COMT基因对注意控制神经基础的调控效应:影像遗传学研究的元分析

为探索注意控制能力个体差异的遗传来源,当前研究主要关注儿茶酚胺氧位甲基转移酶(catechol-O-Methyltransferase,COMT)基因对参与注意控制加工的前额叶脑区的调控作用。为进一步回答COMT基因是否也对全脑范围的注意脑区具有调控作用,本文对17篇遗传影像学研究进行元分析。结果发现,COMT基因Val/Val(vv)基因型的被试在注意控制任务下,不仅前额叶脑区的激活水平高于Met/Met(mm)基因型的被试,在前扣带回和后扣带回等前额叶之外的脑区激活水平也高于mm基因型的被试,而且在这些脑区的效应值(vv>mm)都较大(Cohen'sd>0.8)。由此,元分析结果表明:COMT基因不仅调控前额叶脑区,而且对形成注意控制网络的多个脑区都有调控效应。此结果提示注意控制能力的个体差异可能部分的来自于COMT基因对注意控制网络的调控作用。

抑郁症的影像遗传学研究:探索基因与环境的交互作用

抑郁症具有中等的遗传度。通过影像遗传学方法探讨抑郁相关基因的多态性对神经活动的影响,发现编码五羟色胺、促肾上腺素释放激素受体、多巴胺等神经递质或受体的基因多态性会影响杏仁核、前扣带等情绪加工脑区的功能或结构,且多数基因与压力生活经历发生交互作用。表明基因与环境的交互作用在抑郁症发病机理中扮演重要角色。未来的研究应拓展遗传和神经影像分析方法,重视环境因素的测量,通过整合遗传、神经影像及环境变量构建抑郁病理模型。

一种用于影像遗传学关联分析的高阶统计量结构化稀疏算法

神经影像技术和分子遗传学的发展产生了大量的影像遗传学数据,极大地促进了复杂精神疾病的研究。但因为该数据的特征维度过高且相关性的度量都是假设数据服从高斯分布,所以传统的算法往往无法很好地解释两类数据之间的依赖关系。为了解决传统算法的问题,文中提出了一种对大量SNP和fMRI数据进行关联分析的方法,该方法通过构建稀疏的特征网络结构来指导fused lasso进行特征选择,与此同时,该方法利用高阶统计量提取出具有统计显著性的变量,从而识别出与精神疾病有关的生物标记物。实验结果表明,在模拟数据中所提算法得到的典型向量值的分布与实际数据中值的分布几乎一致且得到的相关系数与数据集中实际的相关系数最接近,所提算法的平均相关系数最高达到81%,比L1-SCCA提高了约20%,比FL-SCCA提高了约3%;在真实数据中,相比另外两种算法,所提算法可以找出更多的对精神分裂症有潜在影响的基因与脑区。实验结果证明:该算法可以在合理时间内有效识别出风险基因和异常脑区。

重性抑郁障碍影像遗传学研究进展

重性抑郁障碍(MDD)具有高度遗传性。大量的影像遗传学研究证明MDD风险基因影响关键脑区结构及功能活动。基因变异与大脑的结构和功能变异之间具有一定的关联性。回顾MDD的影像遗传学研究,对MDD神经递质紊乱假说、神经发育障碍假说、神经细胞膜磷脂代谢异常假说、免疫系统障碍学说等相关的基因进行分析和总结,并讨论了未来影像遗传学存在的问题及可能的发展方向。

抑郁症影像遗传学研究进展

抑郁症是最常见的精神疾病之一,带来沉重的疾病负担,目前其发病机制尚不明确。自21世纪初,影像遗传学便开始用于抑郁症发病机制和诊疗方法的研究。早期研究集中于单核苷酸多态性与影像中间表型脑结构、功能之间的关系,后来逐渐扩展到多位点、多基因、通路基因和全基因组的研究,分析方法也从单变量逐步发展到多变量分析和机器学习,为抑郁症的发病机制提供证据。作者综述了抑郁症影像遗传学的研究进展,文章最后指出了抑郁症影像遗传学存在的不足之处,并对抑郁症影像遗传研究方法的未来发展方向进行展望。

难治性强迫症的影像遗传学及治疗进展

难治性强迫症的治疗是临床亟待解决的问题,发病机制和病理特征不明是难以获得有效治疗的关键瓶颈。目前公认的神经病理特征为皮层-纹状体-丘脑-皮层(CSTC)环路/眶额叶(OFC)等脑区的神经环路异常,功能结构影像也发现了上述环路存在脑区结构异常,5-羟色胺转运体基因及谷氨酸转运体基因在难治性强迫症神经递质调控的神经环路中起重要作用。难治性强迫症目前尚无规范的治疗指南,扩大药物治疗策略及非药物治疗的尝试为难治性强迫症的治疗带来一线曙光,影像遗传学可能为难治性强迫症的病理特征提供依据,将成为新的研究方向。

基于统计学习的影像遗传学方法综述

近年来随着多模态神经影像技术和基因检测技术的发展,影像遗传学这一交叉学科的研究能够运用脑影像技术将人类大脑的结构与功能作为表型来评价基因对个体的影响,使得人们可以在脑的宏观结构上以更客观的测量手段理解基因对行为或精神疾病的影响.而统计学习方法作为基于数据驱动的关联分析强有力工具,能够充分利用生物标志数据内在的结构信息构建模型来分析易感基因与大脑结构或者功能的相关性,从而更好地揭示脑认知行为或者相关疾病的产生机制.本文首先简要介绍了影像遗传学的研究背景和基本原理,然后回顾了单变量方法在影像遗传学研究中的应用,随后对基于多变量统计学习的基因–影像关联的研究思路和建模方法进行了归纳总结,最后对遗传影像学的未来研究发展方向进行了分析和展望.

精神药理影像遗传学研究进展及其临床应用前景

精神疾病危害严重,其发病机制复杂难解,临床治疗效果不一,且存在明显的个体差异.近期精准医学研究发现精神药物作用于脑神经的生化过程受到遗传多态性的影响.本文从五羟色胺能、去甲肾上腺素能和多巴胺能三大系统入手,系统综述精神药理影像遗传学的相关研究进展,深入探讨精神药理的神经作用机制以及药物-基因-脑之间的交互作用.我们发现:SLC6A4、BDNF、FKBP5、COMT和多巴胺相关受体等基因多态性与多种精神疾病的发生发展及其治疗效果具有一定的相关性,可能成为相关精神疾病诊断的候选基因.杏仁核、海马、眶额叶、扣带回和前额叶等皮层与皮层下脑结构可能是不同神经递质相关的基因多态性影响精神药物生化作用过程的关键靶点脑区.在建立精神药物-基因-脑影像-行为的因果链中,仍然存在很多相互矛盾的结果和一定的局限性.因此,开展同质性强的临床试验、研究表观遗传作用等可以作为未来的研究发展趋势.

创伤后应激障碍影像遗传学的新进展与展望

创伤后应激障碍(PTSD)是个体经历严重的威胁和灾难性事件后发生的并持续存在的一种异质性精神应激障碍,其发生发展受多种因素的影响,其中遗传变异和环境因素是最重要的风险因素。近年来,PTSD影像遗传学研究进展迅速,主要通过候选基因或全基因组关联研究来探讨基因对大脑表型及临床表征的影响,同时也越来越关注基因-环境交互作用的影响,相关影像遗传学研究为探索PTSD的神经病理生理机制提供了重要的影像学生物标志物。文中对近年来PTSD影像遗传学的主要研究进展进行阐述,并展望这一领域未来的研究方向。

阿尔茨海默病KIBRA基因多态性及其相关影像遗传学研究

遗传因素在阿尔茨海默病(AD)发生中具有重要作用。近年来的研究显示,肾脑表达蛋白(KIBRA)基因多态性能够增加AD风险,在AD的重要脑区(如海马)出现高表达,与晚发型AD有显著相关性。形态学MRI研究显示KIBRA基因多态性与海马关系密切,但该基因多态性的多种功能成像研究存在不一致性,其神经机制尚不明确。应用影像遗传学方法,探索KIBRA基因多态性对AD大脑功能及对行为的潜在作用将有助于了解遗传风险因素对AD的影响,为早期诊断AD提供依据,进而对疾病早期有效干预以及相关药物的研发提供重要线索。

精神分裂症的影像遗传学方法研究

近年来随着神经影像技术和基因检测技术的发展,影像遗传学的研究有助于理解精神疾病易感基因对脑功能或结构的影响。该研究首先结合精神分裂症的背景,介绍了影像遗传学的研究进展,然后对影像遗传学方法多模态典型相关分析、联合独立成分分析、并行独立成分分析和基于稀疏表示的变量选择方法的基本原理和特点进行了归纳总结,随后阐述了有关精神分裂症的最新研究进展,最后对影像遗传学的未来研究发展进行了展望。

精神分裂症脑白质完整性的影像遗传学研究进展

精神分裂症患者脑组织中少突胶质细胞、髓鞘及神经发育相关基因表达水平异常,患者及其未患病一级亲属脑白质完整性受损。脑白质完整性异常可能是导致精神分裂症发生的重要病理改变之一。本文将主要从影像遗传学角度对精神分裂症与脑白质完整性的关系进行综述。

强迫障碍的影像遗传学研究进展

强迫障碍(obsessive-compulsive disorder,OCD)临床上主要表现为强迫思维和强迫行为,具有发病年龄早、病程长及诊治率低等特征。该疾病涉及5-羟色胺、谷氨酸及多巴胺系统相关基因变异以及相关脑区结构和功能的改变。这些潜在致病基因如何影响脑结构和功能,进而导致强迫障碍表现出不同的临床症状仍未有定论。影像遗传学通过将遗传学和影像学结合,可关联分析遗传变异、脑神经和临床表现的关系,目前已被应用于强迫障碍的病因学机制研究。作为复杂的多基因疾病,结合多基因关联分析或表观遗传的影像遗传学可能成为探讨强迫障碍中环境-基因-脑-行为模型机制的新趋势和新角度。因此,本文对强迫障碍的影像遗传学相关研究进行综述,以期为强迫障碍的病因学机制研究及临床精准干预提供理论依据。

多病种言语性幻听症状影像遗传学特征及治疗靶点模式识别的研究概况

言语性幻听(AVHs)特指在确无外界现实声音刺激的条件下,患者体验到有针对自己的"真实"声音存在,多数"声音"给患者带来精神痛苦,是高致残致死性精神症状之一;并且AVHs可出现于多种精神障碍患者中,极易导致疾病的误诊误治。因此,探寻AVHs的病理特征和精准治疗靶点已经成为当前亟需解决的问题。采用基于高通量测序的基因组学技术和基于脑影像的脑连接组学技术,探索分裂症、双相障碍、单纯抑郁、边缘型人格障碍和具有AVHs症状的健康者等6类患者AVHs症状的影像遗传学特征;并采用模式识别技术,基于上述特征,建立不同病种AVHs早期定性诊断和疗效预测体系将有助于言语性幻听的机制研究。笔者从内源性遗传特征-内表型特征(脑环路/脑网络)-表型特征(临床表现)3个角度揭示不同病种AVHs共性及特异性影像遗传学特征,以确定不同AVHs的精准治疗靶点,对建立早期诊疗预测模型、提高早期治愈率具有重要的科学意义。

基于超图正则化的多模态信息融合算法

多模态数据融合方法通过学习多个数据集间的关联信息和互补信息,提高了数据分类或预测的性能。但现有的数据融合方法大都基于单独数据集自身的特征模式进行学习,不同异构数据之间的结构信息往往被忽略。因此,文中提出了一种基于超图正则化的多模态信息融合算法(sHMF),通过超图和流行正则项的方法结合表示模态内样本间的高阶关系和模态间的关系,即得到同构和异构的高阶网络。其中,采用超图稀疏表达学习超图,减少冗余边。为了验证所提算法的性能,在模拟数据和影响遗传学真实数据下进行实验,结果表明,sHMF算法在模拟数据和真实数据上均优于多任务学习、多邻域分类等流行算法对精神分裂症的分类精度。同时,sHMF在真实数据上得出的实验结果进一步揭示了一些与精神分裂症显著相关的生物标记物以及风险基因、甲基化因子和异常脑区之间潜在的联系。

基因—大脑—行为框架下的抑制控制与老化

抑制控制能力是认知功能的重要成分。神经影像研究表明,老年人抑制控制能力改变与前额叶皮层萎缩、神经元丧失有着密切关系,抑制过程中前额叶需要以更高水平的激活达到代偿目的。遗传学研究表明,抑制控制相关认知老化具有个体差异性,大脑结构功能对个体差异的作用会出现衰退,而遗传变异作用逐渐增加,并使之成为认知老化个体差异性的主要原因之一。未来研究应利用遗传影像学,结合影像学和遗传学优势,在基因、大脑和行为框架下探索抑制控制与老化。

难治性抑郁症发病机制的研究进展

抑郁症（depression）是一种常见的心境障碍。截止2010年底，全球抑郁症患者已达2．98亿人，占全球总人数的4．3％。其中美国抑郁症的患病率高达17％，我国的患病率为6％左右。全球疾病负担研究结果显示，2010年精神疾病导致全球23．2万人死亡，是导致死亡和疾病的第5大原因，是导致非致命性疾病的首要原因；其中，抑郁症导致的伤残调整生命年占精神疾病的40．5％，居首位。

基于标签对齐的多模态一致性表型关联方法

近年来,随着脑影像和基因技术的发展,脑影像遗传学得到了广泛的关注.在脑影像遗传研究中,检验遗传变异(即单核苷酸多态性(singlenucleotidepolymorphisms,SNPs))对大脑结构或功能的影响是一项艰巨的任务.此外,提取的多模态脑表型和来自同一区域的一致性脑影像标志物为理解疾病(例如,阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD))的机理提供了更多的见解.利用多模态脑表型作为桥接风险基因位点和疾病状态的中间特征,设计通过标签对齐的多模态学习方法来识别AD中风险基因位点与疾病状态之间的一致性表型.首先,用标准的多模态方法去探索和AD相关的基因位点(即APOEe4 rs429358)与多模态脑影像之间关系;其次,为了利用标记样本之间的标签信息,在标准多模态方法的目标函数中添加了一个新的标签对齐正则化项,使得所有具有相同类别标签的多模态样本在映射空间中更靠近;最后,在公开的ADNI(Alzheimer’s disease neuroimaging initiative)数据集上的3种脑影像(即大脑的结构组织信息、脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描和正电子发射断层扫描淀粉样蛋白成像)进行实验.实验结果表明:该方法可以在多模态脑影像上发现鲁棒的、一致性脑区域来解释AD的病因,并在3个模态上将相关系数分别提高了8%,9%,5%.

多巴胺系统基因对注意网络的调控作用

多巴胺是脑内重要的神经递质之一,与注意活动紧密相关。本文选取作用于突触前膜、间隙和后膜的多巴胺系统基因——多巴胺转运蛋白基因、儿茶酚氧化甲基转移酶基因和多巴胺受体基因,整合影像遗传学研究,探讨多巴胺基因对注意网络的调控。元分析发现背侧和腹侧注意网络的主要脑区均有较大的基因调控效应,且腹侧网络的效应值显著大于背侧网络,表明多巴胺系统基因在全脑范围内调控注意网络,且对腹侧网络的调控作用强于背侧网络。

CACNA1C rs58619945基因型对双相情感障碍Ⅰ型患者注意网络皮质厚度的影响

目的探讨CACNA1C rs58619945基因型对双相情感障碍Ⅰ型(BD-Ⅰ)患者注意网络皮质厚度的影响。方法选取2013年8月至2019年8月在广州医科大学附属脑科医院门诊和住院部就诊的155例BD-Ⅰ患者与来自社区和大学招募的82名健康对照者(HC)为研究对象。对BD-Ⅰ患者和HC受试者进行CACNA1C rs58619945基因分型,并采用3.0 T磁共振成像系统进行扫描,获取警觉、定向和执行控制这3个亚注意网络的皮层厚度。采用一般线性模型(GLM)评估CACNA1C rs58619945基因型对注意网络皮质厚度的影响,同时采用重复性成套神经心理状态测验(RBANS)和剑桥神经心理自动化成套测试软件中快速视觉信息处理测试(CANTAB RVP)评估注意维度功能。本研究通过广州医科大学附属脑科医院医学伦理委员会的审查[伦理号:(2013)第(056)号]。结果与HC组相比,BD-Ⅰ组的双侧前额叶皮层、双侧后顶叶皮层和双侧颞上回皮层的厚度均减少(P<0.05)。CACNA1C基因型与诊断(HC vs.BD)之间在右前额叶皮层、右后顶叶皮层和右颞上回叶皮层厚度上均存在显著交互作用(P<0.05)。偏相关分析结果显示,CANTAB RVP和RBANS注意力指数与右前额叶皮层、右后顶叶皮层和右颞上回皮层厚度均呈显著正相关(P<0.05),且主要在BD-ⅠG等位基因携带者中。结论CACNA1C rs58619945 G等位基因与BD-Ⅰ患者的警觉和定向网络中的右前额叶皮层、右后顶叶皮层和右颞上回皮层的形态学变化存在相关性。