Sci Adv｜林曉蕾、馮建峰團隊：大數據解析基因環境在青少年結構性神經發育中的交互作用機制

母親教育作爲社會經濟因素中的關鍵一環，與子代青少年結構性神經發育有着密切的聯繫。解析母親教育影響子代神經發育的生物學機制及其相關社會學機制對於理解與青少年神經發育相關的社會因素、家庭社會干預機制及公共政策的制定具有重要意義。

復旦大學大數據學院林曉蕾、馮建峰研究團隊基於大型多中心青少年神經影像縱向隊列（Adolescent Brain Cognitive Development,ABCD；n=7,662, 9-11歲） 的結構磁共振、社會經濟因素和基因組學數據，通過基因-環境交互式研究發現母親教育對子代青少年期結構性神經發育的影響主要涉及代謝、炎症反應和突觸可塑性等生物學功能，並與青少年期及成年期的行爲特徵和健康狀態存在共享生物機制。該研究團隊進一步揭示了母親教育影響宏觀社會經濟效應在神經發育的實際主導作用。該研究第一次從生物學和社會學角度闡釋了母親教育在子代神經發育中的重要作用。

11月16日，這一研究成果以Gene-Environment interactions in the influence of maternal education on adolescent neurodevelopment using ABCD Study爲題發表在Science Advances。

母親教育與子代青少年期腦區灰質體積的相關性

本研究以高中、大學學歷爲分割點將母親教育劃分爲三分類變量，分析發現較高的母親教育水平與較大的腦區灰質體積顯著相關，其中相關性最強的腦區包括液中顳葉、梭狀回、中央前回、下顳葉和額極。縱向分析進一步發現與高水平母親教育相比，中、低母親教育水平對總灰質體積的影響儘管隨着時間的推移有所減弱，但在青春中期之前仍然較爲顯著。

圖一：母親教育與腦區灰質體積的相關性及其隨時間的變化軌跡。

母親教育對子代青少年期神經發育基因作用的修飾效應

爲揭示母親教育在子代青少年期神經發育中的生物學機制，研究者進行了全基因組-環境交互研究 （Gene-environment-wide interaction study, GEWIS） ，並對顯著位點進行了生物學註釋。研究結果顯示這些顯著位點的功能主要集中在糖脂代謝、炎症反應和突觸活動等生物學過程中。例如位於19號染色體上的單核苷酸多態 （SNP） 位點，rs2081046，與CCAAT增強子結合蛋白α （CEBPA） 功能相關；而CEBPA 作爲轉錄因子參與葡萄糖和脂質代謝，並具有一定的免疫調節作用，如調控促炎性細胞因子的分泌等。這些結果同樣在ABCD的多孩留出樣本 （leave-out sample） 和來自歐洲的外部青少年神經影像隊列IMAGEN中得到了驗證。

基於基因的註釋結果進一步發現了一個重要的影響基因，CSMD1。CSMD1編碼了一種補體途徑抑制因子，調節C3/CR3依賴的軸突修剪(41)，這與中樞神經系統的發育，特別是執行功能有關。母親教育對CSMD1的調節作用也反映在多個執行功能 （executive function） 相關的腦區。同時，通過遺傳重疊分析，研究者發現母親教育所修飾的與顳中葉和內側眶額發育有關的基因位點與包括身體特徵、抑鬱等神經心理表型有關，這提示了其中可能的共同生物學機制。

母親教育的社會學多維度拆解

爲了更具體地解釋母親教育對子代神經發育影響的社會學機制，研究者基於中介分析發現，相比於微觀家庭環境 （如家庭衝突和親子關係） ，社會經濟地位 （如家庭收入和鄰里環境） 在調節基因在神經發育的影響方面更爲重要。這一發現對社會福利政策和相關干預措施的制定具有重要意義。然而，這並不意味着應該否定親子溝通的作用。後續研究需要進一步考慮環境路徑分解的複雜性。

這項研究工作首次從生物學機制和社會學機制兩方面揭示了母親教育對子代青春期神經發育的重要作用，並進一步指出其對成年後神經心理特徵和相關身體特徵的長期影響。

本文第一作者爲復旦大學大數據學院直博生施潤葉、類腦智能研究院副研究員常曉，通訊作者爲復旦大學大數據學院林曉蕾副教授和馮建峰教授。

原文鏈接：http://doi.org/10.1126/sciadv.adp3751

製版人：十一

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