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天昊SNP和甲基化平台助力客户遗传影像学文章二连发


    影像遗传学研究旨在研究与神经影像和行为表型相关的遗传和环境因素及其相互作用,研究中通常需要收集参与者的基因信息、神经影像数据、环境和行为学数据。近日,上海天昊生物的SNP分析平台,MethylTarget®多重目的区域甲基化富集测序技术助力东部战区总医院医学影像科卢光明课题组的遗传影像学文章实现二连发

    下面小编就带大家一起学习一下这两篇文章,看看SNP和DNA甲基化如何组合影像学数据,开拓有趣的遗传影像学研究内容吧~


文章一


英文题目Effects of COMT rs4680 and BDNF rs6265 polymorphisms on brain degree centrality in Han Chinese adults who lost their only child
中文题目COMT-rs4680和BDNF-rs6265基因多态性对中国汉族失独成年人脑度中心性的影响
期刊Translational Psychiatry
发表时间2020-1-30
IF=5.182

研究背景
●    中国独生子女家庭数量众多,失去独生子女是一种常见的重大创伤性生活事件,可能会导致创伤后应激障碍(PTSD);
●    PTSD的特征是恐惧条件反射消退和应激反应的失调。功能性神经成像研究已经确定PTSD患者几个参与恐惧和压力反应调节的大脑区域存在功能障碍,这些脑区主要包括杏仁核、海马体和前额皮质。
●    对于PTSD的遗传学研究,有效改善PTSD患者临床异质性的一种方法是利用中间表型,尤其是来源于神经影像学的定量数据表型。
●    儿茶酚-邻甲基转移酶(COMT) rs4680和脑源性神经营养因子(BDNF) rs6265是两个研究最广泛的与应激反应相关的单核苷酸多态;然而,它们对失独成年人产生潜在影响的神经机制仍鲜为人知。

研究目的
    在这项研究中,研究者的目的是基于失独成年人静息状态磁共振成像(fMRI)数据,探究COMT rs4680、BDNF rs6265及其相互作用对于脑功能的影响。选择的中间表型为:脑度中心性(DC),这是一个重要的fMRI衍生度量,反映了给定体素和大脑中的其他体素之间内在连接的强度(即反映了大脑网络的沟通能力)。(注:体素是体积元素(Volume Pixel)的简称,是数字数据于三维空间分割上的最小单位,体素用于三维成像、科学数据与医学影像等领域,概念上类似二维空间的最小单位——像素)

研究方法
●    样本:最终纳入中国汉族210例失独成年人进行影像学检测,其中55例患有PTSD,155例未患有PTSD 。具体样本筛选过程如下:
 

●    神经心理测试:汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)_;汉密尔顿焦虑量表(Hamilton anxiety scale,HAMA);简易智力状况检查(mini-mental state examination ,MMSE);社会支持评定量表(Social Support Rating Scale SSRS);个体简易应对方式量表(individual Simple Coping Style Questionnaire, SCSQ)。
●    SNP分型:COMT rs4680和 BDNF rs6265 分型由上海天昊生物iMLDR平台完成。
●    MRI数据处理工具:Data Processing Assistant for Resting-State fMRI (DPARSF; http://rfmri.org/DPARSF)
●     DC分析:一个体素的DC为给定体素和其他的体素之间的连通性的总和,满足r阈值的纳入计算。
●    数据分析:基于PTSD诊断, COMT rs4680 和 BDNF rs6265 基因型进行三因素方差分析,分析PTSD诊断, COMT rs4680 和 BDNF rs6265 基因型对于人口学数据和心理学数据的主效作用和相互作用。
●    显著性定义:三因素方差分析显著的定义为体素水平的 P < 0.005+簇水平>48个体素。

研究结果
1)人口学数据和心理学数据
◆两组样本的人口学数据和心理学数据对比见表1。两组在年龄,教育程度,SSRS分值和SCSQ分值均无显著差异,但PTSD患者相对于非患者,CAPS, HAMA 和HAMD分值更高,男性/女性比更低,经历的失独时间更短。
 

◆依据COMT rs4680 (Val/Met)和BDNF rs6265 (Val/Met) 的基因型,样本的分组如下。在总体样本中,COMT × BDNF 互作显著影响SCSQ 的active coping style分值 (F = 4.43,P = 0.04)。未发现2个位点的主效效应或者2因素,3因素互作影响其它临床指标。
 

2)PTSD诊断对DC有显著主效影响
◆对于双侧下顶叶(IPL)和右额中回(MFG)的DC值,PTSD诊断有显著主效影响。Post-hoc分析显示,PTSD患者在这三个区域的DC相对较弱 (图1)
 

 
 
图1:Post-hoc分析显示,相对于非患者,PTSD患者在双侧下顶叶(IPL)和右额中回(MFG)区域的DC相对较弱。

3)COMT或BDNF 基因型对DC的影响
◆本研究未发现COMT或BDNF 基因型对DC有显著的主效应,但是BDNF基因型 × PTSD诊断交互作用对右额中回(MFG)的DC有显著影响。对于PTSD患者, BDNF Val/Val 基因型比Met携带者的DC更弱(P < 0.001),但在非患者中差异并不显著 (P = 0.17)(图2)。
◆对于PTSD病理影响的关键脑区—右侧海马区,我们检测到了体素的P值小于0.005,但是体素的个数并没有达到48,因此我们采用了较为宽松的统计学阈值,最终发现右侧海马区的边缘显著性(P=0.058)。BDNF 基因型× PTSD诊断互作解释了右侧海马区DC变化的9%。对于PTSD患者,BDNF Val/Val基因型与更高的DC相关(P < 0.001),而对于非患者,这种关联相反 (P= 0.046) (图2)。这一结果与BDNF 基因型× PTSD诊断互作对右额中回(MFG)的DC的调控模式相反。
 

 
 
图1:Post-hoc分析显示,相对于非患者,PTSD患者在双侧下顶叶(IPL)和右额中回(MFG)区域的DC相对较弱。

4)COMT和 BDNF基因型互作对DC的影响
    在总体样本中,COMT和 BDNF基因型的交互作用对左楔叶,左颞中回, 右枕下回和双侧侧壳核的DC有显著影响。基于基因型组合分选后,所有这些脑区的数据满足二次回归模型。若按照多巴胺信号通路从高到低排序(COMT Met-BDNF Val/Val genogroup > COMT Met-BDNF Met and COMT Val/Val-BDNF Val/Val > COMT Val/Val-BDNF Met),大脑皮层区域DC呈U形曲线,而对于壳核,它呈倒U形曲线(图3)。
 

 
 
图3:COMT和 BDNF基因型互作对DC的影响

5)相关性分析对于诊断×BDNF相互作用显著作用的区域,我们仅观察到右侧海马区和右侧MFG DC值之间存在负偏相关,这一结果仅在PTSD组观察到(r= - 0.34;P = 0.01)。但经过多重校正后,不再显著。

研究结果总结
●    对于双侧顶下小叶(IPL)和右额中回(MFG)的DC值,PTSD诊断有显著主效影响,PTSD患者在这三个区域的DC相对较弱。
●    BDNF基因型 × PTSD诊断互作对右额中回(MFG)和右侧海马区的DC有显著影响,但两者的调控模式相反。
●    COMT和 BDNF基因型互作对左楔叶,左颞中回, 右枕下回和两侧壳核的DC有显著影响,且独立于PTSD诊断结果。

研究结论
    这些发现表明BDNF多态性对MFG和海马的调节作用可能作用于失独成年人PTSD的发生发展。不论是否发展PTSD,COMT×BDNF多态性的相互作用都可以调节经历失独创伤成年人某些皮质和基底神经节的功能。
 

文章二


英文题目Decreased functional connectivity of hippocampal subregions and methylation of the NR3C1 gene in Han Chinese adults who lost their only child
中文题目中国汉族失独成年人的海马区功能连接性降低与NR3C1甲基化变化
期刊Psychological Medicine
发表时间2020-1-3
IF=5.641

研究背景
●    中国独生子女家庭数量众多,失去独生子女是一种常见的重大创伤性生活事件,可能会导致创伤后应激障碍(PTSD);
●    下丘脑-垂体-肾上腺 (HPA)轴功能失调可能与不良事件有关,近年来研究者开始关注表观遗传因素如何参与HPA轴对于压力的反应和适应;
研究目的
●    在这项研究中,研究者的目的是基于失独成年人静息状态磁共振成像(fMRI)数据,探究海马功能连接网络(FC)的异常情况。此外,海马体是大脑中富含糖皮质激素受体的区域,暴露于环境压力后的DNA甲基化变化机制可能带动海马体糖皮质激素受体密度的变化。McNerney最近的一项研究也证实了人糖皮质激素受体基因(NR3C1)的 DNA甲基化对于HPA应激反应通路和整个海马体积起重要作用,两者相互作用对于PTSD的发展尤为关键。
●    因此,研究者提出本研究假想:成年人的失独创伤可能破坏了海马-亚区域网络连接以及导致NR3C1基因的异常DNA甲基化。
研究方法
●    样本:最终纳入中国汉族144例失独成年人和50例未经历创伤的对照进行影像学检测,其中51例患有PTSD,93例未患有PTSD 。
●    神经心理测试:汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)_;汉密尔顿焦虑量表(Hamilton anxiety scale,HAMA);简易智力状况检查(mini-mental state examination ,MMSE);社会支持评定量表(Social Support Rating Scale SSRS);个体简易应对方式量表(individual Simple Coping Style Questionnaire, SCSQ)。
●    MRI数据处理工具:MRI data were preprocessed using SPM12 software (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)。
●    海马功能连接分析:针对每个半球4个主要海马亚区(CA1), CA2, CA3和(DG),以全脑静息态功能连接(resting-state functional connectivity,RS-FC)的方法来研究三组间海马功能连接模式变化情况。这些差异FC也被选为感兴趣的区域(ROI),采用order-one向量自回归模型对每个感兴趣区与相应的海马区之间进行两两Granger因果(GC)连接分析。
●    外周血NR3C1基因的DNA甲基化分析由上海天昊MethylTarget®多重目的区域甲基化富集测序技术完成。
●    数据分析:采用ANOVA进行海马亚区的FC差异分析,每个感兴趣区与相应的海马区之间的GC值差异分析。进行甲基化与影像学数据的关联分析。
研究结果
1) 三组样本临床数据分析


◆各组间的年龄或教育水平没有显著的差异。PTSD组的HAMA, HAMD分值高于非PTSD组,失独创伤经历者显著高于对照组 ( p = 0.01)。失独创伤经历者的MMSE值显著低于对照组。非PTSD组的男女比例高于其他各组(p< 0.05)。PTSD组CAPS得分高于非PTSD组。
◆对于NR3C1基因的平均DNA甲基化情况(73个CpG位点),PTSD和非PTSD组均低于对照组 (p < 0.05); PTSD和非PTSD组之间没有显著差异。
2) 功能连接结果
◆与对照组相比,PTSD和非PTSD组在左侧海马区CA1,左侧海马区DG和后扣带皮层间表现较弱的正功能连接(图1和图2);在右侧海马CA1,内侧额叶皮层(MFC)和右侧中/额下回(MFG/IFG) 表现较弱的负功能连接(图3);在右DG,MFC,MFG和和右额上回(SFG) 表现较弱的负功能连接(图4)。
 

 
 
图1:左侧海马CA1区FC在创伤后应激障碍、非创伤后应激障碍(创伤暴露对照组)、对照组中的组间比较(校正p < 0.05)。
 
 
图2:左侧海马DG区FC在创伤后应激障碍、非创伤后应激障碍(创伤暴露对照组)、对照组中的组间比较(校正p < 0.05)。
 
 
图3::右侧海马CA1区FC在创伤后应激障碍、非创伤后应激障碍(创伤暴露对照组)、对照组中的组间比较(校正p < 0.05)。
 
 
图4:右侧海马DG区FC在创伤后应激障碍、非创伤后应激障碍(创伤暴露对照组)、对照组中的组间比较(校正p < 0.05)。

◆相对于非PTSD组,PTSD组在右侧CA1和右侧MFG/IFG之间表现出较弱的负功能连接(图3),在右侧DG和左侧MFG以及右边的SFG之间表现较弱的负功能连接(图4)。各组间未发现格兰杰因果(GC)差异。

3) 相关性分析采用Bonferroni校正阈值后,只有CAPS-B与右侧DG-MFC的相关在非PTSD组被发现有统计学意义。
4) 其它基于影像的结构数据分析对于海马各亚区,未检测三组在灰质体积上存在显著差异。
研究结论
    失去独子的成年人可能会经历海马区网络连接紊乱和NR3C1的DNA甲基化异常,无论他们是否在经历创伤后发生创伤后应激障碍。

 

 




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