夏卓漫，戚榮豐

0 引 言

創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(post-traumatic stress disorder, PTSD)是個(gè)體在經(jīng)歷嚴(yán)重的威脅和災(zāi)難性事件后發(fā)生的并持續(xù)存在的一種異質(zhì)性精神障礙，影響著人群中約7%的個(gè)體[1]。在2013年修訂的《美國(guó)精神障礙診斷分類手冊(cè)-第5版》(DSM-5)中，PTSD被歸為“創(chuàng)傷和壓力相關(guān)的疾病”，主要表現(xiàn)為重新體驗(yàn)、回避、認(rèn)知和情緒的負(fù)面變化以及高警覺(jué)四種典型行為特征，嚴(yán)重影響患者的社會(huì)功能和生活質(zhì)量[2]。

影像遺傳學(xué)(imaging genetics)是指用影像學(xué)的方法來(lái)研究遺傳對(duì)不同個(gè)體所產(chǎn)生影響的一門(mén)新興的交叉學(xué)科。它整合了影像醫(yī)學(xué)(主要是神經(jīng)影像學(xué))和遺傳學(xué)，可以進(jìn)一步的觀察遺傳變異對(duì)疾病/行為發(fā)生的中間表型的影響，揭示疾病背后的生物學(xué)機(jī)制，是研究遺傳變異、大腦活動(dòng)、行為和腦疾病三者關(guān)系的有效手段。影像遺傳學(xué)應(yīng)用于PTSD的研究多年，最初僅涉及遺傳變異-影像中間表型-疾病表型三者的傳遞通路，隨后逐漸納入環(huán)境因素，研究基因-環(huán)境-腦-行為通路中各環(huán)節(jié)的直接或間接關(guān)聯(lián)等，成為深入理解PTSD發(fā)生發(fā)展機(jī)制的重要手段，見(jiàn)圖1。本研究主要從PTSD相關(guān)易感基因、基于全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study，GWAS)、基于多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分(polygenic risk score, PRS)和基因-環(huán)境-腦-行為關(guān)系方面對(duì)PTSD影像遺傳學(xué)進(jìn)行闡述，并對(duì)未來(lái)研究方向進(jìn)行展望。

圖 1 應(yīng)激障礙影像遺傳學(xué)研究示意圖

1 基于易感基因的PTSD影像遺傳學(xué)研究

早期的PTSD影像遺傳學(xué)研究常根據(jù)以往科學(xué)文獻(xiàn)中報(bào)道的與PTSD和相關(guān)精神疾病發(fā)病機(jī)制相關(guān)的易感基因作為候選基因，以觀察這些候選基因的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNP)與患者腦區(qū)的結(jié)構(gòu)功能之間的關(guān)聯(lián)。使用的候選基因主要包括5-羥色胺能系統(tǒng)、多巴胺能系統(tǒng)、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、下丘腦-垂體-腎上腺軸基因和其他神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)相關(guān)基因等[3- 4]，上述基因與PTSD發(fā)病直接相關(guān)，且基因間可以通過(guò)交互作用產(chǎn)生累積或協(xié)同效應(yīng)，共同促進(jìn)PTSD的發(fā)生發(fā)展[5]。然而，候選基因方法和多基因關(guān)聯(lián)的PTSD影像遺傳學(xué)研究更多集中于特定候選基因，雖然這類候選基因研究報(bào)道很多，發(fā)現(xiàn)了大量SNPs與多個(gè)腦區(qū)的相關(guān)性，但是，相關(guān)研究結(jié)果的一致性不夠高[6]。有學(xué)者提出單個(gè)易感基因的單個(gè)SNP的遺傳效應(yīng)是微弱的，在多基因疾病如PTSD中，單一遺傳變異不足以提供評(píng)估疾病風(fēng)險(xiǎn)所需的信息?；贕WAS的PTSD影像遺傳學(xué)研究應(yīng)運(yùn)而生。全基因組分析使得影像遺傳學(xué)從假設(shè)驅(qū)動(dòng)的研究(候選基因設(shè)計(jì))轉(zhuǎn)向假設(shè)生成的研究(GWAS設(shè)計(jì))，具有里程牌的意義[1]。但不可否認(rèn)，早期基于候選基因的影像遺傳學(xué)在PTSD發(fā)病機(jī)制研究方面取得了很多重要進(jìn)展。

2 基于GWAS的PTSD影像遺傳學(xué)研究

全基因組的影像遺傳學(xué)研究與早期候選基因的研究方法不同，前者不依賴先驗(yàn)知識(shí)，使用一種不偏倚的方法來(lái)識(shí)別與疾病相關(guān)的遺傳變異，該研究涵蓋了包含30億個(gè)DNA堿基對(duì)的龐大基因組和大約20 000個(gè)可能預(yù)測(cè)疾病的蛋白質(zhì)編碼基[4]。2013年至2017年，一些PTSD GWAS樣本量從147名增加到13 690名參與者[1]，確定一些新的PTSD相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)等位基因，包括RAR相關(guān)孤兒受體A(RAR related orphan receptor A，RORA)[7]、Tolloid樣蛋白1(Tolloidlike 1,TLL1)[8]、長(zhǎng)基因間非蛋白編碼RNA AC068718.1(long intergenic non-protein coding RNA AC068718.1,lincRNAAC068718.1)[9]、含磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域的蛋白1(phosphoribosyltransferase domain-containing protein 1,PRTFDC1)[10]、錨蛋白重復(fù)域55(ankyrin repeat domain 55,ANKRD55)[11]和鋅指蛋白626(zinc finger protein 626,ZNF626)[11]等基因。基于GWAS研究可以通過(guò)廣泛篩選發(fā)現(xiàn)與PTSD相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)，從而提出關(guān)于PTSD發(fā)病機(jī)制的新假說(shuō)。另外，候選基因研究也可以驗(yàn)證從GWAS研究中獲得的新候選基因。比如，在一項(xiàng)針對(duì)中國(guó)漢族人群的PTSD影像遺傳研究中發(fā)現(xiàn)，失去獨(dú)生子女的成人的RORA基因多態(tài)性可調(diào)節(jié)PTSD癥狀嚴(yán)重程度與大腦皮質(zhì)結(jié)構(gòu)變化之間的關(guān)系[12]。雖然GWAS是強(qiáng)大的研究工具，但因其嚴(yán)格的多重比較校正從而忽略了很多有意義的基因位點(diǎn)，樣本量相對(duì)較小的PTSD GWAS研究所產(chǎn)生的結(jié)果也存在敏感性和穩(wěn)定性的問(wèn)題。為了解決這一難題，精神病學(xué)基因組學(xué)聯(lián)盟(Psychiatric Genomics Consortium, PGC)開(kāi)展了PTSD GWAS薈萃分析，使PTSD研究進(jìn)入了大規(guī)?；蚪M學(xué)合作的時(shí)代。PGC是精神病學(xué)史上最大的合作實(shí)驗(yàn)，由40多個(gè)國(guó)家的150個(gè)機(jī)構(gòu)中800名研究人員組成[13]。PGC-PTSD組研究人員于2017年和2019年先后進(jìn)行了兩次PTSD GWAS薈萃分析，確定了血統(tǒng)和性別特異性風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)，包括PARK2、PODXL、SH3RF3、ZDHHC14、KAZN，以及一些非編碼RNA，并確認(rèn)了基于PTSD SNP的遺傳力因性別而異[14-15]。另外，PGC-PTSD工作組還與通過(guò)增強(qiáng)神經(jīng)成像遺傳學(xué)薈萃分析計(jì)劃(Enhancing NeuroImaging Genetics through Meta-Analysis, ENIGMA)聯(lián)盟合作研究復(fù)雜大腦特征的遺傳效應(yīng),發(fā)現(xiàn)PTSD患者海馬和杏仁核體積較小[16]。ENIGMA-PGC-PTSD研究人員還發(fā)現(xiàn)了新的PTSD風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)(rs6470292, rs683250)，兩個(gè)SNPs與殼核體積減少顯著相關(guān)，支持谷氨酸能系統(tǒng)參與PTSD病理生理機(jī)制的假設(shè)[17]。基于GWAS的影像遺傳學(xué)研究將推動(dòng)PTSD發(fā)病機(jī)制的闡明更進(jìn)一步。

然而，先前的候選基因研究甚至GWAS研究在確定PTSD的重疊或可復(fù)制風(fēng)險(xiǎn)基因方面的重大突破仍不夠多，可能是由于創(chuàng)傷類型、環(huán)境因素以及參與這些PTSD基因研究的種族/族裔人群的差異，影響了相關(guān)結(jié)果的重復(fù)性和穩(wěn)定性。未來(lái)需要更大樣本量的PTSD GWAS研究或GWAS薈萃分析來(lái)解決這些問(wèn)題。

3 基于多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的PTSD影像遺傳學(xué)研究

多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分(polygenic risk score, PRS)這一概念是由Horne等于2005年首次提出的[18]。PRS是一個(gè)個(gè)體所攜帶的風(fēng)險(xiǎn)等位基因數(shù)量的總和，通常根據(jù)最大或信息最豐富的GWAS研究估計(jì)的效應(yīng)大小進(jìn)行加權(quán)，從而估計(jì)個(gè)體總體的疾病遺傳風(fēng)險(xiǎn)。由于即使是大樣本GWAS也只能獲得與許多因果變量之間的關(guān)聯(lián)的邊際證據(jù)，因此PRS通常在一組P值閾值(P-value thresholds, PT)下計(jì)算，例如：PT=1×10-5,1×10-4,0.05,0.1等。PRSice是第一個(gè)專門(mén)的PRS軟件，用于計(jì)算、應(yīng)用、評(píng)估和繪制多基因風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的結(jié)果[19]。

PRS與影像學(xué)結(jié)合，可深入分析影響PTSD患者大腦結(jié)構(gòu)和功能的總體遺傳學(xué)因素。皮層下結(jié)構(gòu)的體積是一個(gè)可靠的、定量的和客觀的表型，以檢測(cè)遺傳和環(huán)境的影響。Zheng等[20]發(fā)現(xiàn)，在PTSD患者中，海馬、丘腦、尾狀核、殼核和伏隔核各自的皮層下體積與其各自的皮層下體積PRS密切相關(guān)，而杏仁核體積PRS與PTSD發(fā)病相關(guān)，表明杏仁核體積可作為PTSD的一個(gè)危險(xiǎn)因素。除了評(píng)估個(gè)體的疾病遺傳風(fēng)險(xiǎn)，PRS還有助于預(yù)測(cè)疾病狀態(tài)。Misganaw等[21]于2019年使用PGC-PTSD GWAS研究結(jié)果構(gòu)建的PRS，發(fā)現(xiàn)其與PTSD的發(fā)病和癥狀嚴(yán)重程度呈顯著相關(guān)。Swart等[22]進(jìn)行了一項(xiàng)PTSD GWAS薈萃分析也得出了一致的結(jié)論。雖然根據(jù)目前已發(fā)表的GWAS結(jié)果構(gòu)建的PRS具有顯著性，但還不足以在臨床應(yīng)用、鑒別和分層能力方面預(yù)測(cè)PTSD診斷以及癥狀嚴(yán)重程度。PRS的另一個(gè)常見(jiàn)應(yīng)用是檢測(cè)性狀之間的共同遺傳病因。Miller等[23]基于GWAS研究發(fā)現(xiàn)，跨多個(gè)疾病(神經(jīng)質(zhì)癥、焦慮癥、重度抑郁癥)PRS值較高同時(shí)PTSD癥狀嚴(yán)重的個(gè)體后扣帶皮層和右側(cè)顳中回之間的功能連接性降低，提示跨多個(gè)疾病PRS調(diào)控PTSD癥狀和腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能連接。PRS反映了PTSD遺傳易感性對(duì)于腦結(jié)構(gòu)和功能的綜合影響，但不足之處在不能提供關(guān)于這些SNPs對(duì)觀察到的結(jié)構(gòu)功能改變的貢獻(xiàn)大小。此外，PRS需要基于不同環(huán)境、文化和祖先背景的人群中的GWAS分析結(jié)果，才能提高其計(jì)算值的適用性?？偠灾琍RS的應(yīng)用為遺傳因素在PTSD發(fā)病機(jī)制中的作用提供了一個(gè)全面的、可定量的指標(biāo)。

4 PTSD基于基因-環(huán)境-腦-行為的關(guān)聯(lián)研究

上述PTSD影像遺傳學(xué)研究主要是基于遺傳的相關(guān)變異對(duì)疾病的影響，近年來(lái)PTSD影像遺傳學(xué)的另一重點(diǎn)方向是將環(huán)境因素也納入考察范圍內(nèi)，主要通過(guò)聯(lián)合基因變異與環(huán)境因素，觀察兩者對(duì)大腦表型及臨床表征的影響。Bremner等[24]采用同卵雙胞胎病例對(duì)照設(shè)計(jì)來(lái)評(píng)估遺傳因素和環(huán)境因素對(duì)PTSD患者海馬體積的相對(duì)貢獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)在PTSD患者中，環(huán)境因素(即創(chuàng)傷暴露)對(duì)海馬體積變小的貢獻(xiàn)大于遺傳因素。

PTSD相關(guān)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素主要有戰(zhàn)斗暴露、虐待事件、童年創(chuàng)傷等，其中童年創(chuàng)傷是最受關(guān)注的環(huán)境因素之一。童年期是關(guān)鍵的神經(jīng)發(fā)育期，而童年期創(chuàng)傷是成年期PTSD的一個(gè)強(qiáng)有力的預(yù)測(cè)因子，與調(diào)節(jié)作用于PTSD的基因相互作用。Deslauriers等[25]對(duì)部署前后的美國(guó)海軍進(jìn)行評(píng)估發(fā)現(xiàn)，兒茶酚-O-甲基轉(zhuǎn)移酶 (COMT)基因Val158Met多態(tài)性與PTSD患者恐懼抑制受損的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，且受童年創(chuàng)傷所調(diào)節(jié)，即有童年創(chuàng)傷史的PTSD Met/Met攜帶者在恐懼消退期間對(duì)安全信號(hào)表現(xiàn)出更高的恐懼增強(qiáng)反應(yīng)。Morey等[26]在MIRECC數(shù)據(jù)集中發(fā)現(xiàn)了，隨著童年期創(chuàng)傷暴露量和LINC02571 rs6906714中G等位基因的增加，右側(cè)海馬傘部的體積減小，提示童年期創(chuàng)傷和PTSD風(fēng)險(xiǎn)基因?qū)ｑR亞區(qū)結(jié)構(gòu)的交互作用。由此可見(jiàn)，環(huán)境因素的納入，將更加豐富PTSD的影像遺傳學(xué)研究。

5 結(jié) 語(yǔ)

影像遺傳學(xué)融合多種影像和遺傳數(shù)據(jù)，識(shí)別與神經(jīng)成像內(nèi)表型和遺傳變異相聯(lián)系的生物標(biāo)記物，候選基因研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量SNPs與多個(gè)腦區(qū)的相關(guān)性。GWAS研究篩選出更多與PTSD相關(guān)的遺傳變異位點(diǎn)，有利于進(jìn)一步理解PTSD的發(fā)病機(jī)制，基于GWAS研究結(jié)果計(jì)算所得的PRS與影像學(xué)結(jié)合可更全面評(píng)估總體遺傳學(xué)因素對(duì)PTSD患者大腦結(jié)構(gòu)和功能的影響。環(huán)境因素如童年創(chuàng)傷的納入促進(jìn)了PTSD影像遺傳學(xué)向更廣泛和系統(tǒng)的方向深入發(fā)展。綜上，影像遺傳學(xué)在PTSD這一復(fù)雜的精神疾病的病因?qū)W方面取得了一定進(jìn)展，尤其揭示了遺傳(以及環(huán)境因素)與PTSD患者大腦結(jié)構(gòu)和功能異常的關(guān)聯(lián)。

盡管如此， PTSD影像遺傳學(xué)研究仍面臨挑戰(zhàn)，未來(lái)需在以下幾方面取得突破：①應(yīng)開(kāi)展更多的縱向研究，更好地探索PTSD發(fā)生發(fā)展過(guò)程中遺傳變異、環(huán)境因素和大腦表型之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系；②現(xiàn)有研究側(cè)重于探索PTSD潛在神經(jīng)病理生理機(jī)制，未來(lái)需開(kāi)發(fā)基于影像遺傳學(xué)的PTSD診斷或預(yù)警模型，促進(jìn)PTSD易感人群的早期個(gè)體化篩查和預(yù)防；③應(yīng)重視表觀遺傳學(xué)(如DNA甲基化)的作用、以及與環(huán)境因素的交互作用，為PTSD的精準(zhǔn)診療提供更多、更全面的生物學(xué)證據(jù)。