Nat Neurosci：王超越等首次揭示脑组织磁化率信息的基因关联——脑影像开放资源

2022年5月23日晚23时，Nature Neuroscience杂志在线发表题为“Phenotypic and genetic associations of quantitative magnetic susceptibility in UK Biobank brain imaging”的论文。

该研究生成了一个全新的脑影像开放资源，并首次揭示了脑组织磁化率信息的基因和表现型关联。

英国牛津大学脑功能磁共振成像中心（FMRIB）王超越博士为文章第一作者，同时王超越博士和Karla Miller教授为共同通讯作者。

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定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping, QSM）技术是一项较新的MRI技术，该技术对脑组织中多种关键成分（如髓磷脂、铁和钙）的变化具有较高的灵敏度。在过去的十年间，QSM图像处理技术取得了重大的发展，但QSM技术目前只被应用于小样本量（10-500人）研究中。因此， QSM技术对神经科学的贡献还没有得到充分发掘。UK Biobank是一项在英国开展的有50万健康被试（招募时40-69岁）参与的前瞻性生物医学/流行病学研究，该研究对每位被试进行了深入的基因型分型和表现型测量。UK Biobank的脑影像学研究正在对其中10万被试进行多模态MRI扫描。

作者首先为UK Biobank数据开发了QSM图像处理方案，并使用该方案处理了目前已开放使用的35,273名被试的脑影像数据，并提取了多个大脑结构（包括灰质核团和白质高信号病灶）的磁化率信息。作者对这些脑组织磁化率信息进行了全基因组关联分析（GWAS）和表现型关联分析。其中，GWAS发现了数百个基因变异位点与脑组织磁化率信息显著相关，所涉及的基因负责调控多种类型的生物功能：如铁稳态和铁代谢、钙离子通道、髓磷脂、细胞外基质等。

图1：Right pallidum磁化率信息的GWAS结果

表现型关联分析发现了与脑组织磁化率显著相关的250多个表现型，包括身体铁含量指标——血红蛋白、多种疾病风险因素（吸烟、饮酒）、多种疾病的临床诊断（如多发性硬化、糖尿病、贫血症）等。

图2：灰质核团磁化率信息的表现型关联分析的部分结果

UK Biobank的被试在招募/扫描时是基本健康的，但因为特别设计的入组年龄范围，该被试群体在未来几十年内可能会出现多种重大疾病，而UK Biobank可以获得被试长期的医疗记录，因此，该研究生成的脑影像资源有可能发现新的、非侵入性的神经系统疾病的早期标志物。

王超越博士指出，“本研究产出的QSM数据（以及后续共10万人的数据）会通过UK Biobank对全世界的研究人员开放，通过结合其它模态的脑影像数据、生物学（基因和表现型）数据以及被试长期的医疗记录，希望可以为大脑健康状态或疾病早期的影像学标记物的探索做出贡献。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41593-022-01074-w