检索历史 清除

摘要目的：目前精神分裂症(Schizophrenia，SCZ)的发病机制尚不明确，全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)结果发现一些精神分裂症风险基因的变异体己经进行正向选择，并与人类大脑发育有关，但哪些大脑区域和发育阶段受到精神分裂症风险等位基因正向选择的影响尚不清楚。本研究的目的旨在基于自然选择分数(Natural-selection scores，NSS)和精神分裂症全基因组关联分析结果去探究进化与精神分裂症发病机制的相关性，并利用BrainSpan(http：//www.brainspan.org)脑区的转录组数据，评估和构建单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNP)位点所在基因的基因共表达网络。通过体外培养皮层神经元以及关键基因的过表达，识别每个共表达网络中的核心基因，探索GNA13及其相关基因在精神分裂症发病机制中的作用。<br>　　方法：1、使用来自精神病基因组学联盟(Psychiatric Genomics Consortium，PGC)精神分裂症的全基因组关联分析结果。该研究分析了36，989名精神分裂症患者和113，075名健康对照组。从PGC-2SCZ研究的数据库中下载了9，444，230个SNPs的关联结果。2、应用源于等级变化(hierarchical boosting，HB)算法的自然选择分数(NSS)来研究两种自然选择的情况：完全选择（被选择的等位基因已经固定的位点）和不完全选择（被选择的等位基因还没有固定的位点）。选择HB分数最高的5％作为完全/不完全选择的自然选择证据，根据SNPs的p值形成了5个亚组：p＜0.0001，0.001，0.01，0.05或0.1。3、选择了三个发育阶段（怀孕后8-37周的产前阶段，4个月至11岁之间的婴儿期至儿童晚期，13-23岁的青春期至成人期）的基因表达和共表达模式分析。然后构建了不同发育阶段的共表达网络，基因表达水平的相关系数(Spearman)的绝对值(丨R丨≥0.9作为连接，基因作为节点，基因之间的连接线作为边，构建共表达网络。比较了来自于15个大脑区域(见表1)和发育阶段的HB分数前5％的不同p值亚组的基因网络与基因网络之间的相互连接。4、通过慢病毒感染与细胞培养，对过表达Gna13基因的细胞进行RNA提取、文库制备、测序和读图谱分析，鉴定过表达组Gna13(H8550)和对照组Gna13(CN550)之间的差异表达基因(differential expression genes，DEGs)。5.利用MAGMA软件和WebGestalt软件进行基因集分析及基因本体（Gene Ontology，GO）和生物通路分析。6.RNA和蛋白表达数据用平均值士标准误表示。采用SPSS19.0进行统计分析，p＜0.05为差异有统计学意义。<br>　　结果：1、在完全和不完全选择中，HB分数前5％的基因组区域包括1257和1051个基因。根据PGC-2SCZ-GWAS的p值形成了5个亚组(p＜0.0001、0.001、0.01、0.05、0.1)，获得了48个基因(p＜0.0001)、118个基因(p＜0.001)、289个基因(p＜0.01)、569个基因(p＜0.05)、776个基因(p＜0.1)。对于不完全选择，鉴定了29个基因(p＜0.0001)、69个基因(p＜0.001)、213个基因(p＜0.01)、512个基因(p＜0.05)和749个基因(p＜0.1)。2、在胎儿期前额叶背外侧皮层（ventrolateral prefrontal cortex，DFC）和顶叶下皮层(inferior parietal cortex，IPC)中，48个基因构成的共表达网络节点(DFC，p=0.0405;IPC，p=0.0287)和边（DFC，p=0.0343;IPC，p=0.0439）较多，GNA13和TBC1D19是DFC(betweenness=34)与IPC(betweenness=48.6)网络中的核心节点。在胎儿前额叶腹外侧皮层(ventrolateral prefrontal cortex，VFC)网络中，29个基因构成的共表达网络有更多的节点(p=0.0166)和边(p=0.0326)。3、在这三个脑区发现了参与调节早期大脑发育的核心基因(GNA13、TBC1D19和ZMYM4)。转染Gna13过表达慢病毒的原代皮层神经元的RNA测序显示，在Gna13过表达组(H8550)中Gna13的表达在mRNA和蛋白质水平上均高于空载对照组(CN550)(p＜0.05)。共有135个差异基因受到显著调控(pFDR＜0.05)，其中65个基因表达下调，70个基因表达上调。4、基因集分析发现这13个基因与神经发育和壳核体积有关p=0.031;family-wise error correction(FWEC)]，SCZ(p=0.022;FWEC)。<br>　　结论：在人类进化过程中，某些精神分裂症风险等位基因可能参与了胎儿前额叶背外侧皮层(DFC)、顶叶下皮层(IPC)和前额叶腹外侧皮层(VFC)的发育过程，并与异常神经发育及病理机制有关。