科學探秘：大數據如何揭開自閉症的秘密


基因的視覺藝術。圖片來源：Pixabay
20多年前，當我開始從事兒童遺傳學研究工作時，我經常會為患者和他們的家人提出的問題而沮喪，我無法回答許多關於患者為何會出現自閉症及未來情況的問題。他們的孩子出現特殊行為的原因是什麽？他們的孩子還會說話嗎？會有癲癇發作的症狀嗎？我所知道的是，科學研究正是為了解開自閉症中的關鍵謎團。這種異質性疾病影響了500多萬美國人，而目前還沒有被FDA批準的治療方案。如今，由於基因學研究的影響，這些問題的答案開始浮出水麵。
5年前，我們成立了SPARK項目，通過讓成千上萬的自閉症患者及其家庭參與其中，利用大數據的力量推動了這一疾病的研究。參與的人越多，數據集中的信息就會變得越豐富和深入，從而促進研究的發展。我們將能更加了解和疾病相幹的生物學和行為學星空体育官网入口网站，以開發出更精準的方法來解決和疾病相關的醫學和行為問題。


圖片來源：Spark for Autism
SPARK項目是世界上迄今為止最大的自閉症研究項目，有超過25萬名參與者。其中超過10萬人通過在試管內留存唾液的方式，提供了自己的DNA樣本。在這一項目中，我們已經鑒別並建立了一份基因組數據，並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個基因，以尋找它們與自閉症的可能關聯。我們正在與31所頂尖醫學院和自閉症研究中心合作，幫助參與這一項目的成千上萬的家庭登記加入近100項其它自閉症研究中。
基因學研究顯示，我們通常說的自閉症，實際上是成百上千種疾病的總稱。在成年人與兒童中，這些疾病的症狀差別很大。在這個疾病範圍內，患者會有著一些共同的核心症狀，都存在社會互動、興趣狹窄和行為等方麵的問題。
我們現在知道，基因在這些“自閉症”成因中起到了核心作用。自閉症的出現是基因變化和其他因素例如產前因素等共同作用的結果。迄今為止，一些基於數據科學和機器學習的研究已經識別出約150種與自閉症相關的基因，但顯示可能有500種和疾病相關的基因或更多。在具有相似遺傳差異的個體中發現更多的致病基因和共性，對推進自閉症研究和開發更好的治療與支持方案至關重要。從本質來看，我們將能借鑒腫瘤學家基於一些基因特征治療某些類型的癌症的方法，並利用一些靶向治療策略來幫助自閉症患者。


大數據。圖片來源：Pixabay
但是，為了更快地得到答案並確認這些結果，我們和研究夥伴需要一個巨大的樣本庫：一個“更大的數據庫”。為了確保獲得一個準確的、包括所有主要遺傳因素的詳細目錄，並了解不同的遺傳變異是否及如何導致自閉症行為，我們需要一個最大型和最多樣化的參與者群體。
我們從自閉症患者及其家屬那裏收集到的基因、醫療和行為數據非常詳細，可以供許多不同的研究人員使用。一些有才能的科學家或許會因為能使用豐富的數據集，加入自閉症研究領域，他們或能開發出新方法來發現數據中的規律，更好地預測出一些相關的行為和醫學問題，進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後提供了一些答案和見解。例如，在SPARK項目中，一個患者由於家族基因的影響缺乏語言表達能力，但他能理解語言。有了這些信息助力，醫療團隊為這個孩子提供了一個輔助設備，以減少孩子因無法表達自我而產生的憤怒。一名成年人在11歲的時候被診斷為患有一種自閉症（過去叫做阿斯伯格綜合征），她最近才得知，她患自閉症的是因為具有KMT2C基因綜合征，這是一種由KMT2C基因變化引發的罕見遺傳病。
考慮到與自閉症相關的一些遺傳綜合症也有致癌風險，這些基因結果顯得尤其重要。我們已經將基因檢測結果反饋給有PTEN突變的家庭，具有這個基因突變的人患乳腺癌、甲狀腺癌、腎癌和子宮癌的風險較高。這個基因診斷結果也意味著他們現在可以更早、更頻繁地篩查特定癌症。
除此之外，我們已經確定了那些可治療的自閉症的遺傳原因。通過全外顯子測序，我們發現了一例在新生兒篩查中遺漏的苯丙酮尿症（PKU）病例。這種遺傳疾病會導致血液中氨基酸的積累，進而導致行為和運動問題，以及癲癇發作和發育性殘疾。得知這個信息以後，這個家庭開始通過特殊食譜（包括低含量的苯丙氨酸）幫助他們的孩子治療疾病。
如今，這些自閉症影響的家庭貢獻出了自己的一部分去幫助研究人員理解自閉症的複雜性。現在我可以告訴約10%的父母，是什麽基因變化導致了他們孩子患上自閉症。
這個大數據中含有每個患者以及其受自閉症影響的完整記錄，這將幫助我們找到許多我們正在尋求的答案。通過對豐富數據的複雜分析，我們獲得了更好的遺傳學見解，這將有助於通過早期幹預、輔助交流、量身定製的教育及有朝一日可以實現的基因療法，為患者個體（兒童和成人）提供支持手段。我們努力讓每個自閉症患者成為最好的自己。
撰文：Wendy Chung（醫學博士、哲學博士）是SPARK(西蒙斯基金會為星空体育官网入口网站推動自閉症研究)的首席研究員；哥倫比亞大學瓦格洛斯內科和外科學院的肯尼迪家族兒科和醫學教授；紐約長老會/哥倫比亞大學歐文醫學中心的臨床和分子遺傳學家兼醫生。2020年，她當選為國家醫學科學院的成員。
翻譯：魏書豪
審校：郭曉
引進來源：科學美國人


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