重磅 | 抑郁症发病生物学机制“男女有别！！！”

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导  读

众所周知，抑郁症（Major Depression Disorder, MDD）作为一种严重的精神类疾病，为病人、家庭以及社会都带来了沉重的负担。作为全球第四大疾病，约3.5亿人饱受抑郁症的折磨。在抑郁症患者中呈现出较为明显的性别不平衡。和男性患者相比，女性患者数量高出2-3倍；并且女性患者表现出的症状更为严重、更多的非典型抑郁症状、更严重的功能损伤以及高比例的伴发性焦虑。因此，男性和女性的抑郁症治疗方法都有区别。但是，现有的证据并没有为我们揭示出导致性别差异的生物学机制。在本文章中，作者使用了48个样本（26 MDD: 13 males, 13 females; 22 controls: 13 males, 9 females）的6个不同脑区样本（orbitofrontal cortex [OFC; BA11], dorsolateral PFC [BA8/9; dlPFC], cingulate gyrus 25 [BA25; cg25; vmPFC], anterior insula [aINS], nucleus accumbens [NAc] and ventral subiculum [vSUB]）进行了转录本测序。在转录水平作者分别在男、女患者中找到了不同hub基因以及显著差异的生物学致病通路；该结果分别在抑郁小鼠模型（20 Stress; 20 UnStress）的两个脑区（PFC; NAc）的测序结果中得到验证；最终，在动物抑郁模型实验中证实了之前生物信息学所发现的结果。

简单介绍

论文题目：Sex-specific transcriptional signatures in human depression发表杂志：Nature Medicine

发表年份：2017年8月

影响因子：29.886

发表单位：Fishberg Department of Neuroscience and Friedman Brain Institute

1 不同脑区的差异基因分析

作者首先根据性别将样本分成两组，在六个不同脑区的Case/Control样本中进行差异分析（limma package）。为了证明结果的可靠性，作者使用两个新的独立样本利用NanoString数字式单分子基因表达谱分析系统对测序结果进行了验证，在一个20个基因的子集中，男性患者结果基因表达的一致性达到80%（males MDD = 15; CTRL = 17），女性达到100%（females MDD = 6; CTRL = 12）。这个技术验证证明了转录本测序的准确性，也就证明了作者所发现的男女患者转录本的差异是准确的。

但是问题就来了，那就是同种性别患者各个脑区的基因表达水平在有较高的重复，可是，不同性别的同一脑区的基因表达就鲜有交集。当把范围缩小到只考虑显著的差异基因时，在不同脑区overlap的差异基因仅仅占到了5--10%。作者用GEO公共数据库的芯片数据进行验证（GSE53987），得到了相似的分析结果。综上所述，MDD患者在不同性别中致病机理可能存在了较大的差异。

2MDD相关的通路分析、基因共表达分析富集等

为了更好的解释发现的结果，作者首先进行了通路分析，结果显示，尽管有少量的和MDD相关的通路是男女患者共有的，但是，大部分通路存是性别差异。

之后，作者对差异基因做了共表达分析（co-expression），利用共表达分析得到的结果进行module differential connectivity（MDC）分析。如上图所示，尽管男性患者和女性患者的显著差异基因的同源性在功能和基因关系有较高的保守性（FET corrected P < 0.05; fold enrichment > 15），但是只有很少的一部分module的基因存在着保守型联系（conserved connectivity）。这个分析结果也被module preservation analysis（MPA）的结果重复。MPA结果表明31%的男性MDD患者中的共表达module和26%的女性MDD患者中的共表达module可以在对方性别中检测到。

随后，作者对共表达module进行了细胞特异性分析，结果不仅表明男性和女性MDD患者不同的患病机制，并且，可能是有不同的特异性细胞所导致的结果。比如，男性患者的module富集在不同类型的细胞中，而女性患者则主要富集在神经元细胞。

3Hub基因的鉴定

此处，作者将之前得到的差异基因在不同的module进行富集分析，在男性中找到了77显著的module，最显著的module和transmission of nerve impulse、organic acid metabolism、nerve ensheathment和regulation of catecholamine metabolism相关联；女性则有107个，最显著的module和nerve ensheathment、mitogen-activated protein kinase (MAPK) activity、inflammatory response and synaptic transmission相关联。

作者分别从男性（Peru module）和女性（Gray26 module）MDD中挑选出最为显著的module进行hub基因的定位。值得注意的是，这两个module都在同性别的不同脑区都是显著的。

4 转录本分析结果在抑郁小鼠模型中的验证

首先，作者在抑郁小鼠模型中重复了上述分析过程，小鼠的两个不同脑区（vmPFC; NAc）的测序结果也显示出了极大的性别差异性。在母性小鼠中的vmPFC，显著下调的基因主要富集在星形胶质细胞和神经元细胞中；在公性小鼠中，显著下调的基因主要富集在了vmPFC和NAc区的星形胶质细胞、神经元细胞以及内皮细胞中。这个结果和之前MDD患者的结果又较高的一致性。

男性患者和抑郁模型的公鼠的差异基因进行比较，在vmPFC脑区中，有62 相同的上调差异基因（FC: 1.2; corrected P = 0.32）和 90个相同的下调差异基因（FC: 1.1; corrected P = 0.58）；在NAc区中，相同的上调差异基因是109个（FC: 3.1; corrected P = 9.29×10−26）以及44个相同的下调差异基因（FC: 3.7; corrected P = 1.49×10−14）。

相同的处理环境，但是不同性别之间的基因表达只有25%左右的overlap，该结果表明不同性别可能存在着不同的生物学机制应对压力和抑郁。

5分子生物学实验验证

之前分析发现的男性MDD患者中最显著的Peru module，hub基因是EMX1，女性中是Gray26 module，hub基因是DUSP6。DUSP6基因可以通过抑制ERK通路从而调节脑区相关的功能。EMX1则编码一种转录因子，对神经元细胞的生成有重要的作用。在抑郁实验前，分别将母鼠、公鼠进行不同处理。母鼠的vmPFC中进行RNA干扰抑制Dusp6基因的表达；公鼠中则将emx1基因过表达。如上图c所示，在新环境进食抑制实验中，Dusp6基因抑制的母鼠有更显著的进食趋势；减少了对蔗糖的喜爱（图e）；但是有趣的是，对于公鼠来说，Dusp6基因抑制并没有影响它们的生理习性（图d, f）。对于过表达emx1基因的小鼠，则是公鼠行为受到影响，而母鼠没有变化。

实验到了这里，已经很充分的表明MDD的hub基因的确存在着性别的差异，可能男女MDD患者存在不同的患病机制。

6Dusp6基因的分子机制的探索

由于之前有报道证实Dusp6基因通过为ERK1/2去磷酸化从而产生生物学效果。在抑郁母小鼠的vmPFC测序结果中，Dusp6基因显著下调，pERK显著上升（公鼠中未发现）。人类样本中也有相同的结果。组织免疫化学的结果再次验证了上述结果。

之后作者还证实了Dusp6基因的低表达对兴奋性突触传递的影响等，由于隔行如隔山，小编就不献丑了。大家感兴趣可以自己阅读以下。

7总结

MDD的性别异质性一直是困扰广大科研工作者和临床医生的一大问题。这篇文章借助大量的转录组学数据进行生物信息学分析，并结合动物学实验验证，为我们找到了核心基因以及不同性别的MDD致病通路，为精准诊断、治疗提供了理论基础。另外，小编也从中学到了很多分析的方法和思路，希望能够为大家带来帮助。

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