炎症相关基因的多态性与严重抑郁症的易感性和抗抑郁反应相关

摘要

介绍

重度抑郁障碍（MDD）是一种常见而复杂的病因不明的疾病，约影响15%的人口。¹尽管最近的科学进步及其巨大的社会成本，²MDD目前仍被认为是一种多基因性质的基因-环境障碍，具有描述性诊断，没有已知的生物标记物。¹虽然免疫介质对精神疾病的病理生理学和治疗的贡献可以追溯到80多年前诺贝尔奖得主朱利叶斯·瓦格纳-贾雷格的工作，^三来自临床和基础研究的证据最近支持了免疫系统失调在MDD中的作用。⁴急性应激和MDD都是过度觉醒状态，持续关注威胁性刺激、恐惧相关行为和刻板印象的认知和情感状态与生理性过度觉醒指标相匹配，如下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活和交感神经的激活，以及在危及生命的情况下抑制反生产性神经营养功能。^5,6抑郁样症状与HPA轴激活、交感神经系统和以高皮质醇血症为特征的炎症反应有关，⁷中枢促肾上腺皮质激素释放激素（CRH）增加^8-10和去甲肾上腺素^11,12功能、外周血白细胞数量增加、急性期蛋白阳性和促炎细胞因子阳性。¹³

我们和其他人提出了促炎性细胞因子在MDD病理生理学中的作用，激活免疫系统和细胞免疫反应。^14,15尽管对MDD的研究还不够深入，但免疫系统的T细胞臂已成为关于免疫介质在抑郁症中作用的持续争论的中心。^15,16已经积累了支持细胞因子生成辅助性T细胞（1型（Th1）或2型（Th2）占优势的数据。Th1免疫标志物的过度活性，如干扰素-γ（IFNγ）、肿瘤坏死因子-α或白细胞介素-1（IL-1），¹⁷或由IL-6、IL-10或IL-13水平增加支持的主要Th2产生模式¹⁶继续推动这场讨论。至少有两个基本过程可能有助于适应免疫T细胞臂在MDD中的作用：T细胞程序化分化和抗原处理。

天真的CD4⁺T淋巴细胞增殖并分化为由不同细胞因子谱定义的两个主要谱系¹⁸在次级淋巴器官中遇到抗原携带的树突状细胞。产生细胞因子的两个主要亚型Th1/Th2的平衡决定了对病原体的免疫反应。临床上，Th1细胞因子产生模式与炎症和自身免疫性疾病相关，而Th2模式与过敏反应和哮喘相关。¹⁹Th1细胞表达量由关键转录因子TBX21（Tbet）控制，²⁰在Th1分化早期迅速产生，在后期逐渐减少。²¹TBX21能够同时驱动Th1基因程序并抑制相反Th2亚群的发育；它还可以将完全极化的Th2细胞重新定向到Th1细胞。

蛋白酶体（prosome，macropain）是蛋白质降解的主要细胞内溶酶体外细胞器，是内源性途径中抗原肽的主要来源；它们用于主要组织相容性复合物分子I类（MHC1）抗原处理和蛋白质降解。蛋白酶体在细胞质和细胞核中高度丰富，并以多单位蛋白酶复合体的形式组织。蛋白质降解是许多重要生物功能的核心，包括细胞周期进展、凋亡、突触重组、DNA修复、正常免疫监视机制和免疫反应网络。蛋白酶体降解途径的破坏与广泛的人类疾病有关；免疫异常包括CD8的发展⁺T淋巴细胞和MHC1分子以及MHC1限制性抗原呈递已经在缺乏蛋白酶体亚基的小鼠中被描述。²²独立的研究支持蛋白质合成/降解在自身免疫性疾病中MDD样神经精神症状中的作用²³以及抗抑郁药物的核心作用。²⁴

我们使用了一种包括遗传分析和功能分析的组合策略，以评估与HPA轴调节和T细胞功能相关的获得性免疫关键元素与MDD敏感性和抗抑郁反应的相关性。我们对一组专注于类固醇途径的单核苷酸多态性（SNP）进行了基因分型²⁵蛋白酶体亚基基因(表1). 我们还对一组患者的21种循环细胞因子进行了多重分析。

方法

数据分析

基于SNP的MDD易感性分析

我们使用PLINK程序进行了等位基因关联测试。具体来说，我们使用了χ²-当次要等位基因罕见时，通过比较病例和对照组的等位基因频率来检查等位基因与抑郁症的相关性。我们使用以下程序确定与抑郁症诊断相关的SNP列表：（1）研究人群和对照组随机分为两组：发现和复制样本；（2） 显著性水平设置为P（P）发现和复制样本均≤0.05；（3） 对照组的次要等位基因频率≥5%，（4）采用Benjamini和Hochberg方法控制假发现率，显著性阈值设置为FDR_BH≤0.05。³²对于发现样本中与抑郁症相关的SNP，我们比较了具有风险等位基因的个体与非风险等位蛋白纯合子个体患抑郁症的几率。

比值比和人口可归因分数

我们比较了与抑郁症诊断相关的SNP的大小纯合子或杂合子基因型的抑郁症发病率。使用PLINK程序计算比值比（OR）及其95%置信区间（CI）。我们还计算了人群归因分数（PAF），以估计人群中风险基因型导致疾病风险的比例。³³

基于SNP的药物反应分析

我们使用χ²-通过比较应答者和非应答者的等位基因频率，研究等位基因与药物应答状态的关联；当次要等位基因罕见时，我们使用费希尔精确测试。当表格中的频率为0时，我们使用Woolf方法或SAS软件拟合精确的logistic回归模型，计算响应状态的等位OR及其95%CI。对于苏格兰民族党P（P）在应答者与非应答者分析中，或在接近任何这些SNP的非同义SNP中，<0.05，我们还采用了一般线性回归模型，通过使用PLINK程序控制年龄、性别和基线HAM-D21评分，来检验次要等位基因对HAM-D22评分相对降低的加性效应。

单倍型分析

我们使用了Haploview 4.0版程序(http://www.broad.mit.edu/mpg/mplocoview网站/)并应用了四配子规则³⁴对抑郁组和对照组进行单倍型分析，以测试某一单倍型是否与抑郁风险相关。区块由仅观察到三个配子的连续标记构成，htSNP在Haploview中通过使用攻击性标记（双标记和三标记单倍型）定义。检查了所有>0%的单倍型，并从最终分析中删除了单倍型区块中的非标记SNP(图1).

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图1

年的连锁不平衡模式待定21和PBSM4型基因。标准配色方案：白色，D′<1，优势对数（LOD）<2；蓝色，D′=1，LOD<2；粉红色/红色阴影，D′<1，LOD≥2；亮红色，D′=1，LOD≥2。D′-值代表百分比，出现在每个钻石内部；未标记100%的值。在图的顶部，基因结构由一个厚厚的水平白色矩形示意图表示。短垂直线表示基因型单核苷酸多态性（SNP），对应于基因三角图上方的数字待定21和PSMB4型单倍型区块是使用四种游戏规则定义的，单倍型标记SNP（htSNP）以粗体显示。在三角形图的底部，单倍型以块的形式显示，频率和从一个块到下一个块的连接；仅显示htSNP。如果频率大于5%，则块与细线连接，如果频率大于10%，则块使用粗线连接。在块之间，显示了多等位基因D′的值。D′是两个块之间重组的度量。待定21：定义了两个单倍型区；块1（1 kb；SNPs 3-5:rs17250953、rs11650354和rs17244587）和块2（44 kb；SNPs 6-8:rs7502875、rs41515744和rs2325717）。区块1中的单倍型CCA与抑郁症（MDD）的诊断最显著相关(P（P）< 0.0001).PSMB4型：定义了一个单倍型区；单倍型TCT与MDD诊断显著相关(P（P）= 0.0001). *P（P）< 0.05, **P（P）<0.01和***P（P）≤0.0001.

综合效应分析

我们使用了罗斯曼的协同指数(S公司)评估两种多态性的联合作用。³⁵这个S公司指数是观察到的联合效应除以假设效应可加性的预期联合效应的比率，定义为：S公司=（或₁₁1） /（或₁₀+或_-01-2） 其中下标0表示SNP中没有风险基因型，OR表示比值比。无交互对应S公司=1，而S公司>1 (S公司<1）可以解释为在两个SNP中暴露于风险基因型的人群中，效果相对增加（减少）的度量。此外，我们进行了Cochran-Armitage趋势检验，以检验SNP和抑郁症OR的风险等位基因总和之间的剂量-效应关系。我们使用SAS Proc Genmod计算OR及其95%Wald CI（SAS版本9.1.3；SAS Institute，NC，USA）。

结果

SNP与抗抑郁反应相关

甾体途径和蛋白酶体基因中的五个SNPS与使用地昔帕明或氟西汀治疗的整个抑郁组的抗抑郁反应显著相关(表4). 它们位于以下基因中：CD3E公司（rs2231449，CD3抗原-ε亚基，OMIM 186030），PRKCSH公司（rs34095，蛋白激酶C底物80kD，重链，OMIM 177060），PSMD9系统（rs1043307，蛋白酶体26S非ATP酶亚基9），STAT3（状态3）（rs3809758，信号转导子和转录激活子3，OMIM 102582）和UCN3号机组（rs10904481，urocortin III）。在控制了年龄、性别和基线HAM-D评分后，三个基因的关联在我们的一般线性回归分析中仍然显著(图2a). 在这些多态性中，两个非同义词rs104330（Glu197Gly）在PSMD9系统和UCN3中的rs10904481（Arg91Gly），以及一个3′UTR:rs2231449（A/C）CD3E公司最有可能与功能相关。

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图2

地昔帕明和氟西汀治疗患者的基因型和汉密尔顿抑郁量表（HAM-D）评分的相对降低。直方图表示用地昔帕明完成8周抗抑郁治疗的重度抑郁障碍（MDD）患者HAM-D21评分相对降低的平均值和标准误差(n个=68）或氟西汀(n个=79）基因型（浅蓝色，次要等位基因纯合子；橙色，杂合子；深蓝色，主要等位基因纯合子）。在校正年龄、性别和基线HAM-D21评分后，采用一般线性模型检测等位基因加性对治疗反应的影响。使用所有接受治疗的患者进行分析(一)，地昔帕明治疗的患者(b)和氟西汀治疗的患者(c（c）).

表4

抑郁症治疗中与反应状态相关的多态性

							次等位基因频率
药物	基因	SNP公司	染色体	职位	SNP类型	次要/主要等位基因	响应者	无应答者	或（95%置信区间）一	P（P）一
地昔帕明或氟西汀	UCN3号机组	10904481卢比	10	5405954	误解	G/A公司	0.431	0.586	0.53 (0.30, 0.97)	0.04
	CD3E公司	2231449卢比	11	117691515	3英尺UTR	A/C公司	0.015	0.083	0.17 (0.04, 0.72)	0.007
	PSMD9系统	1043307卢比	12	120838179	误解	G/A公司	0.388	0.591	0.44 (0.25, 0.77)	0.004
	STAT3（状态3）	3809758卢比	17	37725506	内含子	A/G公司	0.119	0.031	4.18 (0.96, 18.2)	0.04
	PRKCSH公司	34095卢比	19	11402685	内含子	T/C（电汇）	0.365	0.625	0.35 (0.18, 0.64)	0.0005
地昔帕明	CRHR2型	917195卢比	7	30694977	侧面	T/C（电汇）	0.333	0.125	3.50 (1.24, 9.91)	0.01
	澳大利亚商业银行1	1202186卢比	7	87051194	内含子	G/A公司	0.107	0.265	0.33 (0.12, 0.93)	0.03
	PSMD9系统	1043307卢比	12	120838179	误解	G/A公司	0.359	0.591	0.39 (0.19, 0.81)	0.01
	STAT3（状态3）	3744483卢比	17	37719964	3英尺UTR	转交	0.150	0	9.15 (1.44, ∞)	0.009
		3809758卢比	17	37725506	内含子	A/G公司	0.171	0	11.28 (1.81, ∞)	0.005
	PRKCSH公司	34095卢比	19	11402685	内含子	T/C（电汇）	0.341	0.639	0.29 (0.13, 0.66)	0.002
氟西汀	CYP3A4年	2242480卢比	7	99199402	内含子	T/C（电汇）	0.398	0.667	0.33 (0.13, 0.83)	0.02
	PSMD13型	3817629卢比	11	227312	内含子	T/C（电汇）	0.170	0	6.17 (1.00, ∞)	0.04
	CD3E公司	2231449卢比	11	117691515	3英尺UTR	A/C公司	0.008	0.125	0.06 (0.01, 0.60)	0.002
	PRKCSH公司	160841卢比	19	11420158	内含子	G/A公司	0.115	0.292	0.31 (0.11, 0.89)	0.02
	PSMA7系列	2057169卢比	20	60145679	内含子	转交	0.242	0.546	0.27 (0.11, 0.68)	0.004
		2057168卢比	20	60145742	内含子	转交	0.235	0.546	0.26 (0.10, 0.65)	0.003
		2281740卢比	20	60145906	内含子	T/C（电汇）	0.231	0.546	0.25 (0.10, 0.64)	0.002
		3746651卢比	20	60151815	3英尺UTR	转交	0.230	0.500	0.30 (0.11, 0.79)	0.01

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缩写：SNP，单核苷酸多态性；UTR，未翻译区域。

^一P（P）-如果任何细胞的频率为0，则用精确的logistic回归模型估计值、比值比（OR）和95%置信区间（CI）。

免疫分析

为了进一步了解与MDD和/或治疗反应相关的免疫功能障碍，我们检测了血浆中细胞因子的模式，发现循环血浆中IFNγ诱导的趋化因子CXCL10/IP10水平升高³⁶与对照组相比，我们的MDD患者在开始抗抑郁治疗之前(P（P）= 0.035; 95.50±1.06和67.61±1.16 pg ml¹分别在MDD组和对照组中，采用对数变换计算平均值±标准差；图3a)与对照组相比，MDD患者的IL-13水平显著降低(P（P）= 0.043; 11.87±11.77和20.82±14.77 pg ml¹MDD组和对照组）。对抗抑郁药物治疗有反应的患者CXCL10水平显著降低(P（P）= 0.03; 1.20±1.38微微克毫升^-1，对数变换计算的成对平均差±s.d；图3b).

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图3

对照组、抑郁症（MDD）患者和药物应答者的CXCL10（IP10）和白细胞介素13（IL-13）水平。(一)直方图表示开始抗抑郁治疗前MDD患者CXCL10和IL-13水平的平均值和标准误差(n个=65）和控制(n个= 14). 在校正年龄、性别和体重指数（BMI）后，使用一般线性模型对病例和对照组之间的水平进行比较。在我们的数据分析中，CXCL10使用了对数算术变换。(b)直方图表示19名抗抑郁治疗应答者（汉密尔顿抑郁量表（HAM-D21评分）降低50%以上的MDD患者）在抗抑郁治疗8周前后CXCL10和IL-13水平的平均值和标准误差。配对t检验用于比较药物应答者治疗前后的水平。在我们的数据分析中，CXCL10使用了对数算术变换。

讨论

我们发现两个对T细胞功能至关重要的基因，PSMB4型和待定21与严重抑郁症相关。我们发现，47.8%的人群风险可归因于rs2296840的风险基因型PSMB4型或TBX21中的rs17244587。rs2296840（隐性模型）和rs17244587（显性模型）组合基因型的联合效应比假设效应相加的预测值大26%。我们的分析显示了显著的联合等位基因剂量效应；因此，在PSMB4型和待定21诊断为MDD的可能性分别为2.3倍、3.2倍和9.8倍。我们还发现了与HPA轴、免疫功能和抗抑郁反应相关的基因中的几个SNP的相关性，并在MDD中描述了CXCL10/IP-10水平的升高，这是由于抗抑郁药的反应而降低的。这些证据表明，在MDD中Th1活性占主导地位。

基因变异PSMB4型和待定21也可能与两种免疫疾病银屑病有关³⁷还有哮喘，³⁸已知其与MDD共病。这两种疾病是多基因的，对心理社会压力源有反应。银屑病的易感性与编码1q21（PSORS4）的染色体区域有关PSMB4型,³⁰哮喘和鼻息肉易感性（O（MIM）MIM 208550）¹⁴与功能启动子SNPs相关待定21（1993T/C），位于染色体17q21.3。

UTR变化待定21和PSMB4型我们发现与MDD显著相关的是UTR，但它们可能会影响患者的免疫反应。UTR在基因表达中起着多种作用，包括mRNA稳定性、定位和翻译效率。5′UTR，也称为先导序列，是mRNA的一个特殊部分，通常包含核糖体结合位点；它是翻译调控的主要位点，可能影响mRNA和基因表达的稳定性或翻译。最近，越来越多的证据表明，mRNA的3′UTR参与基因表达的调控。3′UTR可能影响转录切割、多聚腺苷酸化和核输出，从而决定转录稳定性、翻译水平和mRNA靶向性。³⁹因此，与治疗反应相关的SNPs可能有助于在我们的患者中发现的IFNγ诱导的趋化因子CXCL10的血浆水平升高。

CXCL10是一种有效的血管抑制因子，具有抗纤维化特性⁴⁰其升高与外周血白细胞计数升高一致，这与MDD的严重程度和治疗结果有关。⁴¹炎症免疫介质，特别是CXCL10也与动脉硬化有关，它们可能是抑郁症状和压力的存在，以及心肌梗死发病率和死亡率增加之间的联系。⁴²IFNγ诱导的趋化因子的增加支持了在MDD症状期Th1型活性占优势的假设，以及其在该疾病的病理生理学、治疗结果和抗抑郁药的免疫调节作用中的作用。⁴³

我们发现影响T细胞功能和HPA轴调节的基因变异与抗抑郁治疗反应相关。以下T细胞功能可能与治疗反应有关：T细胞发育(CD3E公司，T细胞抗原受体-ε亚基T3），⁴⁴抗原处理/降解(PSMD9系统：蛋白酶体26S亚单位，非ATP酶，^9,45和细胞内信号(STAT3（状态3）：信号转导子和转录激活子3）。⁴⁶尿皮质激素III或应激反应蛋白基因变异的相关性(UCN3号机组)⁴⁷提示适应性应激反应可能在治疗结果中调节内分泌、自主、心血管和免疫系统。SNP在CRHR2型在对地昔帕明的治疗反应中，HPA轴的调节可能对三环类抗抑郁药特别重要。值得注意的是，一些与治疗反应相关的SNPs可能导致免疫反应的差异，例如PSMD9系统和UCN3号机组基因和3′UTR单核苷酸多态性CD3E公司,STAT3（状态3）和PSMA7系列基因。其中一些基因的体细胞变异与免疫缺陷有关(CD3E公司),^48,49多囊性肝病(PRKCSH公司，蛋白激酶C底物，80 kD，重链，^50-522型糖尿病⁵³或常染色体显性高免疫球蛋白E（IgE）综合征，也称为“Job综合征”。^54-56

我们在患者中没有发现明确的Th1或Th2细胞因子模式。我们对MDD患者IL-13水平降低的研究结果与最近的一份关于Th2细胞因子IL-13和IL-4水平升高以及Th1细胞因子水平降低的报告形成对比。¹⁶有几个因素可以解释这种差异，从性别和年龄构成的差异到环境/病原体的差异，或神经内分泌、反调节系统或疾病严重程度和阶段的差异。此外，Th1和Th2细胞因子表达中的细胞因子谱似乎是相对的，而不是绝对的，因为有报道称细胞因子谱、抗体和血清总IgE之间存在不一致。⁵⁷因此，趋化因子（如CXCL10）是一种低分子量的趋化分子，正在成为大脑中的一个主要通讯系统⁵⁸因为它们的血清和CSF水平可能是相关的。⁵⁹趋化因子是炎症的关键介质，对细胞向炎症部位的迁移以及招募和驻留的中枢神经系统（CNS）细胞的激活具有重要影响，这些细胞与许多人类病理生理系统和CNS条件有关⁶⁰它们的水平或表达与中枢神经系统疾病的活动有关。

图4总结了与MDD诊断相关的遗传变异的结果。这意味着特定的UTR变化待定21或PSMB4型增加墨西哥裔美国人MDD中T细胞功能障碍的风险并确定其特征。这些基因变异可能与该疾病中描述的免疫系统失调以及已知的共病疾病（如银屑病）有关³⁸和哮喘。³⁷我们的患者外周血趋化因子CXCL10水平升高，随着抗抑郁治疗的反应而降低。

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图4

变化位置示意图待定21或PSMB4型可能影响适应性免疫的T细胞臂并导致对抑郁症（MDD）的易感性：两个关键功能，特别是抗原处理和T细胞程序化分化，在患有MDD的墨西哥裔美国人中涉及，并以红色突出显示。一种幼稚的辅助性T细胞前体（Th p）在白细胞介素-12（IL-12）或IL-4的诱导作用下可分别成为Th1或Th2细胞；Th1细胞表达待定21Th2表达GATA3型.

这些结果导致了这样一种假设，即轻度至中度MDD症状期存在Th1/Th2活性失衡，以Th1反应为主。需要在其他种族中复制我们的研究结果，以验证待定21和PSMB4型在墨西哥裔美国人中报道的大萧条中。由于与免疫功能有关的基因在人群中具有高度多态性，⁶¹等位基因频率在不同种族人群中可能有很大差异，T细胞功能的变化可能是由其他基因/基因区域的共同变异引起的，这可能导致净Th1活性占主导地位。rs17244587的等位基因频率(待定21)我们的受试者与欧洲人群相似；然而，rs2296840和rs4603(PSMB4型)欧洲人的患病率（分别为0%和10%）明显低于我们研究的墨西哥裔美国人（墨西哥裔美国人为24%，MDD为34%）。因此，不太可能PSMB4型这里描述的变异在主要欧洲后裔的个体中对MDD的易感性方面是显著的。因此，神经免疫特征可能因不同人群中T细胞功能变异所涉及的特定基因和SNP而异。此外，考虑到我们n个而地昔帕明和氟西汀治疗组的患者数量有限，这些结果需要谨慎对待，等待其他独立研究的复制。

由于趋化因子网络已经成为几种中枢神经系统和全身疾病新疗法的潜在靶点，⁵⁸需要进一步研究以充分阐明中枢神经系统免疫调节在MDD病理生理学中的程度。

尽管本研究存在局限性，但我们的数据支持这样的假设，即导致Th1净活性的关键T细胞功能是MDD免疫功能障碍的特征，也可能在抗抑郁治疗反应中发挥作用。不同的基因和多态性可能是不同人群中MDD免疫功能异常的特征，因为影响免疫功能的基因具有高度多态性，并且其等位基因频率在人群中不同。我们认为干扰素-γ诱导的趋化因子，如CXCL-10，可能提供可行的生物标记物，也可能有助于预测/跟踪抗抑郁药物的反应。我们的发现为MDD的概念创新药理学方法提供了基础，重点关注T细胞功能失调和T细胞程序化分化、抗原处理和细胞蛋白酶体细胞器功能的变化。

致谢

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