外周血ACMSD基因甲基化与青少年抑郁症（MDD）患者脑动态功能连接模式的关联研究

本研究首次揭示外周血ACMSD基因甲基化水平与青少年抑郁症（MDD）患者脑动态功能连接（dFC）模式的显著关联，通过多维环境因素分解（JIVE）技术发现童年慢性应激（CCS）对ACMSD甲基化具有特异性影响，为从表观遗传（DNA methylation）和神经影像（rs-fMRI/dyn-ICA）角度解析青少年MDD的基因-环境交互机制提供了新视角。

　　

引言

重度抑郁症（MDD）是一种以持续情绪低落、显著快感缺失和动机受损为特征的精神疾病。流行病学研究显示约40%的个体在20岁前经历首次MDD发作，与成人发病患者相比，青少年起病患者具有更高的症状复发风险、精神共病率和自杀行为。近年来，静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）已成为研究MDD神经环路损伤的重要工具，其中功能连接（FC）分析是重点研究方向。2014年提出的功能连接组方法表明大脑FC随时间动态变化，由此发展出的动态功能连接（dFC）分析能更好捕捉MDD中的FC改变模式。

氨基羧基黏康酸半醛脱羧酶（ACMSD）在MDD病理生理中扮演重要角色。该酶通过大尿氨酸通路（KP）调节色氨酸降解，通过抑制喹啉酸的形成调控炎症反应，而喹啉酸作为一种神经毒性代谢物与MDD发病密切相关。环境因素（如慢性应激）可能通过激活KP导致神经毒性变化，使胶质-神经元网络易患MDD。表观遗传机制如DNA甲基化可能介导环境对基因的调控，研究团队前期全表观基因组关联研究（EWAS）发现药物初治、首次发作的青少年MDD患者外周血ACMSD CpG位点（cg26890182）甲基化水平显著低于健康对照。

本研究选取四个环境领域（生活不良事件LAE；家庭环境FE；家庭功能FF；童年慢性应激CCS），采用联合与独立变异解释（JIVE）方法分解环境因素的共享与独立成分，进而分析ACMSD甲基化与环境成分、脑dFC模式的关联，为基因-环境交互作用提供整合视角。

方法

参与者

研究经四川大学华西医院伦理委员会批准（批准号：2019-1002），在中国临床试验注册中心前瞻性注册（ChiCTR2000033402）。所有参与者及法定监护人签署知情同意书。共纳入67名药物初治、首次发作青少年MDD患者（平均年龄14.55±1.38岁，男性24名）和23名健康对照（HCs，平均年龄14.34±1.47岁，男性10名）。MDD诊断符合DSM-IV标准，由两名精神科医师采用KSADS-PL量表确认。抑郁严重度采用贝克抑郁量表（BDI）评估，环境因素通过ASLEC、FES、FAD和CCSQ量表收集。

磁共振成像协议

所有参与者接受结构和静息态功能磁共振成像扫描，使用两台3.0T扫描器（uMR790和Achieva）。扫描过程中要求参与者保持闭眼、清醒但放松状态，避免专注性思维。扫描后通过视觉检查排除结构异常、头动和伪影。

功能图像预处理

DICOM图像转换为NIfTI格式后，在CONN工具箱（v22b）和SPM12中进行预处理。结构MRI预处理包括坐标平移、组织分割（灰质GM、白质WM、脑脊液CSF）和MNI空间标准化。功能预处理包括：实时校正和解卷、图像中心平移、层时间校正、异常扫描检测与剔除、MNI模板标准化（分辨率2 mm）和功能平滑（半高全宽8 mm）。采用ART工具箱识别头动（FD>0.9 mm）或全局BOLD信号变化（>5 SD）的异常值。为减少生理噪声（呼吸/心搏）和扫描仪漂移，回归WM/CSF信号，应用0.008–0.09 Hz带通滤波。

动态独立成分分析

采用动态独立成分分析（dyn-ICA）计算132个ROI间的动态功能连接强度，包括哈佛-牛津皮质图谱和小脑分区。分析包括ICA分解（20个成分）和时间平滑（30个核），使用FDR校正（簇水平和连接水平p_FDR<0.05）。

基因甲基化测量

针对ACMSD CpG位点（cg26890182）设计引物，采集外周血样本后提取DNA，使用EpiTect Bisulfite Kit进行亚硫酸氢盐处理，通过PyroMark Assay Design 2.0软件设计引物并采用焦磷酸测序定量甲基化水平。ACMSD甲基化水平以所有CpG位点甲基化等位基因相对于总等位基因的百分比平均值计算。

统计分析

使用R 4.3.3进行统计分析。JIVE分析通过r.jive包实现，将四个环境领域分解为联合成分和独立成分（LAE、FE、FF、CCS）。采用Pearson相关分析ACMSD甲基化与JIVE成分的关联，二元回归模型分析ACMSD甲基化对MDD风险的影响（校正年龄、性别和教育水平）。神经影像数据采用ComBat方法校正扫描站点差异，在CONN工具箱中通过线性回归分析ACMSD甲基化对脑dFC模式的主效应及诊断×甲基化交互作用，采用留一交叉验证（LOOCV）增强结果稳定性。p<0.05视为显著，使用FDR校正多重检验。

结果

人口学和临床特征

MDD患者与HCs在年龄、性别和教育水平上无显著差异（p>0.05）。MDD组BDI评分显著高于HCs（t=?19.21, p<0.001），ACMSD甲基化值显著低于HCs（t=2.12, p=0.038）。

JIVE结果

环境变量间相关性热图显示各领域存在复杂关联。JIVE分析得到一个联合成分（JIVE-joint）和七个独立成分（JIVE-LAE-1、JIVE-FE-1、JIVE-FE-2、JIVE-FF-1、JIVE-FF-2、JIVE-CCS-1、JIVE-CCS-2）。联合成分在LAE、FE、FF和CCS中分别解释69.8%、20.5%、17.8%和62.9%的变异。JIVE-joint主要受人际关系（?13.0%）、学习压力（?7.3%）、惩罚（?13.9%）、童年虐待忽视（?22.3%）和童年不良经历（?10.0%）驱动。

ACMSD甲基化与JIVE成分的关联

在青少年MDD患者中，ACMSD甲基化与JIVE-joint（r=?0.304, p=0.012）和JIVE-CCS-1（r=?0.299, p=0.014）呈负相关，与JIVE-CCS-2（r=0.248, p=0.043）呈正相关。其他JIVE成分与ACMSD甲基化无显著关联。

ACMSD甲基化与MDD风险的关联

二元回归模型显示ACMSD甲基化与青少年MDD风险显著相关（OR=0.908, 95% CI: 0.814–0.981）。

ACMSD甲基化与dFC模式的关联

全样本分析显示ACMSD甲基化对左侧枕叶外侧皮质下区（iLOC）与楔前叶间的动态连接存在主效应（T[88]=?4.63, p<0.001, p_FDR=0.002），更高甲基化水平对应更低动态连接强度。诊断×甲基化交互作用也显著影响该连接（T[87]=?4.37, p<0.001, p_FDR=0.004）。

在MDD患者中，更高ACMSD甲基化与左侧iLOC和右侧中央后回（PostCG）间（T[65]=4.02, p<0.001, p_FDR=0.010）、左侧枕颞梭状皮质与右侧PostCG间（T[65]=3.86, p<0.001, p_FDR=0.035）的dFC强度增加相关。

在HCs中，更高ACMSD甲基化与蚓部8和右侧额叶岛盖皮质（FO）、中央岛盖皮质、岛叶皮质及左侧辅助运动皮质间的dFC强度降低相关（p_FDR=0.033），与右侧枕极（OP）和左侧顶叶岛盖皮质（PO）、右侧FO、右侧PO间的dFC强度增加相关（p_FDR=0.049）。

讨论

本研究首次揭示外周血ACMSD甲基化与青少年MDD患者脑dFC模式的关联。ACMSD单核苷酸多态性（SNPs）在MDD病理中的作用已有报道，但表观遗传修饰方面尚属空白。ACMSD甲基化与童年慢性应激的相关性为理解童年逆境导致MDD的表观遗传机制提供了新方向。慢性应激与DNA甲基化的关联既往研究多聚焦于NR3C1、SLC6A4、BDNF等基因，本研究首次将ACMSD纳入这一框架。炎症反应可能在ACMSD甲基化变化中起关键作用，慢性应激可激活炎症反应，而ACMSD通过KP调节神经炎症，IDO基因等KP关键基因的既往研究也为本发现提供了间接支持。

其他环境成分（如家庭环境、家庭功能和生活事件）与ACMSD甲基化关联较弱可能源于：样本量限制带来的个体差异；仅检测EWAS显著位点而非全基因CpG位点；不同研究间存在争议性发现。

神经影像结果显示左侧枕叶外侧皮质、中央后回和梭状皮质是ACMSD甲基化改变的相关脑区。枕叶外侧皮质涉及视觉处理过程，其结构改变与MDD患者视觉认知处理受损相关；中央后回处理触觉信息，可能影响抑郁患者的疼痛感知；梭状皮质参与情绪处理和表情识别，其功能损伤与抑郁严重度正相关。左侧枕颞梭状皮质与尾状核的连接曾报道与抑郁患者微生物组差异相关，提示微生物-肠-脑轴可能参与这一过程。

本研究存在若干局限性：样本量较小，需扩大样本以增强结果可靠性；横断面设计难以推断因果关系；缺乏炎症因子检测，无法直接验证神经炎症假说；外周血甲基化能否代表脑组织甲基化水平存在争议，ACMSD特异性的一致性仍需进一步研究；未探讨甲基化位点对基因表达和功能的影响，需下游实验验证。

结论

本研究通过新型降维技术解析了早期环境因素与ACMSD甲基化的共享和特异性维度，首次发现外周血ACMSD甲基化与青少年MDD患者脑dFC模式的显著关联，为青少年MDD的表观遗传研究提供了新视角。

数据和材料可用性

本研究数据因敏感性未公开，可从通讯作者处合理获取，数据存储于四川大学华西医院受控访问库。

伦理批准和参与同意

研究经四川大学华西医院生物医学伦理委员会批准（2019–1002），所有参与者及法定监护人签署知情同意书。