神经垂体激素受体的基因变异对正常人脑结构和功能的调控机制

摘要

目的：基因与行为学的相关研究表明神经垂体激素（催产素、血管加压素）受体（OXTR rs53576、AVPR1a RS3）的基因多态性与人类焦虑相关疾病、孤独症谱系障碍密切相关，但其神经机制尚不清楚。本研究分为三个部分：联合应用基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry，VBM)和静息态功能连接(resting-state functional connectivity，rsFC)的方法探讨OXTR rs53576基因的多态性是否通过调节脑（特别是边缘系统）的灰质体积和rsFC从而影响焦虑样人格；)联合应用局部功能连接密度(functional connectivity density，FCD)和rsFC的方法探索OXTR rs53576基因的多态性对不同基因型的受试者在全脑体素水平功能连接数量和强度的影响，特别是下丘脑区域；联合应用VBM和结构共变(structural covariance)分析方法探索AVPR1a RS3启动子区域重复多态性长度的差异而导致的脑结构改变。
　　 方法：⑴基因型的测定:利用EZgeneTM血液gDNA提取试剂盒，从3000μl全血中提取受试者的基因组DNA。OXTR rs53576基因型的测定采用聚合酶链反应与限制性片段长度多态性（polymerase chain reaction-restriction fragmentlength polymorphism，PCR-RFLP）的分析方法，检测受试者OXTR基因rs53576位点(A/G)等位基因的多态性;根据不同基因型将受试者分成两组，一组为AA纯合子，另一组为G等位基因携带者。AVPR1a启动子区域RS3基因型的测定采用聚合酶链反应(polymerase chain reaction，PCR)的分析方法，检测受试者AVPR1a启动子区域RS3重复多态性的长度差异;根据RS3等位基因的长度将受试者分成两组，一组为较短等位基因携带者（短/短、短/长），另一组为长等位基因携带者（长/长）。⑵采用基于Matlab平台的SPM8软件及其插件包VBM8对高分辨率结构像进行预处理，预处理过程包括灰白质分割、空间标准化及空间平滑等步骤。采用REST软件及FSL软件对静息态功能数据进行预处理，预处理过程包括时间校正、头动校正、空间标准化、重采样、带通滤波及空间平滑等步骤。在Linux平台下采用自编的脚本计算每个体素的局部FCD。⑶分析OXTR rs53576基因的多态性对两组受试者HA评分的影响;对预处理后的高分辨率结构像及静息态功能像，采用双因素（基因型和性别）方差分析的方法，研究OXTR rs53576基因的多态性对大脑灰质体积及rsFC的影响。⑷对预处理后的静息态功能数据，采用双因素（基因型和性别）方差分析的方法，研究OXTR rs53576基因的多态性对大脑（特别是下丘脑区域）局部FCD及rsFC的影响。⑸对预处理后的高分辨率结构像数据，采用双因素（基因型和性别）方差分析的方法，研究AVPR1a启动子区域RS3重复多态性的长度差异对大脑灰质体积及及其结构连接的影响。⑹采用FDR或AlphSim方法对上述结果进行多重比较校正，最后将校正后的统计参数映射到MNI标准三维模板脑进行显示，描述并记录有统计学意义脑区的团块位置、大小（cluster size）、MNI坐标及相关强度。
　　 结果：①女性OXTR rs53576 AA基因型纯合子受试者的HA评分高于女性GG/GA基因型携带者;女性AA基因型纯合子受试者双侧杏仁核的灰质体积（特别是中央内侧亚核）明显小于女性GG/GA基因型携带者，且效应具有等位基因剂量依赖性(AA＜AG＜GG);而且，女性AA基因型纯合子受试者双侧杏仁核与双侧半球前额叶的rsFC强度明显低于女性GG/GA基因型携带者，同样，效应具有等位基因剂量依赖性(AA＜AG＜GG)，且左侧杏仁核与左侧前额叶的连接强度与焦虑样人格存在显著正相关。②男性OXTR rs53576 AA型纯合子下丘脑局部FCD明显弱于男性G等位基因携带者;男性AA型纯合子下丘脑与左侧背外侧前额叶的rsFC明显弱于男性G等位基因携带者。③携带有AVPR1a RS3相对较短等位基因的男性受试者比携带有长等位基因的男性受试者（长/长）右侧梭状回面孔区的灰质体积显著减少，且右侧梭状回面孔区与左侧海马旁回的结构连接明显减弱。
　　 结论：⑴在健康受试者中，OXTR rs53576基因多态性可能通过调节前额叶-杏仁核的rsFC而影响焦虑样人格特性;OXTR rs53576基因多态性对脑结构、脑功能及焦虑样人格的影响存在性别差异。⑵OXTR rs53576基因多态性影响了下丘脑的局部FCD及rsFC，且这种机制具有性别依赖性（仅男性有差异），这对理解OXTR rs53576 A等位基因作为孤独症谱系障碍的易感基因具有重要价值。⑶AVPR1a基因启动子区域的重复长度(RS3)的变异与脑结构的变化有关，而且这种相关性具有性别依赖性（仅男性有差异），提示这可能是此基因变异增加患孤独症谱系障碍风险的神经生物学机制之一。

目录

声明

摘要

符号说明

前言

研究现状、成果

研究目的、方法

一、OXTR基因多态性介导焦虑相关人格的神经机制研究

1．1 对象和方法

1．1．1 研究对象

1．1．2 行为学评价

1．1．3 成像设备和成像参数

1．1．4 OXTR rs53576基因型检测及分组

1．1．5 数据处理

1．1．6 人口学、基因及行为学数据的统计分析

1．1．7 VBM分析

1．1．8 rsFC分析

1．1．9 杏仁核体积及rsFC与HA得分的相关性

1．2 结果

1．2．1 人口学、基因学及行为学特征

1．2．2 不同基因型杏仁核体积的差异

1．2．3 不同基因型rsFC的差别

1．2．4 双侧杏仁核体积与rsFCs的相关性

1．2．5 两侧杏仁核体积、rsFCs与HA得分的相关性

1．3 讨论

1．4 小结

二、OXTR基因的多态性对下丘脑功能连接的调控作用

2．1 对象和方法

2．1．1 研究对象

2．1．2 数据采集

2．1．3 OXTR rs53576基因型检测

2．1．4 功能数据的预处理

2．1．5 局部FCD的计算

2．1．6 rsFC分析

2．1．7 人口学、基因及行为学数据的统计分析

2．1．8 图像数据的统计分析

2．2 结果

2．2．1 人口学、基因及行为学特征

2．2．2 不同基因型的局部FCD的差异

2．2．3 不同基因型rsFC的差异

2．3 讨论

2．4 小结

三、AVPRla启动子区域RS3长度变异与脑结构改变的相关性

3．1 对象和方法

3．1．1 研究对象

3．1．2 数据采集

3．1．3 DNA的提取和微卫星的基因型分型

3．1．4 受试者AVPRla RS3微卫星的等位基因分布

3．1．5 高分辨率结构像数据处理

3．1．6 VBM分析

3．1．7 结构共变(Structural covariance)分析

3．1．8 人口学、基因及行为学数据的统计分析

3．1．9 图像数据的统计分析

3．2 结果

3．2．1 人口学、基因及行为学特征

3．2．2 两组基因型的受试者的全脑GMV差异

3．2．3 两组基因型的受试者的结构共变分析

3．3 讨论

3．4 小结

全文结论

论文创新点

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

综述一 催产素系统对人类社会认知调节作用的MRI研究

综述二 催产素系统改善孤独症患者社会认知缺陷的研究

致谢