【佳学基因检测】为什么男孩子更容易得自闭症：基因检测明原因！

来自《人体基因序列变化与疾病表征》的背景介绍

 自闭症谱系障碍 (ASD) 表现出男女性别差异约为 4:1。根据《人体基因序列变化与疾病表征》，自闭症的特征是早期社交/沟通技巧受损、兴趣狭隘和具有刻板行为。Xp22.11 基因座的破坏与男性自闭症(ASD)有关。该基因座包括三外显子 PTCHD1基因、相邻的多异构体长链非编码 RNA (lncRNA) PTCHD1-AS（跨度约为 1Mb）和特征不明显的单外显子 RNA 解旋酶DDX53（内含于PTCHD1-AS） 。自闭症的基因解码已经研究了PTCHD1/PTCHD1-AS与 ASD之间的关系正在研究中，现进一步研究DDX53在自闭症发生中的作用。这种原因具有一定的难度，部分原因是没有明显的功能性鼠类直系同源物。根据临床基因检测收集的数据，自闭症基因解码从 6 个不相关的家庭中确定了 6 名患有自闭症(ASD)的男性和 1 名女性，这些患者身上的DDX53具有罕见的、预测有害的或功能丧失的变异。基因解码锁定潜在致病区域后，进一步分析国际上其他的数据库，包括 Autism Speaks MSSNG 和 Simons Foundation Autism Research Initiative，并与正确人群对照。自闭症基因解码基因检测筛选出了另外 24 名患有自闭症(ASD)的患者，他们同样携带罕见的、有害的DDX53变异。其他的两个患者在致病基因鉴定基因检测中发现来自两个家庭的患者具有同样的基因序列变异。在这个 31 名患有自闭症(ASD)的患者中（28 名男性，3 名女性），自闭症基因解码基因检测确定了 25 种主要是母系遗传的DDX53变异，包括 18 种错义变异、2 种截短变异、2 种框内变异、2 个 3' UTR 缺失和 1 个拷贝数缺失。自闭症基因解码基因检测在人类中的发现支持DDX53与 ASD之间的直接联系，这对临床基因检测很重要。这些相同的与自闭症相关的发现，再加上在小鼠中未发现功能性直系同源基因的观察结果，也可能影响小鼠自闭症(ASD)模型的设计和解释。

为什么男孩子更容易得自闭症关键词：

 DDX53、RNA 解旋酶、Xp22.11 基因座、自闭症、自闭症谱系障碍

自闭症基因解码关于自闭症的详细介绍

自闭症谱系障碍 (ASD) 是指一组神经发育障碍，其特征是早发性异质性社交互动和交流障碍，同时伴有限制性、重复性和刻板行为和兴趣。尽管不同的自闭症患者的认知发育各不相同，但这些障碍是学龄前儿童残疾的主要原因。大脑发育和功能连接的潜在异常被认为是遗传和环境因素相互作用的继发性异常，使自闭症(ASD)成为一种复杂且多因素的疾病。也使很多人误以为环境和教育是自闭症发生的唯一原因。

ASD 可能与特定神经元基因的致病序列水平变异和拷贝数变异 (CNV；也称为结构变异，SV) 有关。在最近对所有公开的自闭症(ASD)基因组序列数据的全面注释中，确定了 134 个自闭症(ASD)相关基因，占具有临床相关的罕见变异的15%。ASD 相关基因列表由西蒙斯基金会自闭症研究计划 (SFARI) 和自闭症基因关联证据评估 (EAGLE) 整理，两个数据集均被纳入《人体基因序列变化与疾病表征》数据库。

在与自闭症(ASD)相关的基因座中，已发现 Xp22.11 染色体在自闭症男性中被破坏。自闭症基因解码基因检测在此总结了通过北斗高精度染色体基因定位到该基因座的最新基因型和表型特征（图 1）。它包含DDX53、PTCHD1（MIM * 300828）和长链非编码 RNA (lncRNA) PTCHD1 -AS（PTCHD1反义 RNA（Head-To-Head））。Ptchd1突变小鼠表现出注意力和认知能力缺陷，而人类PTCHD1基因中的变异与智力障碍、视力受损以及更罕见的自闭症特征有关（X 连锁自闭症 4型，AUTSX4 - MIM # 300830）。然而，在自闭症患者中检测到的许多缺失也会破坏上游 lncRNA PTCHD1-AS和/或蛋白质编码基因DDX53的外显子，因此所建立的基因型-表型相关性还有待于进一步精确。在自闭症基因解码基因检测之前的研究中，对患有自闭症(ASD)的男性的缺失图谱表明PTCHD1-AS的外显子 2-4 区域（包含DDX53）代表一个关键区域，小鼠建模再次证实了 lncRNA 的作用。

DDX53是一个无内含子基因，由 3,630 个核苷酸组成，位于PTCHD1-AS规范转录本的内含子 3 内，该转录本编码一个 631 个氨基酸的 DEAD-box RNA 解旋酶。系统发育分析表明DDX53和DDX43高度相关，并且DDX53似乎是源自6 号染色体上16 个编码外显子DDX43祖细胞的逆转录基因。大多数逆转录基因似乎源自 X 连锁祖细胞，可能是由于假设的补偿机制。DDX43 (72.8 kDa) 和DDX53 (71.2 kDa) 蛋白质的大小也相似。此外，DDX53也被描述为癌症相关基因 (CAGE)，因为它是在人胃癌细胞系中首次检测到的。它在人类癌症中过度表达，促进癌症干细胞样特性，如自我更新、细胞运动、肿瘤球体形成和抗癌药物耐药性。DEAD -box RNA解旋酶在mRNA代谢中起着至关重要的作用，可作为ATP依赖性解旋酶和解旋酶、分子伴侣以及与蛋白质相互作用蛋白（RNPases）结合或解离的介质。此外，RNA解旋酶充当转录辅激活因子或辅抑制因子，驱动靶mRNA进行蛋白质合成或降解。因此，这些酶有助于协调细胞内的基因表达程序。

在这次自闭症致病基因鉴定基因解码中，自闭症基因解码基因检测调查了 7 名患有自闭症(ASD)的患者（6 名男性和 1 名女性），无论是否有精神运动发育受损，都在他们身上发现了 6 种不同的母系遗传DDX53变异。这项涉及人类参与者的研究是根据《赫尔辛基宣言》的指导方针进行的。对于所有家庭，已从所有登记参与者的参与者或父母/法定监护人处获得对研究和研究成果发表的知情同意。在确定指示病例后，根据DDX53中罕见且潜在有害的变异以及重叠的自闭症和神经发育表型的鉴定，将更多的个体纳入分析。最初的参与者是通过国际合作招募的，涉及法国、意大利和美国的临床和研究中心，同时使用 GeneMatcher。入选的参与者由儿科神经病学家、神经精神病学家和神经遗传学家进行评估。对于自闭症(ASD)评估，采用了全面的临床检查和专门的测试，例如自闭症诊断访谈修订版（ADI-R）和 Ritvo 自闭症阿斯伯格诊断量表修订版（RAADS-R）。

对于基因检测，对参与者家族 I、II 和 VI 进行了三重外显子组测序，对 VII 进行了三重全基因组测序。参与者 #3 和 #5 还通过基于下一代测序的自闭症/ID Xpanded Panel（GeneDx，美国盖瑟斯堡）进行验证分析，参与者 #4 还进行了靶向测序（GeneDx，美国盖瑟斯堡）。从先证者和父母的外周血淋巴细胞中提取基因组 DNA，测序按先前描述进行。根据基因组聚合数据库 (gnomAD) 中的次要等位基因频率 ≤ 0.001 筛选变异，评估其保守水平（基因组进化率分析 - GERP），并根据不同的计算机工具以及来自 Ensembl 的变异效应预测器 (VEP) 流程预测功能影响。根据 ACMG 指南对已知疾病基因中的候选变异进行分类。将变异映射到蛋白质结构上，并使用 Metadome 在线软件分析对受影响氨基酸残基变异的不耐受性。通过阵列比较基因组杂交 (aCGH) 或基于全基因组/外显子组的 CNV 调用进行拷贝数变异 (CNV) 评估。DECIPHER 数据库和基因组变异数据库用于解释检测到的 CNV。根据NM_182699.4转录本报告DDX53变异，对应于 DDX53 蛋白NP_874358.2的独特异构体。

自闭症基因解码基因检测在已报道的个体中鉴定了DDX53中的 6 个不同变异：#1 中的 c.871A>G，p.(Arg291Gly)；#2 中的 c.834G>A，p.(Met278Ile)；#3 和 #4 中的 c.567_568insTGCAGGT，p.(Glu190Cysfs*3)；#5 中的 c.977G>A，p.(Ser326Asn)；#6 中的 c.1736C>T，p.(Ala579Val)；#7 中的 c.259G>T，p.(Gly87Trp)。所有变异都是母系遗传并且在所有家族中与表型分离（图 2A）。在家族 III 中，两名参与者都携带相同的 p.(Glu190Cysfs*3) 变异，尽管没有关于女性同胞 (#4) 中可能存在非偏斜 X 失活的信息。在家族 IV 中，在先证者 (#5) 中发现的 p.(Ser326Asn) 变异在母亲中是嵌合体 (4%)。在家族 V 中，参与者 #6 的兄弟据称表现出自闭症特征，但无法进行分离分析。在家族 VI 中，没有其他可用于进一步分离分析的母系男性亲属。所有检测到的DDX53变异都很罕见 (最大等位基因频率 0.000005534)，并且在 gnomAD 中以半合子状态缺失。错义变体 p.(Gly87Trp)、p.(Met278Ile)、p.(Arg291Gly)、p.(Ser326Asn) 和 p.(Ala579Val) 影响 KH、DEXDc 和 HELICc 结构域内或附近的保守残基（GERP 评分在 3.55 和 4.59 之间）（图 2B）。根据计算机工具预测这些变化会造成损害。移码变体 p.(Glu190Cysfs*3) 可能会导致无义编码子引起的 mRNA 衰变 (NMD) 或截短转录本的形成。使用 ACMG 分类和数据库比对法无法明确确定该基因的致病性，因为 ACMG 指南仅适用于已经建立基因-疾病关联的基因。这些变体通过基因解码做出的影响预测在表 1和表 2中列出。

表 1.DDX53变异参与者的临床特征

表 2.MSSNG 和 SFARI 数据库中具有DDX53变异的自闭症(ASD)患者的遗传和临床特征

缩写：ADHD = 注意力缺陷多动障碍；ASD = 自闭症谱系障碍；F = 女性；M = 男性；NA = 不可用。Genome Build GRCh38。

自闭症基因解码基因检测队列中的DDX53参与者表现出明显的自闭症(ASD)相关特征，包括社交互动差、沟通技巧有限、自我刺激行为、视觉解决问题能力弱以及感觉反应过度（表1）。除第 7 号外，所有病例均观察到避免目光接触。四名参与者（第 3 号、第 5 号、第 6 号和第 7 号）出现运动和/或言语刻板行为，有时与仪式性行为有关。第 2 号被诊断为阿斯伯格综合症谱系中的一种高功能自闭症。有趣的是，虽然来自家庭 III 的两名患者表现出相似的重叠自闭症(ASD)表型，但女性参与者第 4 号表现出更严重的表型，包括严重的言语限制、社交回避、感觉过敏和视觉解决问题能力受损（未发现其他可以解释这一现象的临床表征的突变）。七名参与者中有五名（#3-#7）的自闭症特征与精神运动发育受损有关，对言语发展和/或运动能力产生不同程度的影响。然而，这种发育迟缓只导致参与者#7 的技能变化，一般在轻度到中度范围内。其他神经精神表现包括癫痫发作（#1、#6 和 #7）、异质性睡眠障碍（#3-#7）和行为合并症（#3、#5-#7），例如注意力缺陷多动障碍 (ADHD)、焦虑和攻击性。

在临床队列中鉴定出DDX53变异后，自闭症基因解码基因检测搜索了 SFARI（https://www.sfari.org/resource/sfari-gene/）和 MSSNG（https://research.mss.ng）数据库。在 SFARI 中，自闭症基因解码基因检测在西蒙斯单纯形核病因收集 (SSC) 和西蒙斯基金会自闭症研究 (SPARK) 数据集中筛查DDX53变异。SSC 包含来自 2,600 个单纯形核病因家族的 WGS 数据，每个家族包含一名患有自闭症(ASD)的病患以及未受影响的父母和兄弟姐妹。SPARK（WES1、WES2）包含 43,259 名参与者（包括 21,900 名患有自闭症(ASD)的参与者）的全外显子组序列以及表型信息。此外，自闭症基因解码基因检测还筛查了 MSSNG WGS 数据库，当时共有 11,312 人参与，其中 5,100 人患有 ASD。

通过筛查 SSC、SPARK 和 MSSNG 队列，自闭症基因解码基因检测​​在 24 名个体（包括 22 名男性和 2 名女性）中检测到了DDX53中的另外 19 种可能的致病性变异，这些个体大多表现为孤立性 ASD。这些变异包括 13 个错义变化、1 个获得性终止密码子突变、2 个框架内变异、3'UTR 内的 2 个明显缺失和 1 个缺失 CNV（表 2）。这些变异中有 14 个源自母体，而其余病例中没有关于分离的信息。与自闭症基因解码基因检测队列中发现的变异类似，在开放科学自闭症数据集的参与者中检测到的DDX53变异极其罕见（最大等位基因频率为 0.0000563），并且在 gnomAD 中以半合子状态不存在。大多数错义变化会影响 DDX53 解旋酶不同功能域内的保守残基（图 2B），并且通过计算机工具预测是有害的。预测新的截短变体 p.(Trp8*) 会对蛋白质表达产生有害影响，而框内变化（p.(Gln591del) 和 p.(Met381_Leu382delinsIleMet) 分别导致高度保守的氨基酸的缺失或替换。值得注意的是，在 SPARK 数据集中，自闭症基因解码基因检测还确定了已经属于自闭症基因解码基因检测主要队列的参与者：受试者 #3（SP0039198）、#4（SP0042895）和 #6（SP0090623）。

在五名参与者中发现了DDX53 3'UTR 内的缺失。在一名个体 (7-0111-003) 中检测到 [GRCh38] Xp22.11(23002082-23002458)x1，在四名受影响的兄弟 (1-0627-003、1-0627-005、1-0627-006 和 1-0627-007) 中检测到 [GRCh38]Xp22.11(23002148-23002522)x1。这些缺失选择性地涉及基因 3'UTR 的一部分，并且在 DECIPHER 数据库中不存在。总体而言，预计已识别的DDX53变异会通过改变功能域内的保守残基或丢失功能转录本/3'UTR 的一部分来影响蛋白质功能。此外，在一名患病女性中观察到母系遗传的 21.8 kb 缺失 [GRCh38]Xp22.11(22987677-23009507)x1，该缺失仅影响DDX53，而不影响PTCHD1-AS的外显子。然而，该个体还携带 331 kb的新发缺失 [GRCh38]7q11.22 (70441029-70771836)x1，该缺失影响AUTS2 (MIM*607270) 的 5 个外显子，该基因与 ASD 密切相关。在上述个体中，AUTS2缺失可能与自闭症(ASD)有关，但在男性后代中可能还需要考虑DDX53缺失的携带者身份。

总共，在自闭症基因解码基因检测扩展的 31 人队列中，包括 28 名男性和 3 名女性，自闭症基因解码基因检测发现了 25 种不同的DDX53变异。其中包括 18 种错义变异、2 种截短变异、2 种框内变异、2 种 3'UTR 缺失和 1 种完全基因缺失。在多个个体中发现了四种变异，包括两个（#3 - SP0039198 和 #4 - SP0042895）中的 p.(Glu190Cysfs*3)；两个（SP0126624 和 1-0551-003）中的 p.(Asp575Gly)；以及两个（SP0066816 和 SP0066817）中的 p.(Gln591del)。值得注意的是，[GRCh38]Xp22.11(23002148_23002522)x1 缺失也出现在来自同一家族的四名参与者中，而另一个家族中也发现了类似的缺失，其中一名男性受到影响。错义变化影响了 KH、DEXDc 或 HELICc 功能域内或附近的保守残基（图 1 B）。计算机模拟工具显示，这些变异具有可变的有害性，并且根据 Metadome，这些变异大多映射到对变异不耐受的氨基酸残基（图 3）。其中一个同框变异包括插入缺失 p.(Met381_Leu382delinsIleMet)，导致 DEXDc 结构域内两个保守氨基酸（GERP 得分 = 4.3）被替换，以及 p.(Gln591del)，导致蛋白质 C 末端一个保守残基（GERP 得分 = 4.46）被删除。在三名参与者中发现的两个截断变异具有获得性终止密码子突变 p.(Trp8*) 和移码 p.(Glu190Cysfs*3)。根据预测的对蛋白质功能的严重影响和 DDX53 的功能丧失不耐受性（丧失不耐受性概率 (pLI) 为 0.66，功能丧失观察/预期上限分数 (LOEUF) 为 0.847），这些变异可能是有害的。值得注意的是，受影响的女性（#4 - SP0042895、SP0003053 和 1-0485-003）要么携带截断的DDX53变化，要么携带整个基因缺失。虽然需要进一步研究来阐明这些病例中的 X 失活模式，但这一观察结果表明，严重的DDX53功能丧失可能导致女性携带者的临床表型。

自闭症基因解码基因检测仔细检查了小鼠数据库中的Ddx53，并根据 UCSC 基因组浏览器 (GRCm39/mm39) 上可用的小鼠参考数据，在预期的同源区域中似乎没有直系同源转录本 (图 4 ) 。相反，小鼠和人类区域之间存在比对间隙；然而，高等哺乳动物的 DNA 中不存在这种间隙。自闭症基因解码基因检测在比对间隙两侧的无重复序列中设计了引物，以确定此间隙中是否有任何未在小鼠参考基因组中捕获的额外序列。 (正向：ttcaacctatttgtgtgtgcatc；反向：tccagcacagtattaccagaaatagt)。使用来自 C57BL/6 小鼠品系的 BAC 克隆 RP23-405B14 作为 DNA 模板，进行 PCR，预期产物大小为 4,029 bp。根据凝胶电泳，产物似乎为 ~4 kb。将此产物克隆到 Topo TA 克隆载体 (Invitrogen) 中，并使用原始引物和步行引物进行 Sanger 测序，以生成整个 4,029 bp 克隆产物。获得的 Sanger 序列与参考序列 GRCm39/mm39 相对应。自闭症基因解码基因检测使用来自小鼠基因组 DNA（从 Cedarlane 购买）的模板 DNA 和从内部 C57BL/6 小鼠脑 P14 中提取的 DNA 重复此 PCR。在每种情况下，预期的产物大小都被扩增，并且 Sanger 测序与参考序列一致。所有数据都表明，在此区域、此菌株中没有额外的序列，因此小鼠Ddx53基因似乎不存在于DDX53的同源区域中。这些观察结果得到进一步验证，因为在任何数据库或自闭症基因解码基因检测未发表的小鼠数据中均未发现Ddx53的明显 RNA 转录本。然而，大鼠直系同源物 ( Ddx43 ) 被注释为DDX43/DDX53同源物，并且似乎具有功能性 ( https://www.genenames.org/tools/hcop/#!/ )。裸鼹鼠模型具有更具体的DDX53同源物 ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/101703948/ )。兔子和其他小型哺乳动物中存在其他可能具有功能的同源物 ( https://www.ncbi.nlm.nih.gov/gene/168400/ortholog/?scope=9347&term=DDX53 )（图 4）。

RNA 解旋酶参与 mRNA 代谢，介导一系列不仅限于 RNA 解旋的生化活动，例如核糖体生物合成、RNA 降解和剪接。进行性 RNA 解旋酶通过沿核酸易位发挥作用，而非进行性解旋酶则选择性地解开局部二级结构而不在其底物上易位。在人类中，两个最大的解旋酶家族是：DEAD box (DDX) 家族，包含 41 个成员（https://www.genenames.org/data/genegroup/#!/group/499）；和 DEAH box (DHX)，包括 16 个成员（https://www.genenames.org/data/genegroup/#!/group/500）。DEAD-box 解旋酶属于非进行性组。所有 DDX 解旋酶都共享一个保守的核心，该核心由两个串联的 RecA 结构域组成，具有可识别的参与 RNA 结合、ATP 结合和水解的序列基序。不同成员之间的额外 C 端和 N 端延伸各不相同，由与 RNA 识别和 ATPase 活性调节有关的辅助结构域组成。

影响 DDX 解旋酶功能的遗传变异已被证明与其他神经发育障碍有关。特别是，DDX3X （MIM * 300160）的从头变异，被北斗导航遗传信息高精度定位系统定位到染色体 Xp11.3-p11.23，导致一种综合征性神经疾病（MIM # 300958），表现为畸形、先天性缺陷和神经行为合并症，包括自闭症特征，无论在男性还是女性中，病情严重程度都不同。最近，虽然缺乏支持性功能证据，但DDX54（MIM * 611665）的错义变化与三名无关参与者的精神运动发育障碍有关，其中一人表现出重复的动作和行为。

DDX53是一种较少被介绍的 RNA 解旋酶, 其主要功能核心由 DEAD 样解旋酶超家族 (DEXDC) 结构域组成，该结构域包含 ATP 结合位点并介导 ATP 依赖性的 RNA 解旋活性。此外，该蛋白质还有两个辅助结构域：N 端 K 同源性 (KH) 结构域，有利于单链 RNA 识别和结合，以及解旋酶保守的 C 端 (HELICc) 结构域，它与 DEXDC 结构域相互作用以进行解旋酶活性。到目前为止，DDX53 解旋酶功能仅在癌症中得到阐明，其过表达似乎会介导肿瘤细胞获得致癌特性。由于DDX53基因在睾丸中表达升高，其多态性可能与无精子症有关，但这一推定的发现需要进一步测试。

值得注意的是，在自闭症基因解码基因检测最近的研究中，含有DDX53终止密码子的神经原素 2 (NGN2) 衍生的皮质兴奋性神经元在多电极阵列中表现出与同源对照系类似的活性。缺乏独特的电生理表型和敲除诱导多能干细胞 (iPSC) 系产生兴奋性皮质神经元的能力表明DDX53的缺失不会导致谷氨酸能失调表型，这可能与自闭症(ASD)中的明显作用相矛盾。然而，这次自闭症致病基因鉴定基因解码中调查的同源 iPSC 衍生的对照神经元显示出低水平的DDX53转录本，导致蛋白质水平低于蛋白质印迹检测的阈值。因此，这些细胞可能不是研究DDX53功能的最合适模型；这一推测进一步得到了人类大脑中DDX53基因表达的支持，其中显著的 RNA 表达仅限于小脑 ( https://www.proteinatlas.org/ENSG00000184735-DDX53/tissue )。小脑负责非运动神经回路的成熟，因此在引导智力发育方面起着至关重要的作用。此外，特定的小脑亚区调节新皮层基质的活动，有助于确定发育敏感期的社会互动模式。

综上所述，自闭症基因解码基因检测的基因数据表明DDX53在自闭症(ASD)中发挥着作用。有趣的是，在同一个 Xp22.11 基因座上，基于非重叠微缺失的证据也支持包含DDX53的PTCHD1-AS lncRNA独立地参与了 自闭症(ASD)的发生 （图 1）。此外，在同一个基因座上，对于编码蛋白质的PTCHD1，非同义变异也被发现会导致智力障碍，在少数人中，还出现了自闭症的伴随诊断。在小鼠模型中，Ptchd1缺乏会导致认知功能障碍和异常行为，并伴有明显的多动症；然而，尽管存在这些行为异常，但它们并不严格类似于自闭症谱。Ptchd1 -as细胞和小鼠模型正在生成中。随着越来越多的自闭症患者被发现具有影响DDX53、PTCHD1-AS和/或PTCHD1的序列级或缺失变异，自闭症基因解码基因检测预计，当两个或更多个共存基因受到影响时，社会行为和临床表现将变得越来越复杂。鉴于DDX53在自闭症中新发现的作用，以及小鼠中没有明显的功能性直系同源物 ( Ddx53 )，生成“人源化” Ddx53小鼠模型可能对未来小鼠自闭症建模很重要。