罕见遗传变异通过影响神经元生物学赋予ADHD高风险

《Nature》：Rare genetic variants confer a high risk of ADHD and implicate neuronal biology

本研究通过对8,895名ADHD患者和53,780名对照进行全外显子测序，首次鉴定出MAP1A、ANO8和ANK2三个罕见编码变异风险基因，发现其通过影响细胞骨架组织、突触功能和RNA加工等神经元生物学过程，显著增加ADHD风险。这些变异还与较低的社会经济地位、教育水平和智商评分相关，为理解ADHD的神经生物学机制提供了重要线索。研究成果发表于《Nature》。

　　

注意力缺陷多动障碍（ADHD）是一种常见的神经发育障碍，全球约5%的儿童和2.5%的成年人受其影响。这种疾病与一系列严重后果相关，包括物质使用障碍、事故、早逝、失业、犯罪和自杀等风险增加。尽管研究表明ADHD具有很高的遗传性，其双胞胎遗传力估计为77-88%，但此前的研究主要关注常见遗传变异，对罕见变异在ADHD中的作用了解甚少。

为了深入探索罕见遗传变异对ADHD的贡献，由丹麦奥胡斯大学Ditte Demontis和美国博德研究所Kasper Lage共同领导的研究团队开展了大规模全外显子测序研究。他们分析了来自丹麦iPSYCH队列的8,895名ADHD患者和53,780名对照个体的遗传数据，重点关注罕见编码变异的功能影响。

研究人员将罕见变异根据其对编码蛋白的功能影响进行分类：罕见蛋白质截短变异（rPTVs）、罕见严重损害错义变异（rSevereDMVs，MPC评分>3）和罕见中度损害错义变异（rModerateDMVs，2≤MPC评分≤3）。研究发现，在限制性基因（pLI≥0.9）中，rPTVs和rSevereDMVs（合称为I类变异）的负荷显著增加，而rModerateDMVs（II类变异）的负荷也有显著增加但效应较小。

通过基因负荷检验，研究团队鉴定出三个与ADHD显著相关的基因：MAP1A（P=1.02×10^-6，OR=13.31）、ANO8（P=1.90×10^-6，OR=15.31）和ANK2（P=2.72×10^-6，OR=5.55）。这些基因的罕见有害变异带来的风险远高于常见变异和拷贝数变异（CNVs）所观察到的风险。

研究还发现，携带这些罕见有害变异的ADHD患者在社会经济地位和教育水平方面表现更差。与没有这些变异的ADHD患者相比，携带一个或多个rPTVs的限制性基因变异的个体完成仅初级教育的可能性高出约5-7倍，社会经济地位低下的风险也显著增加。在德国临床样本中（n=962），每增加一个超罕见I类变异，智商（IQ）评分平均下降2.25分。

为了探索这些风险基因的生物学功能，研究人员通过免疫沉淀-质谱分析（IP-MS）技术构建了三个风险基因的蛋白互作网络（PPI）。结果显示，这些网络显著富集了与自闭症谱系障碍（ASD）、发育障碍（DDs）和精神分裂症相关的罕见变异风险基因，表明这些疾病可能共享某些神经发育过程的遗传基础。

进一步的分析发现，这三个风险基因的互作蛋白网络在细胞骨架组织、突触功能和RNA加工等生物学过程中显著富集。特别是MAP1A的PPI网络中，有37个和49个基因分别映射到突触前和突触后功能，表明突触功能障碍可能是ADHD的重要病理机制。

通过分析BrainSpan数据库中的基因表达数据，研究人员发现前20个ADHD风险基因在11个脑发育阶段中的表达显著高于平均水平。与仅在产前表达的常见变异风险基因不同，这些罕见变异风险基因在产前和产后脑发育阶段均有较高表达。特别是MAP1A在产后表达显著高于产前，而ANO8则相反。

利用单细胞疾病相关评分（scDRS）分析，研究团队发现罕见变异风险基因在多巴胺能神经元和GABA能神经元中表达显著富集。这一发现与常见ADHD风险变异的研究结果一致，支持了多巴胺系统在ADHD中的关键作用。

研究还探讨了罕见变异与常见变异的联合效应。结果显示，罕见变异与多基因风险评分（PGS）对ADHD风险具有加性效应。携带一个或多个I类变异的个体，其ADHD风险增加的程度相当于常见变异多基因风险负荷增加20%的效果。

在共病分析中，研究发现智力障碍（ID）与ADHD患者中整体罕见变异负荷增加相关，而其他精神共病（如自闭症、精神分裂症等）仅在与这些疾病相关的特定基因集中显示变异负荷增加。这表明ADHD的精神共病主要是由特定基因的罕见变异驱动，而非跨限制性基因的普遍负荷增加。

主要技术方法包括：大规模全外显子测序（iPSYCH队列和gnomAD数据库）；蛋白互作网络分析（免疫沉淀-质谱技术）；单细胞RNA测序和表达分析（BrainSpan数据库和人类iPS细胞衍生神经元模型）；基因负荷检验和遗传力估计；临床样本验证（德国和荷兰的持久性ADHD患者队列）。

研究结果部分显示，通过全外显子测序分析发现三个显著的ADHD风险基因，其蛋白互作网络富集于神经发育障碍风险基因。基因表达分析表明风险基因在脑发育各阶段均有高表达，特别是在多巴胺能和GABA能神经元中。临床关联分析发现罕见有害变异与较低的社会经济地位、教育水平和智商评分相关。共病分析提示不同精神障碍的遗传基础既有共享又有特异性。

本研究首次系统性地揭示了罕见编码变异在ADHD中的重要作用，鉴定了三个新的风险基因，并阐明了其通过影响神经元发育和突触功能致病的生物学机制。研究发现罕见变异与常见变异对ADHD风险具有加性效应，且罕见有害变异对患者的社会经济地位和认知功能有显著负面影响。这些发现不仅深化了我们对ADHD遗传架构的理解，也为开发新的治疗策略提供了重要靶点。研究结果支持ADHD是一种多基因障碍，其遗传成分影响特定认知领域，这一认识有助于促进针对ADHD个体的支持性措施和创新方法的开发，为他们创造更好的学习环境。