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基于5-羟色胺系统基因的影像遗传学研究
其他题名Imaging genetics for serotonin system related genes
龙海霞
学位类型工学博士
导师蒋田仔
2014-05-27
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点中国科学院自动化研究所
学位专业模式识别与智能系统
关键词5-羟色胺 影像遗传学 脑网络 多模态磁共振成像 Serotonin Imaging Genetics Brain Networks Multi-modal Mri
摘要5-羟色胺系统是一个重要的神经递质系统,它与众多的生理功能相关,包括情感、认知、运动、食欲以及节律等。目前关于5-羟色胺系统的研究已经很多,但是还缺乏关于5-羟色胺系统基因对脑网络遗传影响的系统认识。因此,本文在一个中国汉族人群大样本上基于多模态神经影像数据,利用影像遗传学的研究策略,系统地考察了5-羟色胺系统基因对脑网络的遗传影响,从而揭示5-羟色胺系统调控情绪和认知过程的神经基础,为理解5-羟色胺系统和神经精神疾病的关系提供证据。本文的主要内容和贡献如下: 5-HTTLPR(Serotonin-transporter-linked polymorphic region)是一个与情绪处理过程密切相关的5-羟色胺转运体基因多态性。在高加索人群中的研究发现5-HTTLPR的S等位基因与更高的抑郁焦虑风险有关。但是在亚洲人群中的研究与高加索人群中的发现相反。我们在一个中国汉族人群大样本上结合行为学评分和磁共振影像数据系统地考察了5-HTTLPR的影响。本研究发现在中国汉人中,5-HTTLPR的L等位基因与更高的焦虑水平以及减弱的杏仁核-前额功能和结构连接有关,这个结果和高加索人群中的发现相反。并且杏仁核和前额之间的连接还与抑郁焦虑评分相关。因此,这个研究说明杏仁核-前额环路是一个连接基因和抑郁焦虑表型的有效内表型。同时,本研究还提示了在亚洲人群和高加索人群之间可能存在着本质的遗传差异,因此在进行遗传关联分析和情绪障碍疾病治疗的时候需要考虑种族的因素。 以往的研究主要关注于杏仁核-前额环路,因此我们的研究进一步考察了5-HTTLPR对其他与情绪处理和认知功能有关的神经环路的影响。默认网络是一个重要的静息态网络,它反映了大脑的本质活动和组织。在同一批样本中,比较5-HTTLPR不同基因型之间默认网络功能连接的差异,发现L等位基因携带者相较于SS纯合子有显著减弱的默认网络功能连接,除了后扣带与楔前叶之间的连接,这一发现也与高加索人群中的研究相反。这个研究说明,5-HTTLPR在高加索人群和亚洲人群中差异化的影响可以扩展到多个与情绪处理和神经精神疾病相关的脑网络。 除了考察单个基因对脑网络的影响,我们还研究了5-HTTLPR与5-羟色胺1A受体基因(HTR1A)rs6295多态性之间的交互关系。生物学上的证据显示5-HTT与5-HT1A<下标!>受体之间存在密切的联系。而且5-HTTLPR和HTR1A基因rs6295位点的交互作用与抑郁症有关并且影响了决策行为。但是这两个基因多态性交互作用的神经机制还不是很清楚。因此,我们研究了5-HTTLPR与rs6295位点对经典的静息态脑网络的交互作用。结果显示5-HTTLPR与rs6295非线性地调控了右侧额顶网络的功能同步性和灰质体积,即对右侧顶下小叶和额中回的影响呈倒U型的模式。并且右侧顶下小叶的功能同步性与2-back工作记忆任务的正确率显著正相关。这个研究从系统的水平考察了多个5-羟色胺系统基因如何相互作用协调工作的,同时也说明单个基因的作用和多个基因的交互对脑网络的影响模式是不同的。而且这个研究还表明额顶网络是理解人类认知功能的有效内表型,5-羟色胺系统对认知相关环路的影响说明5-羟色胺系统可能与神经精神疾病患...
其他摘要Serotonin (5-HT) is an important neurotransmitter, which is involved in various physiological functions, such as emotion, cognition, motion, appetite and rhythm. Until now, there are many studies about serotonin system, but systematic researches about the genetic effect of serotonin system related genes on the brain networks are still scarce. So, based on the multi-modal neuroimage data, this dissertation systematically investigates the impact of gene polymorphisms in 5-HT system on the brain networks in a large sample of Han Chinese by using imaging genetics method. This research reveals the neural basis for the effect of 5-HT system on the emotional process and cognitive function, and helps us to understand the association between 5-HT system and neuropsychiatric disorders. The main contents and contributions in the dissertation are as follows: Serotonin-transporter-linked polymorphic region (5-HTTLPR) is a polymorphism in the promoter region of serotonin transporter (5-HTT) gene, which is associated with mood disorders. The studies in Caucasian have shown that the S allele of 5-HTTLPR is associated with higher risk for depression and anxiety. However, the results in Asian are contrary to the findings in Caucasian. We systematically investigated the effect of 5-HTTLPR in Han Chinese by combining behavioral and magnetic resonance imaging (MRI) data. This study found that L allele was associated with higher level of anxiety and reduced amygdala-prefrontal cortex (PFC) functional and structural connectivity in Han Chinese, which is also contrary to the findings in Caucasian. Moreover, the connectivity between amygdala and PFC was correlated with depression or anxiety scores. Therefore, the study demonstrates that the amygdala-PFC connectivity is a useful endophenotype linking gene and mood disorders. Meanwhile, this work suggests that there is the fundamental genetic difference between Asian and Caucasian. So the ethnic background should be considered as an important factor in gene-disorder association analysis and treatment for mood disorders. Previous studies mainly focused on the amygdala-PFC pathway, so we tried to investigate the effect of 5-HTTLPR on the other neural circuit associated with emotion processing and cognitive function. Default mode network (DMN) is an important resting-state network, which reflects the intrinsic activity and organization of brain. We compared the DMN functional connectivity between different genotypes gro...
馆藏号XWLW2016
其他标识符201118014628052
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.ia.ac.cn/handle/173211/6610
专题毕业生_博士学位论文
推荐引用方式
GB/T 7714
龙海霞. 基于5-羟色胺系统基因的影像遗传学研究[D]. 中国科学院自动化研究所. 中国科学院大学,2014.
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