人类全脑长链非编码RNA的遗传调控图谱及其在中枢神经系统疾病中的作用机制研究

本研究针对长链非编码RNA(lncRNA)在人类大脑中的遗传调控机制这一科学问题，通过整合多组学数据系统分析了10个脑区的表达数量性状位点(eQTL)，发现新型eSNPs和elncRNAs，揭示了lncRNA表达调控的脑区特异性模式，并建立了与失眠等神经系统疾病的关联。研究开发了改进的lncRNA探针重注释方法，构建了首个脑组织lncRNA-eQTL数据库，为神经科学研究提供了重要资源。

　　

在探索大脑奥秘的征程中，科学家们逐渐认识到占基因组98%的非编码区域可能隐藏着生命调控的密码。长链非编码RNA(lncRNA)作为其中重要成员，长度超过200个核苷酸却不编码蛋白质，却在脑组织中呈现惊人的丰度和特异性。研究表明，超过40%的lncRNA特异表达于不同脑区，90%可能与中枢神经系统(CNS)疾病相关，但其中仅不到2%得到实验验证。更引人深思的是，全基因组关联研究(GWAS)发现的神经系统疾病相关变异中，93%位于非编码区——这些"暗物质"如何通过调控lncRNA表达影响脑功能？现有研究多聚焦蛋白质编码基因或单一脑区，缺乏对lncRNA全脑遗传调控的系统解析。

重庆医科大学的研究团队在《Briefings in Bioinformatics》发表的研究填补了这一空白。通过对英国脑表达联盟(UKBEC)134名欧洲健康个体的10个脑区1231个样本进行多组学分析，研究团队开发了改进的微阵列探针重注释方法，识别出11,587个lncRNA（占已知lncRNA的74.2%），并与632万多个基因变异进行整合分析。关键技术包括：基于改进探针重注释的lncRNA定量、全基因组cis-eQTL分析、基于预测数据库(PredictDB)的转录组关联研究(TWAS)建模、两阶段最小二乘法(2SLS)估计lncRNA-mRNA调控关系，以及风险位点富集分析等。

LncRNA鉴定与定量
研究团队开发的RElncANN探针重注释工具平均每个lncRNA覆盖16.33个探针，识别出6种lncRNA亚型，其比例与基因组注释一致。相较于现有方法，该技术展现出更高的lncRNA识别率(86.94%)和探针覆盖度。

跨脑区cis-eQTL鉴定与验证
在10个脑区共发现440个受遗传调控的elncRNAs（小脑CRBL最多达172个）和25,645个eSNPs。与GTEx数据库比较显示，约1/3的elncRNAs和40%的eSNPs为新发现，且新发现的elncRNAs表达水平显著较低。

elncRNAs表达特征
elncRNAs呈现显著脑区特异性：小脑与其他脑区差异最大，而三个大脑皮层区域(OCTX/FCTX/TCTX)高度相似。这些lncRNAs具有更高表达水平和个体间变异，且76个特征分析显示小脑特异的elncRNAs在基因长度、细胞调控等方面独具特征。

遗传调控特异性
eSNPs显著富集于lncRNA转录起始位点(TSS)附近和非编码区（ncRNA外显子OR=9.03，内含子OR=2.73），且在转录因子结合位点（如SIN3A结合位点OR=6.17）显著富集。遗传调控效应在小脑与其他脑区相关性最低(r_b=0.33)，皮层区域间最高(r_b>0.59)。

变异频率与疾病关联
高频变异(MAF)更可能成为eSNPs（相关系数0.95）。风险位点分析揭示eSNPs显著富集于神经系统疾病，尤其是失眠（平均OR=27.73）、抑郁症(OR=19.49)和帕金森病(OR=35.07)，其中海马体(HIPP)关联所有6种显著疾病。

失眠相关lncRNA功能
通过TWAS鉴定出169个失眠相关lncRNA（8个FDR q<0.1），2SLS分析显示25个lncRNA调控22个mRNA中位数。ENSG00000228308和ENSG00000271824等lncRNA通过细胞因子产生调控、T细胞免疫等通路参与睡眠调节，揭示了免疫系统与睡眠障碍的新联系。

这项研究构建了首个全脑lncRNA遗传调控图谱，发现非编码变异通过组织特异性方式调控lncRNA表达进而影响CNS疾病的分子机制。开发的lncBRAIN数据库和RElncANN工具为领域研究提供宝贵资源。特别值得注意的是，研究揭示了小脑在lncRNA调控中的独特性——其高度均质的颗粒细胞结构可能为解析SNP-lncRNA调控提供更清晰模型。发现的免疫相关lncRNA功能模块为理解失眠等疾病的分子基础开辟了新视角，也为未来靶向lncRNA的神经精神疾病治疗策略提供了理论依据。