多巴胺系統基因對腦網絡調控機制的影像遺傳學研究.pdf

1、腦是人最復雜的器官，控制著人的感覺，運動，學習，記憶，語言和情感等多種認知功能。腦結構和功能正常的發(fā)揮作用需要腦內多種神經遞質系統的協同調控，多巴胺是大腦中重要的神經遞質，多巴胺能失調會直接引起人類的行為和認知功能障礙，導致精神分裂癥等多種精神疾病發(fā)病。因此本文采用影像遺傳學的方法在正常的中國漢族人群中，結合多個模態(tài)的磁共振影像數據，系統地考察了多巴胺系統內的相關基因對腦網絡的影響，揭示了多巴胺神經遞質系統影響情緒調節(jié)和認知控制的神經生

2、物學機制，為理解多巴胺系統與精神疾病的關系提供了有力的證據。
　　首先，腦源性神經營養(yǎng)因子BDNF基因密碼子第66個位點發(fā)生纈氨酸到甲硫氨酸替換的單核苷酸多態(tài)性位點（BDNF Val66Met）與認知、記憶功能以及多種神經精神疾病相關。結構磁共振的研究已經發(fā)現該位點會引起皮層厚度和體積的變化，但是它對皮層表面積的影響仍不清楚。我們在一個正常大樣本中結合多模態(tài)的磁共振數據研究BDNF Val66Met對皮層形態(tài)學結構和功能連接的影響

3、，利用Freesurfer計算皮層厚度和皮層表面積，將皮層厚度和表面積以及功能連接強度作為因變量，基因型作為自變量（Val/Val=0, Val/Met=1, Met/Met=2），進行基于SNP的一般線性模型分析。我們發(fā)現風險等位基因Met存在基因劑量效應，表現為隨著Met等位基因攜帶數量的增加，個體的右側前腦島的皮層表面積逐步增大，而且前腦島與背外側前額葉的功能連接也隨著 Met等位基因劑量的增加而增強。因此，本研究證明了BDNF

4、Met等位基因對皮層結構和功能都存在基因劑量效應。
　　其次， BDNF影響腹側紋狀體多巴胺的釋放，而COMT影響前額葉多巴胺的水平。這兩個腦區(qū)作為前額-紋狀體系統的一部分參與情緒調節(jié)和認知控制。BDNF和COMT的常見功能多態(tài)性位點分別是Val66Met和Val158Met，BDNF Val66Met主要影響B(tài)DNF的轉運和分泌，COMT Val158Met主要影響前額葉的多巴胺水平。已有的行為學研究已經發(fā)現BDNF Val66

5、Met和COMT Val158Met交互地影響前額-紋狀體系統依賴地學習和記憶，但是多巴胺相關的神經環(huán)路上的交互作用并沒有研究。本研究使用功能磁共振成像數據，利用雙側腹側紋狀體作為種子區(qū)計算功能鏈接，接著進行雙因素（Two-way，BDNF基因型和COMT基因型）方差分析，研究BDNF和COMT是如何交互地影響雙側腹側紋狀體和前扣帶的功能連接的。具體來說，COMT Met等位基因攜帶者中BDNF Val66Met基因多態(tài)性對這一功能連接

6、的影響呈倒U型曲線，而COMT Val純合子個體中則呈U型曲線。這些研究結果可能幫我們更好地解釋依賴于前額-紋狀體系統的認知功能受基因交互作用影響的生物學機制。
　　最后，基因對腦結構和精神疾病的的影響方式除了獨立作用或與其它基因交互作用外，更多GWAS研究發(fā)現多數精神疾病是一種多基因遺傳疾病。因此我們進一步考察多巴胺系統內參與合成、轉運、代謝和受體基因是如果共同對精神分裂癥相關的腦結構和功能以及認知行為產生影響的。聯合多巴胺通路

7、內精神分裂癥的所有風險位點，我們分別使用PLINK和Freesurfer計算得到多巴胺基因風險分數以及殼核和尾狀核的體積，然后利用多重回歸模型分析殼核和尾狀核的體積以及它們到全腦的功能連接與多基因風險分數的相關性。研究發(fā)現風險分數與左側殼核的體積呈正相關。靜息態(tài)功能連接分析發(fā)現風險分數越高，左側殼核和尾狀核到默認網絡腦區(qū)的功能連接越強，而與額頂網絡的功能連接關系則相反。行為學分析發(fā)現隨著精神分裂癥患病風險的增加，個體的工作記憶能力越差。