自闭症光谱障碍(ASD)是一种复杂的神经发育障碍，其特征为社交交往障碍、重复性行为和专注兴趣的限制。ASD高度可遗传，且表型和基因存在异质性。

过去研究发现，ASD的基因多态性源于单核苷酸变异、插入-缺失和结构变异等多个类型的基因变异，其效应取决于基因区域和基因本身。突变和罕见遗传变异被视为ASD的主要风险因子，但遗传性能贡献的部分仍未全部阐明，需考虑新基因变异。

人类基因组主要由重复序列组成，其中短串联重复序列可以影响基因表达调控而参与生理功能。近年来已发现其扩增与ASD等神经发育障碍相关。

本研究采用整个基因组尺寸来研究634个韩国ASD家系的短串联重复扩增谱。运用单核酸转录组序列及ATAC测序技术分析其功能，深度学习方法评估其致病影响及调控作用。研究对象是利用的自然产科医院提供的CD-1小鼠。通过在怀孕小鼠16日和17日进行单次腹腔注射，制作胎儿酒精暴露模型。对照组给予等体积PBS。

行为测试采用了加速转盘测试评估运动能力和学习能力，连续两天进行三次测试，每次间隔15分钟。开放场测试评估运动能力和焦虑水平，连续5分钟让小鼠在场地自由探索。

随后进行组织活化，提取周边血细胞，FACS分析外周T细胞、B细胞和单核细胞亚群比例。用免疫组织化学鉴定GFAP和谷氨酸表达情况。

电生理学实验采用切片技术记录前额叶不同层次的EPSC，应用patch-clamp法记录突触事件。

统计学分析上，先行正态检验，采用两样本t检验或方差分析对比组间差异。有交互作用采用post hoc检验。概率P<0.05为有统计学差异。

从结果看，使用 STRling 方法从2104个个体中检测到 12,929 个 2-6 bp 基序的常染色体 STR 位点，其中包含至少一个 STR 扩增。除着丝粒外，STR在整个基因组中分布均匀。

图1：全基因组测序 （WGS） 数据中短串联重复序列 （STR） 扩增位点的全基因组模式

研究STR扩展位点的特征发现了 2072 个 （16.0%） 新的 STR 位点，这些位点与先前报道的串联重复序列不重叠在人类基因组中。

图2：自闭症谱系障碍 （ASD） 中罕见的短串联重复序列 （STR） 扩展的富集

检查已知的疾病相关STR位点并确定在致病范围内重复大小的 STR 扩增，在 641 例 ASD 病例中，总共两个 STR 位点分别在两个和四个不同的个体中具有超过致病阈值的重复大小。两个个体在 ATXN3 的外显子 10 内有 CAG 的外显子扩增。

使用 750 名接受 ASD 诊断评估的儿童（555 例 ASD 病例和 195 例未受影响的兄弟姐妹对照）检查了 ASD 罕见 STR 扩增的全基因组关联测试。没有一个STR位点与ASD显著相关，表明目前的样本量不足以在全基因组显著性上检测与ASD风险相关的单个位点。

图3：皮质层特异性短串联重复序列 （STR） 扩展的不耐受和剪接改变作用

比对单细胞RNA和ATAC测序数据，发现自闭症家系成员特异性重复序列扩大变异与早期神经发育相关的细胞类型相关。这与新生病变等其他遗传因素的功能性作用模式类似。

图4：预测 DMPK 短串联重复序列 （STR） 扩展的高致病性。DMPK 3′ 非翻译区 （UTR） 中 STR 重复扩增的示意图

重复序列扩大变异较为普遍的基因与神经发育早期相关的皮质层细胞标志基因和增强子相关，这类基因在功能上对早期发育尤其重要。

图5：深度学习预测短串联重复（STR）扩展位点调控活动中断

通过深度学习预测，发现自闭症家系成员的重复序列扩大变异主要影响早期神经发育相关的CRE区域，可能通过影响基因调控而导致自闭症风险增加。

图6：自闭症谱系障碍 （ASD） 相关的短串联重复序列 （STR） 扩展对 ASD 受试者临床表型的遗传影响

整体结果表明，早期神经发育相关基因和序列中的重复序列扩大可能参与自闭症风险形成，这与新的遗传学模型相呼应。该研究极大丰富了自闭症发病机制认识。

 

文献出处：

Kim JH， Koh IG， Lee H， Lee G， Song D， Kim S， et al. Short tandem repeat expansions in cortical layer‐specific genes implicate in phenotypic severity and adaptability of autism spectrum disorder. Psychiatry Clin Neurosci 2024. https://doi.org/10.1111/pcn.13676.