《Human Genetics》：Combined family-based association and linkage analyses in families affected by attention-deficit hyperactivity disorder
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注意缺陷多动障碍（ADHD）是神经发育障碍中患病率最高且遗传性最强的疾病之一。为阐明导致该遗传性的遗传变异，研究人员对患有ADHD的家系成员进行了研究。全基因组芯片数据来自两个队列：NHGRI家系队列（359个核心家系，1538名个体）和NCR家系队列（25个
注意缺陷多动障碍（ADHD）是神经发育障碍中患病率最高且遗传性最强的疾病之一。为阐明导致该遗传性的遗传变异，研究人员对患有ADHD的家系成员进行了研究。全基因组芯片数据来自两个队列：NHGRI家系队列（359个核心家系，1538名个体）和NCR家系队列（25个多代扩展家系和132个核心家系，631名成员）。对两个队列进行家系关联检验（FBAT）的荟萃分析，鉴定出三个全基因组显著性关联位点：一个是位于TFRC基因上游，另外两个分别位于GSDME和TRIM31基因内含子区域，其中TRIM31基因此前已被报道与ADHD相关。ADHD相关基因（MAGMA基于基因的关联P < 0.05）与既往病例对照全基因组关联研究（GWAS）中鉴定的ADHD相关基因存在重叠。连锁信号的荟萃分析鉴定出一个显著的连锁区域（LOD > 3），位于19p13.2-13.11，该区域包含了NHGRI家系队列FBAT分析中的一个全基因组显著性变异（rs55741253，P = 2.68 × 10-8）。此外，在荟萃分析中达到LOD > 2的五个连锁区域中，有两个重复了既往研究中的显著连锁结果（既往研究报道了13个LOD > 3.0的连锁位点；连锁信号重叠的超几何检验，P < 0.01）。利用NCR队列的神经影像学数据，研究人员发现与ADHD相关的基因与大脑总表面积以及功能连接性特征（反映默认模式网络与任务正性网络之间的相互作用）相关。该工作开始描绘家族性ADHD发现的遗传关联的神经基础。
本研究旨在通过家系设计探索注意缺陷多动障碍（ADHD）的遗传基础，发表于《Human Genetics》。研究背景在于，尽管ADHD是神经发育障碍中患病率最高且遗传性最强的疾病之一，遗传力估计值在77%至88%之间，但既往家系研究主要依赖连锁分析，且样本量有限，未能充分整合家系内关联分析与现代神经影像学技术。近年来，精神病学基因组联盟（PGC）通过病例对照全基因组关联研究（GWAS）鉴定了多个ADHD相关基因，但这类设计无法充分捕捉家系内遗传变异的传递模式，且易受群体分层影响。因此，研究人员采用家系关联分析与连锁分析相结合的策略，利用两个独立的家系队列——NHGRI家系队列（359个核心家系，1538名个体）和NCR家系队列（25个多代扩展家系和132个核心家系，631名个体）——以期发现与家族性ADHD相关的遗传变异，并初步探索这些变异可能作用于大脑结构与功能的神经机制。
研究人员开展的工作主要包括以下方面：通过家系关联检验（FBAT）的全基因组荟萃分析鉴定ADHD相关遗传变异；通过多点非参数连锁分析定位染色体连锁区域；利用基因集富集分析和多基因风险评分（PRS）评估家系研究结果与既往GWAS发现的一致性；针对NCR队列的神经影像学数据，分析ADHD相关基因与脑结构及功能连接特征的关联。研究得出以下主要结论：鉴定出三个全基因组显著性SNP位点（TFRC、GSDME、TRIM31）和一个显著连锁区域（19p13.2-13.11）；家系研究结果与GWAS发现存在基因水平的重叠；ADHD相关基因与大脑总表面积及默认模式网络-躯体运动网络功能连接存在关联。该研究的重要意义在于，首次系统整合了家系遗传学分析与神经影像学数据，为理解ADHD的遗传神经机制提供了新线索，同时验证了家系设计在复杂疾病基因发现中的独特价值。
研究人员为开展本研究主要采用了以下关键技术方法：基于Illumina Global Screening Array和Infinium OmniExpressExome芯片进行全基因组基因分型；通过Mimimac4软件和1000 Genomes Phase 3参考面板进行基因型填补；运用Family-Based Association Test（FBAT）软件进行家系关联分析；使用MERLIN软件进行多点非参数连锁分析；基于METAL软件进行固定效应模型的荟萃分析；采用MAGMA软件进行基于基因的关联分析和基因集富集分析；利用PRSice-2计算多基因风险评分并通过GMMAT包中的广义线性混合模型检验其与表型的关联；使用PLINK进行质量控制、主成分分析和身份状态一致性检测。
研究结果部分包含以下具体内容：
家系关联结果：在NHGRI家系队列中，19个单核苷酸多态性（SNP）位点达到全基因组显著性水平（P < 5 × 10
-8），分布于2号、6号、9号、14号、16号、17号、19号和22号染色体。NCR家系队列未检出全基因组显著性关联位点。两个队列的荟萃分析中，三个SNP保持全基因组显著性：rs77176301（位于TFRC基因上游）、rs115157572（TRIM31基因内含子区域）和rs61241329（GSDME基因内含子区域）。另有12个位点达到建议性显著水平（P < 1 × 10
-5）。研究人员注意到，由于NCR队列样本量较小且部分变异等位基因频率较低，导致部分位点的异质性检验效果不佳。
连锁分析结果：NHGRI家系队列中，2p25.2-p25.1和19p13.2-p13.11两个区域达到显著连锁阈值（LOD > 3），22q13.2-q13.31达到建议性连锁水平（LOD > 2）。NCR家系队列未检出显著连锁区域，但存在3p26.3-26.2.2、11p15.1和21q22.13-22.3.3三个建议性连锁区域。荟萃分析中，19p13.2-13.11区域检出显著连锁信号（LOD > 3），该区域跨度约4.9 Mb；另有五个建议性连锁峰分布于2p25.2-p25.1、9p21-21.1、11p15.1-14.2.2、16p13.3-p13.2和22q13.2-13.31.31。与既往13个LOD > 3.0的连锁区域比较，2p25和16p13区域的连锁信号得到重复验证（超几何检验P < 0.01）。
连锁与FBAT信号的重叠：NHGRI家系队列的19p13.2-13.11显著连锁峰与rs55741253（DLL3基因外显子区域，P = 2.68 × 10
-8）重叠；荟萃分析中22q13.2-q13.31建议性连锁峰包含rs1800206（PPARA基因外显子区域，FBAT荟萃分析P = 1.53 × 10
-6）。
共病分析：NHGRI家系队列中430名ADHD儿童有184名（42.8%）共病对立违抗障碍（ODD）。单独ADHD、ADHD共病ODD以及不共病ODD的三种表型FBAT分析结果高度相似：19个全基因组显著性SNP中，5个在单独ADHD分析中保持显著性，16个在ADHD共病ODD分析中保持显著性，另有3个新位点在共病分析中达到全基因组显著性。
家系分析与GWAS发现的一致性：通过WebGestalt工具，研究人员发现NHGRI家系队列和荟萃分析中与ADHD相关的基因显著富集于既往GWAS鉴定的ADHD相关基因（P = 0.013；FDR校正后q值 = 0.046）。来自PGC的ADHD多基因风险评分与两个家系队列中的ADHD状态均显著相关：NCR队列在P
T = 1阈值处效应最强（比值比1.46，95%置信区间1.18-1.80，P = 0.0005）；NHGRI队列在P
T = 0.1阈值处效应最强（比值比1.18，95%置信区间1.05-1.34，P = 0.007）。其他精神障碍的多基因风险评分仅在NCR队列中显示孤独症谱系障碍与ADHD的 nominally 显著关联。
基于基因的关联与基因集富集分析：MAGMA分析在NHGRI家系队列中鉴定出三个外显子组显著性基因：CYP21A2、OR52I2和PTGER2（P < 3.08 × 10
-6）。将这3个基因与31个达到GWAS显著性的基因共同进行基因集富集分析，显示与既往GWAS鉴定的孤独症谱系障碍和精神分裂症相关基因存在显著富集。基因本体（GO）分析显示"模式识别受体活性"和"去甲基化酶活性"两条通路显著富集。NCR队列和荟萃分析未检出外显子组显著性基因。
ADHD基因与神经表型特征的关联：针对NCR家系队列，研究人员发现ADHD相关基因与大脑总白质表面积相关基因存在显著重叠（P = 0.006；FDR校正后q值 = 0.019），与默认模式网络-躯体运动网络功能连接的相关基因存在 nominally 显著重叠（P = 0.043）。
讨论部分首先总结了四项主要发现：一是鉴定出19个全基因组显著性SNP，荟萃分析中三个位点得到验证；二是三个连锁区域与既往报道的ADHD连锁区域重叠；三是家系分析与GWAS发现存在基因水平的一致性；四是ADHD相关基因与神经影像学特征存在关联。研究人员指出，家系分析与病例对照GWAS在SNP和基因水平均未重叠，提示家系富集的变异可能因频率过低而未被病例对照研究检测到。三个全基因组显著性基因中，TFRC参与铁死亡过程中的铁离子细胞输入，GSDME属于焦亡相关gasdermin基因家族，TRIM31参与感染炎症反应且此前与ADHD患者的智力相关。研究还鉴定出PEX2、NF1B等与神经发育相关的候选基因。
在家系设计与GWAS的互补性方面，研究人员指出多基因风险评分在两个家系队列中均与ADHD显著相关，反映了ADHD的高家族聚集性。基因集富集分析显示"去甲基化酶活性"通路富集，提示表观遗传调控异常可能是ADHD的潜在机制。神经影像学分析发现，ADHD相关基因与大脑总表面积及默认模式网络-躯体运动网络功能连接的相关基因重叠，支持了ADHD源于任务相关网络与默认模式网络间连接失调的理论模型。
研究的局限性包括：仅使用基因分型芯片数据，未能捕获罕见编码变异和结构变异；两个队列使用不同芯片平台，共享变异较少；限于低频变异填补准确性问题，分析仅纳入常见变异（MAF > 5%）；缺乏环境暴露数据无法检验基因-环境相关性；部分共病因样本量不足未进行系统分析。
研究结论指出，通过家系方法，研究人员报告了家族性ADHD的新遗传关联和连锁区域，并注意到与近期GWAS研究的重叠。在初步工作中，研究人员指出大脑表面积变化和功能连接是这些基因组发现神经基础的候选指标。具体而言，该研究鉴定出TFRC、GSDME和TRIM31三个基因的基因组显著性关联，以及19p13.2-13.11显著连锁区域；发现家系分析与GWAS在基因水平存在重叠，但SNP水平未重叠；神经影像学初步提示大脑总表面积和默认模式网络-躯体运动网络功能连接可能作为遗传关联的神经中介。
