脆性X综合征筛查，助力自闭症病因排查
自闭症又称孤独症，是一类具有生物基础的神经发育障碍类疾病，由一系列环境、生理和心理因素引起。遗传、脑神经结构、营养等是自闭症谱系障碍(Autism Spectrum Disorder,ASD)的重要生物基础。自闭症的核心症状为社交障碍，沟通困难与有限、重复和刻板的行为。来自不同国家的统计表明，自闭症在全世界总人口的患病比例达2%甚至更高[1]。2017年《中国自闭症教育康复行业发展状况报告》显示，我国自闭症患者超过1000万，儿童患者超过200万，并以每年近20万的速度增长。
自闭症的遗传学因素主要集中在基因突变和染色体异常, 包括点突变、基因拷贝数变异、性染色体连锁区域和microRNAs等。具有特定遗传或染色体特征(如脆性X染色体综合征)的人群更容易患自闭症。
图1 致病因素示意图
脆性X综合征筛查，助力自闭症的病因排查
脆性X综合征(FXS)是引起ASD最常见的单基因因素，占ASD患病率的1%-6%，且FXS为多数精神发育迟滞和孤独症患者所共有，是引起智力残疾最常见的遗传因素之一。
1.FXS的致病原因
FXS是由于脆性X智力低下蛋白(FMRP)缺失引起的，FMRP是一种细胞内RNA结合蛋白。这种缺失使树突信号通路失调，并影响大脑海马突触可塑性。导致FMRP缺失的主要致突变机制是FMR1的5 ' UTR区CGG重复异常扩增，导致该区域异常甲基化，随后发生转录沉默。
图2 FMRP水平在前突变时正常或接近正常，在完全突变时缺失或减少[2]
2.突变类型及临床表现
根据FRM1基因的(CGG)n重复次数不同，将突变类型分为中间突变、前突变和全突变三种类型。三者(CGG)n重复数和相关临床表型如下：
· 中间突变和前突变CpG岛均无异常甲基化，FRM1基因表达正常或基本正常，个体常无异常表型或具有轻微的行为问题，但前突变可表现为FXS原发性卵巢功能不全(FXPOI)以及共济失调综合征(FXTAS)；
· 全突变常伴有CpG岛异常甲基化，使FRM1 mRNA的翻译受抑制，FMRP表达减少或丧失，患者表现为FXS。
· 此外，FRM1基因编码区发生缺失或错义点突变尽管少见(不足1%)，但也能引起FMRP的表达异常或者产生功能异常的FMRP，从而形成类似脆性X综合征的临床症状，本文不再赘述。
图3 FMR1基因(CGG)n重复次数与临床表现
临床中FX相关疾病主要指FMR1 基因全突变及前突变患者表现症状，下文将主要介绍二者的发病率及临床表现。
全突变
FMR1 基因全突变导致的FXS在人群中的发病率男性约为1/3600，女性约为1/4000～1/6000。FXS患者与ASD表现出较高的合并症：FXS患者中50％的男性和20％的女性被同时诊断患有ASD[3]。
FXS患者的认知和情感表型取决于产生FMRP的数量，而这又间接取决于CGG重复数和FMR1 甲基化程度。当FMRP水平不是很低的情况下，症状较轻，有中度的情绪和学习困难，智商正常；如果FMRP蛋白的产生减少或停止，就会出现严重的认知缺陷和智力障碍，常见症状如下：
1. 大多数男性全突变患有轻度到重度智力低下。女性全突变携带者约30％智商正常，25％智商低于70，但他们可能会出现学习障碍(60％)和情绪困难(70％)[4]，这与X染色体的随机失活有关。2. 伴有不同程度的体型异常，长脸、大耳、突出的下颌和额头,男性青春期巨睾丸。
3. 交流和行为障碍，目光接触逃避、自我伤害行为、自闭、多动/冲动、过度兴奋、焦虑和注意力不集中。
前突变
前突变在女性中发病率为1/130～1/260，在男性中的发病率为1/250～1/810。
与FXS不同，前突变携带者的致病机制是FMR1 mRNA水平升高导致RNA毒性。
RNA毒性是指，在前突变携带者中可观察到2～8倍于正常水平的mRNA。过量mRNA导致CGG重复中形成的发夹结构隔离了影响神经元功能的重要蛋白。RNA毒性导致神经元在培养中过早死亡，因此携带者有可能患上包括FXTAS和FXPOI在内的晚发性疾病。
前突变携带者一般不会有智力异常，13%～26%的前突变携带者会发生卵巢早衰，在46,XX的早发性卵巢功能不全(POI)患者中，4%～6%为FMR1前突变携带者。约40％男性和16％的女性前突变携带者会发生震颤/共济失调综合症。
3.FXS的遗传模式
FXS是不完全显性X连锁遗传病。遗传过程中，涉及前突变携带者扩展为全突变后代的动态可能性。
· 母系特点：患有FXS的男性通常不会生育，据报道只有1%的FXS男性患者有后代。同时，由于为X染色体连锁，前突变的男性只会将前突变传递给他们的女儿，重复的次数相对稳定。因此由前突变扩展为全突变只发生在母亲向后代的传递中。
· 动态突变：前突变的携带者可以将其等位基因扩展到全突变，风险取决于重复次数、AGG插入次数和母亲年龄。AGG插入使复制过程中DNA聚合酶滑移减少，使基因稳定传输。
图4 前突变扩展为全突变的风险
4.FXS治疗现状
目前针对FXS的靶向治疗研究，无论是FMR1基因激活还是与该疾病相关症状的治疗，所使用的一些药物作用机制集中在表观遗传调节、谷氨酸能系统和FMRP靶mRNA翻译调节。
图5 基于5-azadc甲基转移酶抑制剂的治疗途径[5]
在一项新的研究中，研究人员首次使用他们开发的一种移除甲基化的改进型CRISPR / Cas9系统恢复了神经元中FMR1基因活性，这项研究是首个直接表明对FMR1基因的特定片段进行去甲基化能够重新激活该基因的证据，从而拯救受脆性X综合征影响的神经元。
图6 通过dCas9-Tet1 / sgRNA靶向去甲基化CGG扩增
将上游FMR1启动子的异染色质状态转换为活性染色质状态，从而恢复FXS iPSC 中FMR1的持续表达[6]
5.FXS的筛查与遗传咨询
目前，根据ACMG(美国医学遗传学院)和ACOG(美国妇产科医师学会)指南，FMR1 检测应该提供给具有以下临床特征的个人或有家族史的人群：
1.FXS或FX相关疾病；
2.不明原因的智力障碍或发育迟缓；
3.自闭症；
4.年龄小于40岁时，原发性POI或FSH升高；
5.小脑共济失调伴震颤。
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参考文献：
1.段云峰,等.(2015)，自闭症的病因和治疗方法研究进展[J]. 中国科学:生命科学,
2.Hagerman RJ, et al. (2009). Advances in the treatment of fragile X syndrome. Pediatrics.
3.Kaufmann, W. E., et al. (2017). Autism spectrum disorder in fragile X syndrome: cooccurring conditions and current treatment. Pediatrics 139, S194–S206.
4. Hagerman RJ, et al.(2002).Fragile X syndrome.
5.Saldarriaga W, et al.(2014).Fragile X syndrome.Colombia Medica.
DOI:10.1016/0045-9380(87)90011-9
6.Liu X S , et al.(2018). Rescue of Fragile X Syndrome Neurons by DNA Methylation Editing of the, FMR1, Gene[J]. Cell .
DOI:10.1016/j.cell.2018.01.012
