《The World Journal of Biological Psychiatry》：Changed gene expression in Brodmann’s area 9 in schizophrenia: support for a molecular pathology affecting membrane transporters and regulators involved in multiple neurotransmitter systems
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目的：识别精神分裂症患者与对照组相比Brodmann’s area(BA) 9中RNA水平的变化，并了解这些变化对该疾病分子病理学的贡献。方法：使用Affymetrix Human Exon 1.0?ST Array在81名精神分裂症患者和70名健康对照者的B
目的：识别精神分裂症患者与对照组相比Brodmann’s area(BA) 9中RNA水平的变化，并了解这些变化对该疾病分子病理学的贡献。方法：使用Affymetrix Human Exon 1.0?ST Array在81名精神分裂症患者和70名健康对照者的BA 9中测量RNA水平，并使用JMP Genomics 9.0进行比较。诊断间RNA水平差异接受标准为倍数变化1.0?±?≥0.2且p?<?0.01。使用Panther Gene Ontology Classification System和Qiagen Ingenuity Pathways确定这些RNA变化的潜在效应。结果：在BA 9中测量了17,304个RNAs水平，其中47个RNA水平在精神分裂症中发生改变（29个升高）。这些RNA水平变化应会影响水稳态、细胞外空间体积调节、钾缓冲、脑脊液(CSF)循环、间质液重吸收、废物清除、神经炎症、渗透感应、细胞迁移、钙信号与转运、间隙连接和膜转运。结论：研究人员在精神分裂症患者BA 9中报告的基因表达变化参与重要生化通路，可能包含新的药物靶点，并可能涉及该疾病的分子病理学。
该研究发表于《The World Journal of Biological Psychiatry》。研究背景方面，精神分裂症是具有复杂分子病理学的疾病，其病理在中枢神经系统和外周均可见，目前已运用基因组、转录组、蛋白质组、代谢组和脂质组等多组学技术探索其分子机制，识别出多个小幅增加患病风险的基因，但未检测到主要风险基因，且同卵双胞胎一致率低于50%，提示发病不仅依赖遗传风险基因，还受产科并发症、产前感染、营养、父龄、出生季节等非遗传因素影响，遗传突变与环境表观遗传机制共同改变基因转录水平和编码与非编码RNA水平，从而在患者组织中留下RNA水平改变的分子病理学特征。既往转录组研究提示精神分裂症分子病理主要影响突触功能，且具复杂性，可随性别、衰老、病程、脑区与半球差异及亚组不同而变异，还涉及兴奋神经传递、免疫系统、自噬、胶质细胞、能量代谢及突触功能等多层面。由于分子病理复杂，需在单一脑区进一步研究以控制区域与半球变异干扰，因此研究人员选择在已知受精神分裂症病理影响的Brodmann’s area(BA) 9左半球灰质中，比较较大队列（精神分裂症患者n=81，对照组n=70）的RNA水平。
主要关键技术方法包括：使用维多利亚脑库提供的人中枢神经组织样本，经Diagnostic Instrument for Brain Studies(DIBS)依据DSM-IV诊断精神分裂症并计算病程与抗精神病药氯丙嗪等效剂量，记录死后间隔(PMI)并测定CNS pH评估组织保存；从左侧半球额叶外侧BA 9取约100 mg冷冻灰质，用TRIzol试剂分离总RNA并经RNeasy mini kits纯化与柱上DNase处理；使用Affymetrix Human Exon 1.0?ST Array检测RNA转录本水平，以RNA完整性数(RIN)评估质量，经Robust Multichip Average(RMA)算法归一化与log2转换，用Least Square Means法比较组间差异，采用MicroArray Quality Control consortium(Maqc Consortium)标准（倍数变化1.0?±?≥0.2且p?<?0.01）控制Ⅰ型和Ⅱ型错误；将差异RNA对应基因导入Panther Gene Ontology Classification System进行通路、分子功能、生物过程、细胞组分与reactome过表征检验，并导入QIAGEN Ingenuity Pathway Analysis(IPA)以实验证明或高确定性预测标准分析基因功能互作与节点基因。
研究结果如下：
Donor demographic, CNS collection and clinical related data：研究使用BA 9样本来自81名精神分裂症患者与60名对照者，两组在性别比、年龄、CNS pH、PMI或CNS重量上无显著差异，精神分裂症患者自杀完成率显著更高，平均病程19年，平均抗精神病药剂量416 mg氯丙嗪当量/天。
Analyses of expression microarray data：在BA 9中共获得17,304个可定量强度信号的RNAs，初筛p?<?0.05时有2,291个RNAs水平在诊断间不同，经严格标准筛选后剩余47个RNAs水平显著不同（29个升高，18个降低），排除97.95%的p?<?0.05差异以避免错误。
Panther pathway analyses：47个差异RNA对应基因中1个（FLJ20444）未在Panther中注释，其余45个注释基因编码蛋白分为7类，最大功能群涉及细胞外基质、细胞间间隙连接维持与跨膜分子转运；预测会影响肾上腺素能、谷氨酸能、血清素能与胆碱能神经传递，以及突触囊泡运输、AQP4、促肾上腺皮质激素释放因子受体信号与阿片系统，这些变化由GNG12、STX1B和/或VAMP1编码的RNA水平改变所致；分子功能上影响跨膜转运活性，细胞组分中最受影响的是突触后膜与受体复合物，生物过程与reactome通路无显著过表征。
Ingenuity pathways and panther pathway analyses：IPA未显示差异RNA基因间直接互作，但发现两个RNA水平未改变的基因（AR和ESR1）各与至少10个差异基因有直接功能连接，纳入后形成含19个基因的connectome；Panther过表征检验显示该connectome主要影响跨膜转运蛋白活性，无显著生物通路、细胞组分或reactome影响。
讨论部分总结：研究人员在BA 9中发现47个RNA水平改变，编码蛋白涵盖7类功能，影响多生物学通路稳态，支持细胞外基质破坏参与精神分裂症病理的假说，也支持间隙连接功能相关基因变异为风险基因及间隙连接功能障碍影响认知缺陷的观点；膜转运破坏证据扩展至锌、阴离子、质子、氨基酸与肽转运，表明多种分子膜转运改变是重要分子病理贡献因素；多神经递质系统紊乱可归因于GNG12、STX1B与VAMP1三个基因表达改变，其中STX1B在风险基因突变小鼠模型中表达降低尤为显著；IPA识别出的节点基因AR与ESR1虽RNA水平未变但可能有活性改变，且既往已被关联于精神分裂症分子病理；含AR、ESR1及17个差异基因的connectome中包括AQP4、ATP13A4、GJA1、SLCO1C1、SLC7A11等已知病理相关基因，其失调主要影响跨膜转运活性，涉及水稳态、细胞外空间体积调节、钾缓冲、CSF循环、间质液重吸收、废物清除、神经炎症、渗透感应、细胞迁移、钙信号与转运、间隙连接与膜转运多方面；研究设计控制脑区与半球变异，单中心标准化取材处理减少混杂，与既往较小样本及CommonMind联盟多中心多脑区数据有部分重叠（83%差异基因在校正p?<?0.05水平一致），支持所用严格标准与发现的功能相关性；不能排除抗精神病药治疗影响，结果可能仅适用于BA 9；结论为研究支持既往精神分裂症分子病理发现，聚焦特定分子如STX1B为深入研究对象，所构建connectome可能在BA 9中对该复杂分子病理有重要贡献。
结论部分原文翻译：总之，我们的研究支持先前关于精神分裂症分子病理学的发现，但使特定分子成为进一步深入调查的目标。例如，本研究进一步论证多种神经递质系统受到精神分裂症分子病理学的影响。然而，本研究结果发现三个突触蛋白的水平变化可能导致多系统神经传递水平改变。在这三个基因中，STX1B可能尤其重要，因为在携带增加精神分裂症风险突变基因的小鼠模型中，其表达水平被发现降低。本研究中一个特别新颖的发现是构建了一个connectome，其中包含BA 9中表达水平改变的基因，其相互作用会影响中枢神经系统水稳态、细胞外空间体积调节、钾缓冲、脑脊液(CSF)循环、间质液重吸收、废物清除、神经炎症、渗透感应、细胞迁移、钙信号与转运、间隙连接以及膜转运的多个方面。精神分裂症的分子病理学被认为是复杂的，因此本研究所报告的connectome可能对该复杂分子病理学，至少在患者的BA 9中，具有重要贡献。
