探寻精神分裂症的基因密码

精神分裂症可能的致病基因图谱

作为一种严重的精神疾病，精神分裂症严重影响人的身心健康和生活，也给患者家庭以及社会带来沉重负担。目前全球有约1%的人口患有精神分裂症，患者会出现阳性症状（幻觉、妄想、兴奋打闹等）、阴性症状（思维贫乏、情感淡漠、意志缺乏等）和认知障碍等。

科学家一直试图破解精神分裂症的病因。就目前累积的证据来看，遗传因素和环境因素均有作用，其中，遗传作用更为明显，约占80%。近年来，通过全基因组范围内的关联研究（GWAS），科学家们已鉴别到超过180个与精神分裂症显著相关的遗传变异（单核苷酸多态性，SNPs），然而由于连锁不平衡及基因调控的复杂性，这些鉴别到的风险遗传变异通过何种机制影响精神分裂症发生却仍不清楚。

近日，中科院昆明动物所罗雄剑课题组利用功能基因组学方法系统研究了精神分裂症易感遗传变异对基因的调控机制。通过整合染色质免疫共沉淀—高通量测序（ChIP-Seq）和位置权重矩阵（PWM）数据，一共鉴别到132个打断与转录因子结合的风险单核苷酸多态性（SNPs）。相关研究成果在线发表于《自然—通讯》（Nature Communications）上。

罗雄剑告诉《中国科学报》，180个已知的遗传变异主要位于主要组织相容性复合体（MHC）、CACNA1C、VRK2、AS3MT、TCF4和ARL3等基因附近。“其中，值得注意的是VRK2、AS3MT和ARL3等基因在中国人群和欧美人群中均与精神分裂症显著相关，暗示这些基因可能在精神分裂症发生中有重要作用。”

由于每个易感基因座或遗传变异往往包含了许多紧密连锁的SNPs，这些SNP高度连锁且具有相近的相关显著性（P值），造成了基因调控的复杂性，因此很难从里面甄别出真正致病的或者有功能后果的遗传变异。

同时，基因调控的机制十分复杂。“比如，一个遗传变异可能通过染色质折叠或成环，来调控位于远端的基因，因此这些鉴别到的风险遗传变异通过何种机制影响精神分裂症发生目前仍并不清楚。”论文第一作者、中科院昆明动物研究所博士研究生马昌国作上述解释。

而从目前GWAS鉴别到的易感区域里面甄别真正的致病基因或者遗传变异，正是目前人类遗传学研究面临的一项重要挑战。

利用功能基因组学思路与手段，罗雄剑课题组首先通过利用脑组织的染色质免疫共沉淀—高通量测序（CHiP-Seq）数据来获得30个转录因子的DNA结合基序（DNA binding motif）；之后通过与目前的转录因子位置权重矩阵（Position weight matrix，PWM）数据库比对，获得了每个转录因子在大脑内的DNA结合位点；继而将目前鉴别到的与精神分裂症显著相关的SNP匹配到通过CHiP-Seq和PWM所获得的DNA结合基序上。通过这种策略，鉴别哪些与精神分裂症显著相关的SNP在大脑内打断了与转录因子的结合。

最终，该研究首次鉴别到132个打断与转录因子结合的风险单核苷酸多态性（SNPs）。与功能基因组学结果一致，报告基因实验和等位基因特异性表达分析支持这些打断转录因子结合的风险单核苷酸多态性的调控效应。进一步分析表明这132个打断转录因子结合的SNPs中的97个在人脑组织中与基因的表达显著相关。

132个潜在的有功能后果的遗传变异，如何证实这些遗传变异的确影响基因表达？对所获得的SNPs进行报告基因等实验验证是整个研究中最具挑战的部分。

马昌国介绍说，通过利用双荧光素酶报告基因实验，同时结合等位基因特异的表达分析（Alleleic-specific expression）和表达数量性状基因座分析，团队最终证实了部分打断转录因子结合的SNPs的确具有调控功能。

该研究初步揭示了精神分裂症风险遗传变异对靶基因的调控机制，包括广泛地打断与POLR2A和CTCF等转录因子的结合，并鉴别到一批受精神分裂症风险遗传变异调控的靶基因。这为进一步深入解析精神分裂症的遗传机制提供了一个新的思路，同时这些新的发现为精神分裂症遗传机制和致病机理研究及药物开发提供了重要数据。

对于未来的研究进展，罗雄剑表示，目前已经找到了潜在的精神分裂症致病遗传变异并极大程度地缩小了研究范围，但这些鉴别的功能遗传变异如何调控基因表达，以及受这些功能遗传变异调控的基因在精神分裂症中的作用和机制仍不清楚。“我们目前正在对本工作中鉴别到的功能遗传变异进行深入研究，以阐明这些遗传变异及靶基因在精神分裂症中的作用及机理。”