Nature Neuroscience | 西安交通大学杨铁林/郭燕揭示脑影像表型与精神类疾病的因果关系

精神障碍是一种导致大脑功能障碍的疾病，个体在情感、认知或行为上受到严重干扰。据报道，全世界有数百万人患有精神疾病，因此精神疾病被认为是严重的公共卫生问题。

精神疾病的特征是大脑发生一系列生理变化，包括许多可遗传的成像衍生表型 (imaging-derived phenotypes, IDPs) ，这些表型可以通过核磁共振成像进行非侵入性测量。目前已有研究报道了脑影像表型与精神类疾病之间存在关联，然而，这些关联是否有因果关系仍不清楚。

2022年10月10日，西安交通大学生物医学信息与基因组学中心杨铁林与郭燕在Nature Neuroscience在线发表题为“Mendelian randomization analyses support causal relationships between brain imaging-derived phenotypes and risk of psychiatric disorders”的研究论文，这项研究通过双向双样本孟德尔随机化 (Mendelian randomization, MR) 分析，证明了脑影像表型与精神类疾病之间存在因果关系，这一发现为在脑成像水平上预测和干预精神障碍风险提供了潜在的策略。

已有大量观察性病例对照研究探讨国内流离失所者与精神疾病之间的关系。例如，岛叶和吻侧前扣带皮层的较薄厚度被认为是青少年焦虑的大脑标记物；与健康人相比，精神分裂症患者的颞叶和顶叶皮层厚度减少，而自闭症谱系障碍患者的颞叶和顶叶皮层厚度增加；双相情感障碍患者在丘脑后照射中表现出较低的分数各向异性 (fractional anisotropy, FA) 和较高的平均扩散率 (mean diffusivity, MD) ；在患有神经性厌食症的青少年、患有抑郁症的老年人和患有严重创伤后应激障碍的双胞胎中发现海马体积减少；有证据表明，丘脑体积在注意缺陷多动障碍患者中减少，而在图雷特综合征患者中增加；强迫症患者的大脑结构改变主要表现为几个区域皮质表面积的减少。

尽管越来越多的证据表明，脑内生理的改变与精神障碍有关，但IDPs与精神障碍之间的因果关系仍不清楚。此外，传统观察性研究的结果不能解释混杂因素。探讨IDPs对精神障碍的推定因果作用至关重要。

孟德尔随机化 (MR) 是一种广泛使用的流行病学方法，它使用遗传变异作为工具来推断表型和结果之间的因果关系。大规模全基因组关联研究 (GWASs) 通过MR系统，为探索众多IDPs和精神障碍之间的潜在因果关系提供了机会。

这项研究中，研究人员进行了双向双样本孟德尔随机化 (MR) 分析，根据587个关键的脑磁共振成像（MRI） (N = 33,224人) 与10种常见的精神疾病 (N = 9,725至161,405人)（包括注意力缺陷多动症、神经性厌食症、焦虑症、自闭症、双相情感障碍、抑郁症、强迫症、创伤后应激障碍、精神分裂症、抽动症）之间的因果关系。研究人员证明，有9个IDPs（包括脑白质纤维束的上额枕束的FA值和上放射冠的ICVF值、胼胝体内矢状层的MD值、第三脑室的体积等）对精神分裂症、神经性厌食症和双相情感障碍的风险因素。

从脑成像驱动表型到精神疾病的MR分析（图源自Nature Neuroscience ）

进一步通过反向MR分析显示，只有基因预测精神分裂症与两个IDPs呈正相关，即皮质表面积和右侧眶部体积。这表明精神分裂症的发生会导致额下回眶部的表面积和体积的增加。研究人员还建立了BrainMR数据库(http://www.bigc.online/BrainMR/) 来共享这项研究结果。

总而言之，该研究进行了双向双样本MR分析，利用大规模GWAS数据系统地估计神经成像表型和精神障碍之间的潜在因果关系。研究结果揭示了神经影像学表型和精神疾病之间因果关系的强有力的遗传证据。这些研究结果可在脑成像水平上指导精神疾病的早期预防、病因诊断和治疗。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41593-022-01174-7

转自：“iNature”微信公众号

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