自闭症（autism）这个词，最早由约翰‧霍普金斯医院的肯纳医师（Leo Kanner，1894-1981）在 1943 年的期刊论文中分享他对十一名有类似行为异常的儿童的报导时使用的。后来愈来愈多的研究投入后发现，自闭症是一种很复杂的神经发育上的障碍，不同患者所呈现出来的症状可以有极大的差异；因此目前已更名为自闭症类群障碍（Autism-spectrum disorders，ASD）。
正如肯纳医师使用的“autism”一字所述，虽然自闭症类群障碍的患者症状多元，但他们有一些共通性：社交障碍、沟通障碍以及重复、侷限性行为。目前估计大约百分之一的人口有自闭症，其中有四成出现发育迟缓、七成有不同程度的心智障碍等。虽然部份的自闭症类群障碍是由遗传而来，但近年来也发现越来越多的 ASD 患者是由“从新”突变（de novo）产生：也就是说，他们的家族过去并没有 ASD 患者。不论是由家族遗传、或这些“从新”突变的 ASD 患者的基因体得到的资料、以及以老鼠为模型的研究，都发现谷胺酸突触（glutamatergic synapse）的功能调节失常可能与自闭症有关。
研究人员发现与 ASD 相关的基因
为了想了解究竟谷胺酸突触与自闭症的关连有多大，一个美国的研究团队搜寻了数个大型的基因突变数据库，从中寻找与 ASD 相关的从新突变。在 4,890 个有 ASD 相关障碍的患者中，研究团队发现谷胺酸突触神经传导所必须的 Trio 基因可能与 ASD 有关：有十一个病人的基因突变出现在这个基因里，包含了九个错义突变（missense mutation）、一个无义突变（nonsense mutation）与一个删除了十六个外显子（exon）的突变。
Trio 基因并非特别容易发生突变的基因。一份来自超过六万人的基因库资料分析显示，它在人类基因保留性中为排名前六十高的基因，且在 9,937 名不包含 ASD 患者的基因数据库中，也没有找到任何 Trio 基因的突变。更有意思的是，Trio 还有一个旁系同源基因 Kalirin，而这个基因在 ASD 患者中并未发生突变。由于 Trio 在怀孕末期、出生早期表现量最高，而 Kalirin 则要到青春期才会开始表现，这让 Trio 的这些突变显得更加特殊。尤有甚者，在 Trio 的九个错义突变里，竟然有六个出现在它与 Rac1 蛋白互动的区域：GEF1 区域。对于本身由两千多个胺基酸构成的 Trio 来说，仅包含 175 个胺基酸的 GEF1 区域竟然出现的六个错义突变，要说是巧合实在也太巧了。
于是研究团队决定再仔细分析这些突变。位于 GEF1 区域的六个错义突变中，有五个被电脑模拟认定会干扰 Trio 与 Rac1 蛋白互动。过去的研究显示，在谷胺酸神经突触里，Trio 经由活化 Rac1 来促进肌动蛋白的聚合作用（actin polymerization）；唯一一个预测不会干扰 Trio 与Rac1 互动的突变 D1368V，患者所显示的症状与其他 ASD 患者有明显的不同。
研究团队接着分析无义突变。这个无义突变造成 Trio 只剩下 1,329 个胺基酸，于是大半个 GEF1 区域便消失了。研究团队将这个无义突变选殖出来并以萤光共振能量转移（fluorescence resonance energy transfer, FRET）来侦测它与 Rac1 的互动能力发现，它与 Rac1 的互动能力极弱。而在大鼠下视丘细胞培养时表现这个无义突变，竟然出现类似加入 Trio 干扰 RNA 会出现的现象；观察错义突变 K1431M 与 P1461T 也有类似的结果，其中 K1431M 有严重的 ASD 症状、P1461T 则出现智能障碍（其中 P1461 还有另一个错义突变 P1461L）。
最后，研究团队观察另一个错义突变 D1368V。这个突变的位置在电脑模拟时并未显示有与 Rac1 进行互动的可能性，为什么还要对它进行测试呢？原来，带有这个突变的病人仍有严重的智能障碍。这让研究团队对于究竟 D1368V 是怎么样的一个突变，非常的感兴趣。以 FRET 测试发现，它与 Rac1 之间的互动比野生种更好，且在大鼠下视丘神经元的实验也显示，它是一个“活化”突变。研究团队更进一步的观察也发现，表现 D1368V 的神经元，其树突棘（dentritic spines）的密度是表现野生种 Trio 的两倍多。
除了自闭症，Trio 突变还与阿兹海默有关 ?!
整体看来，不论功能提高或降低，Trio 的突变都会造成与 ASD 相关的症状出现。相对的，它的旁系同源基因 Kalirin 虽然在这些 ASD 患者的基因体中没有找到突变，但之前的研究却发现，它的功能与阿兹海默症或思觉失调症（schizophrenia，旧称精神分裂症）相关，而这些疾病都是较晚才发作。而且过去的研究也曾在一位思觉失调症患者其 Kalirin 的 GEF1 区域中，找到一个错义突变（D1338N）。
在中枢神经系统中，谷胺酸神经突触传达大部份快速的兴奋性神经传递，因此它对于大部份的感觉处理与意识功能担负了非常重要的角色。这篇论文的研究更加证明谷胺酸神经突触的重要性，同时也更深入了解谷胺酸神经突触如何影响人类神经发育。由于这些突变都不是同基因型（homozygous，亦即两份基因只有一份发生突变、另一份正常），因此无义突变与几个错义突变的在大鼠下视丘神经元的实验中所显示的结果（它们会干扰正常的 Trio 的功能），更显得分外重要。不过由于这些试验都是在体外进行，研究团队认为还需要建立小鼠模型、观察带有这些突变的小鼠是否也出现 ASD 症状或心智障碍，才能更进一步确认。
文 / 叶绿舒
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参考文献：
Sadybekov A. et. al. An autism spectrum disorder-related de novo mutation hotspot discovered in the GEF1 domain of Trio. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-017-00472-0
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