自闭症的相关研究.doc

Nature自闭症专题一：待解的“谜题” 摘要： 有视力却不愿和你对视，有语言却很难和你交流，有听力却总是充耳不闻，有行为却总是与你的愿望相违人们无从解释，只好把这样的孩子叫做“星星的孩子”自闭症儿童，他们犹如天上的星星，一人一个世界，独自闪烁。尽管近年来在自闭症的遗传因素研究中连续取得突破性的进展，然而到目前为止，对于科学家们而言自闭症仍是一个待解的“巨大谜题”。 有视力却不愿和你对视，有语言却很难和你交流，有听力却总是充耳不闻，有行为却总是与你的愿望相违人们无从解释，只好把这样的孩子叫做“星星的孩子”自闭症儿童，他们犹如天上的星星，一人一个世界，独自闪烁。 1943年，来自美国密西西比州费雷斯特的一个名叫唐纳德的10岁孩子被确诊患有自闭症，他被称为“第一病例”，简称“Donald T”。当年的一篇文章首先提到他，宣布发现了“一种前所未有的疾病”，“一种复杂的神经紊乱症”（如今统称为“自闭症谱系障碍”简称ASD）。在68年前，当时的人们还认为这是一种极其罕见的疾病。进入1990年代早期以来，ASD患者激增，平均每110个孩子中就有1个表现出自闭症症状。随着统计发病率的不断增高，这一疾病逐渐开始引起人们的正视。现在，我们或许会从医生、家长或政治家们的口中不时听到自闭症的“蔓延”。2010年，著名演员李连杰和文章主演了讲述自闭症家庭故事的电影海洋天堂，更进一步地唤起了普通民众对于自闭症群体的关注。关于自闭症的起因，一直众说纷纭。早期，精神病学认为自闭症是“坏妈妈”导致的，后来人们发现自闭症亦有生物学基础，但这带来了更多混乱。有人认为罪魁是食物中的麸质，也有人说某些疫苗防腐剂中含有水银，会导致自闭症，还有一些学派把自闭症视为自体免疫反应，或是营养不良的结果。目前普遍认为自闭症的病因是由基因控制，再由环境因素触发。近年来科学家们在自闭症的遗传因素研究中连续取得突破性的进展，先后发现了七个经常出现在自闭症病人的基因组。来自杜克大学的著名华人科学家冯国平今年在自然（Nature）杂志上发表文章，证实突触后蛋白SHANK3在正常的神经连接发育中起关键性的作用，Shank3基因突变可导致小鼠出现自闭症样行为及纹状体异常。 美国贝勒医学院的研究人员也在近期发表在Science子刊Sci.Trans.Med的一篇文章中揭示了自闭症患者脑中的分子通路与脆性X综合症、安格曼综合症及瑞特综合征等相关疾病密切相关而且共有某些关键性的蛋白质。尽管这些研究为发现更多的自闭症相关遗传因素提供了重要的平台。然而到目前为止，对于科学家们而言自闭症仍是一个待解的“巨大谜题”。最新一期（11月2号）的Nature杂志发布了“Special issue on neuroscience: The autism enigma”等6篇文章，组合成一期“自闭症”专题。所涉及的话题包括了已确诊的自闭症发生率的神秘增加、围绕这种病症所出现的一些谣言、以及认为对某些领域的工作（被经常提到的是科学研究）来说自闭症会具有的优势等观点，试图在这些经常有争议的领域去伪存真。华人科学家冯国平连发两篇Nature文章 摘要： 杜克大学神经生物学系教授冯国平（Guoping Feng）是一位国际知名的神经学科学家，近期其研究小组接连在Nature杂志上发表了神经细胞研究成果。 杜克大学神经生物学系教授冯国平（Guoping Feng）是一位国际知名的神经学科学家，近期其研究小组接连在Nature杂志上发表了神经细胞研究成果。 送“蛋白纯化填料/预装柱”进实验室 PALL蛋白纯化填料试用申请第二轮 Shank3 mutant mice display autistic-like behaviours and striatal dysfunction.Nature Volume: 472, Pages: 437442 Date published: (28 April 2011) DOI: doi:10.1038/nature09965Cell typespecific channelrhodopsin-2 transgenic mice for optogenetic dissection of neural circuitry function.Nature Methods Year published: (2011) DOI: doi:10.1038/nmeth.1668第一篇文章发表在Nature上，研究人员发现Shank3 被删除的小鼠表现出几个自闭症特征，包括社会行为缺陷以及异常纹状体突触和异常皮质-纹状体回路。这些发现表明Shank3 在神经连接中起关键作用，并且为它在与自闭症相似的行为中可能发挥的功能提供了一个机制。这是科学家们第一次获得Shank3突变与自闭症样行为相关的直接证据。尽管目前研究表明只有很小比例的自闭症患者存在Shank3基因突变，冯国平表示新研究发现将推动他们在未来的研究中更深入地探索其他突触蛋白与多种精神疾病的联系。在第二篇发表于Nature methods的文章中，研究人员利用一种称为光遗传学（optogenetic）的新技术结合细菌人工染色体（BAC）转基因策略成功构建了四种神经元可被蓝光激活的转基因小鼠动物模型。绿藻光敏蛋白2（ChR2，第二型离子通道视紫质）的蛋白正常存在于藻类，在蓝光照射下，表达ChR2的细胞会被激活。在这篇文章中，研究人员在各种类型的神经细胞中导入了ChR2蛋白的H134R 突变体ChR2(H134R)基因。结合BAC转基因技术，研究人员成功构建了VGAT-ChR2(H134R)-EYFP, ChAT-ChR2(H134R)-EYFP, Tph2-ChR2(H134R)-EYFP 和Pvalb(H134R)-ChR2-EYFP BAC四种转基因小鼠模型。生物通 通过更进一步的实验，研究人员对这四种转基因小鼠模型进行了广泛的功能鉴定，证实通过蓝光照射研究人员可精确控制这些转基因小鼠中GABAergic神经元、胆碱能（cholinergic）神经元、5-羟色胺能（serotonergic）神经元以及小白蛋白（parvalbumin）的神经元的动作电位发放。这些新型的ChR2(H134R)转基因小鼠模型为研究人员精确绘制大脑神经连接图，解析各种行为的神经基础提供了重要的研究工具。作者简介：冯国平 浙江桐庐人，现任杜克大学神经生物学系教授。1982年毕业于浙江医科大学。1986年在上海第二医科大学取得硕士学位。1989-1995年在纽约州立大学水牛城分校攻读博士学位。1995-2000年在华盛顿大学师从著名生物学家Josh Sanes从事博士后研究。期间系统揭示了乙酰胆碱能神经突触的发育机理，同时创建了为神经生物学界广泛应用的绿色荧光蛋白转基因小鼠模型(GFP transgenic mice)。2000年受聘于杜克大学。科研论文曾在细胞、科学、神经元和自然-神经科学等顶级生物学杂志上发表。在美期间，十多次获得学术嘉奖，包括Alfred Sloan Research Fellowship, Broad Scholar Award, Mcknight Neuroscience of Brain Disorders Award等。科学家或发现自闭症致病新机理-摘要： 日本一项最新研究发现，在大脑中负责识别他人表情部位一种负责传导物质的水平过低可导致自闭症症状的出现。这一发现或将有助于开发新的治疗自闭症的方法。 日本一项最新研究发现，在大脑中负责识别他人表情部位一种负责传导物质的水平过低可导致自闭症症状的出现。这一发现或将有助于开发新的治疗自闭症的方法。 日本滨松医科大学副教授铃木胜昭领导的研究小组在3月8日出版的新一期美国学术期刊普通精神病学文献（The Archives of General Psychiatry）上报告说，他们利用正电子发射计算机断层扫描技术，对20名18岁至33岁的自闭症患者和20名该年龄段正常人的脑部进行扫描。结果发现，自闭症患者大脑中负责识别他人表情、被称为梭状回部位的乙酰胆碱含量比正常水平平均大约低30%。而且，乙酰胆碱含量越低于正常水平，自闭症症状就越严重。由于乙酰胆碱在神经细胞的连接处负责传导刺激，研究人员据此认为，乙酰胆碱水平低使得识别他人表情的脑部活动降低，从而导致了自闭症症状的出现。 研究人员指出，此前存在一种错误的看法，认为自闭症是因父母教育方法不当造成的，从而对自闭症患者及其家庭产生某些歧视和偏见。此次研究发现了导致自闭症的生理因素，这将有助于增进对自闭症患者的理解及开发出新的治疗方自闭症脑前部的活动与遗传学有关-摘要： 一项新的研究提示，在自闭症患者中常常看到的语言和认知困难可能有部分是由脑额叶中的过度连接造成的，该研究指出，一个叫做CNTNAP2的基因与脑前部神经元之间的连接有关。 一项新的研究提示，在自闭症患者中常常看到的语言和认知困难可能有部分是由脑额叶中的过度连接造成的，该研究指出，一个叫做CNTNAP2的基因与脑前部神经元之间的连接有关。 如果携带不同版本的CNTNAP2基因总被发现是语言困难的一个预测因子的话，那么该发现可能会帮助研究人员设计特定的治疗计划，以协助脑子在早期就朝着一个较为正常的发育道路方向发展。 研究人员甚至有可能可以通过检测病人在治疗前后的神经元的联通性，来检查并观察特异性的治疗是否真的改变了脑功能。 重要的是要注意到，在本研究中所发现的额叶联通性的模式是正常基因变异谱的一部分。 因此，仅仅携带该风险基因并不足以被诊断患有自闭症或智力丧失。 自闭症和其它复杂的神经发育性疾病可能是由许多基因的组合所引起的，所以，尽管这一特别的危险版本的CNTNAP2基因会指示脑子形成更多的额叶联系，但要引起整个的病症需要有许多其他基因的参与。 Ashley Scott-Van Zealand及其同事通过对一组儿童的脑部进行扫描而查明了因2种变异体的CNTNAP2基因所引起的脑中联通性和功能上的差别，其中一种变异体会带来自闭症的风险。 CNTNAP2是在发育时在脑的额叶和颞叶中正常表达的基因，额叶和颞叶是人们已知的参与语言和学习的区域。 对携带风险基因的儿童的脑扫描披露了一个脱节的脑子，这意味着这些脑子中的额叶与脑子的其它部位没有发生恰当的连接，并在额叶之中有着过度的连接。 结果，额叶“自我交谈”的程度多于和脑部其它区域之间的交谈，并且额叶缺乏其与脑后部的较长距离的连接。 该研究团队发现，这一额叶脑联通性增加的模式与CNTNAP2基因的DNA序列差异有联系。 另外一个与这一基因有关的有趣发现是其在左脑和右脑之间的联通性上的差异，这种差异取决于试验参与者所携带的CNTNAP2基因版本。 左侧脑常常与说话和理解等语言功能有关。 在携带非风险版本CNTNAP2基因的孩子中，Scott-Van Zealand及其同事发现，额叶脑区会优先与左侧脑子连接；而在那些携带有风险版本CNTNAP2基因的孩子中，额叶与右侧和左侧脑子都有连接。Nature头条：新技术发现孤独症根 摘要： 在本期Nature杂志上（6月10日），来自加拿大多伦多儿童医院（The Hospital for Sick Children），英国牛津大学维康信托llcome Trust Centre for Human Genetics）等12个国家的科学家组成的研究团队在对自闭症症状进行三年的基因研究之后，发现了孤独症的根源：一种导致这一症状的基因。 生物通报道：孤独症，又称自闭症，是儿童发育障碍中最为严重的疾病之一。据世界卫生组织估计，目前全世界“孤独症”儿童患者约3500万，中国约有60至180万患儿，也有学者认为目前中国可能有150万至780万患儿。生物通 在本期Nature杂志上（6月10日），来自加拿大多伦多儿童医院（The Hospital for Sick Children），英国牛津大学维康信托基金会人类遗传中心基因组（Wellcome Trust Centre for Human Genetics）等12个国家的科学家组成的研究团队在对自闭症症状进行三年的基因研究之后，发现了孤独症的根源：一种导致这一症状的基因。 这一研究团队隶属孤独症基因组计划（Autism Genome Project），孤独症基因组计划囊括了来自全球的50多个研究所的120多位科学家，这一计划始于2002年，当时，来自世界各地的研究人员决定合作，共享他们收集的样本、数据和技术，目的就是为了找到孤独症易感基因。这项研究由Autism Speaks组织和美国国立卫生研究院资助，Autism Speaks组织是个国立的非赢利组织，专门致力于孤独症的研究，并为研究筹集资金。如何面对突发疫情，Illumina即将推出MiSeq系统，欢迎索取相关技术资料 生物通 研究人员利用基因芯片技术从来自上千个家庭的孤独症患者中寻找遗传上的相似之处。他们还对患者的DNA进行了扫描，期望找出变异，这些变体是亚微观的染色体突增和遗传物质的缺失，科学家们相信，这些变异可能与孤独症和其它一些疾病有关。研究小组的人员曾经发现了neurexin 1，部分患者拥有这种与神经传递素谷氨酸一起作用的基因，而先前就已经有研究证明它与孤独症有关。他们还在11号染色体上找到了一种基因，这种基因也可能与孤独症易感性有关，但这种基因还未被确认。研究人员推测，可能有5到6种重要的基因和多达30种其它的基因与孤独症有关。如果一个小孩携带有这些基因的话，那么他可能生来患孤独症或一种更严重的疾病的几率会更高。生物通 在文章中，研究人员采用了密集表型分析方法（dense genotyping arrays）分析了孤独症患者稀少拷贝数的变异的全基因组特征，他们比较了996个孤独症患者，和1287个对照组，发现两个一个更高的遗传拷贝数变异，更好地甄别被认为是导致自闭症的基因，向早期诊断这一疾病迈进了一步。这其中值得关注的是CNVs分析，CNVs也称为CNPs（拷贝数多态性，copy number polymorphisms），人类基因组遗传变异有许多种形式，从大型的，显微镜可见的染色体到单核苷酸突变都包括在内，而近年来有研究显示在所有人类和其它哺乳动物中，有许多DNA片段大小kb到Mb范围内亚微观（submicroscopic）的拷贝数突变，这些拷贝数删除，插入，复制和复合多位点的变异就是CNVs。一个CNV（R. Redon等人将一个长为1kb或者更长的，比较于参考基因组不同的拷贝数的DNA片段称为一个CNV）在结构上简单，比如顺接重复（tandem duplication）（重复顺序所携带的遗传信息的顺序和方向和染色体上原有的相同），或者在基因组多位点上的complex gains或losses of homologous sequences。最初CNV是70年前果蝇Bar基因研究中发现的，之后CNVs被研究认为可以通过扰乱基因和改变基因含量来影响基因表达，表型差异和表型适应，也会引起疾病microdeletion 或microduplication紊乱，或者像是HIV-1干扰或者血管球肾炎这样的复杂疾病。CNVRs包含了成百上千的基因，疾病位点，功能性因子和segmental duplications，比SNPs有更多的核苷含量（nucleotide content）/基因组，说明在遗传多态性和进化上CNV的重要性 在这项研究中（如下图），研究人员通过CNVs分析发现了一些新型孤独症基因，包括SHANK2, SYNGAP1, DLGAP2，以及X染色体连锁的DDX53PTCHD1位点。目前, CNVs分析研究主要集中在人类基因组, 研究内容包括在全基因组范围内CNV多态性的检测, 基因组某个特定区域CNVs的多态性与某种复杂疾病及疾病易感性的关联分析, 以及CNVs的进化等。进行CNVs分析最常用的方法是比较基因组杂交芯片，比较基因组杂交(comparative genomic hybridization, CGH)最初用于肿瘤生物学中肿瘤样本和对照样本之间的染色体重排检验。比较基因组杂交芯片反映的图谱清晰度主要由阵列的探针长度和点样数目决定。近年来, 该技术的发展主要集中在阵列的点样数目越来越多, 探针长度越来越短。生物通另外一个越来越受到重视的方法是SNP芯片，与比较基因组杂交芯片不同的是, SNP芯片不需要同时使用两个样本的DNA(实验组和对照组)和探针进行双杂交, 只需单杂交即可完成。为了降低基因组的复杂性, 常常使用限制性内切酶对整个基因组DNA消化后进行PCR扩增, 然后与芯片杂交。通过对匹配、不匹配探针的信号强度与其他个体相应值的比较, 使用特殊的算法, 可确定某座位的数目可变多态。除此之外，定量PCR也可用于CNV的检测，虽然每次PCR只限于一个座位, 但基于PCR检测CNV的方法也发展迅速。科学家们提出了QMPSF(quantitative multiplex PCR of short fluorescentfragments) 法和MAPH(multiplex amplifiable probe hybridi-zation)法, 以及此次研究计划：孤独症基因组计划的研究人员提出的MLPA(multiplex liga-tion-dependent probe amplification)法均可同时对基因组的多个座位进行CNV检测。在4年前，研究人员曾公布了第一张人类基因组第一代CNV图谱（first-generation CNV map）。这张遗传图谱是通过对欧洲，非洲和亚洲（HapMap collection）祖先的4个人群的270个个体样品进行分析，用两个互补的技术单核苷酸多态性（SNP）基因分型和以克隆为基础的比较基因组杂交（clone-based comparative genomic hybridization）这两种方法进行CNV筛选，获得了一共1447个拷贝数变异区域（copy number variable regions，CNVRs)这些区域包含重叠或相邻的gains/losses，覆盖这些人群已发现的360megabase。这些CNVRs包含了成百上千的基因，疾病位点，功能性因子和segmental duplications，比SNPs有更多的核苷含量（nucleotide content）/基因组，说明在遗传多态性和进化上CNV的重要性。而且在这张图谱上也描述了许多CNV的连锁不平衡模式，揭示了人群拷贝数标记突变，这些都可以利用到遗传疾病研究上。原文摘要：Functional impact of global rare copy number variation in autism spectrum disorders The autism spectrum disorders (ASDs) are a group of conditions characterized by impairments in reciprocal social interaction and communication, and the presence of restricted and repetitive behaviours1. Individuals with an ASD vary greatly in cognitive development, which can range from above average to intellectual disability2. Although ASDs are known to be highly heritable (90%)3, the underlying genetic determinants are still largely unknown. Here w