全基因组范围甲基化研究揭示PTSD相关的新DNA甲基化位点：23个军民队列的Meta分析

学术背景及研究目标

创伤后应激障碍（Posttraumatic Stress Disorder, PTSD）是一种严重的精神疾病，通常发生在个人经历极端创伤事件后。PTSD的症状包括侵入性记忆、对触发记忆情境的回避或情感麻木，以及持续的高警觉反应，这些特征可能显著影响心理与生理健康。PTSD已被证明与慢性疾病风险增加相关，如心血管疾病等，这与其患者自我保健水平较低、药物依从性差及更高的物质使用率有关。

尽管大多数人遭遇过创伤事件，但只有少数发展为PTSD，这表明遗传和环境因素对PTSD的发生具有重要作用。以往的全基因组关联研究（Genome-Wide Association Studies, GWAS）已经揭示了多个与PTSD相关的基因，包括那些参与压力反应和免疫功能的基因。然而，仅靠遗传变异不足以完全解释个体PTSD易感性的差异。近年来，研究开始关注非遗传机制，特别是表观遗传学在PTSD发病中的潜在作用。

DNA甲基化（DNA Methylation, DNAm）作为最广泛研究的表观遗传机制之一，是指在DNA的胞嘧啶-鸟嘌呤二核苷酸（CpG位点）上添加甲基基，从而调控基因的表达。这种化学修饰既能响应环境变化，也具有可逆性，成为疾病研究和治疗开发的重要靶点。然而，由于人脑组织在活体中难以获取，研究通常借助外周血中的DNAm模式，因其在部分基因位点上能够反映脑组织中的甲基化水平。

此前的PTSD相关研究虽然报道了一些有前景的结果，但受限于样本量小及分析方法各异，其结论难以整合。为了克服这些限制，本研究作为Psychiatric Genomics Consortium (PGC)的PTSD表观遗传学工作组的一部分，旨在通过大规模Meta分析整合23个军队及平民队列的样本，为PTSD相关的DNA甲基化提供更强有力的证据。

论文来源

本文由Seyma Katrinli等人领衔完成，作者隶属多所知名研究机构，涵盖美国精神疾病研究领域的领先团队。研究成果发表于2024年的《Genome Medicine》，文章为开放获取形式，具有广泛的学术传播意义。

研究流程及方法

1. 研究对象采集与表型评估

本研究纳入了5077名参与者，其中包括2156例当前诊断为PTSD的患者及2921例暴露于创伤事件但未患PTSD的对照样本。这些样本取自23个独立队列，包括9个军队研究队列和9个平民研究队列。例如：

• Grady Trauma Project (GTP) 涉及大规模的创伤受害者（>10,000名参与者），通过Clinician-Administered PTSD Scale或者自评量表评估PTSD。
• Marine Resiliency Study (MRS) 招募一批部署任务中的美国军人，分别在部署前及部署后进行长达6个月的PTSD症状追踪。

所有样本均使用统一的Illumina HumanMethylation450或MethylationEPIC（850k）微阵列对外周血中的DNA甲基化进行了测定。

2. 数据处理与Meta分析

采用标准化的数据质量控制程序后，在每个队列中分别建立线性回归模型，将DNA甲基化水平作为应变量，将PTSD诊断、性别、年龄、血液细胞成分及种族等作为预测变量。之后，综合使用逆变异加权法进行全基因组范围的Meta分析，共纳入411,786个CpG位点，以检验它们与PTSD的相关性。统计显著性标准设为p×10^(-8)。

3. 血脑组织相关性及基因表达验证

为评估血液中的DNA甲基化是否能反映大脑组织中的变化，本研究利用来自大脑特定区域（如前额叶皮质）的DNA甲基化数据进行交叉组织分析。同时，利用RNA测序数据，探索显著关联的CpG位点是否会影响其所在基因的表达水平。

4. 分层分析与敏感性验证

为研究特定亚群（如性别、种族或创伤类型）的特异性差异，分别开展了分层分析。此外，敏感性分析中加入甲基化推导的吸烟状态评分，以控制吸烟对结果的潜在影响。

研究结果

主要发现

本研究鉴定了11个与PTSD显著关联的CpG位点，其中9个位点为首次报道。显著位点包括：

• AHHR基因：其中的cg05575921和cg21161138位点在以前的研究中已被发现与PTSD相关，该基因参与免疫调节。
• CDC42BPB基因：其相关CpG（cg04987734）在血液及前额叶组织中均显示出PTSD相关甲基化增高，与炎症标志物C反应蛋白（CRP）水平相关。

基因功能及跨组织验证

• 发现PTSD相关的CpG位点中，有多个位点（如AHHR和BANP）在血液和大脑组织中甲基化水平高度相关。
• 使用自然应激模型发现，某些位点（如cg05575921和cg04987734）的甲基化在外周组织中响应压力荷尔蒙（皮质醇）显著改变。

分层分析

在性别分层的结果中，FERD3L基因（cg25691167）的甲基化与女性PTSD显著相关，而在男性中未见到类似关联。此外，BCL11B基因（cg27541344）仅在平民队列中表现出显著关联。

结论及意义

这项研究通过整合大规模的DNA甲基化数据，鉴定出PTSD相关的关键CpG位点，特别是AHHR和CDC42BPB的甲基化改变，进一步揭示了表观遗传学在PTSD中的潜在作用机制。其结果支持了PTSD与免疫调节及应激相关基因之间的关联，为发展基于DNA甲基化的早期干预和治疗策略提供了重要线索。

同时，研究表明个体差异（如性别和种族）可能是理解PTSD表观遗传学机制的重要影响因素，提示未来的研究应聚焦于特定亚群的分子机制。

未来展望

尽管本研究显著扩大了PTSD的表观遗传学研究规模，但其限于横断面设计，无法确定因果关系。此外，缺乏不同时间点和类型创伤的详细记录，未能深入探讨甲基化的动态变化。因此，未来需要开展纵向研究，结合长期随访及多组织类型分析，以全面揭示创伤对DNA甲基化及基因表达的持久影响。