COMT和DRD2基因多態(tài)性對腦結(jié)構(gòu)及功能調(diào)控的成像遺傳學研究.pdf

1、目的：
　　COMT rs4680位點功能多態(tài)性作用于腦結(jié)構(gòu)及功能的調(diào)控多是獨立進行的，缺乏結(jié)合腦結(jié)構(gòu)和功能的多模態(tài)MRI全腦分析。同時，除了單基因作用外，還存在著與其他基因的交互作用。聯(lián)合多巴胺通路內(nèi)COMT和DRD2基因多態(tài)性的不同組合，形成不同多巴胺水平的亞組。通過分析COMT和DRD2的聯(lián)合基因效應，采集大樣本健康青年被試腦結(jié)構(gòu)及靜息態(tài)功能數(shù)據(jù)，結(jié)合遺傳-影像數(shù)據(jù)而探索多巴胺神經(jīng)遞質(zhì)對腦結(jié)構(gòu)及功能特性的調(diào)控模式及其內(nèi)在聯(lián)系

2、，并分析對認知行為、情感及人格的影響。本研究共采集323例健康青年被試，聯(lián)合運用基于體素的形態(tài)學分析（ voxel-based morphometry， VBM）和靜息態(tài)功能連接（resting-state functional connectivity，rsFC），研究COMT和DRD2基因多態(tài)性對腦結(jié)構(gòu)（VBM）及功能（rsFC）的主效應及交互效應。
　　材料與方法：
　　選擇右利手的漢族健康青年志愿者323例。利用GE

3、3.0T Signa HDX磁共振掃描儀對所有受試者進行腦結(jié)構(gòu)及靜息態(tài)功能數(shù)據(jù)的采集。
　　1.基因型測定，應用聚合酶鏈反應（polymerase chain reaction, PCR）-連接酶檢測反應（ligation detection reaction, LDR）的方法，檢測受試者COMT基因rs4680位點G/A等位基因多態(tài)性以及DRD2基因rs1076560位點G/T等位基因多態(tài)性。
　　2.采用基于Matlab

4、平臺的SPM8軟件及其插件包VBM8對高分辨率結(jié)構(gòu)像進行預處理，預處理過程包括：灰、白質(zhì)分割、空間標準化及空間平滑。采用基于 Matlab平臺的 DPARSF軟件對靜息態(tài)功能數(shù)據(jù)進行預處理，預處理過程包括：時間校正、頭動校正、空間標準化、重采樣到3mm×3mm×3 mm的立方體素、空間平滑及帶通濾波。
　　3.利用一般線性模型檢測COMT和DRD2基因多態(tài)性對認知行為，情感以及人格方面的基因主效應及交互效應。
　　4.采用預

5、處理后的高分辨率結(jié)構(gòu)像數(shù)據(jù)，利用多元回歸模型及雙因素方差分析研究COMT和DRD2基因多態(tài)性作用于大腦灰質(zhì)體積的單基因主效應及基因-基因加性、非加性交互效應。然后，提取交互作用顯著的腦區(qū)作為感興趣區(qū)，以保持腦結(jié)構(gòu)和功能分析的區(qū)域一致性，之后進行基于感興趣區(qū)的全腦功能連接值計算。同樣地，我們研究 COMT和 DRD2基因多態(tài)性對感興趣區(qū)的功能連接改變的主效應及交互效應。
　　5.提取全腦灰質(zhì)體積中COMT×DRD2呈顯著交互作用（加

6、性及非加性）的腦區(qū)，對其大腦灰質(zhì)體積值和功能連接值做偏相關(guān)分析（控制性別、年齡、教育年限等協(xié)變量），探索腦結(jié)構(gòu)及功能特性之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　6.利用二次方回歸模型，分別依據(jù) COMT和 DRD2而排列基因亞組，驗證多巴胺系統(tǒng)對腦結(jié)構(gòu)和功能的擬合曲線是否顯著。
　　7.統(tǒng)計分析采用一般線性模型、單因素方差分析及雙因素方差分析（COMT×DRD2），對統(tǒng)計結(jié)果采用（Gaussian Random Field） GRF或（Fam

7、ily Wise Error） FWE方法進行多重比較校正。
　　結(jié)果：
　　1.利用SPSS一般線性模型（單變量）發(fā)現(xiàn)COMT和DRD2對認知行為，情感以及人格方面均無顯著的主效應及交互效應。
　　2.雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)全腦灰質(zhì)體積中存在 COMT基因型主效應的腦區(qū)主要存在于右側(cè)前扣帶回、中扣帶回、中央前回及額下回蓋部，相對于A等位基因攜帶者，GG純合子組灰質(zhì)體積顯著減小。
　　3.相同的多重比較閾值下，DRD

8、2基因型對全腦灰質(zhì)體積無顯著主效應。
　　4.雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)右側(cè)背側(cè)前扣帶回的灰質(zhì)體積存在顯著的COMT×DRD2非加性交互效應。在6組基因亞組中（不同亞組反應了假定的多巴胺水平），右側(cè)背側(cè)前扣帶回的灰質(zhì)體積呈倒“U”型分布。根據(jù) COMT和DRD2分別排列基因亞組，利用二次方回歸而擬合的調(diào)控曲線均是顯著的。
　　5.以右側(cè)背側(cè)前扣帶回區(qū)為種子區(qū)進行全腦功能連接值計算。單樣本 t檢驗（FWE校正后P<0.05）顯示該腦區(qū)

9、與突顯網(wǎng)絡內(nèi)的主要腦區(qū)呈正功能連接。這表明右側(cè)背側(cè)前扣帶回區(qū)是突顯網(wǎng)絡的重要節(jié)點。
　　6.以右側(cè)背側(cè)前扣帶回區(qū)為種子區(qū)進行全腦功能連接值計算，我們發(fā)現(xiàn)右側(cè)背側(cè)前扣帶回區(qū)與右側(cè)楔前葉的功能連接存在顯著的 COMT×DRD2非加性交互效應。在6組基因亞組中（不同亞組反應了假定的多巴胺水平），右側(cè)背側(cè)前扣帶回區(qū)與右楔前葉之間靜息態(tài)功能連接呈“U”型分布。根據(jù)COMT和DRD2分別排列基因亞組，利用二次方回歸而擬合的調(diào)控曲線均是顯著的。

10、
　　7.相同多重比較校正閾值下，COMT及DRD2基因?qū)Ω信d趣區(qū)的靜息態(tài)功能連接分析均無顯著的單基因主效應。
　　8.我們檢驗了右側(cè)背側(cè)前扣帶回的灰質(zhì)體積值與右側(cè)背側(cè)前扣帶回-右側(cè)楔前葉功能連接值之間的Pearson相關(guān)，發(fā)現(xiàn)存在顯著的負相關(guān)。
　　9.利用多元回歸模型，在全腦灰質(zhì)體積中，雖然我們并未發(fā)現(xiàn)顯著的基因間加性交互作用，但是我們?nèi)匀辉谟翌~下回的灰質(zhì)體積中發(fā)現(xiàn)加性交互作用的趨勢(未通過相同閾值下的多重比較校正

11、)。事后分析表明右額下回的灰質(zhì)體積隨多巴胺水平增加而下降。
　　10.將存在COMT×DRD2加性交互效應趨勢的腦區(qū)（右額下回）作為種子區(qū)進行全腦靜息態(tài)功能連接分析。單樣本t檢驗(FWE，P<0.05)發(fā)現(xiàn)右額下回與雙側(cè)額顳葉大部分腦區(qū)存在著正向功能連接，然后，對于靜息態(tài)功能連接進行基于體素的單因素方差分析，以確定存在顯著組間差異的腦區(qū)。我們發(fā)現(xiàn)右額下回與右顳上回的功能連接值存在顯著的COMT×DRD2加性交互作用。事后分析表明右

12、額下回與右顳上回間功能連接值隨多巴胺水平增加而增加。
　　11.相似地，我們檢驗了右額下回的灰質(zhì)體積與右額下回-右顳上回功能連接之間的Pearson相關(guān)，發(fā)現(xiàn)存在顯著的負相關(guān)。
　　結(jié)論：
　　1. COMT和DRD2基因多態(tài)性對健康青年人認知行為、情感以及人格方面無顯著作用。
　　2. COMT和DRD2基因多態(tài)性對腦結(jié)構(gòu)呈倒U型調(diào)控，符合多巴胺濃度對神經(jīng)元的生長及發(fā)育作用所表現(xiàn)的倒U型曲線。
　　3.