精神疾病及脑卒中的关联分析和Chd7基因诱变小鼠发病机制初探

摘要

精神分裂症、重度抑郁症是两种最常见的精神疾病，不仅给患者及家属还给整个社会的医疗保健工作造成了很大的精神和经济负担。精神分裂症和重度抑郁症的发病率分别为1％和5%-25%，遗传度分别为80%和37%。迄今为止，这两种精神疾病的发病机制依旧不明，且有越来越多的研究证明了精神分裂症、重度抑郁症以及双相情感障碍症之间共享部分易感因素。脑卒中是另外一种严重的常见疾病（也称复杂疾病），具有极高的死亡率和致残率。家系研究及动物实验等研究表明遗传因素在脑卒中的发生中发挥重要作用，但其发病机制尚阐明。本论文一部分工作是采用病例对照的方法在中国汉族人群中进行精神分裂症、重度抑郁症和中风这三种常见疾病的易感基因关联研究，并探讨精神分裂症和重度抑郁症的共享易感因素以及基因-基因互作与这两种疾病的关系。另外一部分工作是对一种 Chd7基因诱变小鼠进行表型鉴定，并通过基因表达谱的研究来初步探索该诱变鼠的致病机制并进一步研究Chd7基因的功能。　　谷氨酸传递异常是精神疾病发生的重要假说之一。代谢型谷氨酸受体亚型7（GRM7）和亚型8（GRM8）参与了谷氨酸的传递过程，以前也有研究报道了二者在精神分裂症和重度抑郁症的发病过程具有重要作用。我们选择了GRM7和GRM8基因上共14个单核苷酸多态性位点（SNP）在由1235例精神分裂症患者、1045例重度抑郁症患者和1235例健康对照组成的中国汉族人群样本中进行了关联分析。经过permutation矫正之后，我们发现 GRM7基因上的位点 rs2229902（permutated Pallele=0.0005，OR=1.492）和rs9870680（permutated Pallele=0.0023，OR=1.262）以及GRM8基因上的位点rs2237781（permutated Pallele=0.0027，OR=1.346）与精神分裂症显著关联；GRM7基因上的位点rs779706及GRM8基因上的位点rs1361995与重度抑郁症显著关联。基因-基因互作分析发现由 GRM7和 GRM8基因组成的一个三位点模型与重度抑郁症的发生显著相关。而且，Meta分析和单倍型分析进一步证实了结果的显著性。我们发现了GRM7和GRM8基因是中国汉族人群中精神分裂症和重度抑郁症的共享易感基因，而且这两个基因之间的潜在相互作用也是精神疾病的风险因素。　　中链酰基辅酶A合成酶家族成员1（Acyl-CoA synthetase medium-chain family member1，ACSM1）有催化中链脂肪酸与辅酶A链接的活性，主要功能是降解中链脂肪酸来供能。以前有研究报道ACSM1基因的遗传多态性是高甘油三酯血症的风险因子；精神分裂症患者有高水平的代谢综合症及心血管风险因素。而且，在欧洲人群中首次发现了ACSM1基因是精神分裂症的易感基因，但这项结果没有在其他人群中进行验证。因此在第二部分研究中，利用与第一部分相同的样本，我们不仅首次验证了ACSM1在中国汉族人中与SCZ的关联结果，同时还检测了其与MDD的关系。对ACSM1基因上的6个SNP进行关联分析之后，我们发现位点 rs163234不仅与精神分裂症（permutated Pallele=0.0017，OR=1.350）还与 MDD显著关联（permutated Pallele=0.0048，OR=1.329）；位点rs433598表现出于SCZ的显著相关性（permutated Pallele=0.0043，OR=1.303）。包含这两个位点的单倍型分析也表现出了阳性结果。因此，我们的研究证实了ACSM1基因是中国汉族人群中精神分裂症和重度抑郁症的易感基因。　　论文的第三部分集中探讨了中国汉族人群中对氧磷酶基因家族（paraoxonase，PON）的PON1、PON2和PON3基因与脑卒中的关系。PON基因家族是心血管疾病的潜在风险因子，还能抑制低密度脂蛋白的氧化并降低动脉粥样硬化的发生。有研究报道了PON基因家族与脑卒中显著相关，但不同人群中得到的结果并不一致。本研究样本中508例健康对照和498例患者，包括328例缺血性脑卒中以及170例失血性脑卒中。我们从3个基因中共选取了11个SNP进行分析，发现在显性模型分析中，对混杂因素进行校正后，PON1基因启动子区的位点 rs705381(-162)与整体中风以及缺血性脑卒中显著关联，但并不与失血性脑卒中关联；同时还发现位点 rs854571(-824)与中风存在微弱的关联。这些发现说明PON1基因可能是中国汉族人群中脑卒中的易感因素。　　论文的第四部分内容主要是初步探索我们实验室构建的Chd7基因诱变鼠的发病机制。我们对 Ch d7基因诱变鼠的表型进行了全方位鉴定，并对Chd7＋＋、Chd7＋－和Chd7－－三种基因型的胚胎期E10.5的小鼠进行了表达谱芯片实验。胚胎期10.5是小鼠发育的中期，也是纯合子死亡的时期。我们发现了 Chd7基因诱变鼠表现出了一系列类CHARGE综合征症状的表型，例如打转、生长发育缓慢、眼组织缺损、下巴短且低、舌头突出的表型，胚胎水肿及耳廓不清等。表达谱分析结果提示了一系列可能与小鼠疾病表型密切相关的基因，例如 Epha3基因、Trpm3基因、Aldh1a3基因、Fgf3基因、Pbx4基因、Nkx2-6基因、 Tbx15基因等等。其中一些基因是首次发现并可能解释Chd7基因诱变鼠的某类症状；有些基因则是被前人报道过的受 Chd7基因调控的基因。这些发现将有助于更进一步解释 Chd7基因的靶向基因，并进一步详细解释引发小鼠CHARGE综合征的原因，但这些发现仍有待于进一步的小鼠的表型及后续的功能实验验证。

目录

声明

答辩决议书

文中常用缩写中英文对照表

第一章 背景知识

1.1精神分裂症

1.1.1精神分裂症的概述

1.1.2精神分裂症的表型和诊断

1.1.3精神分裂症的发病假说

1.1.4精神分裂症的病因学研究

1.1.5精神分裂症的治疗

1.2重度抑郁症

1.2.1抑郁症的主要特征

1.2.2抑郁症的诊断和分类

1.2.3抑郁症的病因学和治疗

1.3精神疾病的遗传学研究方法和进展

1.3.1连锁分析和图位克隆

1.3.2遗传关联分析及全基因组关联分析

1.3.3细胞遗传学筛查

1.3.4深度重测序

1.3.5表观遗传学

1.3.6差异表达

1.3.7系统生物学方法

1.3.8影像遗传学

1.3.9转基因小鼠模型

1.3.10易感基因的发现

1.4脑卒中

1.4.1脑卒中简介

1.4.2脑卒中的诊断标准和分类

1.4.3脑卒中的病因学

1.4.4脑卒中的分子遗传学研究进展

1.4.5脑卒中的动物模型及其研究进展

1.5诱变小鼠模型中Chd7基因的功能研究

1.5.1 Chd7基因的基本结构与功能

1.5.2 Chd7与CHARGE综合征

1.5.3与CHD7相互作用的蛋白

第二章 实验部分

2.1 GRM7基因和GRM8基因与精神分裂症及重度抑郁症的关联分析

2.1.1候选基因的选择

2.1.2遗传标记的选择

2.1.3材料和方法

2.1.4统计分析

2.1.5实验结果

2.1.6讨论

2.2 ACSM1基因与精神分裂症及重度抑郁症的关联分析

2.2.1候选基因的选择

2.2.2遗传标记的选择

2.2.3材料和方法

2.2.4实验结果

2.2.5讨论

2.3 PON基因家族与脑卒中的关联分析

2.3.1候选基因的选择

2.3.2遗传标记的选择

2.3.3材料和方法

2.3.4实验结果

2.4.4讨论

2.4诱变小鼠模型中Chd7基因的功能研究

2.4.1实验材料

2.4.2实验方法

2.4.3实验结果

2.4.4讨论

第三章 总结和展望

参考文献

附录1 用于分型的标签SNP信息

附录2 Chd7基因突变小鼠模型的表型探究

附录3 表达谱芯片分析得到的所有差异基因

附录4 基因功能分析(GO)得到的感兴趣的通路

致谢

攻读博士学位期间已发表或录用的论文