根據一項對死後腦組織進行的大型研究，自閉症患者大腦中的基因表達模式與精神分裂症或雙相情感障礙患者的基因表達模式相似。這項研究結果今天發表在《科學》雜誌上。
所有三種疾病都顯示出星形腦細胞（稱為星形膠質細胞）中基因的啟用，以及神經元之間連線處（即突觸）功能的基因的抑制。自閉症患者的大腦還顯示出一種獨特的增加，即特定於稱為小膠質細胞的免疫細胞的基因表達增加。
主要研究者、加州大學洛杉磯分校神經病學、精神病學和人類遺傳學教授Daniel Geschwind說：“這項研究首次證明，[基因表達] 可以用來可靠地定義共享和獨特的跨疾病表型。而且這些表型與可能出錯的分子和細胞通路有關。”
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患有這些疾病之一的人可能具有共同的特徵，例如語言問題、易怒和攻擊性。他們也共享某些增加疾病風險的基因變異。
這項新研究表明，風險變異之間的重疊與基因表達模式的共性有關。這暗示變異在一定程度上透過開啟或關閉大腦中某些基因組來增加風險。
倫敦大學伯貝克學院心理科學高階講師Emma Meaburn說：“我們看到所有這些研究都出來尋找基因變異與精神[疾病]之間的聯絡，但我們如何從基因風險轉變為機制呢？”他沒有參與這項研究。“本文開始填補這一空白。”
相似的特徵
2011年，Geschwind的團隊描述了19名自閉症患者和17名對照組死後腦組織中的基因表達。這項新研究納入了來自其他九項研究的資料集，將分析範圍擴大到50名自閉症患者、159名精神分裂症患者、94名雙相情感障礙患者、87名抑鬱症患者、17名酒精中毒患者和293名對照組。所有組織都來自大腦皮層，即大腦的外層。
研究人員發現，自閉症患者大腦中的基因表達特徵與精神分裂症和雙相情感障礙患者大腦中的基因表達特徵重疊。他們在來自24名自閉症患者、315名精神分裂症患者和94名雙相情感障礙患者的獨立腦樣本集中證實了這一結果。
相比之下，自閉症、精神分裂症和雙相情感障礙共有的模式與酒精中毒或來自197名炎症性腸病患者的腸道樣本中看到的模式均不重疊——這表明這些特徵並非反映整體健康狀況不佳，而是特定於大腦。
2016年，另一個團隊也發現自閉症與精神分裂症共享基因表達特徵。那些研究人員沒有發現與雙相情感障礙的重疊。然而，巴爾的摩約翰·霍普金斯大學醫學副教授Dan Arking說，他們的研究涉及的大腦數量較少——每種疾病約30個——因此他們可能錯過了具有統計學意義的聯絡。Arking領導了2016年的研究，但沒有參與這項新研究。
變異聯絡
為了深入研究分子通路，研究人員將基因分為“模組”，這些模組在大腦中表現出相似的上升和下降。這些模組中的每一個都包含特定於細胞型別或功能的基因，例如神經元之間的通訊。
分析顯示，自閉症、精神分裂症和雙相情感障礙大腦在三個神經元特徵模組中顯示出低水平的基因表達。
其中兩個模組對於神經元通訊很重要；另一個模組涉及線粒體的功能，線粒體為細胞產生能量。所有三種疾病也都顯示出“星形膠質細胞”模組中基因表達的增加。
這些共享模式可能源於一組所有三種疾病共有的DNA變異。
為了探索這種可能性，該團隊收集了來自全基因組關聯研究 (GWAS)的資料，這些研究揭示了與這些疾病相關的常見變異——即在人群中出現頻率超過 1% 的變異。（對於自閉症，研究人員依賴於一項尚未發表的丹麥佇列 GWAS 分析，該佇列包括 8,605 名自閉症患者和 19,526 名對照組。）
對於每對精神疾病，他們發現 DNA 變異之間重疊程度與基因表達特徵重疊程度之間存在很強的相關性。
與自閉症和精神分裂症相關的常見變異往往出現在三個神經元模組中。已知攜帶與這些疾病相關的自發突變的基因也屬於突觸模組之一。
這些結果表明，許多與自閉症和精神分裂症相關的變異會抑制參與突觸訊號傳導的基因表達。
加州大學舊金山分校解剖學助理教授Tomasz Nowakowski說，“這開始確定一些共同的途徑，”他沒有參與這項研究。
小膠質細胞機制
研究人員發現，僅自閉症患者的大腦顯示出與小膠質細胞相關的基因表達的激增。
加州大學舊金山分校精神病學助理教授Stephan Sanders說，這一發現有點令人驚訝，因為小膠質細胞也與精神分裂症有關，他沒有參與這項研究。
Nowakowski說，表徵小膠質細胞和其他單個腦細胞的基因表達模式，而不是一塊組織中的模式，可能會產生更精細的結果，他研究了發育中的人腦中單個細胞的基因表達。
Geschwind和他的團隊正在探索基因表達模式如何與神經元活動相關聯。他們還在研究這些模式是否可以在培養的神經元和攜帶與每種疾病相關的突變的小膠質細胞中複製。
延伸閱讀
這個故事最初發表在Spectrum網站上。