综述：一生中智力 / 发育障碍的 DNA 甲基化生物标志物

这篇综述聚焦于智力 / 发育障碍（IDD）的 DNA 甲基化生物标志物。阐述了其在疾病诊断、理解病因、临床试验等方面的作用，探讨了影响 DNA 甲基化模式的因素，还展望了未来应用及面临的伦理问题，为相关研究提供重要参考。

　　

引言

在生命科学领域，智力 / 发育障碍（Intellectual/Developmental Disability，IDD）一直是研究的重点。近几十年来，随着人类基因组测序完成，在理解 IDD 遗传基础方面取得了显著进展，通过全外显子和全基因组测序，已鉴定出超 1500 个 IDD 相关基因 。然而，仅依靠基因检测存在局限性，许多 IDD 病因复杂，涉及多个基因的遗传和散发变异，以及基因与环境在不同生命阶段的相互作用。因此，探寻新的生物标志物迫在眉睫。

DNA 甲基化与生物标志物概述

表观遗传学（Epigenetics）是指在不改变 DNA 序列的情况下，对核苷酸或染色质进行修饰，从而影响基因表达和表型的机制 。DNA 甲基化作为表观遗传学的重要组成部分，是在 DNA 甲基转移酶的作用下，将甲基基团添加到特定的 DNA 区域（如 CpG 位点）。它在基因表达调控中起着关键作用，就像给基因加上了一把 “开关锁”，决定基因是否表达以及表达的程度。

生物标志物（Biomarker）是用于衡量正常生物过程、致病过程或对暴露、干预（包括治疗干预）反应的特征指标。DNA 甲基化生物标志物通过全基因组方法（如微阵列和基于测序的方法）来识别，特定的 DNA 甲基化差异组合形成的 “表观遗传特征（Epigenetic signature）”，可用于区分 IDD 和正常发育的样本。

影响 DNA 甲基化模式的因素

1. 细胞和组织特异性：许多 DNA 甲基化模式具有细胞和组织特异性，这一特性有利有弊。一方面，可利用细胞类型特异性的 DNA 甲基化位点作为 “条形码”，识别组织中细胞类型的比例；另一方面，寻找影响大脑的疾病（如 IDD）的表观遗传生物标志物时，在血液或其他外周组织中可能难以识别。不过，研究发现血液、胎盘等 “替代” 组织能反映大脑中发生的表观遗传变化。
2. 年龄：年龄对 DNA 甲基化模式影响重大，由此催生了 “表观遗传时钟（Epigenetic clock）” 这一研究领域。通过比较表观遗传年龄和实际年龄，可计算加速衰老程度。成人的表观遗传时钟能预测晚年全因死亡率，而新生儿脐带血和胎盘的表观遗传年龄计算器也已开发出来。孕期不良环境会导致表观遗传年龄减速，成年后表观遗传年龄加速与认知处理速度下降有关。
3. 性别：性别也是影响 DNA 甲基化的重要因素。由于女性 X 染色体失活，以及性别对常染色体位点表观遗传标记的影响，在研究神经发育障碍（如 IDD）时，性别差异不容忽视。例如，大多数基于阵列的全基因组关联研究（Epigenome-Wide Association Study，EWAS）分析时若简单排除性染色体，会遗漏重要信息，因为 X 染色体富含在神经系统表达且与 IDD 相关的基因。

DNA 甲基化特征在遗传综合征性 IDD 中的临床应用

1. 基因差异对 DNA 甲基化特征的影响：基因差异可在顺式（cis）和反式（trans）方向影响 DNA 甲基化特征。顺式效应包括直接改变 CpG 位点的变异或影响相邻基因的甲基化数量性状位点（mQTL）；反式效应则体现在多种综合征性 IDD 在血液 DNA 中呈现出全基因组范围的表观遗传特征。
2. EpiSign 的应用：利用 DNA 甲基化特征识别和表征综合征性 IDD 的 EpiSign 技术，正成为临床遗传学的新兴方向。它可对全外显子测序的不确定结果进行后续分析，帮助判断基因变异（Variant of Unknown Significance，VUS）的致病性。例如，在特定队列中，部分有 VUS 发现的患者样本经 EpiSign 检测呈现阳性结果 。
3. 不同类型 IDD 的表观遗传特征：许多具有明确表观基因组特征的 IDD 综合征被归类为 “染色质病（Chromatinopathies）”，如 Kabuki 综合征、α - 地中海贫血 / 智力障碍综合征等，其 DNA 甲基化特征有助于对 VUS 进行分类。此外，非整倍体（如唐氏综合征）和拷贝数变异（Copy Number Variant，CNV）相关的 IDD 也有独特的表观遗传特征，可用于基因型 - 表型相关性研究。

与 IDD 相关的环境暴露的表观遗传生物标志物

环境暴露涵盖化学、物理、生物、社会经济、生活方式和心理等多方面因素，这些因素构成了 “暴露组（Exposome）” 。研究环境暴露对 IDD 风险的影响面临诸多挑战，如疾病诊断后难以测量暴露情况，且个体对相同暴露的反应存在差异。

不过，已有研究发现多种环境暴露与 IDD 相关。例如，孕期母亲吸烟会导致新生儿特定基因的 DNA 甲基化改变，其中 DLGAP2 基因与 IDD 和自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder，ASD）相关；孕期补充叶酸可降低神经管缺陷和 ASD 风险，其与新生儿血液中多个基因的 DNA 甲基化差异有关；孕期铅暴露也会影响新生儿脐带血的 DNA 甲基化，GPR155 基因在相关研究中被多次提及 。

与 IDD 相关的基因 - 环境相互作用的表观遗传生物标志物

基因 - 环境相互作用（Gene by Environment Interaction，GxE）指特定暴露对不同基因型个体疾病风险的影响不同，或特定基因型在不同环境暴露下对疾病风险的影响不同。DNA 甲基化研究可评估 GxE 对新生儿 DNA 甲基化模式变异的影响。

以 15q11 - q13 重复综合征（Dup15q）为例，该综合征与 ASD 相关，且环境因素（如多氯联苯 PCB 95 暴露）会影响其 DNA 甲基化特征。研究发现，Dup15q 综合征患者大脑中与神经元突触功能相关的基因在 PCB 95 暴露下出现低甲基化 。此外，孕期维生素使用（叶酸补充）与胎盘 DNA 甲基化及 ASD 风险也存在关联，表明简单的饮食干预可能影响 ASD 的遗传易感性。

表观遗传生物标志物的未来方向：机遇与挑战

1. 技术发展与应用前景：随着 DNA 测序成本降低和计算流程改进，基于测序的技术有望取代基于杂交的阵列技术。多种替代 DNA 来源（如无细胞 DNA、胎盘、脐带血、新生儿血斑、乳牙等）可用于监测与大脑健康相关的 DNA 甲基化模式，在孕期检测、新生儿筛查、儿童和成人健康监测等方面具有广阔应用前景。
2. 伦理考量：尽管表观遗传生物标志物前景光明，但广泛应用也带来伦理问题。例如，孕期 DNA 甲基化检测可能导致假阳性结果，给父母带来压力，甚至引发终止妊娠；强调生活方式因素对 DNA 甲基化的影响，可能使个体因表观遗传生物标志物反映的生活方式因素而遭受指责或污名化。

结论

近期对人类 IDD 队列的 DNA 甲基化研究表明，表观遗传标记在开发未来生物标志物方面极具潜力。表观遗传生物标志物有望减少 IDD（包括 ASD）的诊断差异，监测治疗干预效果，为改善 IDD 患者生活质量提供重要支持。不过，在应用过程中，需谨慎权衡技术发展带来的机遇与伦理挑战，确保其合理、安全应用。