表观遗传调控异常在自闭症谱系障碍（ASD）中发挥关键作用，然而DNA甲基化的亲本起源效应（POE）仍属未知。
2026年6月17日，中南大学夏昆，李津臣和胡正茂共同通讯在Science Advances在线发表题为Haplotype-resolved methylomes reveal parent-of-origin DNA methylation imbalance in autism spectrum disorder的研究论文。
该研究对124例个体（31个ASD四口之家）应用PacBio HiFi测序技术进行单倍型分相甲基化谱分析，系统解析了POE依赖性甲基化模式。通过比较先证者与未患病同胞的分相甲基化组，分别鉴定出114个父源特异性差异甲基化胞嘧啶（DMC）与106个母源特异性差异甲基化胞嘧啶（DMC）、45个与46个差异甲基化区域（DMR），以及2425个与2693个甲基化异常值（MO）。这些POE甲基化改变在ASD相关基因类别中富集，但亲本单倍型间的基因组分布与功能通路呈现显著差异。
此外，全基因组亲本起源DMR分析鉴定出443个等位基因特异性甲基化（ASM）区域，其中检测到34个差异表达ASM与62个ASM异常值，这些区域在普拉德-威利综合征/安格曼综合征（PWS/AS）基因座及ASD相关基因中显著富集。
综上，本研究提供了全面证据，揭示ASD发病机制中普遍存在的POE依赖性甲基化失衡及印记区域异常ASM现象，为复杂神经发育障碍的表观遗传机制研究提供了新见解。
自闭症谱系障碍（ASD）是一组高度异质性的神经发育障碍，其核心特征包括社交与沟通缺陷、重复行为以及兴趣受限。ASD的全球患病率约为1.0%，男性发病率是女性的四倍。表观遗传机制在阐明ASD的基因-环境交互作用中发挥关键作用。
既往研究通过对死后脑组织及全血DNA甲基化组分析证实，DNA甲基化改变是ASD病因学的关键因素。表观基因组关联研究已鉴定出多个与ASD相关的差异甲基化胞嘧啶（DMC）及差异甲基化区域（DMR），其中许多对应已知风险基因或脑源性信号，如MECP2、GRIA3和RBFOX1。
这些差异甲基化谱涉及突触通讯、免疫功能和细胞间通讯通路。尽管广泛DNA甲基化失调在ASD中的证据日益增多，但甲基化改变的父母本来源效应（POE），即双亲等位基因间的甲基化失衡，其贡献仍未知。
POE表现为等位基因源自父系或母系所驱动的表型差异，被认为是人类复杂性状变异的共同机制。探究POE能够追溯疾病中的亲本来源，并有助于评估序列依赖性甲基化失衡，特别是在顺式调控元件中，这些元件驱动表观遗传变异。
等位基因特异性DNA甲基化（ASM）是一种DNA甲基化模式在等位基因间呈现不对称性的表观遗传修饰。ASM源于由亲本来源差异决定的特定基因组位点的甲基化，是基因组印记的关键表观遗传机制。迄今已鉴定出数百个ASM位点，其中许多对正常胚胎发育和神经发育至关重要。
异常ASM（即印记控制区（ICR）中的父系/母系DNA甲基化失调）已涉及多种印记疾病，如天使综合征（AS）、贝克威斯-威德曼综合征和普拉德-威利综合征（PWS），然而异常ASM对ASD的贡献仍未知。
图1.本研究中5-mC甲基化单倍型阶段分析的概要概述（摘自Science Advances）
然而，鉴定亲本来源的5-甲基胞嘧啶（5mC）特征十分困难，因为二代测序受限于短读长，阻碍了在同源区域准确分配甲基化胞嘧啶-磷酸-鸟嘌呤（CpG）位点。
太平洋生物科学（PacBio）高保真（HiFi）长读长测序（LRS）在长读长（15至25 kb）方面具有显著优势，且碱基准确率>99.9%，能够同时检测CpG背景下的5mC并进行高分辨率单倍型定相。该方法为解析亲本特异性DNA甲基化谱提供了强大的平台。阐明DNA甲基化改变的POE可能有助于理解ASD发病机制的高度异质性。
本研究中，作者对来自中国自闭症临床与遗传资源（ACGC）项目招募的31个ASD单纯型四重奏家庭的124名个体进行了PacBio HiFi测序及单倍型定相甲基化组分析。作者从两个互补视角探究了甲基化组POE对ASD发病机制的贡献。
首先，通过直接比较ASD先证者与未患病同胞之间的父系和母系单倍型，作者以三种主要类别描绘了全基因组亲本来源甲基化图谱：DMC、DMR以及甲基化离群值（MO，即基因组极端高甲基化区域）。随后进行富集分析，以评估与这些亲本特异性甲基化改变相关的ASD相关类别、基因组分布及功能通路。
其次，作者探究了异常ASM事件。通过对所有个体内的父系和母系等位基因进行全基因组亲本来源差异甲基化区域（PofO-DMR）分析，作者鉴定了ASM区域；随后通过先证者与同胞的比较，检测了异常ASM事件，包括差异表达等位基因特异性甲基化区域（dASM）和等位基因特异性MO区域（oASM）。
参考消息：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aee4069