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催产素受体基因在孤独症谱系障碍中的表观遗传调控研究进展

2020-09-27 361 上传者：管理员

摘要：孤独症谱系障碍是一组以社会交往障碍、重复刻板行为及狭隘兴趣为主要特征的神经发育障碍性疾病。病因极为复杂,且至今仍未阐明,目前多数研究者认为,ASD发病与遗传及外部环境因素有关。近年来,催产素在ASD中的作用逐渐成为研究热点,尤其是催产素受体基因表观遗传学对ASD的影响。主要从OXTR启动子甲基化在ASD中的转录控制、OXTR甲基化在行为表型中的作用及早期不良经历对催产素系统的影响三方面进行综述,旨在提高人们对二者之间联系的认识。

关键词：
DNA甲基化
催产素受体基因
孤独症
孤独症谱系障碍
表观遗传学
转录控制
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孤独症谱系障碍是一组以社交障碍、重复刻板行为和狭隘的兴趣为特征的神经发育障碍性疾病[1]。其确切病因至今未明，可能与遗传因素和外部环境因素共同作用有关。据统计，ASD在男性和女性中的发病比率为5∶1～4∶1，男性明显多于女性，提示其发病机制与激素有关[2]。催产素(oxytocin)是一种哺乳动物激素，其作用包括调节乳房和子宫周期性变化，也参与对中枢神经系统的调控，与社会认知以及社会行为关系密切[3]。催产素的作用是通过催产素受体介导的。催产素受体是一种由7个跨膜区域组成的G蛋白偶联受体，通过G蛋白偶联，进行信号转导，从而影响神经元的兴奋性，在海马、杏仁核、下丘脑等“社会脑区”的分布密度最大。人类的催产素受体基因位于3p25和3p26染色体区域上，包含3个内含子和4个外显子，跨越19210个碱基对。

1992年，Modahl等[4]研究发现，与正常同龄儿童相比，ASD患儿血浆催产素浓度偏低，虽然催产素浓度增加并不与儿童年龄的增加呈正相关，但催产素浓度的降低程度与其社会交往功能障碍程度相关。近年来，在动物研究[5]中发现，敲除OXTR小鼠表现出ASD相关行为，而给予催产素能减少ASD小鼠社会交往中的缺陷[6]，外源性和诱发的催产素在Cntnap2小鼠ASD模型中可以恢复社会行为[7]。在对人的研究方面，单剂量催产素给药可以显著提高ASD患者对面部表情的识别能力[8]、增加社会注意加工[9]、提高采访者面部眼睛区域的注视点数和注视时间[10]等。催产素与ASD，尤其是其社会行为表型的关联是当前研究的热点，本综述主要从表观遗传学方面论述OXTR甲基化与ASD行为表型的关系。

1、OXTR启动子甲基化在转录控制方面功能的重要性

表观遗传学研究的是基因活动和功能的可遗传变化，而这些变化与DNA本身的变化无关。一些涉及基因表达控制的机制已经被描述，包括DNA甲基化、组蛋白修饰和microRNA的转录后调控等[11]。但大多数表观遗传调控的研究都集中在DNA甲基化上，即在DNA甲基化转移酶的作用下，通过在DNA螺旋结构的单核苷酸上添加甲基基团来对DNA进行化学修饰，从而影响基因的表达[12]。

在哺乳动物细胞中，大多数的DNA甲基化发生在CpG岛[13]。OXTR中的CpG岛，位置为转录起始位点下游20～2350bp，通常跨越基因的启动子区，与基因的活性表达相关。Kusui等[14]研究了人类OXTR基因启动子区域的DNA甲基化是否会影响以及如何影响转录活性。他们利用OXTR启动子荧光素酶报告基因分析，发现OXTR的CpG岛具有显著的启动子活性，并且通过构建OXTR启动子区域的3个结构，其中第1个结构包括CpG岛，第2个结构缺失CpG岛，第3个结构缺乏MT2区域(CpG岛的1个区域，其甲基化变化程度最大)，观察其甲基化下的转录活性，表明CpG岛的甲基化，尤其是MT2区域是抑制转录的关键区域，可以有效抑制转录。

Gregory等[15]在ASD群体中也有类似发现。他们跟踪调查1个OXTR基因缺失的ASD男孩家庭发现，患儿母亲也存在OXTR等位基因的缺失;男孩的兄弟也患有ASD，虽然没有OXTR的缺失，但存在OXTRMT2区域的高甲基化，首次表明OXTR表观遗传调控可能是ASD发展的重要因素之一，同时说明了OXTR高甲基化与ASD患者颞叶皮质组织中OXTRmRNA水平的降低有关，特别是与Bromann区41/42有关。而ElagozYuksel等[16]对66名儿童(27例ASD患者，39例健康对照者)进行研究，发现OXTR与外周血细胞中的MT1和MT3区域的甲基化频率降低显著相关，而未发现与MT2和MT4区域的甲基化频率有关。这种差别可能与样本的种族人群和参与者数量的差异有关，也可能是因为后者没有调查ASD患者父母，因此，我们不知道低甲基化是否发生了新生或遗传。由上可知，大多数学者支持OXTR启动子甲基化降低了催产素水平的表达，高水平的甲基化与ASD有关。

2、OXTR甲基化在行为表型作用研究

一些研究报告了催产素治疗ASD后社会症状的改善，说明OXTR的表观遗传学变异和ASD社会表型之间存在联系。社会行为的范围从依恋、亲社会行为到反社会情绪，是包括个体之间社会互动在内的所有行为。在社会知觉上，Jack等[17]和Puglia等[18]通过功能磁共振成像数据，分析了外周血OXTRDNA甲基化与大脑激活之间的关系。前者使用了不同社会知觉的视觉动画任务，得出了OXTR甲基化在颞顶交界处(从颞上回延伸至额上回)及背侧扣带皮质的活动呈正相关的结果，这些区域与社会认知、生物运动感知有关;后者调查了OXTR甲基化对情绪面部表情处理过程中的神经反应可变性的影响，说明当看到负面的面部表情时OXTR甲基化与情绪处理相关区域(包括杏仁核、岛叶皮质、颞上回等)的激活呈正相关。甲基化的升高也与相对较高的冷酷无情特质相关[19,20]。也有研究结果[21]表明，OXTR甲基化反应降低了对社会信息自动获取的程度。Andari等[22]以35例成年ASD患者及64名正常者为样本，研究了OXTR甲基化与ASD诊断、社会症状的严重程度以及涉及社会认知和奖赏处理的区域静息状态功能连接之间的关系，得出了以下结论:(1)成年ASD患者在CpG16(位于MT2内含子1内)表现出较高的OXTR甲基化水平，这种高甲基化预示着早期沟通缺陷的减少;(2)CpG5、6(MT2外显子1内)甲基化水平的增加对应着社会反应能力的下降;(3)社会反应和重复行为领域，OXT信号通路的表观遗传变异可能与ASD症状的严重程度有关，并与ASD成人社会认知和奖赏处理网络之间的非典型功能有关。虽然此项研究样本量偏少，但为ASD的诊断提供了新思路。

3、早期不良经历对OXTR系统发育的影响

DNA甲基化为心理健康相关的基因!环境相互作用提供了生物基础。近年来研究表明，催产素系统似乎对各种各样的环境影响很敏感，包括压力应激、母亲关怀、亲子互动、饮食等。尤其是早期生活经历可以改变其DNA甲基化，并影响基因表达和行为。在压力应激方面，Unternaehrer等[23]通过对83名61～67岁的参与者进行特里尔社会应激测试，搜集了TSST发生前(压力施加前)、10min后(施加压力后)和90min后(随访时)3个时间段位于第3外显子的2个靶序列(分别为OXTR1和OXTR2)的甲基化水平。结果显示:对于OXTR1，从应激前到应激后DNA甲基化增加，从应激后到随访时DNA甲基化减少;在OXTR2中，甲基化仅从应激后下降到随访时，这可能表明急性心理社会应激后，OXTR甲基化的过度补偿机制，OXTR的甲基化增加与OXTR表达减少有关[14],OXTR的DNA甲基化降低和随之而来的表达增加可能是支持急性应激后表观遗传水平生理恢复的潜在机制。同样，有研究[24]发现，母恒河猴受到干扰后，成年后大脑中组蛋白的结合减少，OXTRmRNA的表达水平降低，在面对长期应激暴露时，可能导致依恋障碍、应激诱导的病理和非稳态负荷。Lee等[25]证明了怀孕大鼠的产前应激状态导致成年雄性后代的催产素系统发生大量变化(室旁核的催产素mRNA减少，但杏仁核中央的OXTR结合增加)，产前应激大鼠表现出受干扰的社会行为，在杏仁核中央局部给予催产素可使之正常化。反复的早期虐待和创伤压力，尤其是情绪虐待，与MT2区域(尤其是外显子1区)OXTR甲基化的增加有关，会导致脑脊液中的催产素水平降低[26,27,28]。

在母孕关系中，持续性的围产期抑郁比仅在产前或产后抑郁有更多的OXTRDNA高甲基化，但对孩子的甲基化无影响，虽然可能对孩子的发育有潜在不良影响[29]。在动物实验中，多次发现低水平养育的啮齿类动物大脑某些区域(如伏隔核等)的OXTR水平较低[30,31]。而Beery等[32]的实验通过大鼠母亲对孩子高、低舔毛来代表不同的母爱关怀，发现低水平护理的雄性大鼠成年后血液中OXTR甲基化较高水平护理的下降更明显，而大脑中没有发现两者的明显差异。同样，对孕妇的观察发现，低水平的护理更易导致OXTRDNA甲基化的发生，但未发现孩子的OXTRDNA甲基化差异与母亲照料相关[33]。另外，胎儿对出生时母体给予的催产素非常敏感，一次母体催产素给药后，在即刻的准备期，后代的大脑和行为可能会发生长期的变化。母体催产素治疗胎脑OXTR甲基化呈剂量依赖性，并在一定甲基化水平下增加OXTR基因表达[34]。

其他方面，有研究[35]表明，OXTR启动子高甲基化状态下，依恋回避与OXTR表观遗传修饰之间存在选择性关联，依恋回避得分越高，OXTR启动子甲基化程度越高。药物滥用，包括吸烟、大量饮酒和非法药物使用，会对胎儿发育产生不利影响，也会损害婴儿的健康和发育。有证据[36,37]表明，产前药物滥用会对啮齿动物后代产生长期影响，引起OXTR甲基化增加，OXTR分泌减少。

4、小结

OXTR甲基化在ASD中的作用是当前研究的热点。虽然对OXTR甲基化如何影响ASD的观点未完全达成一致，但我们可以了解到OXTR甲基化尤其是CpG岛对ASD的各种社会行为有不同的影响，同时一些社会行为及心理(如短期或长期应激、母孕关系等)也会对OXTRDNA甲基化有调节作用，这些方面的研究可为ASD的治疗提供新方向。

纵观目前研究仍有很多不足:第一，研究经常使用单一任务或测试来评估社会行为，但不同研究者对社会行为的不同评估很难直接比较这些研究的结果。第二，目前关于催产素作用于ASD的病因研究少，具体的通路和机制尚不明确，还有很多未知的领域需要我们探索和拓展。

潘丽珠,王瑜.催产素受体基因在孤独症谱系障碍中的表观遗传调控研究进展[J].教育生物学杂志,2020,8(03):155-159.

基金:上海市科学技术委员会医学引导类项目(16411970100);上海市残疾人联合会康复科研项目(K2018007).