科學(xué)探秘：大數(shù)據(jù)如何揭開(kāi)自閉癥的秘密


基因的視覺(jué)藝術(shù)。圖片來(lái)源：Pixabay
20多年前，當(dāng)我開(kāi)始從事兒童遺傳學(xué)研究工作時(shí)，我經(jīng)常會(huì)為患者和他們的家人提出的問(wèn)題而沮喪，我無(wú)法回答許多關(guān)于患者為何會(huì)出現(xiàn)自閉癥及未來(lái)情況的問(wèn)題。他們的孩子出現(xiàn)特殊行為的原因是什么？他們的孩子還會(huì)說(shuō)話(huà)嗎？會(huì)有癲癇發(fā)作的癥狀嗎？我所知道的是，科學(xué)研究正是為了解開(kāi)自閉癥中的關(guān)鍵謎團(tuán)。這種異質(zhì)性疾病影響了500多萬(wàn)美國(guó)人，而目前還沒(méi)有被FDA批準(zhǔn)的治療方案。如今，由于基因?qū)W研究的影響，這些問(wèn)題的答案開(kāi)始浮出水面。
5年前，我們成立了SPARK項(xiàng)目，通過(guò)讓成千上萬(wàn)的自閉癥患者及其家庭參與其中，利用大數(shù)據(jù)的力量推動(dòng)了這一疾病的研究。參與的人越多，數(shù)據(jù)集中的信息就會(huì)變得越豐富和深入，從而促進(jìn)研究的發(fā)展。我們將能更加了解和疾病相干的生物學(xué)和行為學(xué)知識(shí)，以開(kāi)發(fā)出更精準(zhǔn)的方法來(lái)解決和疾病相關(guān)的醫(yī)學(xué)和行為問(wèn)題。


圖片來(lái)源：Spark for Autism
SPARK項(xiàng)目是世界上迄今為止最大的自閉癥研究項(xiàng)目，有超過(guò)25萬(wàn)名參與者。其中超過(guò)10萬(wàn)人通過(guò)在試管內(nèi)留存唾液的方式，提供了自己的DNA樣本。在這一項(xiàng)目中，我們已經(jīng)鑒別并建立了一份基因組數(shù)據(jù)，并將其提供給符合要求的研究人員使用。此外，我們還分析了19000個(gè)基因，以尋找它們與自閉癥的可能關(guān)聯(lián)。我們正在與31所頂尖醫(yī)學(xué)院和自閉癥研究中心合作，幫助參與這一項(xiàng)目的成千上萬(wàn)的家庭登記加入近100項(xiàng)其它自閉癥研究中。
基因?qū)W研究顯示，我們通常說(shuō)的自閉癥，實(shí)際上是成百上千種疾病的總稱(chēng)。在成年人與兒童中，這些疾病的癥狀差別很大。在這個(gè)疾病范圍內(nèi)，患者會(huì)有著一些共同的核心癥狀，都存在社會(huì)互動(dòng)、興趣狹窄和行為等方面的問(wèn)題。
我們現(xiàn)在知道，基因在這些“自閉癥”成因中起到了核心作用。自閉癥的出現(xiàn)是基因變化和其他因素例如產(chǎn)前因素等共同作用的結(jié)果。迄今為止，一些基于數(shù)據(jù)科學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的研究已經(jīng)識(shí)別出約150種與自閉癥相關(guān)的基因，但顯示可能有500種和疾病相關(guān)的基因或更多。在具有相似遺傳差異的個(gè)體中發(fā)現(xiàn)更多的致病基因和共性，對(duì)推進(jìn)自閉癥研究和開(kāi)發(fā)更好的治療與支持方案至關(guān)重要。從本質(zhì)來(lái)看，我們將能借鑒腫瘤學(xué)家基于一些基因特征治療某些類(lèi)型的癌癥的方法，并利用一些靶向治療策略來(lái)幫助自閉癥患者。


大數(shù)據(jù)。圖片來(lái)源：Pixabay
但是，為了更快地得到答案并確認(rèn)這些結(jié)果，我們和研究伙伴需要一個(gè)巨大的樣本庫(kù)：一個(gè)“更大的數(shù)據(jù)庫(kù)”。為了確保獲得一個(gè)準(zhǔn)確的、包括所有主要遺傳因素的詳細(xì)目錄，并了解不同的遺傳變異是否及如何導(dǎo)致自閉癥行為，我們需要一個(gè)最大型和最多樣化的參與者群體。
我們從自閉癥患者及其家屬那里收集到的基因、醫(yī)療和行為數(shù)據(jù)非常詳細(xì)，可以供許多不同的研究人員使用。一些有才能的科學(xué)家或許會(huì)因?yàn)槟苁褂秘S富的數(shù)據(jù)集，加入自閉癥研究領(lǐng)域，他們或能開(kāi)發(fā)出新方法來(lái)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律，更好地預(yù)測(cè)出一些相關(guān)的行為和醫(yī)學(xué)問(wèn)題，進(jìn)而找到更有效的支持與治療方法。
基因研究能為這一疾病的預(yù)后提供了一些答案和見(jiàn)解。例如，在SPARK項(xiàng)目中，一個(gè)患者由于家族基因的影響缺乏語(yǔ)言表達(dá)能力，但他能理解語(yǔ)言。有了這些信息助力，醫(yī)療團(tuán)隊(duì)為這個(gè)孩子提供了一個(gè)輔助設(shè)備，以減少孩子因無(wú)法表達(dá)自我而產(chǎn)生的憤怒。一名成年人在11歲的時(shí)候被診斷為患有一種自閉癥（過(guò)去叫做阿斯伯格綜合征），她最近才得知，她患自閉癥的是因?yàn)榫哂蠯MT2C基因綜合征，這是一種由KMT2C基因變化引發(fā)的罕見(jiàn)遺傳病。
考慮到與自閉癥相關(guān)的一些遺傳綜合癥也有致癌風(fēng)險(xiǎn)，這些基因結(jié)果顯得尤其重要。我們已經(jīng)將基因檢測(cè)結(jié)果反饋給有PTEN突變的家庭，具有這個(gè)基因突變的人患乳腺癌、甲狀腺癌、腎癌和子宮癌的風(fēng)險(xiǎn)較高。這個(gè)基因診斷結(jié)果也意味著他們現(xiàn)在可以更早、更頻繁地篩查特定癌癥。
除此之外，我們已經(jīng)確定了那些可治療的自閉癥的遺傳原因。通過(guò)全外顯子測(cè)序，我們發(fā)現(xiàn)了一例在新生兒篩查中遺漏的苯丙酮尿癥（PKU）病例。這種遺傳疾病會(huì)導(dǎo)致血液中氨基酸的積累，進(jìn)而導(dǎo)致行為和運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，以及癲癇發(fā)作和發(fā)育性殘疾。得知這個(gè)信息以后，這個(gè)家庭開(kāi)始通過(guò)特殊食譜（包括低含量的苯丙氨酸）幫助他們的孩子治療疾病。
如今，這些自閉癥影響的家庭貢獻(xiàn)出了自己的一部分去幫助研究人員理解自閉癥的復(fù)雜性?，F(xiàn)在我可以告訴約10%的父母，是什么基因變化導(dǎo)致了他們孩子患上自閉癥。
這個(gè)大數(shù)據(jù)中含有每個(gè)患者以及其受自閉癥影響的完整記錄，這將幫助我們找到許多我們正在尋求的答案。通過(guò)對(duì)豐富數(shù)據(jù)的復(fù)雜分析，我們獲得了更好的遺傳學(xué)見(jiàn)解，這將有助于通過(guò)早期干預(yù)、輔助交流、量身定制的教育及有朝一日可以實(shí)現(xiàn)的基因療法，為患者個(gè)體（兒童和成人）提供支持手段。我們努力讓每個(gè)自閉癥患者成為最好的自己。
撰文：Wendy Chung（醫(yī)學(xué)博士、哲學(xué)博士）是SPARK(西蒙斯基金會(huì)為知識(shí)推動(dòng)自閉癥研究)的首席研究員；哥倫比亞大學(xué)瓦格洛斯內(nèi)科和外科學(xué)院的肯尼迪家族兒科和醫(yī)學(xué)教授；紐約長(zhǎng)老會(huì)/哥倫比亞大學(xué)歐文醫(yī)學(xué)中心的臨床和分子遺傳學(xué)家兼醫(yī)生。2020年，她當(dāng)選為國(guó)家醫(yī)學(xué)科學(xué)院的成員。
翻譯：魏書(shū)豪
審校：郭曉
引進(jìn)來(lái)源：科學(xué)美國(guó)人


關(guān)注【深圳科普】微信公眾號(hào)，在對(duì)話(huà)框：
回復(fù)【最新活動(dòng)】，了解近期科普活動(dòng)
回復(fù)【科普行】，了解最新深圳科普行活動(dòng)
回復(fù)【研學(xué)營(yíng)】，了解最新科普研學(xué)營(yíng)
回復(fù)【科普課堂】，了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書(shū)籍】，了解最新科普書(shū)籍
回復(fù)【團(tuán)體定制】，了解最新團(tuán)體定制活動(dòng)
回復(fù)【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥(niǎo)知識(shí)】，學(xué)習(xí)觀鳥(niǎo)相關(guān)科普知識(shí)
回復(fù)【博物學(xué)院】，了解更多博物學(xué)院活動(dòng)詳情
?