孤独症ASD中罕见的自发性拷贝数变异和遗传性拷贝数变异
研究背景
孤独症是发育与认知异常疾病中最具遗传决定性的疾病之一，之前所报道的一些研究中，双胞胎中发生孤独症的一致性高达90%。据统计，我国21世纪初有1300万孤独症患儿，平均每100个孩子中就有一个孤独症，全球孤独症患者已经达到6700万。孤独症有较强的性别倾向，男性比女性发生的概率更高，特别是对于高机能的孩子更是如此，之前的研究发现只有一个孩子发生孤独症家庭（Simplex）的孩子比典型孤独症孩子以及多个孩子发生孤独症家庭（multiplex）的孩子发生新的拷贝数变异的概率更大。
基于之前的这些研究，且在散发的和遗传性的精神分裂症中已有类似的报道。作者用仅有一个孩子发生孤独症的simplex家庭，即完全不同于遗传性拷贝数变异的multiplex家庭，对其进行自发性拷贝数变异的研究，通过运用KS分割以及HMM(Hidden Markov Model)等算法，并进行严格质控，最终发现75个自发性拷贝数变异，并对发生拷贝数变异的CNV进行深入分析。
作者发现孤独症儿童身上的自发性拷贝数变异的比率（8%）要高于他们未患病的兄弟姐妹（2%）；来自simplex家庭的孤独症儿童比multiplex家庭的自发性拷贝数变异发生概率更高；对于遗传性罕见变异，拷贝数增加显著多于拷贝数缺失；孤独症儿童的自发性拷贝数变异中拷贝数缺失显著多于拷贝数增加；孤独症男性比女性更容易诊断；孤独症患者中女性比男性发生自发性拷贝数变异的概率更高。
研究内容
作者首先从Simons Simplex Collection （SSC）中选择样本，Simons Simplex Collection是关注仅有一个孤独症ASD患儿的家庭的最大数据库，其中有915个家庭，一共1,784个孩子，每个家庭只有一个孩子患孤独症，在所有的家庭中，至少有一个未患孤独症的孩子。通过家系和性别的分类，最终选取887个有效家庭，采集他们的血液，利用Nimblegen HD2含21,000,000个探针的芯片，并对SSC样本用Cy3标记，对照用Cy5标记后进行芯片杂交。通过比较基因组杂交的方法，研究SSC家庭中的拷贝数变异。
他们把父亲、母亲和患病孩子或未患病孩子作为一个trio，每个trio中的每一个成员的芯片杂交超过最低阈值即为HQ高质量数据。来自887个家庭的1721个有效trio中，1475（86%）是HQ高质量数据。HQ quads 是为进行统计学评估建立的，即仅有一个孤独症孩子和一个正常兄弟姐妹的510个HQ 家庭。孤独症ASD患儿和正常兄弟姐妹比例相当，男性患儿与女性患儿的比例为7:1。男性正常孩子比女性正常孩子明显要少。
通过运用KS分割以及HMM(Hidden Markov Model)等算法，并进行严格质控，最终发现75个自发性拷贝数变异。另外放宽条件后，对低质量trio探针，X染色体上的探针，多态性频率较高的探针，以及显著性不高（p值）的自发性拷贝数变异事件进行分析，额外发现24个自发性拷贝数变异（不严格的）。然后用高分辨率CGH 芯片Agilent 244K tiling芯片对这自发性拷贝数变异进行验证，其中54个trios验证了自发性拷贝数变异，表明自发性拷贝数变异的存在，同时发现了遗传性拷贝数变异，表明拷贝数变异的发生可能来自于父母或者孩子自己。
在68个孤独症患儿（7.9%）中发现75个自发性 拷贝数变异，17个正常兄弟姐妹（2%）中发生19个自发性拷贝数变异。患孤独症的女性比男性发生自发性拷贝数变异的概率更高（11.7% vs 7.4%，p value=0.16），而且在男性孤独症患者中发生自发性拷贝数缺失比自发性拷贝数增加的的频率更高（39 vs 22，p value=0.04）。为了深入研究发生CNV位点的基因，作者去RefSeq数据库寻找基因和外显子的信息，并称其为hits。在75个自发性拷贝数变异的孤独症患者中，61个hit 基因，而在正常兄弟姐妹的19个自发性拷贝数变异中发现9个hit 基因。在所有发生自发性拷贝数变异的孤独症患者中一共953个hit 基因，但是在正常兄弟姐妹中只有59个hit 基因，对于二者来讲，其中发生拷贝数缺失的分别有534和2个hit 基因。然后又对SSC家庭样本进行遗传性拷贝数变异进行研究，发现拷贝数增加显著多于拷贝数缺失。
结果展示：
表格1：样本分组，915个家庭的1784个孩子（患病者与正常兄弟姐妹）
图1：数据处理流程
图2：噪声参数和状态调用
图3：自发性拷贝数增加或缺失的比例值
表格2：自发性拷贝数变异的两级分布与性别分布
表格3：拷贝数变异引起的基因的表达下调
图4：自发性基因拷贝数缺失与增加的分布
图5：自闭症研究群体当中自发性拷贝数变异事件的分布
表格4：极端稀有的遗传性拷贝数变异的分布
文章出处：
Levy D, Ronemus M, Yamrom B, et al. Rare de novo and transmitted copy-number variation in autistic spectrum disorders[J]. Neuron, 2011, 70(5): 886-897.