大腦和心臟是人體的兩個重要器官，那么，大腦和心臟那個更重要呢？? 小云去網(wǎng)上搜索了一下，還真的有很多人問這個問題…看回答，發(fā)現(xiàn)幾乎是所有人都認為大腦更重要，雖然解讀的角度有些不同。 實際上心臟和大腦的健康之間是息息相關(guān)的。一旦患上心血管疾病，可能會引發(fā)一系列的腦部疾病，比如中風(fēng)、癡呆和認知障礙。相反，精神障礙和負面心理因素可能在很大程度上促成心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展。 為了評估心臟和大腦的情況，磁共振成像（MRI）是一種非常有價值的工具。心血管磁共振成像(CMR)廣泛用于評估心臟結(jié)構(gòu)和功能，從而深入了解心血管疾病的風(fēng)險和病理狀態(tài)。而腦MRI模式提供了大腦結(jié)構(gòu)和功能的詳細信息。 今年6月份，朱宏圖教授團隊在頂刊 Science 上發(fā)表了一篇關(guān)于心臟與大腦關(guān)聯(lián)的研究，利用了4萬+受試者的多器官磁共振成像(MRI)數(shù)據(jù)進行分析。 ? 里面還用到了小云推薦多次的

“孟德爾隨機化

”，一起來學(xué)習(xí)一下吧！

題目：心腦連接:磁共振圖像的表型和遺傳見解

雜志：Science

影響因子：56.9

發(fā)表時間：2023年6月

?研究思路

心血管健康以復(fù)雜的方式與認知和心理健康相互作用，但對心腦系統(tǒng)的表型和遺傳聯(lián)系知之甚少。利用來自40,000名受試者的多器官磁共振成像(MRI)和遺傳數(shù)據(jù)，量化心臟和大腦之間的器官間聯(lián)系，并確定潛在的遺傳變異。具體分析了82個心臟和主動脈MRI衍生的特征，涉及6個類別:左右心室、左右心房、升主動脈和降主動脈，以及458個測量結(jié)構(gòu)和功能的腦MRI特征。 心臟MRI特征顯示了許多與腦灰質(zhì)形態(tài)、白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的模式。確定了80個相關(guān)的基因組位點為心臟MRI特征，這些特征與心血管和腦部疾病具有共同的遺傳影響。心臟MRI特征與腦相關(guān)特征和疾病之間存在遺傳相關(guān)性。孟德爾隨機化表明，心臟疾病可能會導(dǎo)致腦部疾病。

圖1 研究設(shè)計和分析概述

主要研究結(jié)果

1.?心-腦表型的關(guān)聯(lián)

82個心血管磁共振成像(CMR)性狀的GWAS結(jié)果通過心臟成像遺傳學(xué)知識門戶(Heart-KP)免費獲取。為了驗證82個CMR特征是明確的和有生物學(xué)意義的，作者分析了82個CMR性狀在2年期間的變化，結(jié)果表明，提取的CMR特征具有中等到高的受試者內(nèi)可靠性，并且可以一致地描繪心臟和主動脈的結(jié)構(gòu)和功能。 ? 進一步研究了英國白人血統(tǒng)的UKB個體的CMR特征和腦MRI特征之間的關(guān)系。在Bonferroni顯著性水平，CMR特征與多種腦MRI特征相關(guān)，包括區(qū)域腦體積、皮質(zhì)厚度、DTI參數(shù)以及靜息和工作fMRI特征(圖2A)。 CMR特征也與大腦結(jié)構(gòu)和功能連接相關(guān)。例如，分數(shù)各向異性(FA)和平均擴散率(MD)是腦結(jié)構(gòu)連通性和白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的兩個強有力的測量指標(biāo)，F(xiàn)A值越高，MD值越低，通常表明白質(zhì)完整性越好。多個白質(zhì)束FA值均與主動脈面積(如AAo和DAo最小面積)、左室特征(如LVM、LVEDV和壁厚特征)和最小容積(LAVmin)呈負相關(guān)。此外，這些CMR性狀與MD值表現(xiàn)出一致的正相關(guān)(圖2B-C)。

圖2?心腦表型關(guān)聯(lián)

1.?82個CMR性狀的遺傳率及相關(guān)遺傳位點

作者使用英國白人血統(tǒng)的UKB個體(n = 31875)估計了82個CMR性狀的單核苷酸多態(tài)性(SNP)遺傳率。82個性狀的平均遺傳力(h

2

)為22.9%(范圍為7.07 ~ 70.2%;圖3A)。在心臟性狀中，總壁厚、RVESV、RVEDV、左室收縮末容積(LVESV)、LVEDV和LVM遺傳率最高。 接下來對82個CMR性狀進行了GWASs，在80個基因組區(qū)域中，56個(23.04%，25個區(qū)域)通過了Bonferroni顯著性水平，178個(73.25%，61個區(qū)域)通過了名義顯著性水平(0.05)(圖3B)。在UKB和BBJ研究中，這兩個區(qū)域都與LVSEV顯著相關(guān)(圖3C和D)。

圖3 CMR性狀的遺傳學(xué)研究

1.?跨身體系統(tǒng)的基因變異的多效性

為了確定CMR性狀和復(fù)雜性狀之間的共同遺傳效應(yīng)，作者對UKB英國白種GWAS中檢測到的獨立顯著變異進行了關(guān)聯(lián)查找。在國家人類基因組研究所-歐洲生物信息學(xué)研究所(NHGRI-EBI) GWAS目錄中，研究結(jié)果標(biāo)記了與多種特征和疾病相關(guān)的變異，包括心臟病、心臟結(jié)構(gòu)和功能、血壓、脂質(zhì)特征、血液特征、糖尿病、中風(fēng)、神經(jīng)和神經(jīng)精神疾病、心理特征、認知特征、肺功能、父母壽命、吸煙和飲酒。為了評估兩個相關(guān)的遺傳信號是否與共同的因果變異一致，作者應(yīng)用貝葉斯共定位分析對CMR性狀和選擇的表型與公開可用的GWAS匯總統(tǒng)計。 在最近對大腦和血液組織進行的大規(guī)模eQTL薈萃分析中，發(fā)現(xiàn)許多共享遺傳變異是表達數(shù)量性狀位點(eQTL)。具有共同遺傳效應(yīng)的性狀如圖4所示。30個基因組區(qū)域與心血管疾病有共同關(guān)聯(lián)，其中12個區(qū)域與冠狀動脈疾病有共同關(guān)聯(lián)(圖4A)。80個基因組區(qū)域中有41個與血壓特征相關(guān)，如舒張壓或收縮壓、脈壓和平均動脈壓(圖4B)。

圖4 選擇與CMR性狀和其他復(fù)雜性狀和疾病相關(guān)的遺傳位點

1.?孟德爾隨機化檢測心腦因果關(guān)系

鑒于心臟和大腦之間廣泛的遺傳相關(guān)性，作者使用孟德爾隨機化(MR)?檢查了82個CMR特征潛在的因果遺傳聯(lián)系。分析來自FinnGen數(shù)據(jù)庫的20000例腦相關(guān)臨床結(jié)果和來自精神病學(xué)基因組學(xué)聯(lián)盟的6種神經(jīng)精神疾病。大多數(shù)磁共振結(jié)果表明，從心臟到大腦的遺傳因果效應(yīng)。作者確定了心臟健康和神經(jīng)精神疾病的因果遺傳聯(lián)系。壁厚性狀、DAo最小面積和LVESV對精神疾病和心理健康性狀的多重遺傳因果效應(yīng)在FDR 5%水平下被確定，例如交叉障礙[五種主要精神障礙]、雙相情感障礙和抑郁癥(圖5)。

圖5 CMR特征對精神疾病的遺傳因果效應(yīng)

?總結(jié)

這項研究加深了對心腦聯(lián)系及其遺傳基礎(chǔ)的理解，觀察到兩個器官的MRI測量結(jié)果相互關(guān)聯(lián)，還發(fā)現(xiàn)了心臟結(jié)構(gòu)和功能與大腦臨床終點之間的基因共定位和相關(guān)性，表明不良的心臟指標(biāo)可能對大腦異常和腦部疾病的風(fēng)險有影響。 運用MR分析方法，分析CMR特征潛在的因果遺傳聯(lián)系。Science文章中都會用到的孟德爾隨機化思路，你不想試試嗎？如果你有大樣本的分析需求，或者想在臨床、流行病學(xué)方向發(fā)高分文章，不妨試試這個省錢省時又省力的思路吧！ 如果你還苦惱于生信分析沒有思路，或者嫌分析方法太過簡單、太過老套，想要創(chuàng)新思路的，或者對孟德爾隨機化感興趣的小伙伴快來聯(lián)系小云吧！