360多名科学家首次揭示大脑灰质的遗传结构 发现大脑发育和衰老的特定基因

大脑皮层是大脑中相对较薄、折叠的外部“灰质”层，对思考、信息处理、记忆和注意力都至关重要。关于影响大脑皮层表面积大小和厚度的遗传基础还没有太多的发现，这两者之前都被认为与各种精神疾病有关，包括精神分裂症、双相情感障碍、抑郁症、注意力缺陷多动障碍(ADHD)和自闭症。

现在，来自全球184个不同的机构的360多名科学家第一次齐心协力找到了超过200个基因组区域，超过300种特定基因变异，后者影响大脑皮层的结构，在精神病学和神经条件下可能扮演重要角色。

这项发表在《科学》杂志上的研究由北卡罗来纳大学医学院遗传学系助理教授、共同高级作者杰森·斯坦(Jason Stein)博士牵；澳大利亚QIMR Berghofer医学研究所高级研究员Sarah Medland博士；南加州大学马克和玛丽·史蒂文斯神经成像和信息学研究所副主任保罗·汤普森博士参与。10年前，这些科学家共同创立了ENIGMA Consortium，这是一个国际研究网络，汇集了数百名成像基因组学研究人员，以了解基于大脑成像和遗传数据的大脑结构、功能和疾病。

“这项研究之所以成为可能，是因为有60多个参与核磁共振扫描和基因分型的研究地点进行了大规模的科学合作。” 斯坦说，“到目前为止，这项研究是ENIGMA Consortium皇冠上的宝石。”

研究人员对5万多人的核磁共振扫描和DNA进行了研究，以识别306个影响大脑结构的遗传变异，从而阐明基因如何影响个体大脑皮层的差异。遗传变异仅仅是使我们与众不同的微小的遗传差异。一般来说，一些变异会导致不同，如头发颜色或血型，有些与疾病有关。

然而，数以百万计的基因变异中，大多数都没有已知的重要性。这就是为什么准确定位与皮质大小和结构相关的基因变异是一件大事。斯坦和他的同事们认为他们新的大脑基因图谱将有助于解释某些基因如何影响个体的大脑结构和神经系统后果。

发表在《科学》杂志上的研究结果包括：

一些遗传变异与皮层折叠有关，以表面积来衡量，而其它遗传变异与皮层厚度有关。

决定表面积的基因与胎儿皮层的早期发育有关，而厚度似乎是由活跃于成人皮层的基因驱动的。

有抑郁或失眠遗传风险的人，从基因上倾向于有较低的表面积，而有帕金森氏症遗传风险的人倾向于有较高的表面积。

该项目的规模之大，使得人们发现了驱动全球人类大脑发育和衰老的特定基因。

“我们以前对影响大脑的基因的大多数认识来自于模型系统，比如老鼠。” 斯坦说，“在老鼠身上，我们可以找到基因，敲除基因，或过度表达基因，看看它们是如何影响大脑的结构或功能的。但这里有几个问题。”

一个问题是，很简单，老鼠不是人。而许多人类特有的特征科学家们只能在人脑中研究。

“老鼠的基因基础与人类的基因基础非常不同。” 斯坦说，“尤其是在基因组的非编码区域。”

基因包含DNA，这是一种基本的人类代码，当它被转化为行动时，就会产生“做”事情的蛋白质，比如帮助你的手指肌肉打字、心跳或肝脏处理毒素。但只有大约3%的人类基因组编码蛋白质。人类基因组的绝大部分被称为非编码基因组。这个区域的大部分在老鼠和人类之间是不共享的。这个非编码基因组由微小的分子开关组成，可以调节其他基因的表达。这些开关不会直接改变蛋白质的功能，但会影响蛋白质的表达量。结果表明，大多数与精神疾病相关的基因变异都存在于基因组的非编码区域。

这些发现现在可以成为科学家帮助回答关于基因对大脑的影响以及它们如何与许多条件相关的重要问题的资源。

Aysenil Berger博士是精神病学神经成像研究主任，同时也是北卡罗来纳大学教堂山分校Frank Porter Graham儿童发展研究所主任，也是这项研究的合著者。

这项研究由国家和国际公共和私人资助机构资助，包括美国国家卫生研究院、澳大利亚国家卫生和医学研究理事会、迈克尔·J·福克斯基金会和卡弗里基金会。

原文来源：https://www.sciencedaily.com/releases/2020/03/200326160801.htm

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