兴医工程之精神卫生科徐勇教授认知
精神分裂症（schizophrenia，SZ）是一组以精神活动与环境不协调为主要特征，存在思维、情感、行为、认知等多方面障碍的慢性致残性严重精神障碍之一，给个人、家庭、社会带来沉重负担。SZ的全球终身患病率约为1%，中国约为0.61%。但目前SZ的诊断体系仍然主要依赖于症状学的改变和精神科医生的临床会谈，这种较为主观的判断极易造成误诊及漏诊。因此，寻找SZ诊断的客观标记物对于提高疾病的早期诊断率，改善预后是十分重要的。且由于SZ的表型异质性极强，单纯DNA层面的研究结果对于目前该病生物标记物寻找的参考价值有限，而非编码RNA占据整个转录组RNA的90%以上。故徐勇教授带领课题组长期聚焦于转录组多分子水平尤其是非编码RNA层面，以此寻找SZ诊疗的生物标记。
1.1精神分裂症特异mRNA和非编码RNA的筛查与验证研究
徐勇教授带领科研团队基于GWAS数据发现，SZ患者参与微小RNA（miRNA）罕见变异（rarevariant,RV）发生率较正常对照者高约50%（人群归因风险系数PAF=11%），miRNA芯片检测发现63个差异表达的miRNAs（FC2和FDR0.05），在患者组中均出现下调趋势。由此推测首发精神分裂症（EOS）患者外周血的miRNA呈现总体下调趋势，提示遗传性罕见变异可能通过抑制miRNA系统的效应增加SZ发病风险[1]。同时，对EOS患者的外周静脉血浆样本进行全基因组转录水平芯片检测到82个mRNA表达水平上调、2个mRNA下调，经RT-PCR验证发现AKT1，BRCA1，CCDC，UBD，ZIC2等基因表达异常，并发现这些基因主要与信号传导、代谢过程及多细胞生物发育等生物过程有关[2]。同时EOS患者外周血基因组转录水平miRNA及mRNA的变异系数(CV)显著增加，采用抗精神病药治疗12周后，CV显著降低[3]。
随后，对lncRNA及mRNA芯片结果分析发现，EOS特异的lncRNA共有个lncRNAs上调，个lncRNAs下调；个mRNAs上调，个mRNAs下调。综合差异表达分析、加权基因共表达网络分析、功能富集分析等方法分别构建lncRNAs及mRNAs共表达网络，获得2个EOS风险lncRNAs组合模块和3个EOS风险mRNAs组合模块。生物信息学分析提示EOS发病相关的mRNAs可能主要富集于线粒体及其相关生物学过程[4]。
图1.精神分裂症转录组特异信使RNA与非编码RNA的筛选与验证
a-b.精神分裂症外周血mRNAs差异表达火山图及qPCR验证。c-d.精神分裂症外周血miRNAs差异表达火山图及miRNA和靶基因的预测调控网络。e-f.LncRNA及mRNA共表达网络模块。
1.2多分子调控网络/轴作为精神分裂症诊断和治疗监测生物标记物的研究
课题组基于前期SZ外周血转录组基因表达的发现，采用差异共表达分析，从多组学角度出发，对转录因子（TF）、miRNA与mRNA在基因组水平的关系进行深入探索，整合分析TF-靶基因、miRNA-靶基因、TF-miRNA和蛋白质/蛋白质相互作用（PPI）关系，构建miRNA-TF-gene-PPI互作调控网络，并在SZ追踪样本中进行RT-PCR验证，最终确立EGR1-miR--3p-SKIL分子调控轴作为SZ诊断与治疗靶点的重要潜力[5]。
同时，前期遗传学研究发现miR-30e前体SNPrs044与SZ强相关联。课题组由此构建了以miR-30家族为核心的多层面的基因调控网络，筛选到了以miR-30a-5p为核心，其转录因子EGR1和靶基因NEUROD1共同组成的分子调控轴。进一步在正常对照，SZ病人治疗前后三组人群中验证了其表达水平能随疾病状态的改变而变化。并证实其比单独miR-30a-5p更具诊断价值，曲线下面积（AUC）从0.升高到了0.（P＜0.,95%CI:0.-0.）[6]。后续miRNA在SZ中的诊断性meta分析结果显示其作为诊断SZ的总灵敏度和特异度均较高（Sensitivity：0.81(95%CI:0.75-0.86,I2=37.97%)，Specificity：0.81(95%CI:0.72-0.88，I2=55.30%)，AUC：0.87(95%CI:0.84-0.90)，联合诊断OR值为18(95%CI:9-34)，为miRNA作为临床SZ的诊断标记的提供了理论支持[7]。
图2.转录组多分子调控轴作为精神分裂症诊疗标记的研究
a-c.EGR1-miR--3p-SKIL分子调控轴在精神分裂症患者治疗前后的特异表达。d-f.EGR1-miR-30a-5p-NEUROD1分子调控轴在精神分裂症中的诊断价值及治疗前后的特异表达。
1.3常见精神障碍的疾病共享基因模式分析研究
精神疾病患者共病两种或多种精神障碍其发生率超过40%，提示各精神障碍间很有可能存在密切的遗传关联，甚至存在共享的发病机制。迄今为止，抑郁症、双相情感障碍、精神分裂症、自闭症谱系障碍、注意力缺陷/多动障碍、焦虑症和神经质等七种精神障碍/特质的大规模全基因组关联研究（GWAS）均已有报道。为了探寻不同类型精神障碍的共同遗传基础，课题组通过GWAS文献数据挖掘、生物信息学分析、行为学以及分子生物学实验等手段互相验证，揭示了上述7种精神疾病/特征的共享基因模式。其中非编码基因LINC的共享效应最大，并用功能实验进一步证实了其在神经发育过程中的重要作用[8]。
图3.海马LINC敲除小鼠行为学及胚胎电转下调LINC表达对小鼠皮层神经元的影响
a.敲除鼠制备流程。b-c.胚胎电转下调LINC表达对小鼠皮层神经元的影响。d-g.敲除鼠的行为学实验。
References
[1]ZhangF,XuY,ShugartYY,etal.ConvergingevidenceimplicatestheabnormalmicroRNAsysteminschizophrenia.SchizophrBull..41(3):-35.
[2]XuY,YaoShugartY,WangG,etal.AlteredexpressionofmRNAprofilesinbloodofearly-onsetschizophrenia.SciRep..6:.
[3]ZhangF,YaoShugartY,YueW,etal.IncreasedVariabilityofGenomicTranscriptioninSchizophrenia.SciRep..5:.
[4]RenY,CuiY,LiX,etal.Aco-expressionnetworkanalysisrevealslncRNAabnormalitiesinperipheralbloodinearly-onsetschizophrenia.ProgNeuropsychopharmacolBiolPsychiatry..63:1-5.
[5]XuY,YueW,YaoShugartY,etal.ExploringTranscriptionFactors-microRNAsCo-regulationNetworksinSchizophrenia.SchizophrBull..42(4):-45.
[6]LiuS,ZhangF,ShugartYY,etal.Theearlygrowthresponseprotein1-miR-30a-5p-neurogenicdifferentiationfactor1axisasanovelbiomarkerforschizophreniadiagnosisandtreatmentmonitoring.TranslPsychiatry..7(1):e.
[7]LiuS,ZhangF,WangX,etal.Diagnosticvalueofblood-derivedmicroRNAsforschizophrenia:resultsofameta-analysisandvalidation.SciRep..7(1):.
[8]LiuS,RaoS,XuY,etal.Identifying
