精神分裂癥組學技術研究進展*

尋亞諾 郁 昊

(山東省戴莊醫院，濟寧 272051；濟寧醫學院精神衛生學院，濟寧 272013)

精神分裂癥是一種遺傳度高的復雜精神障礙。在過去的10年中，許多易感基因/位點的發現為精神分裂癥的病理機制提供了有價值的新見解。然而，這些發現在精神分裂癥的臨床分類和診斷、風險預測或干預方面的應用受到限制，闡明精神分裂癥的潛在基因組和分子機制仍然具有挑戰性。最近，研究者借助多種組學技術從各個層面探討了精神分裂的發病機制，包括基因組學、轉錄組學、表觀基因組學、蛋白質組學、代謝組學和腸道微生物組學。各種組學技術可以更全面地了解精神分裂癥的生物復雜性，將為精神分裂癥患者疾病評估、治療和干預提供重要且有價值的線索。本文將對精神分裂癥的組學研究做一綜述，總結不同組學技術的優勢和挑戰，關注各個組學對于闡釋精神分裂癥復雜病理機制的研究。

1 基因組學(Genomics)

遺傳流行病學研究表明,遺傳因素是精神分裂癥最主要的致病因素,據推算精神分裂癥的遺傳率約為80%[1],即遺傳因素在精神分裂癥發病過程中起到更大作用。精神分裂癥不符合孟德爾遺傳規律,并非單基因遺傳疾病,而是多基因復雜疾病,即由多對微效基因協同并與環境因素共同作用導致的疾病。

隨著高密度單核苷酸多態性(Single Nucleotide Polymorphism,SNP)基因芯片的應用，全基因組關聯研究(Genome Wide Association Studies,GWAS)已逐漸成為研究精神分裂癥等復雜疾病的遺傳變異和尋找其易感基因的主要手段之一。精神分裂癥GWAS已發現并驗證多個易感基因。國際精神障礙遺傳學專家成立的國際精神病基因組學聯盟 (Psychiatric Genomics Consortium,PGC)開展精神分裂癥GWAS，鑒定出120個易感基因，包括GRIN2A、SP4等,與精神分裂癥關聯的易感基因富集表達于大腦神經元細胞中，主要參與突觸傳遞、突觸再生等生理過程，PGC不僅支持既往假說，而且也指明新的病理機制,其中包括谷氨酸通路、鈣離子通道相關基因、突觸相關基因等[2]。近年來,中國漢族人群精神分裂癥GWAS發展迅猛。多項研究在收集中國漢族人群中的精神分裂癥患者以及正常對照的信息和遺傳樣本的基礎上，開展大規模的漢族人群精神分裂癥GWAS，并在獨立的較大規模的樣本中進行驗證，發現多個精神分裂癥易感基因，例如VRK2、AS3MT、ARL3、GABBR1、ZKSCAN4、NKAPL、PGBD1和TSPAN18[3-6]。GWAS為將來揭示精神分裂癥的發病機制，或者開發新型的治療藥物提供重要的科學依據。全基因組分析產生大海量數據，讓人們看到解析精神分裂癥遺傳機制的曙光。但是，研究者們對這些候選基因在該病發生發展中的作用機制仍不清楚。提高對易感基因的功能細胞和分子機制的了解，有望幫助我們找到治療精神分裂癥有效藥物靶點。

2 轉錄組學(Transcriptomics)

精神分裂癥轉錄組學研究旨在探討全基因范圍內所有基因及其亞型的定量表達變化(轉錄豐度)或定性變化(例如新轉錄)與該疾病的關聯程度?；虮磉_是時空動態的，精神分裂癥研究的最重要組織是尸腦。早期基于微陣列的mRNA表達分析強調DISC1和GABA-A受體β2在患病大腦中的參與；然而，精神分裂癥病理生理學的關鍵問題沒有得到解決[7]。PsychENCODE項目最近發布關于神經精神疾病患者研究數據[8]。PsychENCODE項目發現4821個差異表達基因和3803個亞型；發現了一個與精神分裂癥相關的基因共表達模塊，這一模塊富集了攜帶罕見變異的精神分裂癥患病風險基因，其中的轉錄因子POU3F2是模塊的關鍵調控因子，對模塊內的小分子RNA和其他信使RNA的表達起到調控作用[9]。一項使用單細胞RNA序列的研究發現，不同類型的細胞在精神分裂癥中具有不同的生物學作用[9]，而精神分裂癥單細胞測序的實驗結果亟待動物建模進一步驗證。通過應用單細胞RNA測序，可評估精神分裂癥相關的基因組位點是否映射到特定的腦細胞類型。常見變異基因組結果一致地映射到錐體細胞、中等棘神經元(MSN)和某些中間神經元，但遠沒有映射到胚胎、祖細胞或膠質細胞。這些富集是由于在這些細胞類型中每一種細胞中特異表達的一組基因。許多以前與精神分裂癥相關的不同基因集(涉及突觸功能的基因，編碼與FMRP、抗精神病藥物靶點等相互作用的mRNA基因)通常與相同的腦細胞類型有關。精神分裂癥的常見變異遺傳結果指向有限的一組神經元，而基因組指向相同的細胞。與MSN相關的遺傳風險與谷氨酸能錐體細胞和中間神經元的遺傳風險沒有重疊，這表明不同的細胞類型在精神分裂癥中具有生物學上不同的作用[10]。細胞水平差異的描述(GABA能、谷氨酸能和膠質細胞)將為精神分裂癥的發病機制提供更有意義的生物學見解[10]。

3 表觀遺傳學(Epigenomics)

表觀遺傳學是影響基因表達的另一種機制，主要表現為可逆的、可跨代的DNA變化，但不會影響遺傳序列，例如DNA甲基化、組蛋白修飾等[11]。隨著表觀遺傳學技術的不斷成熟，公共數據庫ENCODE、Roadmap和FANTOM等繪制出人類和小鼠不同發育階段的多種組織和細胞的表觀基因組圖譜[12-14]。全基因組表觀遺傳學研究已被廣泛應用于精神分裂癥研究。PsychENCODE項目研究結果發現，DGCR5長非編碼RNA可調節多個精神分裂癥易感基因表達水平[15]。Girhar等[16]研究發現，精神分裂癥患者的神經元H3K4me3和H3K27ac組蛋白顯著過表達。最近，一項全基因組DNA甲基化關聯研究招募499名漢族首發精神分裂癥患者和476名年齡和性別匹配的漢族健康對照者，采用Illumina Infinium Human MethylationEPIC BeadChip對患者和正常對照的外周血DNA甲基化進行檢測，發現3346個基因上的4277個差異DNA甲基化位點，最顯著的差異化位點位于C17orf53、THAP1和KCNQ4等基因，該結果有力支持DNA甲基化在精神分裂癥病理機制中的重要作用。同時，與健康對照相比，精神分裂癥患者正常衰老相關的生理變化出現更早，同時，其表觀遺傳修飾模式也發生改變。Dada等[17]采用候選DNA甲基化位點的研究策略，結果發現表觀遺傳年齡與精神癥狀嚴重程度顯著關聯。以上在精神分裂癥患者中觀察到的DNA甲基化異?？赡転樽R別診斷標志物以及開發藥物靶點提供有價值的資源。

4 腸道微生物組學(Gut microbiomics)

既往研究表明，腸腦軸在精神分裂癥的發生發展中起到重要作用，這促進相關機制的研究?；谛乱淮咄?6S rRNA測序技術進行微生物種群的研究發現，腸道菌群失衡可能會增加神經毒素和炎癥介質，引發神經元和突觸損傷，進而參與精神分裂癥的發生發展[18]。Zhu等[19]采集90名首發未用藥的精神分裂癥患者和81名健康對照者的糞便微生物，進行高通量測序，發現短鏈脂肪酸合成、色氨酸代謝以及神經遞質的合成降解等的差異與精神分裂癥顯著關聯，確定能夠顯著區分精神分裂癥患者和正常對照的腸道菌群分類器。同時發現，前庭鏈球菌(Streptococcus vestibularis)移植會引起小鼠的社交行為缺陷，并改變小鼠外周組織神經遞質的水平[19]。研究人員比較首發精神分裂癥患者和對照組之間的糞便乳酸桿菌和口咽微生物組存在顯著差異[20]，與精神分裂癥和中樞神經系統炎癥關系密切[21]。此外，接受精神分裂癥患者糞移植的無菌小鼠谷氨酸含量較低，谷氨酰胺和GABA含量較高，并表現出精神分裂癥相關行為[22]，表明腸道菌群可能影響神經遞質和精神分裂癥的發病機制。此外，腸道微生物組某些特征可能與精神癥狀的嚴重程度有關，例如陰性癥狀和睡眠質量[20]；白念珠菌的血清陽性與記憶能力和整體認知能力的降低有關[23]。既往研究表明，個體之間腸道微生物群的差異可用于開發基于微生物群的精神分裂癥診斷方法，腸道微生物將來也可能作為治療精神分裂癥的潛在靶標。

5 結語與展望

結合既往研究的設計和結果，將來的研究需要考慮以下幾方面研究：首先，深入結合臨床隊列數據。從臨床隊列數據中獲取更詳細的臨床數據，包括環境因素、臨床診斷、用藥記錄、療效評估和監測指標等，不僅可以幫助減少精神分裂癥的異質性，而且可以識別新型標志物。其次，同一被試多組學技術整合分析。目前多組學整合多是基于不同個體數據，然而利用同一個體多組學數據可以減少個體差異，發現更有價值的顯著的組學標志物。最后，需要開展多種族人群的精神分裂組學研究。目前精神分裂癥的組學研究主要集中在歐洲人群，考慮飲食習慣、遺傳背景等因素，不同種族人群精神分裂癥發病機制可能存在差異，因此,今后研究需要開展更多其他種族的組學研究。

綜上所述，盡管精神分裂的組學研究仍有諸多挑戰，但只有通過多組學數據、更大樣本量、更深入的表型分析和更綜合的模型的共同努力，才能更全面地描述精神分裂癥等復雜疾病的發病機制，有效促進臨床轉化，使得研究成果應用于臨床評估、藥物研發和疾病干預措施。

利益沖突：所有作者均申明不存在利益沖突。