【佳學基因檢測】導致注意力缺陷障礙的基因及基因檢測位點

遺傳連鎖研究

遺傳連鎖是精神科疾病與基因序列變化的關系研究的一個科學方法，是先進個應用于多動癥的全基因組方法。這種方法搜索基因組，尋找DNA片段在家族中通過疾病傳播的證據。對連鎖的基因解碼的數據進行分析發(fā)現(xiàn)，對于哪些染色體區(qū)域與注意力缺陷障礙ADHD相關存在重大分歧。雖然“提示性”發(fā)現(xiàn)有一些重疊，但沒有發(fā)現(xiàn)具有全基因組意義。為了理解這些結果，注意力缺陷障礙遺傳連鎖方向基因解碼應用了基因組掃描薈萃分析。他們發(fā)現(xiàn)了16號染色體上一個區(qū)域的全基因組顯著連鎖，該區(qū)域位于64 Mb和83 Mb之間。由于連鎖方法僅檢測具有較大影響的遺傳變異，其他基因座的重要發(fā)現(xiàn)較少，這表明不太可能發(fā)現(xiàn)對多動癥有較大影響的常見DNA變異。幾乎所有的多動癥連鎖研究都是從遠交群體中選擇兄弟姐妹對或小家庭。另一種方法是評估多代群體分離中的連鎖。Arcos Burgos等人使用這種策略研究了來自哥倫比亞的16個多代家庭。在其中一些家族中，他們發(fā)現(xiàn)了支持與染色體4q13.2、5q33.3、8q11.23、11q22和17p11連鎖的證據。一個區(qū)域與LPHN3有關。

候選基因關聯(lián)研究

早期的多動癥分子遺傳學研究試圖將多動癥與其病因相關的基因聯(lián)系起來。由于治療注意力缺陷多動障礙的藥物以多巴胺能或去甲腎上腺素能傳遞為目標，許多研究檢測了這些途徑中的“候選基因”。結果常常相互矛盾。在Gizer等人的薈萃分析中，8個候選DNA突變序列在多個研究中顯示出與注意力缺陷障礙ADHD的具有統(tǒng)計學上顯著性的關聯(lián)。這些變異涉及六個基因：5-羥色胺轉運體基因（5HTT）、多巴胺轉運體蛋白基因（DAT1）、D4多巴胺受體蛋白基因（DRD4）、D5多巴胺受體蛋白（DRD5）、5-羥色胺1B受體蛋白（HTR1B）和一個編碼突觸囊泡調節(jié)蛋白SNAP25的基因。一項涵蓋成人多動癥所有遺傳相關性研究的薈萃分析報告了成人多動障礙與BAIAP2（腦特異性血管生成抑制劑1相關蛋白2）之間存在顯著相關性。BAIAP2參與神經元增殖、存活、成熟和樹突棘形態(tài)發(fā)生，并可能影響神經元生長錐導向。即使在Bonferroni校正后，這些發(fā)現(xiàn)仍具有重要意義。對于兒童和成人的薈萃分析，以優(yōu)勢比衡量的每個關聯(lián)的強度都很小，小于1.5。這為注意力缺陷多動障礙的基因檢測提供了賊初的基因列表。

許多研究檢測了多巴胺轉運蛋白基因（SLC6A3），特別是位于該基因3′-非翻譯區(qū)的40堿基對范圍內的可變串聯(lián)重復數調節(jié)多態(tài)性。該變異產生兩個具有9和10個重復的常見等位基因（9R和10R）。在人類中，這種多態(tài)性的10R等位基因與青年人的注意力缺陷多動障礙ADHD相關，而9R等位遺傳基因與成人的注意力缺陷多動障礙ADHD有關。薈萃分析表明，9R等位基因與正電子發(fā)射斷層掃描測量的成人DAT活性增加相關。

全基因組關聯(lián)研究基因檢測發(fā)現(xiàn)重要常見變異

全基因組關聯(lián)研究（GWAS）對整個基因組的SNP位點進行分析，以檢測具有非常小病因學影響的常見DNA基因突變序列。“普通”是指在人群的中的出現(xiàn)頻率1%。為此，GWAS分析了數十萬甚至數百萬個單核苷酸多態(tài)性（SNP）。這樣做為了獲得統(tǒng)計學意義，需要付出特定的成本：為了得出有全基因組的統(tǒng)計意義，觀察到的關聯(lián)必須具有小于0.00000005的p值。這個嚴格的p值需要非常大的樣本。

注意力缺陷多動障礙ADHD的初始GWA未發(fā)現(xiàn)任何具有全基因組意義的DNA基因突變序列，即使將這些樣本中的大多數組合在薈萃分析中，樣本量為2064個三人組（雙親和一名注意力缺陷多動障礙ADHD兒童）、896名注意力缺陷多動障礙ADHD患者和2455名對照組。該研究確實發(fā)現(xiàn)了一組先前由國際多位點多動癥遺傳學（圖像）項目成員提出的候選基因的統(tǒng)計學意義。對來自這些初始GWAS研究的先進發(fā)現(xiàn)的“分子景觀”以及其他數據的檢查得出結論，調節(jié)定向神經突起生長的基因與注意力缺陷多動障礙ADHD的病因學密切相關。GWAS數據的通路和基因集分析表明，參與調節(jié)神經遞質釋放、軸突生長和軸突引導的通路是注意力缺陷多動障礙ADHD病因學的基因因素。

多動癥的基因解碼研究者聯(lián)盟完成了12項GWAS研究的薈萃分析，包括20183名多動癥患者和35191名對照。12個位點具有全基因組意義。在研究之間，沒有一個全基因組重要SNP顯示出顯著的異質性。在涉及的基因中，F(xiàn)OXP2尤其引人注目，因為之前的研究表明FOXP2與成人注意力缺陷多動障礙ADHD以及言語和語言障礙有關。FOXP2基因敲除小鼠研究發(fā)現(xiàn)，該基因調節(jié)注意力缺陷多動障礙ADHD相關腦區(qū)的多巴胺。

具全基因組顯著性的位點的其他基因具有相關的生物學作用。DUSP6通過影響突觸中的多巴胺水平來調節(jié)神經遞質穩(wěn)態(tài)。SEMA6D在大腦中表達。它在胚胎發(fā)育期間調節(jié)神經元接線。ST3GAL3含有與智力障礙ID相關的錯義突變。LINC00461在大腦中表達，包括與教育程度相關的基因突變序列。另一個與該位點相關的基因是MEF2C，它與智力殘疾ID和一些精神疾病有關。

注意力缺陷多動障礙基因解碼研究聯(lián)盟進行了若干基因集分析，包括三組由FOXP2調控的基因：（1）野生型與對照FOXP2基因敲除小鼠大腦中富集的基因；（2） 在野生型與FOXP2敲除小鼠大腦中顯示差異表達的基因；（3）來自人胎兒大腦樣本的基底節(jié)或下額葉皮質中富集的基因。這些都與多動癥無關。此外，先前由多動癥專家小組提出的一組多動癥候選基因也不顯著。其中，只有SLC9A9與注意力缺陷多動障礙ADHD的有較弱的相關性。沒有基因本體基因集達到統(tǒng)計學意義，但一組對功能喪失表現(xiàn)出高度不耐受的基因確實與ADHD相關。

注意力缺陷多動障礙ADHD作為多基因病的基因檢測位點

GWAS分析還表明，多動癥的遺傳力很大程度上是由于許多常見變異的多基因效應，每個變異的影響都很小。SNP遺傳力為0.22，約為雙生子研究計算出的注意力缺陷障礙ADHD遺傳力的三分之一。注意力缺陷障礙ADHD的多基因結構通過估計樣本子集中的多基因風險得分并顯示其在驗證子集中以劑量依賴性方式預測注意力缺陷障礙ADHD得到證實。正如其他精神疾病所見，由這些風險分數解釋的差異很低（5.5%）。

注意力缺陷障礙ADHD多基因背景有效性的進一步證據來自分析，分析表明，相關SNP豐富了涉及基因組保守區(qū)（已知具有生物學意義）的注釋和中樞神經系統(tǒng)特有的調節(jié)元件。多動癥多基因易感性的發(fā)現(xiàn)并未顯示哪些DNA變異構成易感性。然而，它確實支持這樣一種觀點，即在更大的樣本中會發(fā)現(xiàn)更多全基因組的重要變異。

從臨床樣本得出的注意力缺陷障礙ADHD的多基因易感性預測了人群樣本中的自閉癥ASD特征，這證實了雙胞胎研究數據和基因集分析，顯示注意力缺陷障礙ADHD和自閉癥ASD之間的基因重疊。注意力缺陷障礙ADHD病例對照臨床樣本的多基因責任評分也預測了普通人群的注意力不集中和多動癥?；蚪獯a所提出的多基因評分算法發(fā)現(xiàn)多動癥多基因風險評分顯著預測了學齡前兒童和學齡兒童的父母和教師注意力評級。同樣，在一項病例對照研究中表明，人群樣本中多動癥特征的多基因易感性預測了多動癥的臨床診斷。這些結果證實了雙胞胎研究得出的結論，即臨床定義的多動癥是一種在人群中持續(xù)變化的極端特征。

其他多基因評分研究證實了家族和雙生子研究先前預測的交叉疾病遺傳關聯(lián)。我們早就知道多動癥與品行障礙同時發(fā)生。家族和雙生子研究都暗示了這種關聯(lián)中的共享基因[38103-105]。與之前的研究一致，Hamshere等人[106]報告了有共同行為問題的兒童患多動癥的高多基因風險。在一項大規(guī)模人群研究中，Larsson等人[107]報告，多動癥患者的親屬患精神分裂癥和雙相情感障礙的風險增加。與該報告一致，從精神分裂癥的大量GWA中得出的多基因風險評分顯著區(qū)分了ADHD患者與對照組[108]。對于成人精神分裂癥和成人雙相情感障礙的危險等位基因，這種區(qū)分是賊強的，這證實了先前的家庭和雙胞胎數據，表明ADHD和雙相情感疾病之間存在遺傳聯(lián)系[109]。此外，ADHD和雙相情感障礙的聯(lián)合GWA報告了ADHD和雙極情感障礙的多基因評分之間的顯著相關性，并確定了兩種情感障礙的全基因組顯著位點[110]。類似地，先前關于多動癥和抑郁癥家族性共傳播的報告[54]已經通過顯示兩種疾病之間的共享SNP遺傳力得到了擴展[98]。Hart等人[111]使用一種新的藥物挑戰(zhàn)范式，發(fā)現(xiàn)精神分裂癥和注意力缺陷多動障礙的多基因評分與安非他明的欣快反應相關，這表明這些疾病之間的遺傳關聯(lián)可能是由于調節(jié)安非他敏欣快反應的神經系統(tǒng)中的變異。

利用許多研究的GWAS結果，可以計算出表明兩種疾病或性狀的多基因結構重疊程度的遺傳相關性。當Demontis等人[94]將多動癥的多基因風險與220種疾病和特征相關聯(lián)時，出現(xiàn)了許多高度顯著的相關性。圖3顯示了其中一些賊顯著的相關性（每個相關性都通過了Bonferroni顯著性閾值）。其中一些基因相關性符合先前的預期（例如，神經質、抑郁和交叉障礙GWAS）。其他與多動癥的臨床流行病學一致（如肥胖、智商、吸煙和學業(yè)成績）。在某些情況下，這些顯著的相關性為理解共病提供了新的方向。例如，一些人解釋了多動癥和肥胖之間的共病性，這已通過薈萃分析[112]得到證實，是由多動癥相關的沖動性引起的。遺傳相關數據表明，共有的遺傳風險因素和潛在的共有的病理生理學解釋了這種共病。
 

致病基因鑒定基因解碼尋找稀有基因變異

賊初，關于罕見DNA變異（＜1%的人群）的信息來自與多動癥相關的多種醫(yī)學和精神病問題的綜合征染色體異常報告。例如velo心面部綜合征、脆性X綜合征、Turner綜合征、結節(jié)性硬化癥、神經纖維瘤病、Klinefelter綜合征和Williams綜合征。在單個家族中，3號染色體的中心粒周圍倒位與多動癥癥狀共分離與SLC9A9有關。該基因的突變用以制備多動癥動物模型，并與自閉癥和多動癥相關。

GWAS研究中使用的常見變異基因分型陣列可以檢測大拷貝數變異（CNV）。由于CNV經常刪除或復制跨越部分基因甚至整個基因的大基因組片段，因此它們通常對基因功能有明確的影響。多動癥CNV研究評估了多動癥青少年和對照組是否存在大（>500 kb），罕見的CNV。除一項研究外，每項研究都發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢比大于1，這表明ADHD患者與對照組相比，大而罕見的CNV的負擔更大。差異研究使用了不同的負擔定義。只有三項研究發(fā)現(xiàn)，對于大型CNV，多動癥患者的負擔具有統(tǒng)計學意義）。正如他們的綜述所示，ADHD樣本中的缺失和重復同樣過多，盡管只有重復出現(xiàn)了統(tǒng)計學意義。采用CNV基因解碼分析人還發(fā)現(xiàn)以前與精神分裂癥有關的重復（但不是缺失）豐富，在較小程度上與自閉癥有關。這些CNV研究涉及的主要生物途徑是：呼吸電子轉運、有機氮化合物分解代謝過程、跨膜轉運蛋白活性、碳水化合物衍生物分解代謝過程，配體門控離子通道活性、甲基轉移酶活性、跨膜運輸和離子門控通道活性。

一項對489名注意力缺陷障礙ADHD患者和1285名對照者的研究發(fā)現(xiàn)，帕金森蛋白二基因（PARK2）中存在罕見的CNV。在對全基因組測試進行經驗校正后，結果是顯著的。PARK2調節(jié)細胞的泛素-蛋白酶體系統(tǒng)，幫助處理受損、畸形和過量的蛋白質。參與該途徑的另外兩個基因（FBXO33和RNF122）也參與了其他研究。一項關于成人多動癥的研究沒有發(fā)現(xiàn)大片段CNV對ADHD有顯著影響，但確實發(fā)現(xiàn)小CNV對ADHD有顯著影響。

CNV研究涉及到幾種生物途徑?；蚪獯a發(fā)現(xiàn)注意力缺陷障礙ADHD患者的α-7煙堿乙酰膽堿受體基因（CHRNA7）存在重復，并表明該發(fā)現(xiàn)在來自英國、美國和加拿大的四個獨立隊列中重復。在意大利樣本中報告了另一種重復。煙堿系統(tǒng)的含義特別有趣，因為煙堿神經元調節(jié)多巴胺能神經元，注意力缺陷多動障礙患者吸煙率高，服用尼古丁可減少注意力缺陷多動癥癥狀。在99名患有嚴重ADHD的兒童和青少年的樣本中。基因解碼研究人員發(fā)現(xiàn)了幾個CNV，包括一個在染色體7p15.2-15.3上長達3MB的復制，攜帶神經肽Y（NPY）。對其他家庭成員的調查發(fā)現(xiàn)，這種重復與NPY血漿濃度增加和功能磁成像評估的大腦異常有關。

基因解碼還報告了注意力缺陷障礙ADHD CNV的生物途徑研究，數據來自五項研究。這些CNV數據豐富了先前與精神分裂癥、脆性X智力殘疾以及（在較小程度上）自閉癥相關的基因。多動癥CNV發(fā)現(xiàn)顯著豐富了幾種生物途徑，賊顯著的是離子通道途徑，它與多動癥、自閉癥、精神分裂癥、雙相情感障礙和抑郁癥的交叉障礙分析有關。CNV分析還指出了調節(jié)免疫功能和氧化應激的途徑。這些途徑以前曾通過非遺傳研究與注意力缺陷障礙ADHD有關。

基因解碼的解析研究表明，影響代謝型谷氨酸受體基因的CNV在多組患者中顯著富集。支持證據來自Akutagava Martins等人，他們報告了谷氨酸能基因中的CNV與注意力缺陷障礙ADHD的認知和臨床損傷相關。在藥物基因組學GWAS中，谷氨酸受體基因GRM7中的SNP是賊重要的發(fā)現(xiàn)之一。在注意力缺陷障礙ADHD的大鼠模型中觀察到谷氨酸能缺陷，人類的磁共振波譜顯示注意力缺陷障礙ADHD患者中谷氨酸和谷氨酸/谷氨酰胺濃度的失調。

ADHD的外顯子組測序研究報告了123名持續(xù)性注意力缺陷障礙ADHD成人和82名健康對照的結果。在一組注意力缺陷障礙ADHD候選基因中，出現(xiàn)罕見錯義或破壞性變異的病例明顯多于對照組。在一項對無注意力缺陷障礙ADHD家族史的ADHD患者的外顯子組測序研究中，采用致病基因鑒定基因解碼報告了腦表達基因中的六個新發(fā)錯義SNV：TBC1D9、DAGLA、QARS、CSMD2、TRPM2和WDR83。他們還對與智力障礙ID和自閉癥ASD相關的26個基因進行了測序，但只發(fā)現(xiàn)了一個潛在的有害變體。在一項外顯子組芯片研究中，基因解碼研究人員分析了1846例病例和7519例對照樣本，以尋找罕見的遺傳變異。他們檢測到四個研究范圍內的重要基因座，涉及到產前發(fā)育階段大腦中已知表達的四個基因：NT5DC1、SEC23IP、PSD和ZCCHC4。Hawi等人通過對152名多動癥青年和188名對照組的117個基因進行測序，發(fā)現(xiàn)了BDNF基因中新的罕見變異。
 

導致注意力缺陷障礙的基因及基因檢測位點的研究結論

影響注意力缺陷障礙的基因有多個，在功能上即具有多樣性又具有復雜性，采用數據庫比對的基因檢測方法會遇到大量意義未明的挑戰(zhàn)，而基于結構與功能分析的基因解碼方法更有可能為ADHD患者標注致病基因。(責任編輯：佳學基因)