精神分裂症患者KCNH2 和CACNA1C 基因多态性及其与认知功能的相关性

彭寿宁 邓维聪 符燕波 吴燕妮

（1.海南省安宁医院精神八科，海南 海口 570206；2.海南省安宁医院精神二科，海南 海口 570206）

精神分裂症是常见的重性精神病，其临床分型多、病因未明，具有复发率高、致残率高、青壮年高发等特点，常常表现为思维、感知、行为和情感等多方面异常[1-2]。精神分裂症的主要症状为阳性症状、阴性症状和认知功能损伤，其中认知功能损伤主要表现为注意力下降、工作和学习记忆力下降、执行能力下降、言语障碍等，对患者的学习和生活产生严重的消极影响[3]。脑电图能够直接监测测试对象的大脑活动，反映其神经细胞功能。大脑对外界信息的接收、加工处理过程中产生的事件相关电位（event-related potential，ERP），也被称为“认知电位”[4]。电压门控Ca2+通道α-1C亚通道（calcium voltage-gated channel subunit alpha 1 C，CACNA1C）基因是精神障碍的风险基因，与神经系统树突形成、神经元存活、突触可塑性和记忆能力有关，CACNA1C的rs10848683、rs1006737等多个位点单核苷酸多态性和异常表达与精神分裂症显著相关[5-8]。KCNH2基因的遗传变异会导致先天性或获得性的长QT和短QT综合征[9]。由于阻断心脏中的人类果蝇相关基因（human ether-a-go-go-related gene，hERG）K+通道（由KCNH2编码）会导致抗精神病药物的QT延长效应，因此hERG通道被认为是治疗精神分裂症的“抗靶标”[10]。KCNH2基因与精神分裂症显著相关，且rs3800779（T等位基因）与较低的智商有关[11]。本研究拟探讨CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779基因多态性与精神分裂症患者ERP的关系，为临床对精神分裂症患者的认知功能判断提供参考。

1 材料和方法

1.1 研究对象

选取2017年6月—2021年6月海南省安宁医院住院的精神分裂症缓解期患者210例（研究组），其中男112例、女98例，年龄（37.21±4.85）岁，受教育时间（10.12±1.15）年。纳入标准：1）符合精神分裂症的诊断标准[12]；2）处于缓解期，简明精神病评定量表评分<30分、自知力与治疗态度问卷评定得分>11分；3）无抗精神病药物治疗禁忌症；4）知情同意并愿意参与本研究。排除标准：1）存在引起大脑组织发生改变的重大疾病史，如肿瘤转移性疾病；2）存在可能引起精神障碍的疾病，如甲状腺疾病；3）有头部创伤史、癫痫发作史、脑血管疾病史、神经病变性疾病史；4）智商<70分；5）重大传染病、感染性疾病发作。选取同期海南省安宁医院健康志愿者210名作为对照组，其中男109名、女101名，年龄（35.47±3.79）岁，受教育时间（11.21±1.85）年。2个组之间年龄、性别、受教育时间差异无统计学意义（P>0.05）。本研究经海南省安宁医院医学伦理委员会批准（20210501），所有研究对象均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 患者认知水平的评估

采用蒙特利尔认知评估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）[13]评估患者的认知功能，评估的内容共包括7个方面：语言能力、抽象能力、命名能力、记忆力、注意力、定向能力、视空间和执行功能，满分为30分，26分及以上为正常，分值越高认知能力越强。

1.2.2CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779位点基因多态性检测

采集所有研究对象空腹静脉血，乙二胺四乙酸抗凝，采用密度梯度离心法分离外周血单个核细胞，采用基因组DNA抽提试剂盒（美国Invitrogen公司）提取外周血单个核细胞DNA，-80 ℃冷冻保存。采用多重聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）对提取的DNA进行扩增，PCR试剂盒（货号AUTO-96）购自杭州柏恒科技有限公司，检测仪器为Gentier 48E/48R实时荧光定量PCR检测系统（西安天隆科技有限公司）。引物序列：CACNA1Crs1006737上游引物为5'-AAGTTCCATTCCATCTCAGCCCGAA-3'，下游引物为5'-TGTTTTCAGAGCCGGAGACCTCACA-3'；KCNH2 rs3800779上游引物为5'-ATGTCCTCCCACTCTGCAGGGA-3'，下游引物为5'-GAAGGTCTTGGCGCGGCCTG-3'。反应体系共5 μL：2×TaqMan Master Mix 2.0 μL 40×TaqMan Genotyping Assay 0.05 μL，20 ng/μL DNA模版2.0 μL，H2O 0.95 μL。反应条件：95 ℃ 10 min；95 ℃ 15 s，60 ℃ 1 min，60 ℃ 30 s，共40个循环。采用微测序技术检测CACNA1C、KCNH2基因单核苷酸多态性位点，试剂盒购自弗元（上海）生物科技有限公司，检测仪器为OMEGA F基因分型检测分析系统（英国LGC公司）。采用TaqMan等位基因分型技术进行基因分型，试剂盒购自南京诺唯赞生物科技股份有限公司，检测仪器为GeneSmart 2000全自动多功能基因检测系统（成都瀚辰光翼科技有限责任公司）。通过SHEsis在线软件（http：//analysis2.bio-x.cn/myanalysis.php）对CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779进行Hardy-Weinberg平衡检测。

1.2.3 ERP检测

对所有精神分裂症患者进行双耳短音刺激，在测试过程中保持安静，并避免眨眼。采用Viking Quest台式高级肌电诱发电位系统（美国尼高力公司）记录Fz、Cz、Pz 3个点失匹配负波（mismatch negativity，MMN）、P300潜伏期和波幅，评定ERP。采用非任务相关听觉刺激oddball范式引出MMN，标准刺激为500 Hz、80 dB的纯音，出现概率为0.8；偏差刺激为2 000 Hz、85 dB的纯音，出现概率为0.2。P300成分（潜伏期、波幅）：刺激频率为1次/s，刺激持续时间为20 ms，非目标刺激强度（NT）为85 dB，频率为1 000 Hz，占80%；靶刺激（T）随机出现，频率为2 000 Hz，强度为95 dB，并穿插在非靶刺激中，占20%。二者之间的顺序关系为：NT NT NT NT NTNT NT NT。常规记录所有研究对象脑电图3～5 min后播放指令，进行预测试，之后进行正式测试，受试者通过按键对靶刺激作出反应，并通过HARMONIE软件记录脑电信号。使用BESA 5.1软件进行离线分析，分析时间为1 000 ms，删除由眼睛运动或其他原因引起的伪影波形，分析指标为P300的峰值潜伏期和波幅。

1.3 统计学方法

采用SPSS 22.0软件进行统计分析。正态分布的计量资料采用±s表示，多组间比较采用重复测量资料的方差分析，两两比较采用LSD-t检验。计数资料采用例或率表示，组间比较采用χ2检验。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组和对照组CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位点基因多态性比较

研究组和对照组CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779基因型分布均符合Hardy-Weinberg遗传平衡原则。与对照组相比，研究组KCNH2 rs3800779位点TT基因型分布频率降低（P<0.05），TG基因型分布频率升高（P<0.05），T等位基因分布频率降低（P<0.05），G等位基因分布频率升高（P<0.05）；CACNA1Crs1006737位点AG基因型分布频率升高（P<0.05），GG基因型分布频率降低（P<0.05），A等位基因分布频率升高（P<0.05），G等位基因分布频率降低（P<0.05）。见表1。

表1 研究组和对照组CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位点多态性比较

2.2 KCNH2 rs3800779位点不同基因型患者MMN、P300潜伏期和波幅比较

与KCNH2 rs3800779位点GG基因型患者比较， TT、TG基因型患者MoCA评分均降低（P<0.05），MMN和P300潜伏期均较长、波幅均较小（P<0.05）。见表2。

表2 KCNH2 rs3800779位点不同基因型患者MMN、P300潜伏期和波幅的关系

2.3 CACNA1C rs1006737位点不同基因型患者MMN、P300潜伏期和波幅比较

与CACNA1Crs1006737位点GG基因型患者比较，AA、AG基因型患者MoCA评分均降低（P<0.05），MMN和P300潜伏期均较长（P<0.05）、波幅均较小（P<0.05）。见表3。

表3 CACNA1C rs1006737位点不同基因型患者MMN、P300潜伏期和波幅的关系

3 讨论

基因多态性的改变是精神分裂症重要的病理生理变化之一。在不同的脑部区域，基因多态性可能会导致神经递质水平出现差异。由于影响因素众多，基因多态性与精神分裂症患者认知功能改变的关系尚不明确，因此需要更多的研究来探讨基因突变对精神分裂症患者认知功能的影响。CACNA1C基因位于人类染色体12p13.3，编码α-1C亚基，是电压门控L-型Ca2+通道（L-type calcium channel，LTCC）的重要组成部分[14]。Ca2+通道在神经元发育过程中起重要作用，在中枢神经系统中广泛表达，参与树突发育、神经元连接形成、学习和记忆等。CACNA1C异常表达与大脑白质微结构异常和杏仁核体积改变有关。rs1006737位点基因多态性可能通过改变mRNA前体的剪接方式影响CACNA1C基因的表达，进而在精神分裂症的发生、发展中发挥重要作用[15-16]。KCNH2基因编码hERG K+通道[9]，其过度表达与认知功能受损、神经功能受损、精神分裂症等有关[17]。本研究结果显示，研究组和对照组CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位点基因型和等位基因型分布频率差异均有统计学意义（P<0.05），提示CACNA1C 和KCNH2均是精神分裂症的易感基因。

认知障碍是精神分裂症的重要表现，主要涉及神经元（或周围突触）受损，以突触可塑性受损和功能恢复受损为特征，认知功能损害与精神分裂症患者的生活质量和长期预后密切相关[18]。MMN潜伏期和P300潜伏期反映了大脑对外界刺激进行分类、编码并进一步识别的速度，P300波幅还代表大脑信息加工时动员有效资源的程度[19]。P300能够同时反映记忆、理解、感觉、判断等认知活动，是评估精神分裂症患者认知功能的重要指标，但需要患者配合检查。MMN建立在P300的基础上，可以在非注意条件下出现，避免被患者干预，能更主观地反映大脑对外界刺激的主动加工过程，在临床应用中具有更高的准确性[20]。

LIU等[21]发现，CACNA1C rs1006737位点基因型与精神分裂症有关。有研究结果显示，CACNA1C rs1006737位点A等位基因（AA+AG基因型）携带者在回忆任务的执行过程中，双侧海马、前扣带旁回激活减弱，两侧海马间的连接亦减弱，且AA基因型（野生型）表达最高，AG基因型（杂合子）居中，而GG基因型（纯合子）最低，提示CACNA1C可能通过对转录水平的调控影响大脑功能[22]。LUO等[23]的研究结果显示，在编码和检索工作时，CACNA1C基因GG基因型（野生型）精神分裂症患者右侧海马的激活程度较AA+AG基因型（携带A等位基因）患者更显著。精神分裂症患者的影像学特征表现为大脑白质完整性缺损，白质部分各向异性值降低与精神分裂症的发病相关[24]。有研究发现，精神分裂症风险基因高表达的脑区与白质完整性缺损脑区有显著重叠，相关性最强的是神经元Ca2+信号通路相关的基因群，提示Ca2+通道在精神分裂症的发病机制中有重要作用[11]。携带CACNA1C rs1006737位点A等位基因（AA+AG）的精神分裂症患者左侧枕中回、右侧小脑、左侧海马旁回等的各向异性值更低[25]。本研究结果显示，CACNA1C rs1006737位点A等位基因携带者MoCA评分更低（P<0.05），MMN和P300潜伏期均显著延长（P<0.05）。提示CACNA1C rs1006737位点AA+AG基因型与精神分裂症患者认知功能损伤有关，A等位基因是精神分裂症患者认知功能障碍的风险等位基因。原因可能为：由于CACNA1C是介导细胞外Ca2+进入细胞的主要途径，并在Ca2+通道的敏感性、Ca结合能力和离子选择性中发挥重要作用，从而影响基因转录水平、细胞内信号通路活性和突触可塑性[26]。

BAINS等[27]的研究结果显示，KCNH2基因多态性与精神分裂症患者认知功能改变有关。本研究结果显示，与KCNH2 rs3800779位点GG基因型（纯合子）精神分裂症患者比较，TT+TG基因型（携带T等位基因）患者MoCA评分更低（P<0.05），MMN和P300潜伏期均显著延长（P<0.05），提示T等位基因是精神分裂症患者认知功能障碍的风险等位基因。动物实验结果显示，KCNH2-3.1转基因小鼠海马体积缩小，认知功能受影响，表明KCNH2基因在精神分裂症的发生、发展中可能具有重要作用[28]。本研究结果显示，KCNH2 rs3800779位点基因多态性与精神分裂症的认知功能密切相关，原因可能为：KCNH2是一种K+通道基因，可通过调节K+通道功能来改变靶细胞内外电位变化[29]。

综上所述，KCNH2和CACNA1C基因突变与精神分裂症患者认知功能障碍有关，但还需要更多研究来阐明KCNH2、CACNA1C基因多态性在精神分裂症认知功能障碍中的作用。