Autism spectrum disorders (ASDs) характеризуют индивидов с постоянным дефицитом общения и социального взаимодействия и повторяющимися ограниченными способами поведения и/или интересами. Существует широкая изменчивость внутри 'спектра'; затронутые индивиды могут обладать средними умственными способностями или от средней до тяжелой умственной отсталости. Диагностика описательна без учета подлежащей патологии. Описанный впервые, аутизм рассматривался как психиатрическое нарушение, вызываемое родительским отчуждением. Однако связь аутизма с умственной отсталостью и судорогами указывала на онтогенетические нарушения головного мозга от 'органических' причин. Сегодня ASDs рассматриваются как генетически обусловленные нарушения развития нервной системы, многочисленные доказательства подчеркивают дисфункцию на уровне синапсов. Существует значительная генетическая гетерогенность вообще-то с сотнями генетических вариантов. Доказательства подчеркивают роль редких (менее 1% популяционной частоты) вариантов.

Доказательства генетических основ ASDs не будут представлены здесь; см. др. обзоры [1, 2]. Здесь мы сфокусируемся на аспектах более близких к клинике. Отсутствуют генетические варианты, которые были бы ассоциированы исключительно с ASDs; гены кандидаты также сопричастны к умственной отсталости, эпилепсии и психиатрическим состояниям, указывая на общие биологические пути.

Genetic testing

Подсчитано, что специфическая генетическая этиология может быть определена у более 15% индивидов с ASDs [3]. Литература относительно 'диагностического урожая' генетического тестирования у ASD пациентов, однако, страдает от чрезвычайной изменчивости в размерах выборок, используемых критериев и типа генетического тестирования. Несмотря на это, возникает несколько тем: наиболее последовательно описываемыми нарушениями одиночного гена, ассоциированными с ASDs (~5% случаев) являются синдром ломкой X, Rett синдром, tuberous sclerosis и PTEN мутации; наиболее распространенные микроскопически видимые хромосомные аномалии (в целом дают ~2-5%) представлены анеуплоидией половых хромосом и различными крупными делециями и дупликациями; наиболее последовательно описываемые субмикроскопические аномалии хромосом (в целом дающие ~10-20%) это повторяющиеся copy number variants (CNVs) в 16p11.2, 15q11-13, 22q11.2, а также всё увеличивающееся количество редких de novo CNVs.

Метаболические исследования дают низкий урожай (менее 1%) у пробандов с идиопатической ASD [4, 5], но м. учитываться всвете возможого лечения и высокого recurrence risk (RR).

Основным клиническим подходом (Fig. 1) согласно истории, является определение, имеет ли индивид 'весьма существенный' или 'не синдромный' ASD, или 'ASD plus' (также обозначаемый как синдромный или сложный ASD). Индивиды с не синдромным аутизмом в целом лишены дисморфий, здоровые (помимо общей болезненности, связанной с ASDs; see Table 1), с нормальным ростом и нейрологическими тестами и не имеют врожденных аномалий. Эта группа объясняет 75% детей с ASDs [6]. Оставшиеся 25% имеют 'ASD plus' (see Table 2). Этот подход служит для сужения возможного генетического диагноза, базирующегося на клинических признаках. Table 3 демонстрирует некоторые примеры значения ухода за индивидами с таким диагнозом.

Figure 1. Flow chart depicting clinical approach to genetic investigation for individuals with autism spectrum disorders (ASDs).

Testing for 'ASD-plus'

Подход для тестирования индивидов с ASD-plus тот же самый, что и для любого пациента по оценке клинической генетикой нарушений развития нервной системы. Оценка хромосомного микромассива обычно гарантирована в виде одиночной или мультигенной панели тестирования, если они доступны для подозреваемого диагноза. ASDs могут быть распознаны как часть клинического спектра (напр., при tuberous sclerosis, Timothy syndrome и CHARGE syndrome), но учитывая высокий показатель ASDs в генеральной популяции (~1%), ассоциация может оказаться случайной. Напр., недавно диагностирован ребенок с синдромом Beckwith-Weidemann, исходя из его продвинутых параметров роста, хотя он и был направлен для оценки как ASD.

Testing strategy for 'non-syndromic' ASDs

Рекомендации по генетическому тестированию детей с не синдромальными ASDs опубликованы [7-9]. Наиболее настойчиво рекомендуются проверка хромосомных микромассивов и ломкой X (у обоих полов) и тестирование MeCP2 (только у женского пола). Анализ мутаций PTEN д. проводиться у индивидов с абсолютной макроэнцефалией.

Chromosomal microarray

Анализ хромосомных микромассивов с его способностью выявлять субмикроскопические CNVs, сегодня рекомендуется в первую очередь для клинического тестирования ASDs [10-12]. Крупные, редкие и de novo CNVs наиболее распространены у индивидов с аутизмом по сравнению с контролем [13-16]. CNVs, обычно описываемые у пробандов с ASD, обсуждаются ниже; большинство также присутствуют в контроле, хотя и со значительно более низкой частотой. Каждое является редким (обнаруживается у =1% пробандов), и часто наследуется от родителей, которые считаются 'незатронутыми'; однако детальная информация о фенотипах родителей публикуется редко. Эти повторяющиеся CNVs не полностью пенетрантны для ASDs, и могут быть ассоциированы с др. нейро-онтогенетическими нарушениями, такими как умственная отсталость, психиатрические отклонения, нарушения дефицита внимания и гиперактивности или эпилепсия. Отсутствуют специфические дисморфические синдромы, ассоциированные с этими CNVs (хотя дисморфические признаки могут присутствовать), что делает анализ хромосом важным для диагностики

15q11-13 duplication

Наиболее частой находкой в G-banded кариотипе пациентов с ASDs является лишняя изодицентрическая хромосома 15 (idic 15), которая содержит одну или две излишние копии гена SNRPN. Она обычно происходит от материнского гомолога, если ассоциирует с ASDs и умственной отсталостью [17]. Геномные исследования постоянно обнаруживают интерстициальные дупликации этого региона 15q11-q13 у ~1% индивидов с аутизмом и с нормальным кариотипом, подтверждая значение увеличения дозы этого региона для ASD.

Трипликации 15q11-q13 ассоциируют с неспецифическими или отсутствием дисморфических признаков, а врожденные уродства редки [18]. Эти индивиды имеют от слабой до тяжелой умственную отсталость, эпилепсию (иногда не поддающуюся), гипотонию и моторную задержку. Речь нарушена или отсутствует у большинства. Интерстициальные дупликации, напротив, характеризуются широкой изменчивостью и менее тяжелой клинической картиной [19].

16p11.2 CNVs

Повторяющиеся CNVs в 16p11.2 присутствуют у 1% пациентов с ASDs. Они также обнаруживаются с низкими частотами при изучении шизофрении (особенно дупликации [20]) и идиопатическая задержка развития с или без врожденных аномалий (особенно делеции [21]). Как и в случае др. повторяющихся CNVs при ASD, фенотип вариабелен, а пенетрантность неполная. Делеции наиболее часты de novo по сравнению с дупликациями. Пробанды с делецией часто обнаруживают умственную отсталость (обычно слабую), со специфическими затруднениями выразительности речи и пока неопределенно охарактеризованными поведенческими проявлениями [22]. Индивиды с делециями обнаруживают тенденцию к избыточному росту в средине детского возраста и имеют относительную или абсолютную макроцефалию [21], тогда как носители дупликации обнаруживают тенденцию к недостаточному весу из-за поведения ограниченного приема пищи и имеют меньшую окружность головы, чем ожидается для их размера тела [23].

22q11.2 CNVs

Делеции 22q11.2, как известно, увеличивают риск психиатрических и неро-онтогенетических нарушений в дополнение к врожденным аномалиям. Такая делеция обусловливает 20-кратное увеличение риска шизофрении и 60% риска др. психиатрических нарушений [24], и 20-50% носителей имеют признаки аутизма [25]. Реципрокная дупликация почти столь же распространена как и делеция у ASD пробандов, и описано одновременное существование ASD с дупликацией 22q11.2 [26] и подтверждено с помощью case-control анализа [27]. Дупликации были ассоциированы с широким рангом клинических проявлений [28]. Они не участвуют специфически в психиатрических болезнях помимо казуистических сообщений.

7q11.23 duplication

Williams-Beuren syndrome (WBS) вызывается делецией региона в 1.5 Mb в 7q11.23. Реципрокная дупликация этого региона впервые описана в 2005 [29], и обнаруживается приблизительно у 0.2% пробандов с ASDs [16]. Затем были опубликованы клинические детали для группы в 24 индивидов, большинство выявлено из-за задержки развития [30, 31]. Некоторые соотв. фенотипы обнаруживают тенденции: носители дупликации могут иметь короткий фильтр и тонкие губы (в противовес длинному фильтру и полным губам при WBS) [32]. В противоположность WBS, который характеризуется относительно сильными разговорными навыками и социальной общительностью с бедными зрительно-пространственными навыками, индивиды с реципрокной дупликацией в основном обнаруживают противоположные признаки. В 40% описанных дупликаций поведенческие признаки соответствуют таковым при ASD.

1q21.1 CNVs

Повторяющиеся делеции в 1.35-Mb в 1q21.2 ассоциируют с задержкой развития, дисморфическими признаками, сердечными аномалиями, эпилепсией, нарушениями обучения и шизофренией [33-36]. Делеции и дупликации в этом локусе встречаются с частотой ASD в 0.2% [2]. Общим признаком делеции является микроцефалия (50%); легкая умственная отсталость (30%); легкие дисморфические признаки на лице, аномалии глаз и поведенческие проявления, включая аутизм. Описано меньше пациентов с дупликацией; общие находки включают относительную макроцефалию, выступающие лобные бугры, гипертелоризм, задержку развития, умственную отсталость и признаки аутизма. Делеция или дупликация может наследоваться от родителей без клинических проявлений [33, 34].

Fragile X testing

Тестирование ломкой X рекомендуется широко, поскольку этот состояние относительно распространено, при этом здоровье и воспроизводимые показатели для членов семьи, которые несут предмутационные аллели. Аутизм длительное время распознавался как часть клинического спектра синдрома ломкой Х [37]. Превалирование синдрома ломкой X среди индивидов с ASDs составляет 1.5-3%; доля ASDs среди лиц мужского пола с синдромом ломкой X составляет от 18% до 67%, тогда как у женщин 10-23% [38-41]. Поскольку дети, не достигшие половозрелого возраста, с синдромом ломкой X могут не обнаруживать типичных физических проявлений синдрома (таких как удлиненное лицо, большие уши и макро-орхридизм), то важным правилом является обследование всех детей с задержкой развития независимо от пола. Мозаицизм в отношении увеличенных повторов или метилирования промотора может приводить к более умеренному фенотипу, так что даже дети с относительно слабыми проявлениями нарушений и аутистических признаков д. быть протестированы [42, 43].

MeCP2

Тестирование мутаций MeCP2 рекомендуется для всех девочек с ASDs и общей задержкой развития, особенно в присутствии признаков синдрома Rett.

Благодаря его обнаружению в качестве причинного гена у 80% девочек с синдромом Rett [44], MECP2, как полагают, играет важную роль и в патогенезе ASD. Rett синдром рассматривается как самостоятельный субтип ASD в Diagnostic and Statistical Manual (DSM) IV-TR (хотя DSM-5 удалил синдром Rett из этой категории), поскольку симптомы на самых ранних стадиях нарушения сходны с таковыми при идиопатическом аутизме. Отличительные признаки классического Rett синдрома включают частичную или полную потерю приобретенных целенаправленных навыков рук и устной речи, аномалии походки и постнатальное замедление роста головы [45]. Однако 0.8-1.3% семей с ASDs, но без признаков Rett синдрома, тем не менее имеют мутацию в MECP2 [8]. Такие девочки могут со временем могут начать удовлетворять клиническим диагностическим критериям классического или атипичного Rett синдрома, но большинство не обнаруживает этого [46].

Доказательства не подтверждают роли мутаций MECP2 у мальчиков с идиопатическими ASDs [47, 48]. Инактивирующие мутации MECP2, ассоциированные с синдромом Rett у девочек случайно обнаруживаются у мальчиков с ранним началом энцефалопатии, они характеризуются минимальным онтогенетическим прогрессом и ранней гибелью, обычно от аспирационной пневмонии [49]. Варианты последовательностей в консервативных нуклеотидах в 3'UTR в MECP2 были выявлены у мальчиков с идиопатическими ASDs, но патогенетичность этих вариантов неясна [50, 51]. Мальчиков с аутизмом с тяжелой intellectual disability (ID), гипотонией туловища и прогрессирующей спастичностью необходимо проверять на дупликацию MECP2 для дифференциальной диагностики [52].

PTEN

Все индивиды с ASD, имеющие окружность головы более 3 стандартных отклонений от средней для соотв. возраста, д. анализироваться на присутствие мутации в PTEN. Несмотря на редкую встречаемость имеется возможность при этом предупредить рак у пробандов и возможно у др. членов семьи. Мутации в гене супрессора опухолей PTEN вызывают целый спектр перекрывающихся фенотипов. Cowden синдром это заболевание с началом у взрослых, характеризующееся опухолями щитовидной железы, молочных желез и эндометрия и характерных находок на коже. Bannayan-Riley-Ruvalcaba syndrome (BRRS) представлен задержкой развития с или без аутистических признаков, макросомией, кишечным hamartomatous полипозом и кожными проявлениями (пигментированные генитальные макулы и липомы). Оба нарушения имеют абсолютную макроцефалию. Оба фенотипа могут присутствовать в одной и той же семье и даже у одного того же индивида [53]. PTEN мутации обнаруживаются, по крайней мере, в 1% у индивидов с ASD и макроцефалией [5, 54, 55]. В целом макроцефалия чрезмерна (более 3 стандартных отклонений от средней), и др. признаки BRRS и/или Cowden синдрома могут или нет присутствовать при диагнозе. Долговременные проспективные исследования необходимы, чтобы определить пропорцию индивидов с аутизмом с мутациями в PTEN, у которых в конечном итоге будут возникать опухоли. Это заболевание является аутосомно доминантным, поэтому родители и родственники д. тестироваться и регулярно обследоваться на наличие раковых опухолей, если несут мутацию.

Metabolic screening for inborn errors of metabolism

ASDs не указывают сами по себе на врожденные ошибки метаболизма; однако любые признаки в истории или при физической проверке, которые вызывают подозрение на определенные метаболические заболевания - особенно на излечимые - д. избирательно проверяться. Некоторые известные примеры следует держать в уме, включая не диагностированную фенилкетонурию, синдром Sanfilippo, синдром Smith-Lemli-Opitz и дефицит adenylosuccinate lyase.

Genetic counseling for ASD recurrence risk

Родители детей с ASDs в целом уверены, что их последующие дети имеют повышенный риск стать 'on the spectrum', но величина этого риска часто преувеличивается или занижена [56-58]. Генетические услуги в этих семьях используются недостаточно: недавние исследования показали, что только 20% семей рассмотрены генетиками профессионалами, тогда как более 90% из них задаются вопросом, могут ли они верить таким рекомендациям [58, 59]. Даже родители из полных семей могут извлечь пользу из генетических оценок в качестве дополнительной информации и перестраховки.

Чтобы предоставить семье аккуратный recurrence risk (RR) по ASDs, необходимо попытаться поставить точный генетический анализ у пробанда, используя стратегии тестирования, упомянутые выше. Ниже обсудим некоторые сложности генетического консультирования при ASDs.

When all testing in the proband is negative or inconclusive

When all testing in the proband is negative or inconclusive If no apparent genetic cause is identified in the proband - as is the case presently for the majority with ASDs - the RR is extrapolated from empirical studies. Retrospective family studies published prior to the late 1990s estimated the RR for a couple with one autistic child to be 3-10% [60, 61]. However, older studies are limited by small sample sizes and biases related to ascertainment, reporting, and stoppage factors (the tendency to choose not to have more children when an affected child is identified in the family). Because the diagnostic criteria for ASDs have broadened over time, they may have missed counting siblings with milder forms. A recent large (n?=?664), longitudinal, prospective study of high-risk infants (younger siblings of probands with ASD) has shown that the RR is higher than previously estimated, as 18.7% of 'baby sibs' were ultimately diagnosed with an ASD [62]. The RR did not change with the severity of ASD symptoms or with the sex of the proband. The sex of the next child, however, does impact on RR, as males are consistently at higher risk for ASDs. When two siblings in one family are affected with ASD, the RR for younger sibs increased to 32.2%, which is consistent with older estimates of 25-35% [61, 63]. The incidence of ASDs among the offspring of individuals themselves on the spectrum is unknown, but our anecdotal experience suggests that the risk is probably higher than for siblings. Likewise, no data exists on the RR to half-siblings or third-degree relatives, although it is generally accepted that the RR falls off dramatically with more distant family relationships.

When a de novo pathogenic mutation or CNV is found in the proband

In such cases, the RR is typically quoted as 1%, taking into account the rare cases of gonadal mosaicism in one of the parents, or the possibility that one parent carries a chromosomal rearrangement that predisposes to the CNV, with much higher RR. For example, we reported two siblings with ASDs who were found to have identical 'de novo' 1p21.1 deletions; the mother was subsequently found to carry the deletion at 1p21.1, with the deleted material inserted into another chromosome [64].

When an ASD 'risk variant' with incomplete penetrance is found in the proband

One of the most difficult scenarios for genetic counseling currently is attempting to give accurate RR figures when chromosomal microarray (CMA) done on the proband reveals a CNV known to demonstrate incomplete penetrance and/or variable expressivity. A common scenario is a child with ASD found to have a duplication of 16p11.2, inherited from an unaffected parent. Arguably, the CNV may not be the sole cause of this child's autism, but having the CNV increases the chances of ASD by an indeterminate amount. The actual risk is likely to depend on the precise combination of other genetic variants, some de novo and some inherited, and possibly environmental exposures. Knowing just one of these factors (in this case, the CNV) is not enough to accurately predict the risk to this couple's future children of developing ASD. The issue of prenatal diagnosis in the next pregnancy is, therefore, a difficult one. If, on the other hand, the CNV is de novo, the RR of the CNV itself is less than 1%, but the RR for ASDs is not currently predictable. Until more expansive genotype-phenotype studies are conducted, empirically derived RR figures (i.e. ~15-20% for simplex families) should be considered the minimum RR regardless of risk variants found on microarray.

Occasionally, the outcome of testing reveals a genetic condition in the proband (e.g. 47,XXY); however, it is important to not 'explain away' the autism as part of the genetic condition. These conditions may confer an elevated risk of ASDs compared to the general population, but the possibility of co-existing susceptibility factors (such as mutations in other risk genes) should be considered. In these families, the RR estimate for ASDs may be closer to the empiric RR than to the condition-specific one.

Parents frequently ask whether a particular exposure during pregnancy or infancy caused or contributed to the child's autism. Evidence does not demonstrate that any single environmental exposure contributes a significant role (>1%) in causing autism. It is likely that any cause of abnormal brain development or early brain damage has the potential to contribute to ASDs and other neurodevelopmental phenotypes, with the ultimate outcome dependent heavily on genetic background.

The future of genetic testing for ASDs

Сегодня генетическое тестирование на ASDs ограничено исключением известных генетических состояний и скринингом генома на редкие CNVs, которые обусловливают риски неизвестной величины. Исследования с использованием секвенирования следующего поколения, чтобы идентифицировать новые гены кандидаты для ASDs начинают появляться. Преобладающим подходом является идентификация мутаций de novo в белок-кодирующих генах (экзоме), которые предсказываются повреждениями у ASD пробандов и отсутствуют у контрольных субъектов. Из 776 индивидуальных секвенированных экзомов [65-68], ASD пробанды имели больше мутаций de novo в белок-кодирующих генах и больше мутаций было потенциально вредными, чем в контроле (siblings). Немного повторяющихся одиночных генов кандидатов выявлено пока, что подтверждает полигенную модель ASDs. Некоторые авт. подсчитали общее количество генов, принимающих участие в ASD порядка сотен, каждый с варьирующим эффектом [67]. Ниже мы отметим только горстку таких генов, которые могут быть наиболее важными для ASDs.

PTCHD1 locus

Делеции в X-сцепленном гене PTCHD1 и вышестоящей PTCHD1AS1 некодирующей РНК могут быть ассоциированы с умственной задержкой с или без ASD [14, 69]. Делеция в 167-kb, распространяющаяся на экзон 1, описана у двух братьев с ASD [13], и впоследствии была найдена делеция всего гена в X-сцепленной родословной с тремя лицами мужского пола с умственной отсталостью и несвязанной с мужчинами ID и дисморфическими признаками [69]. Делеции этого локуса не были описаны у контрольных мужчин, но наблюдались у женщин. Missense мутации в PTCHD1 также были описаны у 6/900 пробандов с ASD и у 2/224 мальчиков с ID, при этом 6/8 из этих мутаций сегрегировали в семье с фенотипом [69].

Neurexins

Neurexins являются молекулами клеточной адгезии, которые соединяют пресинаптические и постсинаптические нейроны и обеспечивают передачу сигналов через синапсы [70], что делает их привлекательными генами кандидатами для ASD. Делеции экзонов, затрагивающие NRXN1 (at 2p16.3) были обнаружены у 0.4% пробандов с ASD, и редко в контроле при крупномасштабном геномном скрининге [2]. Описаны случаи аутизма пробандов с нарушениями в локусе NRXN1 выявляющие разные фенотипы, включая классический аутизм, синдром Asperger, 'social difficulties', беспокойство, ADHD, нарушения речи, и неспецифические дисморфические признаки [71-74]. Делеции и дупликации NRXN1 также описаны в ассоциации с шизофренией, при достоверном избытке делеций [75-79]. Как при аутизме, шизофрения не имеет универсального проявления, т.к. NRXN1 CNVs случайно обнаруживаются у незатронутых родственников. Нарушения др. neurexin генов редко ассоциируют с ASDs или родственными нарушениями [80, 81].

SHANK genes

SHANK белки являются компонентами постсинаптических уплотнений возбуждающих синапсов. Они служат в качестве 'каркасных' белков, которые взаимодействуют со многими др. белками, чтобы собрать сигнальные сети на синаптической мембране и облегчить созревание синапсов. Гены высоко консервативны у млекопитающих и широко экспрессируются в ЦНС. SHANK3 в 22q13 является одним из генов, делетированных при синдроме Phelan-McDermid, клинические характеристики которого включают ID с тяжело нарушенной речью и аутистическими признаками, по крайней мере, у 40% затронутых индивидов [82-85]. SHANK3 впервые был отмечен при идиопатической ASD, когда была открыта делеция de novo с точкой разрыва в интроне SHANK3 [86]. Секвенирование генов у ASD пробандов подтвердило, что de novo нарушения кодирующей последовательности могут вносить вклад в не синдромальные ASD [86-89]. SHANK2 был следующим сопричастным, когда были открыты делеции de novo у двух неродственных мальчиков пробандов с ASD [14]. Третий ген этого семейства, SHANK1, был обнаружен делетированным в семье со многими поколениями у 4-х мужчин с высоко функциональным аутизмом, при этом две женщины были носителями делеции. Мужчины с высоко функциональным аутизмом, не связанные с этой семьей также имели делецию SHANK1 [90]. Это указывает на то, что слабая степень ASD и ограниченная мужчинами экспрессия ассоциирует с гаплонедостаточностью по SHANK1.

Conclusions

The genetic testing and counseling approach to individuals with ASDs will continue to evolve as we learn more about the genetic factors involved and their relative contributions. There have been reports of applying panels of common single nucleotide polymorphisms (SNPs) to assess ASD risk [2, 91], but these approaches likely require more testing. With rapid emergence of whole-genome sequencing studies, which promises to capture the complete complement of genetic variation in a single experiment, there will be an explosion of new data leading to more comprehensive genotype and phenotype studies.

Autism spectrum disorder in the genetics clinic: a review MT Carter1, SW Scherer Clinical Genetics Volume 83, Issue 5, pages 399–407, May 2013

Autism spectrum disorder in the genetics clinic: a review
MT Carter1, SW Scherer
Clinical Genetics Volume 83, Issue 5, pages 399–407, May 2013