受体型蛋白酪氨酸磷酸酶R基因多态性与重性抑郁障碍的关联分析

石翠娟,张克让,许 琪

1中国医学科学院 北京协和医学院 基础医学研究所医学分子生物学国家重点实验室,北京 100005

2山西医科大学 第一医院精神卫生科,太原 030001

重性抑郁障碍 (major depressive disorder,MDD)是一种常见的慢性、复发性精神疾病,终生患病率约为17%[1],遗传度约为31%～42%[2-3]。大量基础及临床研究表明,MDD的发生可能在结构及分子水平上存在神经可塑性改变[4-5]。尸检和临床前研究显示,多个信号通路参与MDD患者神经可塑性的改变,其中,细胞外信号调节激酶 (extracellular regulated kinase,ERK)通路可能具有重要作用[6]。研究发现,MDD患者的ERK信号通路异常[7-8],而受体型蛋白酪氨酸磷酸酶R(protein tyrosine phosphatase receptor type R,PTPRR)是ERK信号通路关键的负性调节因子[9],因此,对该酶编码基因的研究和功能鉴定成为阐明MDD发病机制的关键之一。PTPRR基因位于12号染色体长臂15[10],在脑区广泛表达,尤其在大脑皮层、海马和中脑表达水平较高[11]。本研究探讨了PTPRR基因的多态性与MDD及其内表型的关联性。

对象和方法

对象及分组 2006年1月至2009年12月在山西医科大学第一附属医院精神卫生科就诊的MDD患者517例 (MDD组),其中,男234例,女283例,平均年龄 (30.9±8.9)岁 (16～62岁)。入选标准:所有患者均由两名副主任以上精神科医师按照美国精神障碍诊断与统计手册第4版 (DSM-IV)MDD诊断标准筛选入组。排除标准:(1)各种脑器质性疾病或躯体疾病所致精神障碍;(2)妊娠或哺乳期妇女;(3)临床生化指标或脑电图、心电图异常者;(4)酒或其他物质依赖或滥用;(5)有严重自杀自伤倾向;(6)癫痫史、脑部外伤史;(7)最近4周内服用过任何抗精神病药物或抗抑郁药物。对其中47例患者 [男21例,女26例,平均年龄(30.0±8.1)岁 (17～45岁)]采用韦氏记忆量表(WMS-R)进行认知功能评定。2006年1月至2009年12月在山西太原收集的健康志愿者455人 (对照组),其中,男207人,女248人,平均年龄 (27.5±8.0)岁 (15～58岁)。入选标准:均为流行病学问卷和艾森克人格问卷 (EPQ)等评定正常值范围内的个体。所有受试者均为中国北方汉族人。本研究经由中国医学科学院北京协和医学院伦理委员会批准,所有受试者均签署知情同意书。

SNPs位点选择和分型 根据HapMap数据库中国北方人群的基因型数据,采用HaploView(V4.0)软件选取标签单核苷酸多态性位点 (Tag single nucleotide polymorphisms,Tag SNPs),共选取11个Tag SNPs位点。采用常规酚-氯仿法抽提受试者外周血白细胞DNA,时间分型质谱技术 (matrix assisted laser desorption ionisation time-of-flightmassspectrometry,MALDI-TOF-MS)进行基因分型,MassARRAY iPLEX系统 (美国Sequenom公司)同时对多个SNPs进行分型,Assay Design 3.1软件进行多重PCR引物和单碱基延伸引物设计,整个实验依据厂家说明书进行操作。检测样本中加入1%的空白对照和5%的重复样本进行质量控制,分型成功率平均为97%。

统计学处理 采用拟和优度卡方检验分析Hardy-Weinberg平衡,HaploView(V4.0)软件分析连锁不平衡 (linkage disequilibrium,LD)[12],UNPHASED 3.1.5进行SNPs等位基因、基因型和单倍型与疾病的相关性分析以及数量性状相关性分析,其中单倍型分析中,单倍型的最小频率设定为0.01。为避免多重检验分析中可能出现的假阳性,采用UNPHASED软件自带的10000次置换检验和Bonferroni方法对关联研究结果进行校正,检验水准为校正后P=0.05。

结 果

Hardy-Weinberg平衡检验 采用拟合优度卡方检验分析11个SNPs位点基因型分布在对照组中观察值与期望值相吻合情况,结果显示,rs6581958在对照组中不符合Hardy-Weinberg平衡 (χ2=8.594,P=0.0034)。去除rs6581958位点,在后期数据处理中不再进行分析,另外10个SNPs位点基因型分布在对照组中均符合Hardy-Weinberg平衡。

连锁不平衡图谱的构建 连锁不平衡分析结果显示,10个 SNPs位点构成3个连锁不平衡区 (图1),其中rs11178388和rs1398599处于连锁不平衡区1中,rs2089975、rs2203231和rs2175711处于连锁不平衡区2中,rs4489789、rs11178351、rs10879174和rs11178344处于连锁不平衡区3中,rs11178391未处于任何一个连锁不平衡区。

基于单位点的关联分析结果 等位基因分析结果显示,rs2175711的等位基因分布在MDD组和对照组中出现弱相关性 (χ2=4.066,df=1,P=0.044),其T等位基因可以降低MDD的易感性 (OR=0.796,95%CI=0.637～0.993),但经过10000次置换检验校正后,结果无统计学意义 (校正后P=0.304)。基因型分析结果显示,10个SNPs位点基因型分布在MDD组和对照组中差异无统计学意义 (校正后P＞0.05)(表 1)。

图1 受体型蛋白酪氨酸磷酸酶R基因在正常人群中的连锁不平衡图谱 (×100)Fig 1 Linkage disequilibrium block for the protein tyrosine phosphatase receptor type R gene in the control group(×100)

基于单倍型的关联分析结果 根据PTPRR基因的连锁不平衡图谱,选择位于连锁不平衡区1的rs1398599,位于连锁不平衡区2的rs2175711,位于连锁不平衡区3的rs4489789,以及rs11178391位点进行单倍型与MDD的相关性研究。三位点单倍型分析发现,rs1398599-rs2175711-rs4489789构成的单倍型和MDD相关 (χ2=10.812,df=4,P=0.028),单倍型C-A-T显著增加 MDD的发病风险 (χ2=9.283,P=0.0023,OR=1.334,95%CI=1.104～1.612),经过Bonferroni法校正后,上述结果差异具有统计学意义 (校正后P=0.012)(表2);四位点单倍型分析发现,rs11178391-rs1398599-rs2175711-rs4489789构成的单倍型和 MDD相关 (χ2=15.585,df=8,P=0.048),单倍型C-C-A-T显著增加MDD的发病风险 (χ2=7.463,P=0.0063,OR=1.281,95%CI=1.059～1.549),但经过 Bonferroni法校正后,上述结果差异无统计学有意义 (校正后P=0.056)(表3)。

表1 PTPRR基因SNPs等位基因和基因型在对照组与MDD组间的关联分析Table 1 Analysis of allelic and genotypic associations of the PTPRR gene with MDD

表3 四位点单倍型在对照组与MDD组间的关联分析Table 3 Analysis of four SNPs for haplotypic association between control group with MDD group

PTPRR基因与MDD的数量性状分析结果 以MDD患者记忆功能成绩为内表型,进行PTPRR基因的数量性状分析,结果发现rs2203231的等位基因和基因型分别与WMS-R的心智原始分和心智量表分显著相关 (χ2=8.350,P=0.0038;χ2=9.143,P=0.0024;χ2=7.619,P=0.0057;χ2=8.372,P=0.0038);经过Bonferroni法校正后,上述结果差异仍有统计学意义 (校正后P＜0.05)(表4)。rs2203231的等位基因和基因型也分别与WMS-R的图片原始分和图片量表分显著相关 (χ2=8.980,P=0.0027;χ2=10.05,P=0.0015; χ2=8.484,P=0.0035;χ2=9.512,P=0.002);经过Bonferroni法校正后,上述结果差异仍有统计学意义 (校正后P＜0.05)(表 5)。

表4 PTPRR基因SNPs等位基因和基因型与MDD内表型的数量性状分析Table 4 Analysis for allelic and genotypic association of PTPRR and the endophenotype of MDD

表5 PTPRR基因SNPs等位基因和基因型与重性抑郁障碍内表型的数量性状分析Table 5 Analysis for allelic and genotypic association of PTPRR and the endophenotype of MDD

讨 论

MDD是一种复杂性状疾病,以往其分子机制的研究主要集中于单胺类神经递质,如:5-羟色胺和多巴胺等异常和下丘脑-垂体-肾上腺轴 (hypothalamic-pituitary-adrenocortical,HPA)功能紊乱,但这些假说难以解释现有的抗抑郁药起效时间延迟的现象[13]。越来越多的临床前资料表明,MDD患者边缘系统部分脑区结构改变、功能受损[4,14],为神经可塑性机制参与重性抑郁障碍病理改变提供了临床依据,并且,对MDD的神经可塑性研究已深入到分子机制的研究,尸检和抗抑郁药研究表明,ERK信号通路可能参与MDD患者海马神经可塑性改变[6-7,15]。在中枢神经系统中,ERK信号转导通路在学习、记忆中发挥着重要作用[16],而可逆的蛋白磷酸化调节是其发挥作用重要机制之一,异常的蛋白磷酸化已发现与多种神经系统疾病相关,如:孤独症、癫痫及小脑运动失调等[17]。

PTPRR是ERK信号通路可逆的蛋白磷酸化调节关键的负调节因子,是蛋白酪氨酸磷酸酶家族成员之一,其包含1个激酶相互作用结构域 (kinase interaction motif,KIM)。PTPRR对ERK信号通路的负性调节主要是通过KIM与ERK的结合,使ERK的酪氨酸残基去磷酸化[9]。研究表明,在PTPRR缺失的小鼠脑中,磷酸化ERK水平升高,过表达PTPRR基因后,ERK的活性丧失且其细胞定位也发生改变[18]。

本研究在517例MDD患者和455名对照者中对PTPRR基因中筛查的11个tag SNPs与MDD的关联性进行研究,虽然在单位点研究中未发现单个位点与MDD的相关性,但在单倍型的关联分析中发现,三位点单倍型rs1398599(C)-rs2175711(A)-rs4489789(T)显著增加MDD的发生风险;四位点单倍型rs11178391(C)-rs1398599(C)-rs2175711(A)-rs4489789(T)显著增加MDD的发病风险。本研究单位点分析未发现与MDD的相关性,推测其原因可能为:(1)MDD是由许多微效基因共同决定的复杂性状疾病,其发生可能存在多个位点或基因间的联合作用,因此本研究在单倍型关联分析中发现三位点和四位点单倍型分别显著增加疾病的发病风险。(2)由于MDD的临床分型复杂、症状多样,而且具有表型异质性,因此本研究以患者记忆功能成绩为内表型进行数量性状分析,结果发现PTPRR基因rs2203231的等位基因和基因型分别与WMS-R的心智原始分和心智量表分以及图片原始分和图片量表分显著相关,经过Bonferroni法校正后,上述结果差异仍有统计学意义,提示PTPRR基因可能与MDD患者记忆功能障碍相关。近年来,越来越多的研究开始关注内表型与疾病的关系,Burt等[19]采用Meta分析研究发现,抑郁障碍患者有工作记忆或短时记忆的障碍。近期研究更有类似发现:Harve等[20]发现年轻抑郁患者在工作记忆任务中表现出工作记忆中的中央执行受损。Gallassi等[21]发现晚发抑郁患者的认知功能 (主要是记忆)和控制组相比表现出缺损,处于消退期的患者表现出同样的模式,6个月追踪研究发现有些成绩有了显著提高,但在逻辑记忆、言语记忆等测试中仍然表现出缺损。本研究发现PTPRR基因可能与MDD患者记忆功能障碍相关,而PTPRR基因是ERK信号通路调节关键的负调节因子,进一步支持了ERK信号转导通路在学习和记忆中发挥着重要的作用。

综上,本研究发现PTPRR基因rs2203231多态性与MDD的长时记忆和短时记忆相关联,今后尚需在更大样本及不同人群中进一步验证该结果。对于多基因复杂疾病来说,以内表型为基础的研究也许更适合于MDD等精神疾病的分子遗传学研究。

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