金斯医院的11个先天性明显对他人缺乏兴趣的孩子时首次提出，因此也称作Kanner综合征。那时，自闭症被错误地视为情绪失控或智力缺陷类疾病。

与遗传高度相关

此后数十年，人们对自闭症没有达成共识，由于患者存在语言障碍和人际交流障碍，它一度和成年人的精神疾病混为一谈，尤其是精神分裂症。一些早期的临床医生甚至认为，它可能和负面经历有关。继而人们开始怀疑它是一种遗传病(染色体异常病)，因为研究发现，同是双胞胎，其中一个患自闭症，另一个人患病的几率却相差甚大，就同卵而言达到了90%，异卵仅为40%，两个数据都远高于随机人群。如果自闭症只是与染色体自发变异有关，那么患者亲属的发病风险不应高于普通人群。如果自闭症可能与染色体重复发生的变异有关, 那么患者亲属的发病风险将会大大高于普通人群。但科学家一直苦于找不到确凿的证据。而现在人们逐渐意识到，泛自闭症障碍(autism spectrum disorder)是一类严重的、与染色体异常有关的、以交流障碍为主的发育行为异常疾病，具有不同程度的社会互动、语言和非语言交流以及其他能力障碍，严重者还会丧失语言功能。

就自闭症的发病原因，吴教授阐释说，多年的研究证实自闭症与遗传因素高度相关，遗传性可达90%。但其中的原因又是十分复杂，利用家谱进行的连锁分析和全基因组关联分析显示，几乎每一个染色体上都携带有相关位点和候选基因，但到目前为止，已确定的自闭症遗传原因甚少。找出与自闭症相关的基因或基因组原因，将为阐述其发病机理并最终得出有效治疗方法提供最为重要的线索，这不会是一件容易的事情，其中涉及到病因的高度复杂性和多样性，在已知的10%病例中发现的遗传缺损分布于几十种疾病，且大都是散发和罕见的。因此，寻找遗传病因已成为最近几年自闭症研究领域的重点，许多机构和实验室都在这上面投入了大量工作。

合作带来突破

此次工作的一个突出特点是通过多个团体的大协作，才很快确定了16p11.2区域的这个位点，得到权威刊物的承认和各界的认同，但合作并不是从最初就决定的。一开始，研究内容相似，独立发现又是如此一致，合作还是竞争成了大家都在思考和抉择的问题。最后，在麻省总医院人类遗传研究中心主任詹姆斯·古赛拉教授(James Gusella)的促成下，形成了一个“自闭症研究协作组”(Autism Consortium)，包括哈佛大学波士顿儿童医院在内的14个主要大学和医学中心都参与其中。之后吴教授开始了与麻省总医院人类遗传研究中心的遗传学家马克·戴利(Mark Daly)的合作。他们约定，根据团体贡献大小排定论文的作者名次。后来在全美自闭症大会上，已经完成了数百例试验的冰岛deCODE研究所闻听此事，也表示愿意加入进来，于是有了这个壮观的合作团体。论文发表时，署名个人作者多达23人，还有数十个团体作者，马克·戴利和吴教授同为高级作者，而第一作者和第二作者则分别来自他们领导的研究室。

此前科学家一直没有找出一个单独的基因与单纯的自闭症有关。有些研究确定过一些自闭症的风险因子，但它们都只关注那些通常伴随着自闭症发生的遗传障碍的人群，例如脆性X综合征(Fragile-X syndrome)，这使得这些基因在遗传障碍中的作用变得很复杂。找到的遗传证据不下60个，涉及到10多个基因，但加起来只有10%可能，另外90%的病因扑朔迷离，而且只在某些病人中找到了证据，不得不视作随机发生的孤立事件。按照遗传突变论，随机发生的几率原则上为百万分之一，不能造成大的医学上的影响。

为了找到具有可预测性的这个因子，自闭症协作组利用自闭症遗传资源交流(AGRE)的751名患者的数据库，用微阵列技术扫描了自闭症患者的DNA，发现其中5人在16p11.2染色体上缺失了593万个碱基对，同样的微缺失还发生在波士顿儿童医院的512个自闭症儿童中的5人和冰岛的299个自闭症患者中的3人，而且，这种缺失也存在于冰岛18334个未接受筛选的对照组中(可视为正常人群)的2人，这表明正常人群中有万分之一几率出现这种异常。此外，在AGRE病例和波士顿儿童医院患儿中分别有7人和4人基因重复。但几乎所有的案例中，携带此变异儿童的父母没有携带此变异。要说这些人群携带着相同自发缺失或重复全是出于“#p#分页标题#e#偶然”，实在令人难以置信。

事实上，这个重复发生的小片段异常与自闭症关系密切，带来了1%的风险因子。微小的数字看起来无足轻重，但它有两层含义：其一是这种基因异常在统计学意义上拥有比正常人高100倍的风险，以前发现的随机事件在它面前就成了小巫见大巫；其二是病人中有1%的病因来自于此。

迅速进入临床

这次研究得出了三点科学结论：发现了这个基因组不平衡位点可以重复发生、估计了它的发生频率、预测了风险因子是正常人的100倍。之所以能一石激起千层浪，是因为美国麻省总医院(MGH)、波士顿儿童医院、冰岛deCODE研究所这三个不同的研究小组，针对三种不同人群，利用三个不同技术平台，却独立得出了相同的统一结论，说明该结论具有普遍性，且数据相互验证、互为补充，又使得验证、判断周期大大缩短。在最小的有限资源内，以最快的速度实现最大的影响力。中国科学院院士贺林听到消息后，忍不住为这一工作体现的多团队协作精神叫好，他认为国外在科学攻关上的协作非常多，也一直做得很好，样品、技术都能做到真正的共享，往往能收到事半功倍之效，国内同行应该多多借鉴他们的成功经验。

吴教授反复强调了可重复发生的重要性，正因如此，自闭症才变得可预测。而他本人所属的波士顿儿童医院取得的特殊成就还在于他们进行的是“实况转播”——用临床病人做研究。

那么，这一重大成果能否直接影响自闭症的诊断和治疗呢？“此次发现的16p11.2缺失与重复，在所研究的自闭症患者中约占1%，在发育迟缓和语言障碍的病人中约占1.5%。按照中国约有150万甚至高达数百万自闭症患者估算, 临床基因诊断可以早期诊断中国的数万名自闭症患者。”

大协作组发现1%自闭症患者的遗传风险因子，只是阐明自闭症病因的第一步。不过，这一步正在改变自闭症研究的面貌，任重而道远。该论文的另一名主要作者沈亦平博士表示，应用基因诊断，在发育迟缓和初现自闭症轻微症状的婴幼儿(通常在1～2岁)及早检出该遗传异常，并及时进行语言和行为的早期干预性治疗，是降低自闭症发生率或减轻患病严重度的有效手段。他负责设计了可用于临床基因诊断的技术平台。

成果公布后，受到国内外学术界高度关注和评价。诺贝尔奖获得者、美国哥伦比亚大学教授埃里克·坎德尔(Eric Kandel)赞扬这一研究成果“极大地增强了对自闭症发生的理解”。国际人类基因组计划领军人物、美国科学院院士埃里克·兰德(Eric Lander)认为：“我们与自闭症协作组的合作研究，通过发现自闭症的病因和种类，最终将提供对自闭症的早期诊断、干预和治疗。”遗传学家、复旦大学副校长金力教授评论说：“可贵的是，他们迅速将这些工作推到临床上。从而为真正找到自闭症的病因提供了很好的线索。”

新诊断模式下的竞赛

事实上，自闭症案例正以不明原因急速上升。20年前，精神病学家估计它的发生率为0.02%到0.05%，2007年，美国疾病控制和预防中心基于一项历时8年的研究，将此数值评估为0.66%，目前最大的调查数据——美国国家卫生研究院(NIH)所做的随机抽查数据表明，每150～160人中就有一例(中国还缺乏相关数据)。自闭症急剧上升的事实引起了人们的重视，美国将其列为继癌症、心血管疾病之后的精神疾病中的头号大敌，美国儿科学会不久前发布：所有新生儿在0～3岁(最好在2～18个月)时都要经过自闭症的临床检测。正是如此，人们对寻找自闭症成因给予了极大关注。

技术的进步赋予了科学家以新式武器——全基因组扫描。这是一项允许科学家采用微阵列基因芯片技术一次性扫描拍摄数千患者的数百万或更多的遗传产变异微阵列技术。吴教授选择了这个非主流的技术并进行了改良，现在回想起来觉得很幸运。因为除了冰岛采用本国人群、吴教授使用真正的临床病人之外，此次大协作团体中有5家研究机构使用的样本来自同一个病人自发组织，内部的“竞争”可说是非常激烈。吴教授选择了一个非主流的但有发展前景的技术并进行了改良，独特的样本和技术让他们的研究如虎添翼。

这项发现带来了一种新诊断模式的发展，即采用全基因扫描诊断法对一部分自闭症病例进行预测性诊断。最直接的临床益处在于可以直接将测试染色体的重复和缺失作为检测自闭症的一部分标准，帮助人们研制出低廉的诊断试验。比如，那些已经显露出发育迟缓却因为年纪太小无法承受临床测试的儿童可以先经过遗传变异的筛查，如果的确有危险，父母和医生可以提前开始进行干预治疗。“这次研究只是发现了1%自闭症患者的遗传风险因子，只是阐明自闭症病因的第一步。但这一步正在改变自闭症研究的面貌，开创了一个方向。自闭症遗传病因具有高度复杂性和多样性，后面的路还很长。”

多年研究表明，自闭症不可能是单基因病，而应该是多基因病，16号染色体的基因缺失和重复只是其中的风险因子之一。接下去的工作可能是在更多候选基因上做文章。它们来自一段“可疑”DNA，包含了60万个碱基对，共有25个基因，两边各有一段重复序列，相似性超过99%。要知道，所谓的“垂直”DNA其实是螺旋状的，遇到相似的碱基对就会配对#p#分页标题#e#结合，原本呈直线状的会连成一个圈，如果不正常分离就会引发某一类自闭症。到底哪一个或者哪一些与自闭症直接有关？需要一个个进行确认。消息已经公布，位点已经阐明，大家站在同一条起跑线上，又一场抢时间、比速度的竞争即将展开。

与此同时，吴教授还期待着能尽快找到更多病因，自闭症说到底是多基因病和复杂性疾病。他已经组织复旦儿童医院与哈佛儿童医院联手在世界上首先进行此类基因诊断，希望在中国建立、推广对自闭症的基因诊断手段，以及研究早期干预、治疗的方法。目前最权威的临床专家只能做到无误诊、有漏诊，但研究发现，若能应用基因诊断作出早期诊断，就能开展早期行为诱导、刺激可以改善自闭症症状甚至阻止自闭症发生，已有不少成功案例。

“自闭症是复杂病，正常人群中也会存在风险因子。”

自闭症是一大类疾病的总和，不可能用一种理论完全解释，也不可能只有简单的病因。过去10年间，自闭症的研究方向却主要集中于环境因素，这在当时的背景下是可以理解的。因为自闭症是一个以遗传因素为主的复杂疾病，多年来寻找出的遗传因素零碎地分布在60多种病因中，没有一个单独的主因，人们开始转而开始关注环境的影响。

由于做出自闭症诊断的阶段正是儿童接受早期疫苗接种的时期，怀疑“常用传染病疫苗中的含汞防腐剂造成了脑发育不正常”的呼声很高，但想找出这件事的真相并不容易：无法人为设置人类的居住环境。1999年开始，加州许多疫苗制造商开始生产去除了汞防腐剂的疫苗，研究人员终于有机会探讨某些疫苗——特别是以含汞防腐剂制成的疫苗——导致自闭症的可能性。

然而，2008年1月，美国公共卫生部卫生官员罗伯特·舍希尔特(Robert Schechter)等人在《普通精神病学纪要》(Archives of General Psychiatry)宣布，他们得出了“不能证明二者有关系”的结论。他们的研究对象是含汞防腐剂硫柳汞(Thimerosal)，它在2000年前频繁地用于儿童疫苗中，从2001年开始，除了婴儿使用的流感疫苗，硫柳汞几乎从疫苗中绝迹。

舍希尔特表示，“如果疫苗中暴露的汞含量是诱发自闭症的主因，那么一旦不再暴露在硫柳汞下，受到影响的儿童数量应该有所下降。但我们并未发现此现象。”他们统计了1995~2007年3月的自闭症发生率，发现1996年时3岁儿童的发病率为万分之三，而2006年时3岁儿童的发病率为0.13%，其间，最高的频率发生在2006年时的6岁儿童身上，为0.45%。经过分析还发现，2004~2007年间，即停止使用含硫柳汞疫苗3~5年后，自闭症诊断率仍增加了0.3%~0.41%。当然，这可能与人们对自闭症的意识增加、对自闭症定义范围的扩展以及检查手段的进步等因素与关。

这项研究成果意味着化学物质并非引起泛自闭症障碍的首要因素，虽然美国自闭症协会理事会主席克莱尔·博斯维尔(Claire Bothwell)认为，“它过分简单地解释了一个非常复杂的问题。”但却促成了科学家重新又转向了遗传学因素的研究。