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中國漢族人群SNPH 基因多態(tài)性與精神分裂癥的關(guān)聯(lián)研究

2022-08-16 15:38陸佳晶黃欣欣黃茹燕呂欽諭易正輝
關(guān)鍵詞:等位基因多態(tài)性基因型

巫 珺 陸佳晶 黃欣欣 黃茹燕 呂欽諭,△ 易正輝,

(1上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬精神衛(wèi)生中心精神科 上海 200030;2復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院精神科 上海 200040;3上海市虹口區(qū)精神衛(wèi)生中心精神科 上海 200083)

精神分裂癥(schizophrenia,SZ)是一種復(fù)雜的精神疾病,據(jù)估計全球有2 100 萬人患有SZ,給社會與個體帶來了極大的負(fù)擔(dān)[1]。SZ 臨床癥狀復(fù)雜,以陽性癥狀、陰性癥狀、認(rèn)知功能損害作為主要核心癥狀,并伴隨有情感障礙、意志行為障礙等其他臨床表現(xiàn)[2-3]。目前認(rèn)為SZ 起病受到遺傳、生物和環(huán)境因素的交互影響。其中SZ 的神經(jīng)遞質(zhì)失調(diào)假說是目前最為重要的假說。而神經(jīng)遞質(zhì)的失調(diào)涉及多種蛋白質(zhì)的協(xié)調(diào)和動態(tài)的相互作用。其中,可溶性N-乙基馬來酰亞胺敏感因子附著蛋白受體(soluble N-ethylmaleimide-sensitive factor attachment protein receptor,SNARE)蛋白的復(fù)合物起著核心作用[4-5]。SNARE 復(fù)合蛋白或其調(diào)節(jié)因子的變化能夠影響囊泡的募集、對接、膜融合和再循環(huán)[6],進(jìn)而影響SZ 患者關(guān)鍵腦區(qū)不同神經(jīng)遞質(zhì)的突觸后信號轉(zhuǎn)導(dǎo)[7],影響神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,最終參與SZ 的發(fā)生[8-9]。

伸展蛋白(syntaphilin,SNPH)是SNARE 蛋白的重要調(diào)節(jié)因子。SNPH 蛋白在大腦特異性表達(dá),特別是影響突觸可塑性的區(qū)域表達(dá)豐富。其表達(dá)啟動于嗜鉻細(xì)胞分裂細(xì)胞系(pheochromocytomaderived cell line,PC12)細(xì)胞的神經(jīng)元分化的誘導(dǎo),并分化為兩個細(xì)胞亞群,分別以線粒體外膜和突觸質(zhì)膜為靶點[10]。已知SNARE 復(fù)合蛋白是由突觸融合蛋白-1、突觸小泡蛋白以及突觸相關(guān)蛋白 25(synaptosomal associated protein 25,SNAP-25)相互作用而形成。SNPH 蛋白能夠在膜融合階段與SNAP-25 競爭性結(jié)合游離的突觸融合蛋白-1,來抑制SNARE 復(fù)合體的形成。體外實驗顯示,對于培養(yǎng)基中的海馬神經(jīng)元,SNPH 蛋白的瞬時過表達(dá)顯著減少了神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,而將SNPH 蛋白引入突觸前頸上神經(jīng)節(jié)的神經(jīng)元則可抑制突觸傳遞??傊?,SNPH 蛋白能夠作為一個分子鉗,抑制SNARE復(fù)合體的裝配,來調(diào)節(jié)突觸囊泡的胞排作用[11]。并且蛋白激酶A(protein kinase A,PKA)磷酸化可以作為SNPH 蛋白的“關(guān)閉”開關(guān),通過環(huán)磷酸腺苷(cyclic adenosine monophosphate,cAMP)依賴的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑阻斷其與突觸融合蛋白-1 的結(jié)合,抑制SNPH 蛋白的功能,說明SNPH的調(diào)節(jié)功能具有動態(tài)平衡[12]。并且,SNPH 蛋白也與神經(jīng)退行性變存在關(guān)聯(lián)[13]。也有證據(jù)顯示,SZ 患者血漿神經(jīng)源外泌體提取液中線粒體的SNPH 蛋白顯著高于健康對照組[14],提示SNPH 蛋白參與SZ 發(fā)生的途徑具有多樣性。

SNARE 復(fù)合體與多種精神疾病的發(fā)生存在關(guān)聯(lián),除SZ 外尚包括雙相情感障礙、注意缺陷多動障礙等[15-16]。因此,作為SNARE 復(fù)合體的重要抑制因子,SNPH基因可作為SZ 的候選基因。目前尚無SNPH基因多態(tài)性是否與SZ 存在關(guān)聯(lián)的相關(guān)報道。因此本研究假設(shè)SNPH基因多態(tài)性與SZ 發(fā)生存在關(guān) 聯(lián)。 我 們 選 取SNPH基 因 的 5 個 位 點(rs3764714、 rs3795139、 rs3803947、 rs3803949、rs6134520)進(jìn)行多態(tài)性檢測,通過病例對照的關(guān)聯(lián)分析來探討SNPH基因多態(tài)性與中國漢族人群SZ發(fā)生的關(guān)聯(lián)性,以進(jìn)一步明確SNPH基因與SZ 多態(tài)性的關(guān)系。

資料和方法

病例組本研究共納入SZ 患者389 例,來源于2015 年9 月至2018 年9 月在上海交通大學(xué)醫(yī)院院附屬精神衛(wèi)生中心住院或門診患者。入組標(biāo)準(zhǔn):(1)符合《國際疾病分類》第10 版(ICD-10)SZ 的診斷標(biāo)準(zhǔn);(2)年齡小于65 歲;(3)漢族人群;(4)患者本人及其監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)目前或既往符合ICD-10 中除SZ 以外的其他精神疾病患者;(2)具有明顯的自殺、自殘及危害他人傾向的患者;(3)有嚴(yán)重軀體疾病的患者;(4)存在物質(zhì)及藥物濫用者。

對照組本研究共納入正常對照433 例,來源于廣告招募的社區(qū)志愿者。入組標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡小于65 歲;(2)漢族;(3)簽署知情同意書;(4)健康者與患者無血緣關(guān)系。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)有精神疾病及精神疾病家族史;(2)有嚴(yán)重軀體疾病史;(3)孕婦和哺乳期婦女。

本研究獲上海市精神衛(wèi)生中心倫理審查委員會批準(zhǔn)(批件號:2017-19R)。

SNP 位點的選擇SNPH基因數(shù)據(jù)從千人基因組 數(shù) 據(jù) 庫(http://grch37.ensembl.org/index.html)中查到并下載,使用HaploView 軟件以及SNP 在線網(wǎng) 站(http://gvs.gs.washington.edu/GVS150/)篩選 標(biāo) 簽SNP(tag SNPs),針 對SNPH基 因(NC_000020.11,chr1:1266292~1309327)及 基 因 上 游2 000 bp,以連鎖不平衡系數(shù)(r2)>0.8,微小等位基因頻率(minor allele frequency,MAF)>0.05 的原則進(jìn)行挑選,共挑選出5 個標(biāo)簽SNPs,即rs3764714[chr20:1306461(GRCh38.p12)],rs3795139[chr20:1305289(GRCh38.p12)],rs3803947[chr20:1308322(GRCh38. p12)] ,rs3803949 [chr20:1308693(GRCh38. p12)] ,rs6134520 [chr20:1307579(GRCh38.p12)]。其中rs3795139 位于外顯子區(qū)域。rs3764714、rs3803947、rs3803949、rs6134520 位于3’端UTR 區(qū)。

由于不同基因座位的各等位基因在人群中以一定的頻率出現(xiàn)。在某一群體中,不同座位某兩個等位基因出現(xiàn)在同一條染色體上的頻率高于預(yù)期的隨機(jī)頻率的現(xiàn)象,稱為連鎖不平衡。應(yīng)用HaploView 4.2 軟 件 對SNPH基 因5 個SNP 位 點 進(jìn)行連鎖不平衡分析(linkage disequilibrium,LD),單倍型頻率<3.0%將不被納入后續(xù)分析。以D’值來衡量各位點之間的連鎖不平衡程度,建議D’>0.8可以構(gòu)成一個單倍型區(qū)塊。分析結(jié)果顯示:SNPH基因的rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520 5 個SNP 位點可以構(gòu)成一個單倍型區(qū)塊(圖1)。

圖1 5 個SNPs 的連鎖不平衡分析結(jié)果Fig 1 Results of linkage disequilibrium analysis of 5 SNPs loci

DNA 提取抽取病例組及對照組人群外周靜脈血5 mL,置于EDTA 抗凝管中抗凝,采用血液基因組DNA 提取試劑盒(上海萊楓生物科技有限公司)提取全血DNA 后,于-80 ℃冰箱中冷凍保存。

基因型檢測應(yīng)用TaqMan 熒光探針基因分型技術(shù)對rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520 位點的SNP 進(jìn)行檢測。TaqMan SNP Genotyping Assays 試 劑 盒 、TaqMan SNP Genotyping Mix 試劑盒及PCR 擴(kuò)充應(yīng)用7900 HT熒光實時定量PCR 儀購自美國ABI 公司。PCR 擴(kuò)增反應(yīng)體系為5 μL,包括2×Taqman Master Mix 試劑2.0 μL,40×Taqman Genotyping Assay 試 劑0.05 μL,DNA(15~20 ng/μL)2 μL,H2O 0.95 μL。PCR 反 應(yīng) 條 件:95 ℃10 min 預(yù) 變 性;95 ℃15 s,60 ℃1 min,共進(jìn)行50 個循環(huán),每例樣本均重復(fù)檢測3 次。 采 用 SDS version 2.1 軟 件 中 Allelic Discrimination 程序進(jìn)行基因分型,通過檢測不同等位基因FAM 和VIC 熒光強(qiáng)度來判斷樣本的基因型,并將結(jié)果保存。

統(tǒng)計學(xué)方法選擇位點前,使用SPSS 26.0 對病例組和對照組一般人口統(tǒng)計學(xué)資料進(jìn)行比較,其中計數(shù)資料采用χ2檢驗,計量資料應(yīng)用獨立樣本t檢驗。并使用Haploview 統(tǒng)計軟件進(jìn)行兩兩位點之間的LD,用D’值來度量各個位點間的連鎖不平衡程度。選擇位點后,應(yīng)用在線SHEsis 軟件(http://analysis.bio-x.cn/SHEsisMain.htm)進(jìn)行單個位點的關(guān)聯(lián)分析(等位基因、基因型頻率的比較)及位點之間的單倍型分析,通過計算比值比(odds ratio,OR)與95%CI 以了解等位基因和疾病的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度(OR>1 是危險因素;OR<1 是保護(hù)因素),并對各組間基因型頻率分布進(jìn)行H-W 平衡吻合度檢驗。采用SNPstats(https://www.snpstats.net/snpstats/start.htm)在線軟件對不同位點的遺傳模式進(jìn)行分析。關(guān)聯(lián)分析結(jié)果采用Bonferroni進(jìn)行校正檢驗,即每個SNP 的P值乘以所分析的遺傳標(biāo)記數(shù)目,以校正后的P<0.05表示位點與疾病之間的關(guān)聯(lián)有顯著性。

應(yīng)用Quanto 1.2.4 軟件進(jìn)行計算樣本的統(tǒng)計效能,5 個SNP 中rs3764714 的微小等位基因頻率(MAF=0.056)最小。假設(shè)OR=1.5,加性模式為參考,疾病一般人群患病率為1%,病例組389 例,對照組433 例,計算結(jié)果顯示:統(tǒng)計效能為0.99。

其中,在線Shesis 軟件主要具備3 種分析功能,首先可以進(jìn)行單位點分析,以進(jìn)行等位基因頻率和基因型頻率統(tǒng)計為主,其次可對位點進(jìn)行兩兩D’和r2的計算,最后可以對單倍型進(jìn)行分析。 而SNPstats 是一個從遺傳流行病學(xué)的角度設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序,能夠進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。Quanto 1.2.4 軟件是一個計算效能或所需樣本大小的程序,用于基因、環(huán)境因素、基因-環(huán)境(G×E)相互作用或基因-基因(G×G)相互作用的關(guān)聯(lián)研究。使用各個軟件時均按照軟件要求進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼。

結(jié) 果

一般人口學(xué)資料病例組共389 例,其中男性208 例(53.5%),女性181 例(46.5%);年齡13~65歲,平均(36.74±18.27)歲。正常對照組共入組433例,其中男性224 例(51.7%),女性209 例(48.3%);年齡17~64 歲,平均(36.22±13.00)歲。病例組與對照組性別(χ2=0.329,P=0.566)和年齡(t=0.473,P=0.636)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

Hardy-Weinberg 平衡檢驗5 個位點(rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520)在病例組和對照組中均符合H-W 平衡(P>0.05),可以被納入后續(xù)的分析。

SNPH基因5 個位點等位基因和基因型分布的比較結(jié)果表明,病例組(SZ 組)與對照組(HC 組)中 5 個 SNP (rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520)等位基因及基因型分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表1)。

表1 病例組與對照組等位基因和基因型比較Tab 1 Comparison of allele frequencies and genotype frequencies of case group and control group

不同遺傳模式下基因型分布比較在共顯性、隱性、顯性及加性遺傳模式下,病例組與對照組rs3764714、 rs3795139、 rs3803947、 rs3803949、rs6134520 基因型分布差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(表2,其中加性模式為參考)。

表2 病例組與對照組不同遺傳模式下基因型的比較Tab 2 Comparison of genotype distribution in different models between case group and control group

病例組與對照組的單倍型分析應(yīng)用SHEsis 在線軟件對病例組(SZ 組)及對照組(HC 組)間單倍型進(jìn)行 分 析,發(fā) 現(xiàn) 由rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520 位點組成的單倍型A-A-A-C-T,G-A-G-T-T,G-G-G-C-C頻率>3%,后續(xù)分析發(fā)現(xiàn)3個單倍型在兩組間的分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表3)。

表3 病例組與對照組單倍型分布的比較(rs3764714,rs3795139,rs3803947,rs3803949,rs6134520)Tab 3 Comparison of Haplotype distribution of case group and control group(rs3764714,rs3795139,rs3803947,rs3803949,rs6134520)

討 論

SZ 的神經(jīng)遞質(zhì)假說是目前用以解釋SZ 發(fā)病原因的主流觀點,而SNARE 復(fù)合體對神經(jīng)遞質(zhì)的釋放過程起著關(guān)鍵作用,并最終影響SZ 的發(fā)生發(fā)展。因此,作為SNARE 復(fù)合體組裝的抑制因子,SNPH蛋白同樣在神經(jīng)遞質(zhì)傳遞過程中扮演著重要的角色,SNPH基因可作為SZ 遺傳學(xué)研究的候選基因之一而受到關(guān)注。

在本研究中,5 個位點在病例組和對照組中均符合H-W 平衡,可以進(jìn)行下一步分析。而病例組和對照組在年齡與性別方面差異均無統(tǒng)計學(xué)差異,數(shù)據(jù)較為匹配。根據(jù)統(tǒng)計效能檢驗,本研究統(tǒng)計效能為0.99,統(tǒng)計效能較好。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在中國漢族人群SZ 患者和健康人群之間,SNPH基因5 個SNP位 點(rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520)等位基因及基因型頻率分布差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。在共顯性、隱性及加性遺傳模式下,兩組之間5 個SNP 位點基因型頻率分布差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。這表明該基因的多態(tài)性可能與SZ 的發(fā)生沒有關(guān)聯(lián),其特定的等位基因或者基因型可能不會導(dǎo)致SZ 的發(fā)病風(fēng)險增加。針對SNPH基因5 個SNP 位點進(jìn)行的連鎖不平衡分析顯示,該5 個位點可構(gòu)成一個單倍型區(qū)塊(D’>0.8)。然而,在單倍型 分 析 中,由rs3764714、rs3795139、rs3803947、rs3803949、rs6134520 位點組成的單倍型A-A-A-CT、G-A-G-T-T和G-G-G-C-C頻率分布在病例組與對照組間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.978、0.535、0.524),說明這3 種單倍型可能不會增加SZ 的發(fā)病風(fēng)險。本研究結(jié)果顯示,在中國漢族人群中SNPH基因可能不是SZ 發(fā)生的易感基因。

本研究選取的SNPH5 個SNP 位點在SZ 相關(guān)研究中均未見報道,但有研究顯示,SNPH 蛋白與多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)。首先,SNPH 蛋白可能與腦白 質(zhì) 病 變(white matter lesions,WMLs)有 關(guān)[17]。WMLs 是一種伴有脫髓鞘和認(rèn)知功能下降的腦血管疾病。其次,體外實驗證實,樹突中SNPH過度表達(dá)會誘導(dǎo)N-甲基-D-天冬氨酸興奮毒性、減少線粒體鈣攝取和阻止線粒體自噬,導(dǎo)致線粒體功能的損害,最終與神經(jīng)退行性疾病多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)相關(guān)[18]??梢奡NPH 蛋白在大腦的結(jié)構(gòu)與功能中具有一定的調(diào)節(jié)作用。但是對于同樣伴隨有認(rèn)知功能下降的SZ,SNPH 蛋白作為其神經(jīng)遞質(zhì)假說中的重要中介因素,相關(guān)的研究卻極少,因此本研究具有一定的創(chuàng)新性和開拓性。

本研究在以下幾個方面具有局限性。首先,所選5 個點屬于一個區(qū)塊,進(jìn)行基因型分析時可能由于LD 的存在而造成混雜。候選基因法選點時應(yīng)考慮編碼SNPs(cSNPs),即在基因上首先考慮CDS區(qū)域(外顯子)及啟動子等,本研究選點時在編碼SNPs(cSNPs)上考慮不足。多個位點位于3′UTR區(qū),且僅1 個SNP 在外顯子上,本研究對功能SNPs的探究不足。雖然3′-UTR 區(qū)可能在生物復(fù)雜性的調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用,但更多3′-UTR 區(qū)的SNPs 高度保守,編碼區(qū)的SNPs 功能普遍更為重要。其次,僅選取了SNPH基因的5 個SNP 位點進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析,即使這5 個位點是經(jīng)過篩選得到的,也不足以反映SNPH基因的全部信息,在后續(xù)研究中需擴(kuò)大進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析的SNP 位點規(guī)模,以進(jìn)一步探索SNPH基因的相關(guān)信息。此外,本研究僅僅初步探討了SNPH基因多態(tài)性與SZ 的相關(guān)性,該基因多態(tài)性與SZ 相關(guān)受體、遞質(zhì)、蛋白的關(guān)聯(lián),以及其他基因與SNPH之間的相互作用需要進(jìn)一步研究,以明確SNPH基因多態(tài)性在SZ 發(fā)生機(jī)制中的作用。進(jìn)一步驗證SNPH基因多態(tài)性與SZ 的關(guān)聯(lián)需要設(shè)計更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒灧桨?,增加樣本量,保證入組患者的同質(zhì)性,進(jìn)行重復(fù)性實驗。

作者貢獻(xiàn)聲明巫珺 論文構(gòu)思、撰寫和修訂,病例收集,數(shù)據(jù)采集,基因分型。陸佳晶 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析,論文撰寫。黃欣欣,黃茹燕 病例收集,數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。呂欽諭,易正輝 數(shù)據(jù)分析,論文構(gòu)思和修訂。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。

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