Adv Sci丨于春水團隊揭示多模態腦影像表型的遺傳環境交互效應及其敏感期

人類認知功能、精神健康及多種神經精神疾病易感性的個體差異與人腦結構和功能的個體差異密切相關，而后者的個體差異與遺傳因素、環境因素及遺傳環境交互效應有關。雖然遺傳和環境主效應研究取得了重要進展，但是遺傳環境交互效應研究仍相對較少。遺傳環境交互效應的核心內涵在于：相同環境暴露對特定腦影像表型的作用強度或方向，會因個體基因型的差異而呈現顯著異質性（甚至完全相反）。這一關鍵發現為精準干預策略的制定提供了重要理論支撐，是實現個體化腦健康管理的核心依據之一。

近日，天津醫科大學總醫院、天津市功能影像重點實驗室于春水教授領銜CHIMGEN團隊，在Advanced Science期刊發表了題為Genome-Wide by Lifetime Environment Interaction Studies of Brain Imaging Phenotypes的文章。揭示了常見多模態人腦影像表型的基因組-暴露組廣度遺傳環境交互效應及其敏感期，為精準干預策略的制定提供了全新的視角和關鍵窗口時期。

研究團隊整合了七類多模態腦影像表型（灰質體積、皮層厚度、表面積、白質纖維束分數各向異性、網絡內振幅、網絡間功能連接和局部一致性），共計598項指標，并納入全基因組范圍的遺傳變異與41項多維度環境暴露數據（涵蓋空氣污染、城市化水平、氣候條件及家庭相關因素四大類別）。研究共篩選出486個對腦影像表型具有顯著調控作用的遺傳環境交互效應。值得注意的是，這些交互效應所揭示的生物學信息，無法通過單獨的遺傳主效應分析或環境主效應分析得以識別。以夜間燈光暴露為例，既往研究已證實其與小腦灰質體積存在顯著正相關關系，而本研究進一步明確，該關聯效應僅特異性存在于rs151256311位點（1q31.1）的特定基因型攜帶者中。

研究者通過系統分析發現，486個遺傳環境交互效應在基因組、暴露組及腦表型組中呈現廣泛分布特征。值得注意的是，這些交互效應對應的環境主效應中96%未達到顯著水平，而遺傳主效應則100%無顯著統計學意義。這種遺傳環境交互效應與遺傳、環境單獨作用于腦表型時的效應差異，充分彰顯了開展全基因組與暴露組層面無偏廣度交互分析的核心價值。進一步機制探究表明，與空氣污染暴露存在交互作用的基因，與城市化暴露存在交互作用的基因分屬不同的蛋白質-蛋白質相互作用網絡。功能富集分析顯示，空氣污染相關交互基因顯著富集于金屬離子解毒及穩態維持通路，這一發現提示：對于攜帶金屬硫蛋白相關風險基因型的特定人群，通過減少空氣污染暴露等針對性干預措施，可能有助于降低其神經毒性損傷風險。

研究者借助CHIMGEN隊列的時間動態環境暴露數據，首次開展遺傳環境交互效應敏感期的探索。結果顯示，144個遺傳環境交互效應存在明確的敏感期，且這些敏感期主要聚焦于童年期（4-7歲）與青少年期（12-15歲），表明上述年齡段或可作為優化大腦發育的關鍵干預窗口。

綜上所述，本研究整合遺傳背景與時間動態環境暴露數據，構建多模態腦影像表型的全基因組遺傳環境交互效應圖譜，并明確了交互效應的敏感期。這些發現可精準定位遺傳易感人群及關鍵發育階段，為推動公共衛生策略從普適性建議向基于個體遺傳背景與發育階段的精準方案轉型，提供個體化預防的科學路徑與有效策略。

天津醫科大學總醫院博士后王思佳，河南省人民醫院王梅云教授和天津醫科大學腫瘤醫院張鵬主治醫師為本研究的共同第一作者，天津醫科大學總醫院于春水教授，天津醫科大學醫學技術學部醫學影像學院梁猛教授，天津醫科大學總醫院秦文教授和清華大學地球系統科學系俞樂教授為本研究的通訊作者。

文章鏈接：http://doi.org/10.1002/advs.202500852

制版人：十一

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