基于双生子核心家系的孤独症新发突变筛选及验证研究

Autism is a severe and highly heritable neuro-developmental disorders.Recent epidemiological studies showed that the prevalence of autism has been obviously increasing,remains unclear etiology.It is an important issue for autism in the autistic genetics research to identify the susceptible genes of autism and to confirm the contribution which different varianion is in the progress of disease.Our project selects the representative monozygotic twins discordant and dizygotic twins comorbidity for autism trios to screen the possible de novo and/or herited mutations by the Exome-sequencing. We will carry on the pathway analysis by bioinformatics software and focus on loci and genes/related regulating genes involved in neural development, neurons plasticity, synaptic connect function and neural circuits.According to the variants screened,we will identify potentially pathogenic variants and susceptible genes in the large sample of trios and case-control study at the whole genome level and provide the newest important evidences for the further etiology of autism. Meanwhile,we establish large-scale clinical and genetic resource bank of different phenotypes of autism children in north China Han nationality, and to realize the resource sharing of the future, and to lay the foundation for further autism genetics study.

孤独症（autism ）是一种严重的、高遗传度的儿童神经发育障碍性疾病，近年来患病率明显上升，但病因不明。由于其遗传基础复杂，鉴定孤独症易感基因、确定不同类型遗传变异在该病发生中的作用是孤独症病因学研究中的重要问题。本研究选取同卵双生非共患、异卵双生共患孤独症核心家系，利用外显子二代测序技术，筛选与孤独症相关可能的新发突变和(或)遗传性罕见结构变异，应用生物信息学软件进行通路分析，重点关注神经发育、神经元可塑性、突触连接功能及神经环路可能相关的位点或所处基因或相关调控基因，以筛选出的结构变异为目标，在大样本孤独症核心家系和散发病例-对照研究中进行验证，从全基因组水平鉴定孤独症（或某种临床表型特征）相关的致病或易感基因，为深入开展孤独症病因学研究提供重要依据。同时，建立大规模、不同临床表型特征的中国北方汉族儿童孤独症临床和遗传资源库，为实现今后的资源共享，进一步开展孤独症遗传学研究奠定基础。

孤独症谱系障碍（ASD）是一种严重影响儿童健康的神经发育障碍性疾病，目前已成为全球性的公共健康问题。本课题通过解析三对同卵双生非共患孤独症儿童的全基因组测序数据，对原始数据进行了去接头、过滤低质量reads以及含未知碱基过多的reads等预处理过程，得到可用的clean data后进行质控，并将获得的数据与人类参考基因组（hg38）进行比对，最终将识别出孤独症患儿特异的基因组变异，包括SNP，InDel，SV，SNV，CNV等，并对所识别的基因组变异进行注释和功能富集，从而识别出孤独症患儿特有的以及两对以上双生子共有的特异变异。此外，本课题与时俱进地开展了国内首个ASD患儿血清代谢组学研究（分为两个阶段：探索研究和验证研究）。结果表明孤独症儿童体内存在明显的多不饱和脂肪酸和鞘脂类代谢异常，包括二十二碳六烯酸（DHA）、二十二碳五烯酸（DPA）、肾上腺酸、1-磷酸鞘氨醇（S1P）；发现了两个代谢物（DHA和S1P）可能作为孤独症潜在的、有诊断价值的生物标志物，对于将来的筛查、诊断和靶向营养干预有非常重要的意义。为了进一步探讨DHA、S1P对ASD认知功能的影响及可能的机制，本课题采用VPA诱导的ASD大鼠模型对DHA、S1P的水平进行进一步的验证，结果显示，与Con大鼠相比，VPA大鼠血清及海马组织中DHA水平明显下降，且存在明显的学习、记忆等认知功能损害。通过给孕鼠早期实施DHA干预（最低有效干预剂量为150mg/day），可显著改善VPA诱导的孤独症模型大鼠学习、记忆等认知损伤，并通过提高血液及海马组织中DHA的水平，增强海马组织抗氧化和抗凋亡能力而发挥作用。此外，与Con大鼠相比，VPA大鼠血清及海马组织中S1P水平和鞘氨醇激酶2（SphK2）蛋白表达显著升高，且存在明显的学习、记忆等认知功能损害，通过鞘氨醇激酶阻断干预可明显降低S1P水平，进而改善VPA诱导的孤独症模型大鼠的学习和记忆功能。同时运用S1P受体拮抗剂FTY720（芬戈莫德）干预的另一项研究也证实，FTY720能有效缓解VPA诱导的孤独症模型大鼠的学习和记忆损害，这可能与其下调S1P/S1Pr1信号，减轻了海马组织的炎症损伤进而发挥神经保护作用有关。本研究结果表明DHA、S1P可作为孤独症潜在的、有诊断价值的生物标志物，对于将来的筛查、诊断和靶向营养干预有非常重要的意义。