ABCD 研究揭示青少年多动症与品行问题皮层神经发育及基因表达差异

《Translational Psychiatry》：Integrative neuroimaging-transcriptomic analysis of neurodevelopment in adolescent-onset mental health problems

摘要

心理健康问题通常在儿童和青少年时期出现，但其背后所涉及的神经发育和分子机制仍不甚明了。利用“青少年大脑认知发展”（ABCD）研究的纵向数据，我们通过五种神经成像技术（包括结构磁共振成像、静息态功能性磁共振成像和任务态功能性磁共振成像），对比了在两年随访期间出现多动症（ADHD）、品行问题、焦虑问题、抑郁问题、对立违抗行为问题或躯体问题的青少年与健康对照组的大脑皮层结构和功能变化。我们采用偏最小二乘法（PLS）回归分析，将神经发育变化的空间模式与艾伦人类大脑图谱（Allen Human Brain Atlas, AHBA）提供的皮层基因表达谱进行关联。通过自旋置换法（spin-permutation）得到的基因排名来评估相关通路富集情况。仅在使用多动症和品行问题组的样本中观察到了显著的神经发育改变。PLS分析进一步揭示了这些神经发育变化与基因表达分布之间的显著空间关联（Spearman r? > 0.64）。在多动症组中，富集的通路主要集中在线粒体呼吸、氧化磷酸化、有氧电子传递、ATP合成以及线粒体组织相关通路；而在品行问题组中，富集的通路与那些皮层表达模式与品行问题表型呈负相关的基因相关，涉及翻译机制、核糖体功能、线粒体呼吸、线粒体翻译、蛋白质向线粒体的转运以及更广泛的RNA/蛋白质调控过程。这些发现表明，青少年期出现的多动症和品行问题具有不同的皮层转录组特征，其中线粒体能量代谢是多动症相关皮层发育的显著分子标志物，而与品行问题相关的发育则表现出独特的转录模式。总体而言，我们的研究结果表明，这些外化行为问题与特定皮层分子背景下的神经发育改变有关。