深外显子测序揭示双相情感障碍（BD）患者死后脑室旁丘脑中神经发育和线粒体基因的嵌合变异

本研究通过深度外显子测序（DES）首次系统分析了双相情感障碍（BD）患者死后脑室旁丘脑区（PVR）的嵌合变异特征，发现神经发育相关基因（如ARHGAP35、PLXNB1等）和线粒体tRNA基因的致病性嵌合变异显著富集（P=0.0402），并通过基因本体（GO）分析揭示"神经元投射发育正调控"（GO:0010976）通路的关键作用（FDR=2.32×10?3），为BD的神经发育起源假说提供了直接脑组织证据。

　　

脑组织嵌合变异揭示双相障碍的神经发育机制

Abstract

双相情感障碍（BD）的遗传架构尚未完全阐明。本研究通过对18例日本BD患者和11例对照的脑室旁丘脑区（PVR）进行深度全外显子测序（DES），发现99个外显子和13个线粒体异质性嵌合变异。这些变异在受限基因中呈现显著富集（P=0.0402），并特异性富集于调控神经元投射发育的神经发育基因（GO:0010976），其编码蛋白形成显著增强的蛋白互作网络（P=0.0106）。值得注意的是，在BD病例中发现1个已知致病的线粒体变异和2个预测致病的线粒体tRNA变异，而对照组未见类似变异。

Materials and Methods

研究采用日本脑库网络（JBBN）提供的死后脑组织，通过Klüver-Barrera染色确定PVR解剖位置。使用Agilent SureSelect Human All Exon v7试剂盒进行深度测序（中位深度562×），通过BWA-GATK流程和Mutect2检测嵌合变异（VAF阈值0.01-0.40）。靶向扩增子测序（TAS）验证变异，并采用DNENRICH进行基因本体富集分析。

Results

1. 变异特征：

   • 检测到92个SNV和7个indel，VAF分布显示<10%呈正态分布，>10%呈现偏态（图1b）

   • 突变谱与外周组织嵌合变异高度相似（余弦相似度>0.9）

2. 病例-对照差异：

   • BD组在受限基因中携带5个有害变异（PCSK2、ETV6等），对照组为零（P=0.0402）

   • 发现1个ClinVar致病性线粒体变异（m.3946G>A）和2个预测致病tRNA变异（m.16015T>C、m.12328A>G）

3. 超突变个体：

   • BD10个体携带5个LoF变异（包括ETV6癌基因突变），可能与白血病治疗相关

4. 多脑区分析：

   • 四脑区（PVR、DR、CTX、CBL）比较显示VAF>10%的变异分布稳定，但<10%变异存在区域特异性

5. 通路富集：

   • 非同义变异显著富集于"神经元投射发育正调控"（GO:0010976，FDR=2.32×10^?3）

   • 有害变异富集于"细胞增殖负调控"（GO:0008285，P=2.38×10^?4）

   • PPI分析显示PLXNB1、PLXNA4等基因形成紧密网络（P=0.0106）

Discussion

研究首次证实BD脑组织中神经发育基因嵌合变异的富集模式，支持"神经发育嵌合变异假说"。虽然样本量限制和年龄混杂因素存在，但发现与动物模型中PVT区域线粒体突变诱发情绪障碍的现象相呼应。值得注意的是，脑组织与外周组织变异虽无基因重叠，但均富集于相同GO通路，提示多基因机制。未来需扩大样本量并控制年龄因素，以明确脑区特异性变异模式。

创新点：

1. 首次在BD脑组织中发现GO:0010976通路特异性富集

2. 验证外周组织研究发现的线粒体tRNA变异假说

3. 揭示PLXNB1等基因网络在BD病理中的核心地位

局限性：

1. 对照组年龄显著高于BD组（81.6 vs 66.1岁）

2. BD10个体的白血病治疗可能影响变异谱

3. 未分析药物治疗史的影响

该研究为理解BD的神经发育起源提供了新的分子视角，并为开发靶向干预策略指明了方向。