基于免疫浸润分析探讨精神分裂症患者海马与免疫系统的关系

刘莎教授研究团队于2022年8月在Frontiers in Immunology 《免疫学前沿》杂志上发表了题为“Exploration of the relationship between hippocampus and immune system in schizophrenia based on immune infiltration analysis”的研究论文(IF=8.786；JCR：Q1，中科院2区) ，该文章的第一作者为杜炎宏硕士。研究发现精神分裂症的海马体可能与免疫疾病的关系更密切，并且4个免疫基因的异常表达可能通过PI3K-Akt信号通路与神经活性配体结合受体相互作用间接影响Tem细胞。

 背景 

精神分裂症（SZ）被认为是一种毁灭性的和持续性的精神疾病。目前普遍认为SZ的发病机制是遗传和环境因素综合作用的结果，涉及多个系统。越来越多的证据表明，免疫功能障碍在SZ中起着重要作用。当中枢神经系统发生免疫失调时，常驻的免疫细胞、小胶质细胞和星形胶质细胞异常激活，释放炎症介质，并招募其他类型的免疫细胞。它甚至可能引起继发性神经病理改变，影响海马、前额叶皮层和纹状体等多个脑区。然而，SZ特定脑区神经免疫失调的确切机制尚不明确。

 方法 

本研究以免疫浸润分析为切入点，从疾病组和对照组之间的海马体、前额叶皮层和纹状体的三个不同脑区出发，分别从免疫细胞、基因、通路等方面更详细地探讨精神分裂症与免疫系统的关系。

 结果 

差异表达基因(DEGs)和功能富集分析显示三个脑区与免疫系统密切相关。与前额叶皮层和纹状体相比，海马体中有20个免疫相关基因（IRGs）和42个免疫通路。免疫浸润分析结果显示，HPC的差异免疫细胞为效应记忆T（Tem）细胞。免疫相关差异表达基因（IDEGs）与免疫细胞的相关性进一步分析显示NPY、BLNK、OXTR、FGF12与Tem细胞中度相关。功能通路分析提示，这4个基因可能通过调控PI3K-AKT通路和神经活性配体-受体相互作用通路影响Tem。受试者工作特征曲线（ROC）分析结果显示，这4个基因具有较高的诊断能力（AUC=95.19%）。最后成功复制疾病动物模型，并通过real-time PCR和western blot进一步验证。这些结果表明，这些基因表达变化与之前分析的基因表达谱一致。

图1  三个脑区DEGs和GSEA分析的筛选

图2  三个脑区的免疫浸润分析

图3  DEGs与三个脑区免疫细胞的相关性分析

图4  筛选和综合分析IDEG

图5  IDEGs在精神分裂症动物模型的海马体中存在失调

 结论 

结果表明，与前额叶和纹状体两个脑区相比，SZ中的海马体可能与免疫功能失调更密切相关，并通过Tem、PI3K-Akt通路和神经活性配体结合受体相互作用调节免疫功能。本研究使用的Immucell AI工具是首次被用在SZ中去分析中枢神经系统的免疫浸润，这有助于从新的角度更好地理解免疫功能障碍在SZ中发挥的作用。

参考文献：

Du Y, Gao Y, Wu G, et al. Exploration of the relationship between hippocampus and immune system in schizophrenia based on immune infiltration analysis. Front Immunol. 2022;13:878997. Published 2022 Aug 2. doi:10.3389/fimmu.2022.878997. 

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2022.878997/full