解碼精神分裂癥：SNP如何撬動(dòng)患病風(fēng)險(xiǎn)？

精神分裂癥是一種復(fù)雜的神經(jīng)精神疾病，科學(xué)家們早已發(fā)現(xiàn)遺傳因素在其發(fā)病過程中起著至關(guān)重要的作用。那么，浩如煙海的人類基因組中，究竟是哪些細(xì)微的差異導(dǎo)致了患病風(fēng)險(xiǎn)的不同？答案很大程度上藏身于一種名為單核苷酸多態(tài)性（SNP）的常見遺傳變異中。過去十幾年，通過全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），科學(xué)家們像大海撈針一樣，成功識(shí)別出數(shù)百個(gè)與精神分裂癥相關(guān)的基因組區(qū)域（基因座），為我們理解這種疾病打開了全新的大門。

一、SNP：基因組中的“錯(cuò)別字”與GWAS的“探針”
想象一下，人類基因組是一本由30億個(gè)字母（堿基）寫成的巨著。SNP就像是其中某個(gè)特定位置上的拼寫差異，例如，大多數(shù)人在這個(gè)位置是“A”（腺嘌呤），但一部分人卻是“G”（鳥嘌呤）。這種微小的變化本身并不罕見，絕大多數(shù)SNP對健康沒有影響。然而，當(dāng)某些SNP出現(xiàn)在基因的關(guān)鍵調(diào)控區(qū)域，或者通過累積效應(yīng)，就可能影響基因的功能，進(jìn)而增加患病的風(fēng)險(xiǎn)。GWAS正是系統(tǒng)尋找這些“關(guān)鍵錯(cuò)別字”的強(qiáng)大工具。研究人員通過比對大量患者與健康人群的基因組，尋找在患者群體中出現(xiàn)頻率顯著更高的SNP。

 GWAS的結(jié)果通常以曼哈頓圖呈現(xiàn)。超過80%的GWAS“命中信號”都位于基因的非編碼區(qū)。這些區(qū)域的SNP通常不直接改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，而是像調(diào)節(jié)旋鈕一樣，影響基因的“開關(guān)”和表達(dá)水平，例如通過影響轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合能力，從而改變下游基因的活性。這解釋了為何找到致病SNP只是第一步，更大的挑戰(zhàn)在于解讀它們的功能。

二、從關(guān)聯(lián)信號到因果SNP：精細(xì)定位的挑戰(zhàn)
GWAS發(fā)現(xiàn)的顯著SNP往往是一個(gè)“信號區(qū)域”的代表，但由于連鎖不平衡（LD）現(xiàn)象——即基因組上位置相近的SNP傾向于一起遺傳——真正的“因果SNP”通常被一群與之高度關(guān)聯(lián)的“鄰居SNP”所包圍。這就好比在一個(gè)案發(fā)現(xiàn)場，GWAS幫我們鎖定了一個(gè)街區(qū)，但這個(gè)街區(qū)里住了許多人，我們需要從中找出真正的“嫌疑人”。為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們采用了精細(xì)定位方法。這種方法利用統(tǒng)計(jì)模型（如貝葉斯方法）來計(jì)算一個(gè)區(qū)域內(nèi)每個(gè)SNP是因果變異的概率，從而生成一個(gè)可信集——即一個(gè)以高概率包含真正因果SNP的最小SNP集合。 

為了進(jìn)一步提高精度，跨祖先精細(xì)定位顯示出巨大優(yōu)勢。不同人群擁有不同的LD結(jié)構(gòu)，即在亞洲人群中與某個(gè)因果SNP緊密連鎖的SNP，可能在歐洲人群中并無關(guān)聯(lián)。通過整合不同祖先背景的數(shù)據(jù)，可以借助這些LD模式的差異，更清晰地剝離噪音，精準(zhǔn)定位因果SNP。

三、連接SNP與功能：eQTL與TWAS的橋梁作用
找到了候選的因果SNP，下一個(gè)關(guān)鍵問題是：它如何影響疾��？對于位于非編碼區(qū)的SNP，最可能的機(jī)制是調(diào)控基因表達(dá)。表達(dá)數(shù)量性狀位點(diǎn)（eQTL）分析應(yīng)運(yùn)而生。eQTL指的是那些能夠顯著影響某個(gè)基因表達(dá)水平的DNA序列變異（主要是SNP）。科學(xué)家們通過共定位分析來檢驗(yàn)同一個(gè)SNP是否既與疾病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，又是某個(gè)基因的eQTL。如果兩者共享同一個(gè)因果變異，這就為“該SNP通過調(diào)節(jié)該基因的表達(dá)來影響疾病風(fēng)險(xiǎn)”的假說提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。例如，研究已發(fā)現(xiàn)與精神分裂癥相關(guān)的SNP可以影響RELN、DISC1等基因的表達(dá)，這些基因在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育和遷移中至關(guān)重要。更進(jìn)一步，轉(zhuǎn)錄組關(guān)聯(lián)分析（TWAS）方法可以直接利用SNP信息來預(yù)測基因的表達(dá)水平，并測試這種預(yù)測的表達(dá)量與疾病之間的關(guān)聯(lián)。這種方法將分析層面從數(shù)十萬個(gè)SNP提升到約2萬個(gè)基因，大大降低了多重檢驗(yàn)的負(fù)擔(dān)，并能提示基因表達(dá)變化的方向（上調(diào)或下調(diào)），為藥物靶點(diǎn)開發(fā)提供關(guān)鍵信息。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：從計(jì)算機(jī)預(yù)測到生物學(xué)事實(shí)
盡管生物信息學(xué)分析提供了強(qiáng)有力的候選SNP和基因，但最終的確認(rèn)需要實(shí)驗(yàn)證據(jù)。現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)為此提供了多種利器：
電泳遷移率變動(dòng)分析（EMSA）和染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）：這些實(shí)驗(yàn)可以直觀地驗(yàn)證某個(gè)SNP是否真的影響了轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合能力。

報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)：將含有不同SNP等位基因的假定調(diào)控序列連接到報(bào)告基因（如熒光素酶基因）上，轉(zhuǎn)入細(xì)胞，通過檢測報(bào)告基因的活性來判斷不同等位基因的調(diào)控能力強(qiáng)弱。

CRISPR-Cas9基因編輯：這是最有力的驗(yàn)證工具�？茖W(xué)家可以在細(xì)胞中精確地引入或修復(fù)特定的SNP，直接觀察該SNP單獨(dú)對基因表達(dá)和細(xì)胞功能的影響，從而在天然基因組背景下確認(rèn)其因果關(guān)系。

五、總結(jié)與展望
SNP作為人類遺傳變異中最常見的形式，是理解精神分裂癥復(fù)雜遺傳架構(gòu)的鑰匙。從GWAS發(fā)現(xiàn)關(guān)聯(lián)信號，到通過精細(xì)定位縮小候選范圍，再到利用eQTL和TWAS連接SNP與基因功能，最后通過基因編輯等實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這一完整的后GWAS分析流程正在逐步揭開精神分裂癥的分子面紗。

未來的研究將更加注重整合多組學(xué)數(shù)據(jù)（如表觀基因組、蛋白質(zhì)組等），并在更精確的細(xì)胞類型（如通過單細(xì)胞測序技術(shù)）和特定的神經(jīng)發(fā)育時(shí)期中解讀SNP的功能。盡管挑戰(zhàn)巨大，但這條從統(tǒng)計(jì)學(xué)關(guān)聯(lián)走向生物學(xué)機(jī)制的道路，無疑將為精神分裂癥的預(yù)防、診斷和最終治療帶來革命性的希望。


參考文獻(xiàn)：Maserrat, S., Cairns, M.J. A review of post-GWAS studies in schizophrenia. Transl Psychiatry 15, 456 (2025). https://doi.org/10.1038/s41398-025-03656-1