精神分裂癥患者KCNH2 和CACNA1C 基因多態(tài)性及其與認知功能的相關(guān)性

彭壽寧 鄧維聰 符燕波 吳燕妮

（1.海南省安寧醫(yī)院精神八科，海南 ?？?570206；2.海南省安寧醫(yī)院精神二科，海南 ?？?570206）

精神分裂癥是常見的重性精神病，其臨床分型多、病因未明，具有復(fù)發(fā)率高、致殘率高、青壯年高發(fā)等特點，常常表現(xiàn)為思維、感知、行為和情感等多方面異常[1-2]。精神分裂癥的主要癥狀為陽性癥狀、陰性癥狀和認知功能損傷，其中認知功能損傷主要表現(xiàn)為注意力下降、工作和學(xué)習(xí)記憶力下降、執(zhí)行能力下降、言語障礙等，對患者的學(xué)習(xí)和生活產(chǎn)生嚴重的消極影響[3]。腦電圖能夠直接監(jiān)測測試對象的大腦活動，反映其神經(jīng)細胞功能。大腦對外界信息的接收、加工處理過程中產(chǎn)生的事件相關(guān)電位（event-related potential，ERP），也被稱為“認知電位”[4]。電壓門控Ca2+通道α-1C亞通道（calcium voltage-gated channel subunit alpha 1 C，CACNA1C）基因是精神障礙的風險基因，與神經(jīng)系統(tǒng)樹突形成、神經(jīng)元存活、突觸可塑性和記憶能力有關(guān)，CACNA1C的rs10848683、rs1006737等多個位點單核苷酸多態(tài)性和異常表達與精神分裂癥顯著相關(guān)[5-8]。KCNH2基因的遺傳變異會導(dǎo)致先天性或獲得性的長QT和短QT綜合征[9]。由于阻斷心臟中的人類果蠅相關(guān)基因（human ether-a-go-go-related gene，hERG）K+通道（由KCNH2編碼）會導(dǎo)致抗精神病藥物的QT延長效應(yīng)，因此hERG通道被認為是治療精神分裂癥的“抗靶標”[10]。KCNH2基因與精神分裂癥顯著相關(guān)，且rs3800779（T等位基因）與較低的智商有關(guān)[11]。本研究擬探討CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779基因多態(tài)性與精神分裂癥患者ERP的關(guān)系，為臨床對精神分裂癥患者的認知功能判斷提供參考。

1 材料和方法

1.1 研究對象

選取2017年6月—2021年6月海南省安寧醫(yī)院住院的精神分裂癥緩解期患者210例（研究組），其中男112例、女98例，年齡（37.21±4.85）歲，受教育時間（10.12±1.15）年。納入標準：1）符合精神分裂癥的診斷標準[12]；2）處于緩解期，簡明精神病評定量表評分<30分、自知力與治療態(tài)度問卷評定得分>11分；3）無抗精神病藥物治療禁忌癥；4）知情同意并愿意參與本研究。排除標準：1）存在引起大腦組織發(fā)生改變的重大疾病史，如腫瘤轉(zhuǎn)移性疾??；2）存在可能引起精神障礙的疾病，如甲狀腺疾??；3）有頭部創(chuàng)傷史、癲癇發(fā)作史、腦血管疾病史、神經(jīng)病變性疾病史；4）智商<70分；5）重大傳染病、感染性疾病發(fā)作。選取同期海南省安寧醫(yī)院健康志愿者210名作為對照組，其中男109名、女101名，年齡（35.47±3.79）歲，受教育時間（11.21±1.85）年。2個組之間年齡、性別、受教育時間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。本研究經(jīng)海南省安寧醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準（20210501），所有研究對象均知情同意。

1.2 方法

1.2.1 患者認知水平的評估

采用蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessment，MoCA）[13]評估患者的認知功能，評估的內(nèi)容共包括7個方面：語言能力、抽象能力、命名能力、記憶力、注意力、定向能力、視空間和執(zhí)行功能，滿分為30分，26分及以上為正常，分值越高認知能力越強。

1.2.2CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779位點基因多態(tài)性檢測

采集所有研究對象空腹靜脈血，乙二胺四乙酸抗凝，采用密度梯度離心法分離外周血單個核細胞，采用基因組DNA抽提試劑盒（美國Invitrogen公司）提取外周血單個核細胞DNA，-80 ℃冷凍保存。采用多重聚合酶鏈反應(yīng)（polymerase chain reaction，PCR）對提取的DNA進行擴增，PCR試劑盒（貨號AUTO-96）購自杭州柏恒科技有限公司，檢測儀器為Gentier 48E/48R實時熒光定量PCR檢測系統(tǒng)（西安天隆科技有限公司）。引物序列：CACNA1Crs1006737上游引物為5'-AAGTTCCATTCCATCTCAGCCCGAA-3'，下游引物為5'-TGTTTTCAGAGCCGGAGACCTCACA-3'；KCNH2 rs3800779上游引物為5'-ATGTCCTCCCACTCTGCAGGGA-3'，下游引物為5'-GAAGGTCTTGGCGCGGCCTG-3'。反應(yīng)體系共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。反應(yīng)條件：95 ℃ 10 min；95 ℃ 15 s，60 ℃ 1 min，60 ℃ 30 s，共40個循環(huán)。采用微測序技術(shù)檢測CACNA1C、KCNH2基因單核苷酸多態(tài)性位點，試劑盒購自弗元（上海）生物科技有限公司，檢測儀器為OMEGA F基因分型檢測分析系統(tǒng)（英國LGC公司）。采用TaqMan等位基因分型技術(shù)進行基因分型，試劑盒購自南京諾唯贊生物科技股份有限公司，檢測儀器為GeneSmart 2000全自動多功能基因檢測系統(tǒng)（成都瀚辰光翼科技有限責任公司）。通過SHEsis在線軟件（http：//analysis2.bio-x.cn/myanalysis.php）對CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779進行Hardy-Weinberg平衡檢測。

1.2.3 ERP檢測

對所有精神分裂癥患者進行雙耳短音刺激，在測試過程中保持安靜，并避免眨眼。采用Viking Quest臺式高級肌電誘發(fā)電位系統(tǒng)（美國尼高力公司）記錄Fz、Cz、Pz 3個點失匹配負波（mismatch negativity，MMN）、P300潛伏期和波幅，評定ERP。采用非任務(wù)相關(guān)聽覺刺激oddball范式引出MMN，標準刺激為500 Hz、80 dB的純音，出現(xiàn)概率為0.8；偏差刺激為2 000 Hz、85 dB的純音，出現(xiàn)概率為0.2。P300成分（潛伏期、波幅）：刺激頻率為1次/s，刺激持續(xù)時間為20 ms，非目標刺激強度（NT）為85 dB，頻率為1 000 Hz，占80%；靶刺激（T）隨機出現(xiàn)，頻率為2 000 Hz，強度為95 dB，并穿插在非靶刺激中，占20%。二者之間的順序關(guān)系為：NT NT NT NT NTNT NT NT。常規(guī)記錄所有研究對象腦電圖3～5 min后播放指令，進行預(yù)測試，之后進行正式測試，受試者通過按鍵對靶刺激作出反應(yīng)，并通過HARMONIE軟件記錄腦電信號。使用BESA 5.1軟件進行離線分析，分析時間為1 000 ms，刪除由眼睛運動或其他原因引起的偽影波形，分析指標為P300的峰值潛伏期和波幅。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計分析。正態(tài)分布的計量資料采用±s表示，多組間比較采用重復(fù)測量資料的方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗。計數(shù)資料采用例或率表示，組間比較采用χ2檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究組和對照組CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位點基因多態(tài)性比較

研究組和對照組CACNA1Crs1006737、KCNH2 rs3800779基因型分布均符合Hardy-Weinberg遺傳平衡原則。與對照組相比，研究組KCNH2 rs3800779位點TT基因型分布頻率降低（P<0.05），TG基因型分布頻率升高（P<0.05），T等位基因分布頻率降低（P<0.05），G等位基因分布頻率升高（P<0.05）；CACNA1Crs1006737位點AG基因型分布頻率升高（P<0.05），GG基因型分布頻率降低（P<0.05），A等位基因分布頻率升高（P<0.05），G等位基因分布頻率降低（P<0.05）。見表1。

表1 研究組和對照組CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位點多態(tài)性比較

2.2 KCNH2 rs3800779位點不同基因型患者MMN、P300潛伏期和波幅比較

與KCNH2 rs3800779位點GG基因型患者比較， TT、TG基因型患者MoCA評分均降低（P<0.05），MMN和P300潛伏期均較長、波幅均較小（P<0.05）。見表2。

表2 KCNH2 rs3800779位點不同基因型患者MMN、P300潛伏期和波幅的關(guān)系

2.3 CACNA1C rs1006737位點不同基因型患者MMN、P300潛伏期和波幅比較

與CACNA1Crs1006737位點GG基因型患者比較，AA、AG基因型患者MoCA評分均降低（P<0.05），MMN和P300潛伏期均較長（P<0.05）、波幅均較小（P<0.05）。見表3。

表3 CACNA1C rs1006737位點不同基因型患者MMN、P300潛伏期和波幅的關(guān)系

3 討論

基因多態(tài)性的改變是精神分裂癥重要的病理生理變化之一。在不同的腦部區(qū)域，基因多態(tài)性可能會導(dǎo)致神經(jīng)遞質(zhì)水平出現(xiàn)差異。由于影響因素眾多，基因多態(tài)性與精神分裂癥患者認知功能改變的關(guān)系尚不明確，因此需要更多的研究來探討基因突變對精神分裂癥患者認知功能的影響。CACNA1C基因位于人類染色體12p13.3，編碼α-1C亞基，是電壓門控L-型Ca2+通道（L-type calcium channel，LTCC）的重要組成部分[14]。Ca2+通道在神經(jīng)元發(fā)育過程中起重要作用，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中廣泛表達，參與樹突發(fā)育、神經(jīng)元連接形成、學(xué)習(xí)和記憶等。CACNA1C異常表達與大腦白質(zhì)微結(jié)構(gòu)異常和杏仁核體積改變有關(guān)。rs1006737位點基因多態(tài)性可能通過改變mRNA前體的剪接方式影響CACNA1C基因的表達，進而在精神分裂癥的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用[15-16]。KCNH2基因編碼hERG K+通道[9]，其過度表達與認知功能受損、神經(jīng)功能受損、精神分裂癥等有關(guān)[17]。本研究結(jié)果顯示，研究組和對照組CACNA1C rs1006737、KCNH2 rs3800779位點基因型和等位基因型分布頻率差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），提示CACNA1C 和KCNH2均是精神分裂癥的易感基因。

認知障礙是精神分裂癥的重要表現(xiàn)，主要涉及神經(jīng)元（或周圍突觸）受損，以突觸可塑性受損和功能恢復(fù)受損為特征，認知功能損害與精神分裂癥患者的生活質(zhì)量和長期預(yù)后密切相關(guān)[18]。MMN潛伏期和P300潛伏期反映了大腦對外界刺激進行分類、編碼并進一步識別的速度，P300波幅還代表大腦信息加工時動員有效資源的程度[19]。P300能夠同時反映記憶、理解、感覺、判斷等認知活動，是評估精神分裂癥患者認知功能的重要指標，但需要患者配合檢查。MMN建立在P300的基礎(chǔ)上，可以在非注意條件下出現(xiàn)，避免被患者干預(yù)，能更主觀地反映大腦對外界刺激的主動加工過程，在臨床應(yīng)用中具有更高的準確性[20]。

LIU等[21]發(fā)現(xiàn)，CACNA1C rs1006737位點基因型與精神分裂癥有關(guān)。有研究結(jié)果顯示，CACNA1C rs1006737位點A等位基因（AA+AG基因型）攜帶者在回憶任務(wù)的執(zhí)行過程中，雙側(cè)海馬、前扣帶旁回激活減弱，兩側(cè)海馬間的連接亦減弱，且AA基因型（野生型）表達最高，AG基因型（雜合子）居中，而GG基因型（純合子）最低，提示CACNA1C可能通過對轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控影響大腦功能[22]。LUO等[23]的研究結(jié)果顯示，在編碼和檢索工作時，CACNA1C基因GG基因型（野生型）精神分裂癥患者右側(cè)海馬的激活程度較AA+AG基因型（攜帶A等位基因）患者更顯著。精神分裂癥患者的影像學(xué)特征表現(xiàn)為大腦白質(zhì)完整性缺損，白質(zhì)部分各向異性值降低與精神分裂癥的發(fā)病相關(guān)[24]。有研究發(fā)現(xiàn)，精神分裂癥風險基因高表達的腦區(qū)與白質(zhì)完整性缺損腦區(qū)有顯著重疊，相關(guān)性最強的是神經(jīng)元Ca2+信號通路相關(guān)的基因群，提示Ca2+通道在精神分裂癥的發(fā)病機制中有重要作用[11]。攜帶CACNA1C rs1006737位點A等位基因（AA+AG）的精神分裂癥患者左側(cè)枕中回、右側(cè)小腦、左側(cè)海馬旁回等的各向異性值更低[25]。本研究結(jié)果顯示，CACNA1C rs1006737位點A等位基因攜帶者MoCA評分更低（P<0.05），MMN和P300潛伏期均顯著延長（P<0.05）。提示CACNA1C rs1006737位點AA+AG基因型與精神分裂癥患者認知功能損傷有關(guān)，A等位基因是精神分裂癥患者認知功能障礙的風險等位基因。原因可能為：由于CACNA1C是介導(dǎo)細胞外Ca2+進入細胞的主要途徑，并在Ca2+通道的敏感性、Ca結(jié)合能力和離子選擇性中發(fā)揮重要作用，從而影響基因轉(zhuǎn)錄水平、細胞內(nèi)信號通路活性和突觸可塑性[26]。

BAINS等[27]的研究結(jié)果顯示，KCNH2基因多態(tài)性與精神分裂癥患者認知功能改變有關(guān)。本研究結(jié)果顯示，與KCNH2 rs3800779位點GG基因型（純合子）精神分裂癥患者比較，TT+TG基因型（攜帶T等位基因）患者MoCA評分更低（P<0.05），MMN和P300潛伏期均顯著延長（P<0.05），提示T等位基因是精神分裂癥患者認知功能障礙的風險等位基因。動物實驗結(jié)果顯示，KCNH2-3.1轉(zhuǎn)基因小鼠海馬體積縮小，認知功能受影響，表明KCNH2基因在精神分裂癥的發(fā)生、發(fā)展中可能具有重要作用[28]。本研究結(jié)果顯示，KCNH2 rs3800779位點基因多態(tài)性與精神分裂癥的認知功能密切相關(guān)，原因可能為：KCNH2是一種K+通道基因，可通過調(diào)節(jié)K+通道功能來改變靶細胞內(nèi)外電位變化[29]。

綜上所述，KCNH2和CACNA1C基因突變與精神分裂癥患者認知功能障礙有關(guān)，但還需要更多研究來闡明KCNH2、CACNA1C基因多態(tài)性在精神分裂癥認知功能障礙中的作用。