双相障碍患者的多巴胺转运受体基因多态性和静息态功能磁共振成像与脑奖赏环路的相关性研究

王豪杰，陈 炜，覃艳华，李 翔，周妙平

·论著·

双相障碍患者的多巴胺转运受体基因多态性和静息态功能磁共振成像与脑奖赏环路的相关性研究

王豪杰1*，陈 炜2，覃艳华2，李 翔1，周妙平1

背景 随着当代医疗技术水平的大幅提高，静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术已经广泛应用于双相障碍(BD)的临床研究。目的 探讨BD患者血清多巴胺转运受体(DAT)基因40 bp VNTR位点多态性和rs-fMRI与脑奖赏环路的相关性。方法 收集2014年7月—2015年7月在浙江大学医学院附属邵逸夫医院住院，年龄在20～50岁之间、性别不限、右利手、符合纳入、排除标准并签署知情同意书的BD患者90例，根据患者疾病分期分为BD躁狂相组(A组)32例、BD抑郁相组(B组)31例、BD缓解期组(C组)27例，另选取同期本院体检健康者30例为健康对照组(D组)。3组患者行功能磁共振成像(fMRI)，然后使用NIH开发的脑功能数据处理平台分析rs-fMRI，针对不同的神经特征探讨局部一致性(ReHo)增强和减弱的区域；应用聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)技术测定4组外周血DAT基因40 bp VNTR位点的多态性，分析该位点的多态性和rs-fMRI与脑奖赏环路的相关性。结果 A组患者rs-fMRI的ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回等，ReHo显著减弱的区域包括双侧楔前叶等；B组患者的ReHo显著增强的区域在右侧岛叶皮质、左额中回、左楔前叶等，而ReHo显著减弱的区域在小脑右前叶、右中央前回等；C组患者ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回、双侧海马，ReHo明显减弱的区域是脑桥、左中央后回、左额下回和右扣带回。4组受试者DAT基因40 bp VNTR位点的基因型频率总体分布比较，差异无统计学意义(P>0.10)；4组的杂合度分布比较，差异无统计学意义(P>0.10)。结论 BD与脑奖赏环路相关脑区的相关作用异常有关，但是二者的分子机制有待进一步的研究和探索。

双相情感障碍；受体，多巴胺；奖赏环路

王豪杰，陈炜，覃艳华，等.双相障碍患者的多巴胺转运受体基因多态性和静息态功能磁共振成像与脑奖赏环路的相关性研究 [J].中国全科医学，2017，20(12)：1439-1443.[www.chinagp.net]

WANG H J,CHEN W,TAN Y H,et al.Correlation research between the DAT gene polymorphism,resting-state functional MRI and in brain reward circuits of patients with bipolar disorder[J].Chinese General Practice，2017，20(12)：1439-1443.

1.RadiologyDepartment,ZhejiangQuzhouPeople′sHospital,Quzhou324000,China

2.DepartmentofMentalHealth,SirRunRunShawHospital,SchoolofMedicine,ZhejiangUniversity,Hangzhou310016,China

*Correspondingauthor:WANGHao-jie,Associatechiefphysician;E-mail:feyww0514@163.com

双相障碍(bipolar disorder，BD)是一种常见的神经精神类慢性疾病，临床表现为躁狂或轻躁狂与抑郁反复间歇交替发作或循环性发作的疾病。正常人群的BD发病率约为4%，病因至今未明[1-2]，通常出现在青春期或成年早期[3]，并伴随其他疾病如焦虑、药物滥用、饮食失调以及特定的人格障碍等[4]。随着当代医疗技术水平的提高，功能磁共振成像(functional MRI，fMRI)等技术已经广泛应用于BD的临床研究[5],另外有研究显示脑奖赏环路可能在BD的病理生理过程中扮演着非常重要的角色[6]。奖赏环路是脑内边缘系统的一部分,由中脑腹侧背盖区、腹侧纹状体、终纹床核、海马、杏仁核、隔区组成,其主要的神经递质是多巴胺(dopamine，DA)，过去对脑奖赏系统的研究主要集中在物质滥用等方面[7-8]。动物实验研究显示抑郁症的快感缺失、兴趣缺乏等症状,均与中枢神经系统中奖赏系统密切相关[9]。而目前国内外尚缺乏BD与脑奖赏环路相关性的报道。本研究通过检测BD患者外周血的多巴胺转运受体(DAT)基因40 bp VNTR位点的多态性，同时比较不同临床相的静息态功能磁共振(resting-statef MRI，rs-fMRI)结果，以期对BD与脑奖赏环路的关系进行初步探索，为BD的诊疗提供新的思路。

1 资料与方法

1.1 纳入标准 (1)BD躁狂相：符合DSM-Ⅳ关于BD的诊断标准[10]，目前处于躁狂期，症状持续时间≥1

本研究创新和不足：

(1)收集双相障碍(BD)患者不同临床相(躁狂相、抑郁相和缓解期)的功能磁共振成像(fMRI)数据发现局部一致性(ReHo)强弱区域主要集中在脑奖赏环路的部分，说明BD与脑奖赏环路的相关性存在影像学支持，但是ReHo的强弱仅反映局部神经元自发活动在时间上的同步性，且ReHo改变的脑区分布零散，目前尚无统一结果；此外，这些异常变化是否与脑容量、脑血流量以及患者用药情况相关，尚不得而知，亟待进一步的研究证实；(2)BD患者外周血多巴胺转运受体(DAT)基因40 bp VNTR位点基因型频率以及杂合度分布与健康对照组均无明显区别，这可能需要进一步加大样本量，统一国内外纳入排除标准，排除样本个体之间的差异。

周；杨氏躁狂量表(YMRS)评分≥20分；无抑郁发作，汉密尔顿抑郁量表(HAMD)评分<7分；(2)BD抑郁相：符合DSM-Ⅳ关于BD的诊断标准[10]，目前处于抑郁期，症状持续时间≥4周(注：DSM-Ⅳ定义为2周)；HAMD评分≥18分；无躁狂发作，YMRS评分<8分；(3)BD缓解期：符合DSM-Ⅳ关于BD的诊断标准[10]，目前处于缓解期，持续时间≥4个月(注：DSM-Ⅳ定义为2个月)；无躁狂发作，YMRS评分<8分；无抑郁发作，HAMD评分<7分；无焦虑发作，汉密尔顿焦虑量表(HAMA)评分<7分；(4)健康对照：无严重器质性疾病，无精神疾病史；YMRS评分<8分，HAMD评分<7分，HAMA评分<7分。

1.2 排除标准 (1)有严重自杀倾向；(2)哺乳期、妊娠期或有可能在研究期间妊娠的妇女；(3)严重心、肝、肾疾病，肿瘤，血液病，癫痫及其他神经系统疾病史；(4)精神分裂症，烟草、酒精及其他精神活性物质滥用史；(5)单相抑郁症、广泛性焦虑症；(6)混合相、快速循环型BD。

1.3 一般资料 收集2014年7月—2015年7月在浙江大学医学院附属邵逸夫医院住院的、年龄20～50岁、性别不限、右利手、符合纳入排除标准并签署知情同意书的BD患者90例，其中男72例，女18例；平均年龄(31.2±13.2)岁。根据患者疾病分期分为BD躁狂相组(A组)32例、BD抑郁相组(B组)31例、BD缓解期组(C组)27例；选取同期本院体检健康者30例为健康对照组(D组)。4组年龄、性别、智商值(IQ值)[11]比较，差异无统计学意义(P>0.05，见表1)。本研究经浙江大学医学院附属邵逸夫医院伦理委员会批准。

表1 4组一般资料比较

注：A组=双相障碍躁狂相组，B组=双相障碍抑郁相组，C组=双相障碍缓解期组，D组=健康对照组；IQ值=智商值，YMRS=杨氏躁狂量表，HAMD=汉密尔顿抑郁量表，HAMA=汉密尔顿焦虑量表；“-”表示无数据；a为F值

1.4 rs-fMRI数据采集 受试者在明确诊断后进行fMRI检查(D组未行fMRI检查)，rs-fMRI的分析使用NIH开发的脑功能数据处理平台 Analysis of Functional Neuroimages(AFNI;http://afni.nimh.nih.gov/afni/)。在前处理校正完成后，应用广义线性模型(GLM)进行分析，得到不同条件对比时的全脑激活统计。然后提取相关的感兴趣区域(ROIs)进行网络分析，针对不同的神经特征探讨局部一致性(ReHo)增强和减弱的区域。

1.5 外周血DAT基因多态性检测 受试者在明确诊断后第2天清晨空腹抽取外周血(无任何抗凝剂或者促凝剂)8 ml；采用高盐法[12]提取外周血中的DNA，利用聚合酶链式反应-限制性片段长度多态性(PCR-RFLP)技术检测DAT基因40 bp VNTR位点的多态性。

2 结果

2.1 BD患者不同临床相的rs-fMRI表现 A组患者ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回、右侧海马旁回，ReHo显著减弱的区域在双侧楔前叶、双侧额上回、双侧额内侧回、右侧基底核和下顶叶；B组患者ReHo显著增强的区域在右侧岛叶皮质、左额中回、左楔前叶、左枕叶、左顶叶、左额上回，而ReHo明显减弱的区域在小脑右前叶、右中央前回、左额下回和右扣带回；C组患者ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回、双侧海马，ReHo明显减弱的区域在脑桥、左中央后回、左额下回和右扣带回(见图1)。

注：A为双相障碍躁狂相患者,B为双相障碍抑郁相患者,C为双相障碍缓解期患者

图1 BD患者不同临床相的fMRI图像

Figure 1 fMRI images among patients with BD in different clinical phases

2.2 4组的DAT基因40 bp VNTR位点多态性分析 4组受试者的DAT基因多态性位点各基因型的观察值与期望值吻合良好(χ2=9.624，P>0.10)，符合Hardy-Weinberg平衡定律；40 bp VNTR位点的聚合酶链产物发现360 bp、440 bp、480 bp、520 bp长度不等的DNA片段，其中以10倍(480 bp)重复片段为主,其次为9倍(440 bp)重复片段(见表2)。DAT基因40 bp VNTR位点多态性的基因型分布主要存在7/7、9/7、9/9、10/9、10/10、11/10、11/11倍重复，常见的基因型均是10/10倍重复，4组受试者DAT基因40 bp VNTR位点的基因型频率总体分布比较，差异无统计学意义(χ2=2.541，P>0.10)；4组的杂合度分布比较，差异无统计学意义(χ2=0.427，P>0.10，见表3)。

表2 4组DAT基因40 bp VNTR位点聚合酶链产物(%)

表3 4组DAT基因40 bp VNTR位点的各基因型及杂合度分布频率(%)

Table 3 The genotype and heterozygosity distribution frequency of DAT gene 40 bp VNTR locus of patients in the 4 groups

组别例数7/79/79/910/910/1011/1011/11杂合度A组320.60.41.09.986.61.30.211.6B组310.90.00.17.785.82.81.710.5C组270.00.51.56.388.91.71.18.5D组301.11.11.18.884.62.21.112.1

3 讨论

BD是一种常见的神经精神类慢性疾病，核心特征是过度的愉悦感(躁狂发作)和快感缺失(抑郁发作)[13]。随着当代医疗技术水平的迅速提高，fMRI成像技术，尤其是rs-fMRI已经广泛应用于BD的临床研究[14]。国内外大量研究表明BD在静息状态下存在多个颅内局部功能区异常，这些区域主要集中在内侧前额叶皮质，扣带回前部、后部，背内侧丘脑，杏仁核，顶叶皮质及其他与默认网络有关的中央-旁边缘区域[15-16]。脑奖赏环路是脑内边缘系统的一部分，而目前国内外尚缺乏BD与脑奖赏通路相关的研究报道。

本研究发现BD患者不同临床相的rs-fMRI的ReHo强弱区域存在明显差异：其中躁狂相患者的ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回、右侧海马旁回，ReHo显著减弱的区域在双侧楔前叶、双侧额上回、双侧额内侧回、右侧基底核和下顶叶；抑郁相患者的ReHo明显增强的区域在右侧岛叶皮质、左额中回、左楔前叶、左枕叶、左顶叶、左额上回，ReHo显著减弱的区域在小脑右前叶、右中央前回、左额下回和右扣带回；缓解期患者ReHo显著增强的区域主要在腹侧纹状体、右侧前扣带回、双侧海马，ReHo明显减弱的区域在脑桥、左中央后回、左额下回和右扣带回，这与国内其他学者研究结果类似[17]。另外有研究显示脑奖赏环路可能在BD的病理生理过程中扮演非常重要的角色，奖赏环路是脑内边缘系统的一部分，由中脑腹侧背盖区、腹侧纹状体、终纹床核、海马、杏仁核、隔区组成，本研究发现BD不同临床相的患者rs-fMRI的异常范围均大多在该区域，说明BD与脑奖赏环路的相关性有影像学支持。

人类DAT基因定位于5p 15.3,包括了15个外显子和14个内含子,在其3′末端非编码区有一段40 bp VNTR，可出现3～13倍的重复片段，根据拷贝数的不同可表现出11种等位基因，其中10、9倍重复等位基因最为常见，本研究与之一致[11]：4组受试者DAT基因40 bp VNTR位点的基因型频率的总体分布无统计学差异，杂合度分布比较也无明显区别，但是该结果并不能说明BD与脑奖赏环路无关，还需要排除某些个体差异性等影响因素，其中的原因可能是选取的患者个体差异性较大，纳入和排除标准较前不同。

综上所述，通过对BD不同临床相的rs-fMRI图像分析发现，BD与脑奖赏环路的相关脑区的相关作用异常有关，存在影像学支持，但具体的分子机制仍需进一步的探索，以期为BD的诊疗提供新的思路。

作者贡献：王豪杰进行文章的构思与设计；王豪杰、陈炜进行研究的实施与可行性分析；陈炜进行数据收集；覃艳华、周妙平进行数据整理；李翔进行统计学处理；王豪杰进行结果分析与解释，撰写论文；陈炜进行论文修订；王豪杰负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。

[1]KAPCZINSKI F,DAL-PIZZOL F,TEIXEIRA A L,et al.Peripheral biomarkers and illness activity in bipolar disorder[J].J Psychiatr Res,2011,45(2):156-161.

[2]谢艳红,李映娟,叶丽,等.心境障碍问卷对青年和老年首发双相障碍诊断效果比较[J].中国全科医学,2015,18(35):4333-4336. XIE Y H,LI Y J,YE L,et al.Diagnostic effects of mood disorder questionnaire on the first-episode bipolar disorder in youth and the elderly:a comparative study[J].Chinese General Practice,2015,18(35):4333-4336.

[3]FERNANDES B S,GAMA C S,CERESER K M,et al.Brain-derived neurotrophic factor as a state-marker of mood episodes in bipolar disorders:a systematic review and meta-regression analysis[J].J Psychiatr Res,2011,45(8):995-1004.

[4]JAVADAPOUR A,MALHI G S,IVANOVSKI B,et al.Hippocampal volumes in adults with bipolar disorder[J].Journal Neuropsychiatry Clin Neurosci,2010,22(1):55-62.

[5]GU H,SALMERON B J,ROSS T J,et al.Mesocorticolimbic circuits are impaired in chronic cocaine users as demonstrated by resting-state functional connectivity[J].NeuroImage,2010,53(2):593-601.

[6]FINDLAY L J,EL-MALLAKH P L,EL-MALLAKH R S.Cariprazine for the treatment of bipolar disorder[J].Perspect Psychiatr Care,2016.DOI:10.1111/ppc.12150.[Epud ahead of print]

[7]GOLDSTEIN B I,COLLINGER K A,LOTRICH F,et al.Preliminary findings regarding proinflammatory markers and brain-derived neurotrophic factor among adolescents with bipolar spectrum disorders [J].J Child Adolesc Psychopharmacol,2011,21(5):479-484.

[8]YAO Z,WANG L,LU Q,et al.Regional homogeneity in depression and its relationship with separate depressive symptom clusters:a resting-state fmri study[J].J Affect Disord,2009,115(3):430-438.

[9]PERUGI G,TONI C,RUFFOLO G,et al.Adjunctive dopamine agonists in treatment-resistant bipolar Ⅱ depression:an open case series[J].Pharmacopsychiatry,2001,34(4):137-141.

[10]GEHLERT S,CHANG C H,HARTLAGE S.Symptom patterns of premenstrual dysphoric disorder as defined in the diagnostic and statistical manual of mental disorders-Ⅳ[J].J Women′s Health,1999,8(1):75-85.

[11]ZENI C P,TRAMONTINA S,AGUIAR B W,et al.Bdnf val66met polymorphism and peripheral protein levels in pediatric bipolar disorder and attention-deficit/hyperactivity disorder[J].Acta Psychiatr Scand,2016,134(3):268-274.

[12]LAHIRI D K,NURNBERGER J I J R.A rapid non-enzymatic method for the preparation of HMW DNA from blood for RFLP studies[J].Nucleic Acids Research,1991,19(19):5444.

[13]崔立谦,曹莉萍,邓文皓,等.早期阶段双相Ⅰ型躁狂患者杏仁核静息态功能连接初步研究[J].中国神经精神疾病杂志,2014,40(10):601-606. CUI L Q,CAO L P,DENG W H,et al.Resting state functional connectivity analysis of the amygdala in the early stage of bipolar Ⅰ disorder[J].Chinese Journal of Nervous and Mental Diseases,2014,40(10):601-606.

[14]王秀丽,黄晓琦，龚启勇.神经精神疾病的功能磁共振成像研究进展[J].磁共振成像,2012,3(1):61-68. WANG X L,HUANG X Q,GONG Q Y.Functional MRI in neuropsychiatric disorders[J].Chinese Journal of Magnetic Resonance Imaging,2012,3(1):61-68.

[15]CHAI X J,WHITFIELD-GABRIELI S,SHINN A K,et al.Abnormal medial prefrontal cortex resting-state connectivity in bipolar disorder and schizophrenia[J].Neuropsychopharmacology,2011,36(10):2009-2017.

[16]ANAND A,LI Y,WANG Y,et al.Resting state corticolimbic connectivity abnormalities in unmedicated bipolar disorder and unipolar depression[J].Psychiatry Res,2009,171(3):189-198.

[17]XIAO Q,ZHONG Y,LU D,et al.Altered regional homogeneity in pediatric bipolar disorder during manic state:a resting-state fMRI study[J].PLoS One,2013,8(3):e57978.

(本文编辑：崔莎)

Correlation Research between the DAT Gene Polymorphism,Resting-State Functional MRI and in Brain Reward Circuits of Patients with Bipolar Disorder

WANGHao-jie1*,CHENWei2,TANYan-hua2,LIXiang1,ZHOUMiao-ping1

Background With the rapid improvement of medical technology,resting-state functional magnetic resonance(rs-fMRI) technology has been widely used in the clinical research of bipolar disorder(BD).Objective To discuss the correlation between the 40 bp VNTR polymorphism of serum dopamine transporter(DAT) gene,rs-fMRI and human brain reward circuits among patients with BD.Methods According to the inclusion and exclusion criteria,90 BD patients(aged from 20 to 50,all genders,right-handed),hospitalized in Sir Run Run Shaw Hospital,School of Medicine,Zhejiang University from July 2014 to July 2015 and signed the informed consent,were selected in the study.According to the staging of disease,patients were divided into manic group of 32 patients with BD(group A),depressive group of 31 patients with BD(group B),remission phase group of 27 patients with BD(group C),and control group of 30 healthy persons during the same period(group D).The patients in the 3 groups were conducted with functional magnetic resonance imaging(fMRI),and then rs-fMRI was analyzed by the NIH-developed data processing platform of brain function.The regions of increased and decreased ReHo were investigated by targeting at different neural features.Polymerase chain reaction-restriction fragment length polymorphism(PCR-RFLP) technique was used to detect the polymorphism of DAT gene 40 bp VNTR in peripheral blood of the four groups.The polymorphism of this locus and the association of rs-fMRI with human brain reward circuits were analyzed.Results The significantly increased ReHo values of rs-fMRI in group A were mainly distributed at the ventral striatum,and the right anterior cingulate gyrus,while the significantly decreased ReHo values were distributed at the bilateral precuneus regions.The significantly increased ReHo values were distributed at the right insular lobe cortex,left middle frontal gyrus,left precuneus,the significantly decreased ReHo values in group B were distributed at the right anterior lobe of cerebellum,right precentral gyrus,etc;and the significantly increased ReHo values in group C were mainly distributed at the ventral striatum,right anterior cingulated gyrus,bilateral hippocampal,while the significantly decreased ReHo values were distributed at the pons,left postcentral gyrus,central,left inferior frontal gyrus and right cingulate gyrus.There was significant difference in the overall distribution of the genotype frequency of DAT gene 40 bp VNTR loci among the subjects in the 4 groups(P>0.10).There was no significant difference in the heterozygosity distribution in the 4 groups(P>0.10).Conclusion BD is associated with the abnormal interaction of the related brain regions of brain reward circuits,but their molecular mechanism needs further research and exploration.

Bipolar disorder;Receptors,dopamine;Reward circuits

国家自然科学基金资助项目(81371490)

R 749.4

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.12.007

2016-10-15；

2017-01-05)

1.324000浙江省衢州市人民医院放射科

2.310016浙江省杭州市，浙江大学医学院附属邵逸夫医院精神卫生科

*通信作者：王豪杰，副主任医师；E-mail：feyww0514@163.com