自閉癥患者往往生活在自己的世界里，不愿與別人交流。在這種異常復雜的精神疾病被發(fā)現至今的70多年間，科學(xué)家們從未放棄努力尋找根治它的良方。迄今的科學(xué)研究尚無(wú)法破解基因突變與自閉癥的相互關(guān)系，但已經(jīng)揭示神經(jīng)發(fā)育及突觸傳導異常很可能是導致自閉癥的重要因素。通過(guò)應用最新的基因工程技術(shù)，中國科學(xué)家在國際上首次建立攜帶人類(lèi)自閉癥基因MeCP2突變的轉基因猴，為在非人靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物模型中模擬人類(lèi)自閉癥，探討發(fā)病原因并篩選改善和治療自閉癥的藥物開(kāi)啟了新的窗口。

值得一提的是，科學(xué)研究發(fā)現，人類(lèi)許多精神癥狀與基因關(guān)系密切，人類(lèi)在研究自閉癥的過(guò)程中也更深刻地認識了自身。那些生活在自己世界的孩子并不奇怪，他們，不過(guò)是人作為一個(gè)整體在不同世界的顯現。

1940年代，美國醫生卡納（L.Kanner）發(fā)現一類(lèi)奇怪的孩子，他們仿佛只活在自己的世界中，不愿與別人交流。這些孩子往往有一些重復刻板的動(dòng)作，不太說(shuō)話(huà)或者語(yǔ)言模式古怪，缺乏溝通和語(yǔ)言交流。他給這種病起了一個(gè)名字：自閉癥（autism）。在距離自閉癥被發(fā)現后的半個(gè)多世紀中，醫生還發(fā)現自閉癥兒童除了具有卡納醫生發(fā)現的經(jīng)典癥狀外，其中少數人具有超強的機械記憶力，或者在數學(xué)、音樂(lè )等方面有特殊才能。

近年來(lái)，隨著(zhù)社會(huì )大眾對自閉癥的不斷關(guān)注，大量國內外描寫(xiě)自閉癥的影視作品紛紛出現，讓人們對這種神秘的疾病充滿(mǎn)了好奇。自閉癥究竟是什么原因導致的？目前自閉癥的發(fā)病率究竟有多少？能否治愈？隨著(zhù)醫學(xué)與科學(xué)的發(fā)展，臨床醫生與科學(xué)家緊密合作，已對自閉癥的起因與發(fā)展有了一些了解。科學(xué)家發(fā)現，人類(lèi)許多精神癥狀與基因關(guān)系密切，人類(lèi)在研究自閉癥的過(guò)程中也更深刻地認識了自身。

致病原因：先天遺傳還是后天因素？

最早研究自閉癥的時(shí)候，卡納醫生認為這種病可能是父母對孩子的過(guò)分冷漠而導致的。這樣，完全由后天因素導致自閉癥的觀(guān)點(diǎn)流行了很長(cháng)時(shí)間。一直到研究者發(fā)現，如果一個(gè)孩子患有自閉癥，家庭中其他孩子也是自閉癥患者的概率大大上升，并且家族中出現自閉癥患者，家族內其他成員罹患自閉癥的概率也大大上升。這些說(shuō)明自閉癥具有比較明確的家族遺傳模式，提示自閉癥與遺傳因素密切相關(guān)。

疫苗疑云與遺傳之謎

1998年，著(zhù)名國際醫學(xué)學(xué)術(shù)期刊《柳葉刀》（Lancet）發(fā)表了一篇報道，英國韋克菲爾德（A.Wakefield）醫生發(fā)現，8位兒童在接種了麻疹、腮腺炎和風(fēng)疹疫苗（MMR）后一個(gè)月內開(kāi)始出現了自閉癥癥狀，因而懷疑MMR疫苗接種有可能導致自閉癥。這項研究掀起了一場(chǎng)軒然大波，無(wú)數家長(cháng)擔心孩子安全而不敢給孩子接種MMR疫苗。

在之后的十余年中，疫苗與自閉癥的關(guān)系始終撲朔迷離。2010年2月，因為發(fā)表的數據存在很大問(wèn)題，《柳葉刀》雜志宣布撤銷(xiāo)了這篇引起很大爭議的文章。美國疾病控制與預防中心在2011—2013年接著(zhù)發(fā)布了一系列研究結果，通過(guò)大規模的數據分析及實(shí)驗證明，8種用于小兒免疫接種的主要疫苗十分安全，不會(huì )導致自閉癥。

1998年的報道暗示接種疫苗可能導致發(fā)生自閉癥，盡管官方已出具權威報告，但民眾始終很難完全放心。讓我們回顧一下這些病例，現在已知自閉癥與遺傳因素密切相關(guān)，因此是否可能這8個(gè)自閉癥患兒本身的基因有易感性，而疫苗接種起到了引發(fā)作用？如果是這樣，那么疫苗接種引發(fā)的機體免疫反應與自閉癥的發(fā)展又是什么關(guān)系？與免疫反應相關(guān)的基因突變是否可能與自閉癥有關(guān)？隨著(zhù)科學(xué)研究的進(jìn)展，這些未解之謎慢慢被揭開(kāi)。

首先，必須尋找導致自閉癥的罪魁禍首——遺傳因素。科學(xué)家從20世紀最后十年開(kāi)始了尋找自閉癥易感基因的競賽。有趣的是，遺傳性疾病與基因突變的關(guān)系也在對自閉癥的研究中得到重新認識。

傳統的觀(guān)點(diǎn)認為，遺傳性疾病往往可以找到少數幾種明確的致病基因，比如鐮刀型貧血癥往往由編碼血紅蛋白的基因發(fā)生突變所致，各種癌癥也往往與癌基因的突變緊密相關(guān)。

當研究者在收集成百上千例自閉癥患者及直系親屬的遺傳樣本后，運用經(jīng)典的基因組關(guān)聯(lián)分析方法，卻極少能找到自閉癥患者中出現明確的致病基因，而且發(fā)現自閉癥患者中發(fā)生的遺傳突變往往因人而異，各人之間很少有共同的致病基因，基因組關(guān)聯(lián)分析法在尋找自閉癥致病基因的過(guò)程中陷入了困境。

恰恰在這個(gè)時(shí)刻，一場(chǎng)生物學(xué)革命的悄悄到來(lái)，給自閉癥致病基因的篩查帶來(lái)了希望。

人類(lèi)基因組計劃

人類(lèi)基因組終于在世界各國科學(xué)家共同努力下，在20世紀最后10年被成功破譯，組成人類(lèi)基因組的30億個(gè)堿基被測序完成，這個(gè)龐大的項目被稱(chēng)作人類(lèi)基因組計劃（HumanGenomeProject）。人類(lèi)終于可以對自己的遺傳信息有全面的認識。當初并沒(méi)有人預到，十幾年前需要天價(jià)才能完成的基因測序，由于測序技術(shù)的飛速發(fā)展，目前的價(jià)格已下降到令人咋舌的地步：在20世紀需要世界各國科學(xué)家花費30億美元、耗時(shí)10年時(shí)間得到的人類(lèi)基因組全序列，在21世紀的今天，用最新的測序機器，可以在幾周之內、以低于1萬(wàn)元人民幣的價(jià)格完成！

在基因組測序已經(jīng)變成檢測基因突變的日常手段的時(shí)候，該如何尋找自閉癥的致病基因呢？目前的基因組測序比較常用的方法包括獲取基因組全部信息的全基因組測序和獲取編碼蛋白外顯子組全部信息的全外顯子測序。由于測序準確、價(jià)格便宜，全外顯子測序成為科學(xué)家尋找遺傳疾病致病基因普遍采用的一種方式。

在過(guò)去5年中，尤其是在2014年，一系列通過(guò)收集上千例自閉癥病例的研究，利用全外顯子測序等方式全面尋找了自閉癥可能的致病基因，找到的相關(guān)基因突變約100多個(gè)。這100多個(gè)基因的突變是如何導致自閉癥的？

神經(jīng)科學(xué)研究

既然遺傳學(xué)無(wú)法破解基因突變與自閉癥的相互關(guān)系，那么可否借助神經(jīng)科學(xué)的研究，來(lái)確定某種基因的突變究竟是否會(huì )導致自閉癥。

自閉癥是一種精神疾病，同屬于精神疾病范疇的還包括精神分裂癥、雙向情感障礙及抑郁癥等。精神疾病不同于神經(jīng)退行性疾病，如阿爾茨海默癥（又稱(chēng)老年癡呆癥）與帕金森癥等等，并沒(méi)有明顯的神經(jīng)元病變。面對精神疾病患者，往往需要核磁共振等腦成像工具來(lái)對大腦進(jìn)行無(wú)創(chuàng )傷的研究。而自閉癥患者往往是少年兒童，他們往往很難與人正常溝通，不易采集高質(zhì)量的腦成像。因此世界各國對于自閉癥的腦成像研究一直進(jìn)展緩慢。

對神經(jīng)生物學(xué)家來(lái)說(shuō)，首先要解決的問(wèn)題是，究竟這些在自閉癥病人中發(fā)生突變的基因對神經(jīng)系統有哪些重要的功能？科學(xué)家在對自閉癥的遺傳分析中發(fā)現，許多突觸蛋白的編碼基因發(fā)生了突變。突觸是大腦的基本組成單元，是神經(jīng)細胞之間進(jìn)行通訊的基本單位。突觸中有許多蛋白質(zhì)有重要功能，突觸本身具有可塑性，即對突觸進(jìn)行一系列的刺激后，突觸會(huì )更容易被激活或更容易被抑制。這種可塑性很可能是大腦進(jìn)行學(xué)習記憶和情緒反應等認知功能的神經(jīng)生物學(xué)基礎。

找到了與神經(jīng)細胞突觸傳導功能關(guān)系密切的基因后，需要探究其發(fā)生突變后所產(chǎn)生的結果。首先，在自閉癥患者中這些基因突變是否影響其編碼蛋白的正常功能。其次，運用基因工程方法，在模式動(dòng)物（例如嚙齒類(lèi)或非人靈長(cháng)類(lèi)）中引入自閉癥相關(guān)的基因突變。在含有同樣基因突變的動(dòng)物模型中，觀(guān)察是否有可能出現類(lèi)似孤獨癥的癥狀。神經(jīng)科學(xué)研究者在過(guò)去10年中對這兩大問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。

突觸蛋白與自閉癥

在自閉癥患者身上發(fā)現的一大類(lèi)基因突變都發(fā)生在一些在突觸中起粘聯(lián)功能的蛋白的編碼基因中，這類(lèi)突觸粘聯(lián)蛋白負責把突觸連接起來(lái)。這個(gè)家族蛋白中的neuroligin蛋白位于突觸的接收端，而neurexin蛋白位于突觸的信號發(fā)放端，它們相互作用使神經(jīng)細胞間得以進(jìn)行正常的信號傳遞。

neurexin蛋白和neuroligin蛋白于1992—1995年間被聚德霍夫（T.Südhof）教授用生物化學(xué)的方法純化出來(lái)。在自閉癥中的遺傳篩選分析大多都是如此，找到很多在自閉癥患者身上發(fā)生突變的基因都是以前被發(fā)現有重要功能的蛋白編碼基因。當它們被發(fā)現在自閉癥患者中有突變的時(shí)候，研究者才意識到它們的重要性。

聚德霍夫在得知neuroligin-neurexin家族蛋白的編碼基因在自閉癥患者中發(fā)生突變后，立即進(jìn)行了大量研究工作，其中最著(zhù)名的研究即是2007年將在自閉癥患者中找到的一個(gè)基因突變neuoroligin3R451C移植到小鼠中，將小鼠的同源基因neuroligin3也在同樣位點(diǎn)做了基因突變，這個(gè)攜帶有與人類(lèi)自閉癥相同突變的小鼠居然表現出與人類(lèi)自閉癥患者非常相似的表型，表現出重復刻板的行為和不愿意與同伴小鼠進(jìn)行交往等行為。

深入的研究發(fā)現，攜帶neuroligin3R451C突變的小鼠大腦中，抑制性突觸比正常小鼠的多，功能更強。這項研究首次成功地在小鼠中顯示了人類(lèi)自閉癥的表型，也提示可以用基因工程的方法，在動(dòng)物模型中模擬人類(lèi)自閉癥，探討發(fā)病原因，并篩選改善和治療自閉癥的藥物。

基因的過(guò)猶不及

在自閉癥的遺傳學(xué)研究中，除導致突觸蛋白結構變化的編碼基因突變外，近年來(lái)還發(fā)現有另外一類(lèi)的基因突變，表現為一段染色體區域的倍增或缺失，即拷貝數變異（copynumbervariations）。拷貝數變異也是在完成了人類(lèi)基因組測序之后才被發(fā)現的。染色體區段的缺失往往導致基因的丟失，而染色體區段的倍增則會(huì )導致基因過(guò)多。原來(lái)除了基因突變導致蛋白質(zhì)喪失功能，居然某些基因過(guò)多也會(huì )導致對神經(jīng)系統的破壞。

2009年醫生和科學(xué)家發(fā)現，在一些嚴重自閉癥癥患者中，一個(gè)甲基化DNA結合蛋白MeCP2（methylCpG-bindingprotein2）的編碼基因出現拷貝數的倍增。MeCP2是一個(gè)甲基化DNA結合蛋白，具有調控基因表達的重要功能。

1999年佐格比（H.Zoghbi）教授發(fā)現一種嚴重的神經(jīng)發(fā)育性疾病——瑞特綜合征（Rettsyndrome）也與MeCP2基因突變密切相關(guān)，95%的瑞特綜合征患者攜帶的MeCP2基因發(fā)生缺失功能的突變。瑞特綜合征患者因為有部分與自閉癥患者類(lèi)似的表型，早期也被歸為自閉癥譜系障礙的一種（autismspectrumdisorders）。因此這些證據表明，基因表達的表觀(guān)遺傳學(xué)調控與神經(jīng)系統的發(fā)育與功能密切相關(guān)，如果失調可能導致神經(jīng)發(fā)育性疾病，例如自閉癥等。

經(jīng)過(guò)數年的深入研究，科學(xué)家發(fā)現MeCP2蛋白質(zhì)確實(shí)對神經(jīng)元的突觸功能有重要影響。接下來(lái)，研究者陸續制作了多種MeCP2基因敲除與轉基因的小鼠模型，來(lái)觀(guān)察如果小鼠攜帶有過(guò)多的MeCP2蛋白，是否能表現出類(lèi)似自閉癥的表型。

2006年佐格比研究組將人MeCP2基因轉入小鼠后，驚奇地發(fā)現攜帶人類(lèi)MeCP2基因的轉基因小鼠表現出焦慮水平上升和社會(huì )交往行為缺陷等類(lèi)自閉癥表型。這個(gè)小鼠模型極大地推動(dòng)了自閉癥的研究。人們可以研究過(guò)多的MeCP2蛋白究竟如何影響大腦發(fā)育，更重要的是，這個(gè)模型是否能告訴我們含有自閉癥基因突變的哺乳類(lèi)大腦在發(fā)生社交障礙的時(shí)候，大腦里究竟發(fā)生了什么。

免疫導致的自閉癥動(dòng)物模型

2007年帕特森（P.Patterson）教授研究組發(fā)現，用給懷孕母鼠注射白介素6（IL6）的方法可以誘導子代小鼠出現明顯的類(lèi)自閉癥與精神分裂癥表型，這種方法被稱(chēng)為母源免疫激活（maternalimmuneactivation，MIA）。研究者發(fā)現，在MIA誘導的類(lèi)自閉癥小鼠模型中出現了代謝系統紊亂，而改善代謝紊亂的藥物居然可顯著(zhù)改善MIA小鼠模型的自閉癥表型。

這些研究結果令人振奮，但是同時(shí)必須認識到，自閉癥的起因多種多樣，用MIA方法誘導的模型是否能夠完全模擬人類(lèi)自閉癥還需深入研究。例如需要將MIA模型與其他自閉癥基因突變小鼠進(jìn)行仔細比較，并研究在MIA模型中出現的代謝異常等現象是否在其他自閉癥小鼠模型中也會(huì )出現。

該項研究不禁讓我們回想起當年的小兒疫苗疑云，難道免疫系統的異常與因神經(jīng)系統功能異常而產(chǎn)生的自閉癥有相關(guān)性嗎？我們必須認真看待這個(gè)問(wèn)題，因為免疫系統與神經(jīng)系統的相互作用近年來(lái)被逐漸關(guān)注。還不能定論免疫系統的缺損與異常是否一定會(huì )導致自閉癥，但是對于這個(gè)前沿領(lǐng)域的深入研究必然讓我們對機體中兩大系統如何相互作用的機理有更深刻的了解。

更接近人類(lèi)的自閉癥動(dòng)物模型

雖然在小鼠中引入與人類(lèi)自閉癥相關(guān)的突變，進(jìn)而研究自閉癥基因突變如何影響大腦發(fā)育已經(jīng)有很多重要發(fā)現，但是，人們始終疑惑的是，像自閉癥這種復雜的精神疾病，能否用嚙齒類(lèi)來(lái)準確模擬呢？能否確定小鼠的類(lèi)自閉癥狀是否與人類(lèi)的自閉癥足夠相像呢？

更重要的是，人類(lèi)的大腦溝回很多，整體大腦的體積與復雜程度，是嚙齒類(lèi)動(dòng)物的大腦完全無(wú)法比擬的。目前在小鼠中嘗試成功的一些神經(jīng)疾病藥物結果，在人類(lèi)病患身上的臨床試驗很少獲得成功。因此，是否可以用進(jìn)化上與人類(lèi)盡可能相近的生物來(lái)構建自閉癥動(dòng)物模型還是一個(gè)問(wèn)題。

從2013年開(kāi)始興起的基因工程技術(shù)為直接操作與人類(lèi)親緣最近的動(dòng)物——非人靈長(cháng)類(lèi)（猴類(lèi)）提供了巨大便利。2014年，中國科學(xué)家陸續報道了一系列利用非人靈長(cháng)類(lèi)制作疾病動(dòng)物模型的工作，包括瑞特綜合征與帕金森癥等。2016年1月，中國科學(xué)家報道首次將自閉癥相關(guān)的MeCP2基因成功轉入猴子基因組，并在攜帶MeCP2基因的猴子上觀(guān)察到了數種與人類(lèi)自閉癥病人非常相似的表現，因此得到了自閉癥的非人靈長(cháng)類(lèi)模型。

有了這些攜帶人類(lèi)疾病基因的靈長(cháng)類(lèi)模型，就有可能在更接近人類(lèi)的動(dòng)物系統中研究這些基因突變怎樣改變靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物大腦，進(jìn)而獲得更接近人類(lèi)的藥物篩選系統。

自閉癥研究的未來(lái)

自閉癥是一種異常復雜的精神疾病，對醫學(xué)與神經(jīng)科學(xué)研究提出了巨大挑戰。自閉癥研究讓我們認識到，人類(lèi)的復雜社交行為有可能是通過(guò)精妙的神經(jīng)環(huán)路來(lái)調控的。因此對自閉癥的科學(xué)研究，將為深入認識人類(lèi)社交行為的神經(jīng)環(huán)路基礎提供重要線(xiàn)索。

得益于DNA測序技術(shù)的飛速進(jìn)步，未來(lái)對自閉癥的遺傳分析可以更加深入和全面，可以揭示以前無(wú)法找到的基因突變與染色體結構變異。在對疾病基因的神經(jīng)生物學(xué)研究方面，科學(xué)家也將積累更多的數據，有助于對某些基因突變是否與疾病相關(guān)的判斷。筆者相信神經(jīng)科學(xué)在自閉癥動(dòng)物模型中的研究，在不遠的將來(lái)，定會(huì )幫助我們找到基因突變如何導致自閉癥的機理和有效的干預方法。