【昊文章】天昊SNP和甲基化平臺助力客戶遺傳影像學文章二連發(fā)

發(fā)稿時間：2020-04-10來源：天昊生物

 影像遺傳學研究旨在研究與神經(jīng)影像和行為表型相關的遺傳和環(huán)境因素及其相互作用，研究中通常需要收集參與者的基因信息、神經(jīng)影像數(shù)據(jù)、環(huán)境和行為學數(shù)據(jù)。近日，上海天昊生物的SNP分析平臺，MethylTarget^?多重目的區(qū)域甲基化富集測序技術助力東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院醫(yī)學影像科盧光明課題組的遺傳影像學文章實現(xiàn)二連發(fā)。

下面小編就帶大家一起學習一下這兩篇文章，看看SNP和DNA甲基化如何組合影像學數(shù)據(jù)，開拓有趣的遺傳影像學研究內(nèi)容吧~

文章一

英文題目：Effects of COMT rs4680 and BDNF rs6265 polymorphisms on brain degree centrality in Han Chinese adults who lost their only child

中文題目：COMT-rs4680和BDNF-rs6265基因多態(tài)性對中國漢族失獨成年人腦度中心性的影響

期刊：Translational Psychiatry

發(fā)表時間：2020-1-30

IF=5.182

研究背景

■ 中國獨生子女家庭數(shù)量眾多，失去獨生子女是一種常見的重大創(chuàng)傷性生活事件，可能會導致創(chuàng)傷后應激障礙(PTSD);

■  PTSD的特征是恐懼條件反射消退和應激反應的失調(diào)。功能性神經(jīng)成像研究已經(jīng)確定PTSD患者幾個參與恐懼和壓力反應調(diào)節(jié)的大腦區(qū)域存在功能障礙，這些腦區(qū)主要包括杏仁核、海馬體和前額皮質(zhì)。

■ 對于PTSD的遺傳學研究，有效改善PTSD患者臨床異質(zhì)性的一種方法是利用中間表型，尤其是來源于神經(jīng)影像學的定量數(shù)據(jù)表型。

■ 兒茶酚-鄰甲基轉(zhuǎn)移酶(COMT) rs4680和腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF) rs6265是兩個研究最廣泛的與應激反應相關的單核苷酸多態(tài);然而，它們對失獨成年人產(chǎn)生潛在影響的神經(jīng)機制仍鮮為人知。

研究目的

在這項研究中，研究者的目的是基于失獨成年人靜息狀態(tài)磁共振成像(fMRI)數(shù)據(jù)，探究COMT rs4680、BDNF rs6265及其相互作用對于腦功能的影響。選擇的中間表型為：腦度中心性（DC），這是一個重要的fMRI衍生度量，反映了給定體素和大腦中的其他體素之間內(nèi)在連接的強度（即反映了大腦網(wǎng)絡的溝通能力）。(注：體素是體積元素（Volume Pixel）的簡稱，是數(shù)字數(shù)據(jù)于三維空間分割上的最小單位，體素用于三維成像、科學數(shù)據(jù)與醫(yī)學影像等領域，概念上類似二維空間的最小單位——像素)

研究方法

■  樣本：最終納入中國漢族210例失獨成年人進行影像學檢測，其中55例患有PTSD，155例未患有PTSD 。具體樣本篩選過程如下：

■  神經(jīng)心理測試：漢密爾頓抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)_；漢密爾頓焦慮量表(Hamilton anxiety scale,HAMA)；簡易智力狀況檢查(mini-mental state examination ,MMSE)；社會支持評定量表(Social Support Rating Scale SSRS)；個體簡易應對方式量表（individual Simple Coping Style Questionnaire, SCSQ）。

■ SNP分型：COMT rs4680和 BDNF rs6265 分型由上海天昊生物iMLDR平臺完成。

■ MRI數(shù)據(jù)處理工具：Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF; http://rfmri.org/DPARSF)

■ DC分析：一個體素的DC為給定體素和其他的體素之間的連通性的總和，滿足r閾值的納入計算。

■ 數(shù)據(jù)分析：基于PTSD診斷, COMT rs4680 和 BDNF rs6265 基因型進行三因素方差分析，分析PTSD診斷, COMT rs4680 和 BDNF rs6265 基因型對于人口學數(shù)據(jù)和心理學數(shù)據(jù)的主效作用和相互作用。

■ 顯著性定義：三因素方差分析顯著的定義為體素水平的 P < 0.005+簇水平>48個體素。

研究結(jié)果

1）人口學數(shù)據(jù)和心理學數(shù)據(jù)

◆兩組樣本的人口學數(shù)據(jù)和心理學數(shù)據(jù)對比見表1。兩組在年齡，教育程度，SSRS分值和SCSQ分值均無顯著差異，但PTSD患者相對于非患者，CAPS, HAMA 和HAMD分值更高，男性/女性比更低，經(jīng)歷的失獨時間更短。

◆依據(jù)COMT rs4680 （Val/Met）和BDNF rs6265 (Val/Met) 的基因型，樣本的分組如下。在總體樣本中，COMT × BDNF 互作顯著影響SCSQ 的active coping style分值 (F = 4.43,P = 0.04)。未發(fā)現(xiàn)2個位點的主效效應或者2因素，3因素互作影響其它臨床指標。

2）PTSD診斷對DC有顯著主效影響

◆對于雙側(cè)下頂葉(IPL)和右額中回(MFG)的DC值，PTSD診斷有顯著主效影響。Post-hoc分析顯示，PTSD患者在這三個區(qū)域的DC相對較弱 (圖1)

圖1：Post-hoc分析顯示，相對于非患者，PTSD患者在雙側(cè)下頂葉(IPL)和右額中回(MFG)區(qū)域的DC相對較弱。

3）COMT或BDNF 基因型對DC的影響

◆本研究未發(fā)現(xiàn)COMT或BDNF 基因型對DC有顯著的主效應，但是BDNF基因型 × PTSD診斷交互作用對右額中回(MFG)的DC有顯著影響。對于PTSD患者， BDNF Val/Val 基因型比Met攜帶者的DC更弱(P < 0.001)，但在非患者中差異并不顯著 (P = 0.17)（圖2）。

◆對于PTSD病理影響的關鍵腦區(qū)—右側(cè)海馬區(qū)，我們檢測到了體素的P值小于0.005，但是體素的個數(shù)并沒有達到48，因此我們采用了較為寬松的統(tǒng)計學閾值，最終發(fā)現(xiàn)右側(cè)海馬區(qū)的邊緣顯著性（P=0.058）。BDNF 基因型× PTSD診斷互作解釋了右側(cè)海馬區(qū)DC變化的9%。對于PTSD患者，BDNF Val/Val基因型與更高的DC相關(P < 0.001),而對于非患者，這種關聯(lián)相反 (P= 0.046) （圖2）。這一結(jié)果與BDNF 基因型× PTSD診斷互作對右額中回(MFG)的DC的調(diào)控模式相反。

圖1：Post-hoc分析顯示，相對于非患者，PTSD患者在雙側(cè)下頂葉(IPL)和右額中回(MFG)區(qū)域的DC相對較弱。

4）COMT和 BDNF基因型互作對DC的影響

在總體樣本中，COMT和 BDNF基因型的交互作用對左楔葉，左顳中回, 右枕下回和雙側(cè)側(cè)殼核的DC有顯著影響?；诨蛐徒M合分選后，所有這些腦區(qū)的數(shù)據(jù)滿足二次回歸模型。若按照多巴胺信號通路從高到低排序(COMT Met-BDNF Val/Val genogroup > COMT Met-BDNF Met and COMT Val/Val-BDNF Val/Val > COMT Val/Val-BDNF Met)，大腦皮層區(qū)域DC呈U形曲線，而對于殼核，它呈倒U形曲線（圖3）。

圖3：COMT和 BDNF基因型互作對DC的影響

5）相關性分析對于診斷×BDNF相互作用顯著作用的區(qū)域，我們僅觀察到右側(cè)海馬區(qū)和右側(cè)MFG DC值之間存在負偏相關，這一結(jié)果僅在PTSD組觀察到(r= - 0.34;P = 0.01)。但經(jīng)過多重校正后，不再顯著。

研究結(jié)果總結(jié)

■ 對于雙側(cè)頂下小葉(IPL)和右額中回(MFG)的DC值，PTSD診斷有顯著主效影響，PTSD患者在這三個區(qū)域的DC相對較弱。

■ BDNF基因型 × PTSD診斷互作對右額中回(MFG)和右側(cè)海馬區(qū)的DC有顯著影響，但兩者的調(diào)控模式相反。

■ COMT和 BDNF基因型互作對左楔葉，左顳中回, 右枕下回和兩側(cè)殼核的DC有顯著影響,且獨立于PTSD診斷結(jié)果。

研究結(jié)論

這些發(fā)現(xiàn)表明BDNF多態(tài)性對MFG和海馬的調(diào)節(jié)作用可能作用于失獨成年人PTSD的發(fā)生發(fā)展。不論是否發(fā)展PTSD，COMT×BDNF多態(tài)性的相互作用都可以調(diào)節(jié)經(jīng)歷失獨創(chuàng)傷成年人某些皮質(zhì)和基底神經(jīng)節(jié)的功能。

文章二

英文題目：Decreased functional connectivity of hippocampal subregions and methylation of the NR3C1 gene in Han Chinese adults who lost their only child中文題目：中國漢族失獨成年人的海馬區(qū)功能連接性降低與NR3C1甲基化變化期刊：Psychological Medicine發(fā)表時間：2020-1-3IF=5.641

研究背景

● 中國獨生子女家庭數(shù)量眾多，失去獨生子女是一種常見的重大創(chuàng)傷性生活事件，可能會導致創(chuàng)傷后應激障礙(PTSD);

●下丘腦-垂體-腎上腺 (HPA)軸功能失調(diào)可能與不良事件有關，近年來研究者開始關注表觀遺傳因素如何參與HPA軸對于壓力的反應和適應；

研究目的

● 在這項研究中，研究者的目的是基于失獨成年人靜息狀態(tài)磁共振成像(fMRI)數(shù)據(jù)，探究海馬功能連接網(wǎng)絡(FC)的異常情況。此外，海馬體是大腦中富含糖皮質(zhì)激素受體的區(qū)域，暴露于環(huán)境壓力后的DNA甲基化變化機制可能帶動海馬體糖皮質(zhì)激素受體密度的變化。McNerney最近的一項研究也證實了人糖皮質(zhì)激素受體基因(NR3C1)的 DNA甲基化對于HPA應激反應通路和整個海馬體積起重要作用，兩者相互作用對于PTSD的發(fā)展尤為關鍵。

● 因此,研究者提出本研究假想：成年人的失獨創(chuàng)傷可能破壞了海馬-亞區(qū)域網(wǎng)絡連接以及導致NR3C1基因的異常DNA甲基化。

研究方法

● 樣本：最終納入中國漢族144例失獨成年人和50例未經(jīng)歷創(chuàng)傷的對照進行影像學檢測，其中51例患有PTSD，93例未患有PTSD 。

● 神經(jīng)心理測試：漢密爾頓抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)_；漢密爾頓焦慮量表(Hamilton anxiety scale,HAMA)；簡易智力狀況檢查(mini-mental state examination ,MMSE)；社會支持評定量表(Social Support Rating Scale SSRS)；個體簡易應對方式量表（individual Simple Coping Style Questionnaire, SCSQ）。

● MRI數(shù)據(jù)處理工具：MRI data were preprocessed using SPM12 software (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)。

● 海馬功能連接分析：針對每個半球4個主要海馬亞區(qū)(CA1), CA2, CA3和(DG)，以全腦靜息態(tài)功能連接(resting-state functional connectivity,RS-FC)的方法來研究三組間海馬功能連接模式變化情況。這些差異FC也被選為感興趣的區(qū)域（ROI），采用order-one向量自回歸模型對每個感興趣區(qū)與相應的海馬區(qū)之間進行兩兩Granger因果(GC)連接分析。

● 外周血NR3C1基因的DNA甲基化分析由上海天昊MethylTarget^?多重目的區(qū)域甲基化富集測序技術完成。

● 數(shù)據(jù)分析：采用ANOVA進行海馬亞區(qū)的FC差異分析，每個感興趣區(qū)與相應的海馬區(qū)之間的GC值差異分析。進行甲基化與影像學數(shù)據(jù)的關聯(lián)分析。

研究結(jié)果

1） 三組樣本臨床數(shù)據(jù)分析

◆各組間的年齡或教育水平?jīng)]有顯著的差異。PTSD組的HAMA, HAMD分值高于非PTSD組，失獨創(chuàng)傷經(jīng)歷者顯著高于對照組 ( p = 0.01)。失獨創(chuàng)傷經(jīng)歷者的MMSE值顯著低于對照組。非PTSD組的男女比例高于其他各組(p< 0.05)。PTSD組CAPS得分高于非PTSD組。
◆對于NR3C1基因的平均DNA甲基化情況（73個CpG位點），PTSD和非PTSD組均低于對照組 (p < 0.05); PTSD和非PTSD組之間沒有顯著差異。2) 功能連接結(jié)果◆與對照組相比，PTSD和非PTSD組在左側(cè)海馬區(qū)CA1，左側(cè)海馬區(qū)DG和后扣帶皮層間表現(xiàn)較弱的正功能連接(圖1和圖2)；在右側(cè)海馬CA1，內(nèi)側(cè)額葉皮層(MFC)和右側(cè)中/額下回(MFG/IFG) 表現(xiàn)較弱的負功能連接(圖3)；在右DG，MFC,MFG和和右額上回(SFG) 表現(xiàn)較弱的負功能連接(圖4)。

圖1：左側(cè)海馬CA1區(qū)FC在創(chuàng)傷后應激障礙、非創(chuàng)傷后應激障礙(創(chuàng)傷暴露對照組)、對照組中的組間比較(校正p < 0.05)。

圖2：左側(cè)海馬DG區(qū)FC在創(chuàng)傷后應激障礙、非創(chuàng)傷后應激障礙(創(chuàng)傷暴露對照組)、對照組中的組間比較(校正p < 0.05)。

圖3：:右側(cè)海馬CA1區(qū)FC在創(chuàng)傷后應激障礙、非創(chuàng)傷后應激障礙(創(chuàng)傷暴露對照組)、對照組中的組間比較(校正p < 0.05)。

圖4：右側(cè)海馬DG區(qū)FC在創(chuàng)傷后應激障礙、非創(chuàng)傷后應激障礙(創(chuàng)傷暴露對照組)、對照組中的組間比較(校正p < 0.05)。◆相對于非PTSD組，PTSD組在右側(cè)CA1和右側(cè)MFG/IFG之間表現(xiàn)出較弱的負功能連接(圖3)，在右側(cè)DG和左側(cè)MFG以及右邊的SFG之間表現(xiàn)較弱的負功能連接(圖4)。各組間未發(fā)現(xiàn)格蘭杰因果(GC)差異。3） 相關性分析采用Bonferroni校正閾值后，只有CAPS-B與右側(cè)DG-MFC的相關在非PTSD組被發(fā)現(xiàn)有統(tǒng)計學意義。4） 其它基于影像的結(jié)構數(shù)據(jù)分析對于海馬各亞區(qū)，未檢測三組在灰質(zhì)體積上存在顯著差異。

研究結(jié)論

失去獨子的成年人可能會經(jīng)歷海馬區(qū)網(wǎng)絡連接紊亂和NR3C1的DNA甲基化異常，無論他們是否在經(jīng)歷創(chuàng)傷后發(fā)生創(chuàng)傷后應激障礙。