儿童虐待的多表观基因组分析与元分析揭示FOXP1等基因甲基化与神经发育关联

本研究针对儿童虐待（CM）导致长期身心危害的机制难题，通过整合司法解剖、幼儿干预和青少年脑成像三组独立队列，开展多表观基因组关联分析（EWAS）和元分析，发现ATE1、SERPINB9P1、CHST11和FOXP1基因的CpG位点甲基化变化与CM显著相关，其中FOXP1甲基化与眶额叶等脑区灰质体积改变密切相关，且甲基化风险评分（MRS）在独立验证集中达到AUC 0.672，为CM的早期生物标志物开发和神经机制解析提供了新见解。

　　

儿童时期遭受虐待是一个全球性的公共卫生问题，它不仅造成即时的身体伤害，更会埋下长期身心健康的隐患。大量研究表明，受过虐待的儿童日后出现精神疾病、心血管问题甚至自杀行为的风险显著增高。然而，科学家们一直试图解开一个关键谜团：早期不幸的经历是如何在分子层面“刻录”下来，并持续影响大脑发育和功能的？表观遗传学，尤其是DNA甲基化，被认为可能是连接逆境经历与长期健康结局的重要桥梁。

以往的研究多聚焦于特定的候选基因，或依赖于成年人回溯童年的记忆，这些方法存在明显的局限性。要么无法发现超出已知假设的新机制，要么因为时间跨度太大而难以区分甲基化变化是童年创伤的直接结果还是后续其他环境因素的干扰。更重要的是，在儿童群体中开展这类研究面临巨大的伦理和实践挑战，导致直接针对受害儿童、在虐待发生不久后进行的表观基因组范围关联研究（EWAS）寥寥无几，且普遍存在样本量小、缺乏功能验证等问题。

为了突破这些困境，这项发表在《Molecular Psychiatry》上的研究进行了一项设计严谨的多队列分析。研究人员另辟蹊径，汇集了三组极为珍贵且特征各异的日本儿童队列：一组是经过司法系统认证、因虐待或忽视而死亡的解剖案例，能最直接地反映虐待的极端生理后果；一组是刚被社会福利机构接收、安置的幼童，能捕捉到虐待发生不久后的早期生物反应；还有一组是接受了脑部磁共振成像（MRI）扫描的青少年，便于将分子发现与大脑结构变化联系起来。通过对这三组人群进行DNA甲基化检测，并采用统一的流程进行数据分析与后续的元分析（Meta-analysis），该研究旨在寻找跨队列稳健的、与儿童虐待相关的表观遗传特征，并深入探索这些甲基化改变如何与大脑结构、功能以及临床症状相联系。

研究主要依托于Illumina甲基化芯片进行全基因组DNA甲基化 profiling，对来自血液、唾液、颊黏膜和脑组织（ prefrontal cortex）等多种组织的样本进行了检测，并采用了limma包进行差异甲基化探针（DMP）分析，同时运用GAMuT（Gene-based Association test for Multiple Traits）进行基于基因的多性状关联分析。针对元分析，研究采用了加权Z值合并方法。大脑结构分析则基于3T磁共振成像数据，采用基于体素的形态学分析（VBM）方法比较灰质体积（GMV）差异。此外，研究还利用随机森林回归分析了虐待暴露的敏感期，并通过甲基化风险评分（MRS）在独立数据集（GSE118940）上进行了验证。

Meta-analysis

通过整合三个队列（共226名儿童）的EWAS数据，元分析鉴定出四个与CM显著相关的CpG位点。它们分别位于ATE1（cg02564536）、SERPINB9P1（cg23172545）、CHST11（cg05646433）和FOXP1（cg04794662）基因上。其中，ATE1和SERPINB9P1的甲基化水平在CM组中降低，而CHST11和FOXP1的甲基化水平则升高。异质性分析表明，除SERPINB9P1存在中度异质性（I2=58.98%）外，其他三个位点的效应在各队列间较为一致（I2≤2.06%）。

Judicial Autopsy Cases

在司法解剖队列中（CM:11, TD:7），DMP分析未发现经多重检验校正后显著的位点。但CM组的胸腺重量比显著低于TD组，表明其存在免疫发育不良。在top20的DMP中，有7个CpG的甲基化水平与胸腺重量比显著相关。其中，cg22646780和cg16523850在两个个体的大脑甲基化数据中也显示出组间差异。

Toddler Social Cognition cohort

在幼儿队列中（CM:36, TD:49），DMP分析鉴定出9个显著差异甲基化的CpG位点。GAMuT分析发现了15个与虐待类型显著相关的基因，其中包括LPPR4。值得注意的是，top DMP（cg18998253）位于LPPR4基因内，并且与忽视（NG）以及组别状态均强烈相关。在top20 DMP中，有两个CpG（cg22918741, cg22108941）的甲基化水平与注视眼睛区域的时间（一种社会认知功能指标）显著相关。

Adolescent Brain Imaging cohort

在青少年队列中（甲基化: CM:61, TD:62; MRI: CM:83, TD:154），DMP分析发现两个显著差异的CpG位点（cg14209346, cg05646433）。GAMuT分析鉴定出5个显著基因，包括ARMC5。VBM分析揭示，与TD组相比，CM组在右侧眶额叶皮层（R.OFrC）和左中/后扣带回（L.MPCG）的灰质体积（GMV）更大，而在左枕梭状回（L.OFuG）的GMV更小。在top20 DMP中，分别有13个、3个和12个CpG的甲基化水平与这三个脑区的GMV显著相关。特别重要的是，位于FOXP1基因内的cg04794662与所有三个脑区的GMV变化均显著相关。

Maltreatment history

敏感期分析显示，在青少年队列中，3岁时的虐待暴露对SERPINB9P1（cg23172545）的甲基化水平贡献最大。在幼儿队列中，所遭受的虐待类型数量是ATE1（cg02564536）甲基化的显著预测因子。在青少年队列中，身体虐待（PA）和忽视（NG）是FOXP1（cg04794662）甲基化的显著预测因子。此外，SERPINB9P1和FOXP1的甲基化水平与虐待持续的时长呈正相关，表明暴露时间越长，甲基化改变越显著。

Enrichment analysis

对元分析中top1500的CpG位点进行基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，结果显著富集于167个生物过程术语和15条KEGG通路。这些通路共同提示，这些基因显著富集于胆碱能和谷氨酸能突触传递通路，后者尤其与创伤记忆的形成有关。

MRS in the validation dataset(GSE118940)

利用四个显著CpG位点构建的甲基化风险评分（MRS）在一个独立的公共数据集（GSE118940）上进行了验证。逻辑回归模型（调整年龄、性别和细胞类型比例后）的受试者工作特征曲线下面积（AUC）达到0.672。MRS在机构照料组（IC）和生物家庭照料组（BFC）之间存在显著差异，表明其能够有效区分早期逆境暴露经历。

本研究通过多队列、多组织的表观基因组学分析，揭示了儿童虐待与特定基因（ATE1, SERPINB9P1, CHST11, FOXP1）DNA甲基化改变的稳健关联。其中，FOXP1的甲基化变化尤为引人注目，它不仅与虐待经历相关，更与负责情绪调节、记忆和社会认知的关键脑区（如眶额叶皮层、扣带回和梭状回）的结构改变存在紧密联系。这些脑结构改变的模式与自闭症谱系障碍（ASD）的研究发现存在相似之处，提示儿童虐待可能通过表观遗传机制影响FOXP1相关的神经发育通路，从而导致部分ASD样症状的出现。此外，功能富集分析表明，这些表观遗传改变可能涉及胆碱能和谷氨酸能突触传递，这为理解创伤记忆形成的分子基础提供了新视角。

研究发现的甲基化特征，特别是基于四个CpG位点构建的MRS，在独立数据集中显示出良好的区分效度，为其作为客观生物标志物用于儿童虐待的早期识别和风险评估提供了可能。这不仅对理解儿童虐待的长期神经生物学后果具有重要理论意义，也为未来开发针对性的预防和早期干预策略（例如针对特定表观遗传标记的干预）奠定了坚实的基础，最终有望为打破虐待的代际循环带来新希望。