国际精神病学杂志 JOURNAL OF INTERNATIONAL PSYCHIATRY 2018 年第 45 卷第 5 期 - 805 -

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综述◎

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孤独症谱系障碍DNA甲基化研究进展

王　芳 、 张纪水 、 刘依林 、 冯卫星 、 方　方

【摘要】孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder，ASD）是儿童常见精神疾病，该疾病目前病

因不明，研究表明遗传因素与环境因素在疾病发病过程中均发挥了重要作用。表观遗传修饰在基

因－环境相互作用过程中起了重要作用，DNA 甲基化作为最常见的表观遗传修饰，近年来正逐渐成

为 ASD 病因学研究热点。

【关键词】孤独症谱系障碍；表观遗传修饰；DNA 甲基化

【中图分类号】R749.94　【文献标识码】A　【文章编号】1673-2952（2018）05-0805-03

孤独症谱系障碍（autism spectrum disorder，ASD）

是儿童精神科常见的神经发育障碍疾病。ASD 的病因

及发病机制目前仍不清楚，研究表明遗传因素和环境

因素都起了作用［1］。表观遗传可能作为基因和环境相

互作用的中介，正逐渐成为精神疾病研究的新热点。

通过表观遗传学研究，可以为 ASD 病因学研究提供

新的视角，并探索基因 - 环境交互作用的机制。

一　DNA甲基化与神经发育

DNA 甲基化是常见的表观遗传修饰方式，也是研

究最多的表观遗传修饰方式，是指在 DNA 甲基转移酶

催化下，将甲基转移到特定的碱基上。最常见的方式

是将 CpG 位点的胞嘧啶转化为 5- 甲基胞嘧啶，DNA

甲基化状态的改变能够影响染色质结构、DNA 稳定

性、DNA 与蛋白相互作用，从而能够调控基因表达。

DNA 甲基化在神经发育过程中起了重要作用。

伴随着神经发育，DNA 甲基化状态一直在动态变化，

而染色体关键区域甲基化异常，与甲基化过程相关

的基因的异常则会导致严重的神经发育障碍。对不

同年龄阶段人脑样本的研究发现脑内 DNA 甲基化速

度在胚胎期最快，出生后显著下降［2］ 。DNA 甲基化

状态在大脑发育关键时期的快速改变说明其可能在

神经发育过程中发挥了重要作用。

严重的神经发育障碍疾病 Prader-Willi 综合征和

Angelman 综合征均与 DNA 甲基化异常密切相关［3］。值

得注意的是 Prader-Willi 和 Angelman 综合征临床表现包

括言语及智力发育落后以及类似孤独症样表现。DNA

甲基化过程中的关键酶，DNA 甲基转移酶 3（DNMT3）基因缺陷会导致精神发育迟滞［4］。甲基 CpG 结合蛋白

2 能够与甲基化的 DNA 结合，从而调控多种基因的表

达，甲基 CpG 结合蛋白 2（MECP2）基因突变会导致

Rett 综合征，MECP2 基因的重复则会导致 MECP2 综合

征，Rett 综合征和 MECP2 综合征的临床表现均包括精

神发育迟滞、癫痫、孤独症样症状［5］。以上这些均提

示提示 DNA 甲基化异常可能和孤独症关联。

二　DNA甲基化与孤独症谱系障碍

关于 ASD 的 DNA 甲基化异常研究包括单基因关

联研究以及全基因组关联研究。早期主要研究 ASD

易感基因是否甲基化异常。涉及基因包括 SHANK3基因、催产素受体（OXTR）基因、甲基结合蛋白 2（MECP2）基因、RELN 基因等。 Li 等发现，与正常

对照相比，ASD 患者 SHANK3 基因甲基化水平显著

升高，进一步对甲基化水平与孤独症临床表现严重

程度之间的关系分析并未发现两者之间的关联［6］。

Gregory 等发现与正常对照相比，ASD 患者血液和脑

组织 OXTR 基因甲基化水平较高，并发现 OXTR 的

表达水平与 OXTR 基因的甲基化水平成负相关，提

示表观遗传可能通过改变基因甲基化状态调控基因

表达。Nagarajan 等的研究发现孤独症患者 MECP2 基

因启动子区甲基化呈现高甲基化，且甲基化水平与

MeCP2 蛋白表达量成负相关［7］。Zhubi 等的通过对 10个孤独症患者尸脑标本的研究发现孤独症患者 RELN

基因、GAD1 基因的启动子区域 DNA 甲基化水平显

著高于正常对照，且患者组 MeCP2 蛋白与 RELN 基

因、GAD1 基因结合能力更强，但该研究并未探索这

种结合状态的改变对基因表达的影响［8］。候选基因

的研究策略提供了一些证据，表明 ASD 患者存在某

［基金项目］国家自然基金主任基金项目（编号：81541115）。

［作者工作单位］国家儿童医学中心、首都医科大学附属北京儿童医院神经科（北京，100045）。

［第一作者简介］王芳（1987.07-），女，湖北荆州人，硕士，住院医师，研究方向：儿童精神病学。

［通讯作者］方方（Email：13910150389@163. com）。

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三　展望

ASD 病因及发病机制仍然不明，现有的研究已

经表明基因因素和环境因素在 ASD 的发病中起了同

等重要的作用。基因 - 环境交互作用机制目前仍不

清楚，推测可能的机制是遗传因素使得个体具有疾

病易感性，在环境因素的作用下（包括孕期环境因

素以及产后环境因素），两者共同作用导致神经发育

异常，进而出现孤独症的临床表型。表观遗传修饰

作为基因与环境相互作用的中介，正逐渐成为孤独

症病因研究的热点，为今后的遗传研究提供了新的

候选基因。全基因组水平的研究提示，ASD 患者中

和免疫功能相关的基因在存在甲基化差异，提示免

疫因素可能在 ASD 发病过程中发挥了一定作用，也

为 ASD 母源性免疫激活发病假说提供了间接证据，

今后的研究也可以进一步探索胚胎期母源性免疫激

活对 DNA 甲基化状态的影响。

未来关于 ASD 的 DNA 的甲基化研究需要考虑以

下三方面的问题：首先是研究标本的问题，既往的研

究使用的标本包括脑组织、淋巴母细胞系、外周血细

胞以及口腔黏膜上皮细胞，同一个体的不同组织由于

其生物学功能不同，DNA 甲基化状态存在差异。脑

组织标本能最好的反应大脑的甲基化状况，但是难以

获得，以此为研究标本样本量一般很小，可能难以到

达全基因组研究的统计学效力，而外周组织的 DNA

甲基化状态能否反应大脑甲基化，这是未来研究需

要解决的问题。其次，表观遗传修饰受到环境的影

响，DNA 甲基化状态在发育过程中处于动态变化过程

中，对于研究发现的 ASD 患者 DNA 甲基化差异究竟

是疾病的原因还是症状导致的结果仍难以做出推断。

最后今后 DNA 甲基化的研究需要包含基因表达的数

据，探索同一样本中 DNA 甲基化状态对基因表达的

影响。DNA 甲基化有可能作为未来疾病诊断的生物标

记物［15］。目前关于 DNA 甲基化与 ASD 的研究仍较少，

需要大量扩大样本、在不同人群中进行研究。

些基因 DNA 甲基化状态异常。

随着甲基化芯片技术的普及，近年来有不少研

究利用甲基化芯片研究孤独症患者全基因组范围内

的甲基化状态改变。Nguyen 等发现 ASD 患者中，甲

基化状态存在差异的基因主要是与神经发育、基

因转录、细胞凋亡等相关的基因，如 RORA 基因

和 BCL2 基因 ［9］。另一项研究纳入了 50 对同卵双生

子，发现与未患病同胞相比，孤独症患者 NFYC 基

因甲基化水平更高，而 DUSP2 基因甲基化水平更

低，该研究还发现甲基化水平与孤独症症状严重程

度相关［10］。Ladd 等的研究比较了 19 名孤独症患者

与 21 名正常对照大脑组织甲基化的差异，发现 ASD

患者 PRRT1 基因、TSPAN32 基因、ZNF57 基因及

SDHAP3 基因附近甲基化水平存在异常，PRRT1 基

因、TSPAN32 基因附近位点呈现出低甲基化状态，

而 ZNF57 基因、SDHAP3 基因附近的位点呈现出高

甲基化状态［11］，Nardone 等发现 DNA 甲基化存在差

异的基因集中在与免疫功能、突触膜、突触剪切和

胶质细胞分化相关的通路，通过比对已经发表的表

达数据库以及 real-time PCR 的方法，表明 DNA 低

甲基化状态会导致基因高表达，涉及基因包括 C1Q，

C3，ITGB2（C3R），TNF-α，IRF8，SPI1，HDAC4，

C11orf21/TSPAN32 等基因［12］。Berko 等以口腔黏膜上

皮细胞作为研究对象，发现多数甲基化表达差异区

域与突触传递有关［13］。Wang 等研究了 131 名孤独症

患者和正常对照外周血中甲基化水平差异，发现孤

独症患者 ENO2 基因甲基化水平更高，且 ENO2 基因

呈现高甲基化水平的患者，其 ENO2 蛋白的表达水

平明显降低［14］。以上所有研究除 Wang 等的研究外

均采用 ADI-R 作为诊断标准。

表1　孤独症谱系障碍的DNA甲基化状态全基因组研究结果总结

参考文献 标本来源 样本量 甲基化异常基因

Wong等2014 外周血细胞 50对男性同卵双生子（患者及其未患病同胞） NFYC基因，DUSP2基因

Nardone等2014 BA10（前额叶）、BA24（前扣带回）区皮层

13例病例，12例对照大量与免疫功能、突触膜、突触剪切

和胶质细胞分化

Ladd等2014 额叶、前额叶、小脑皮层 19例病例，21例对照PRRT1基因、TSPAN32 基因、

ZNF57 基因SDHAP3基因

Berko等2014 口腔黏膜上皮细胞 47例病例，48例对照 与突触传递有关基因

Wang 等2014 外周血细胞 131例病例，131例对照 ENO2基因

Nguyen等2010 淋巴母细胞系 3对同卵双生子（患者及其未患病同胞） BCL-2 基因，RORA基因

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