居住在台湾的汉族人抑郁症和偏头痛共病的遗传危险位点的鉴定

1.简介

抑郁症是最常见的神经精神疾病和致残疾病之一，全球约有10%的患病率(1)．抑郁症的病因是多因素的，具有复杂的神经生物学和社会心理框架(2)．与此同时，偏头痛是一种常见的神经系统疾病，以慢性和复发性头痛事件为特征，主要发生在女性，影响全球10-20%的成年人(3.)．对2019年全球疾病负担数据的分析显示，偏头痛是全球第二大致残疾病，在年轻女性中排名第一(4)．值得注意的是，在临床研究中观察到偏头痛与抑郁症并存(5，6)比偶然预期的要普遍得多。事实上，据报道，这两种疾病有双向关联;也就是说，偏头痛会增加患重度抑郁症的风险，而重度抑郁症会增加患偏头痛的风险(7)．事实上，在偏头痛患者的抑郁症，临床症状可能会加重，更难治疗(8)．

以前的研究表明，疾病的流行病学共发可能不是随机的，可以表明可能的共同因素，包括遗传、环境或两者之间的相互作用(9)．同时，拥有详细医疗信息的大型健康数据库为探索复杂疾病共病的病因提供了重要机会。英国生物银行一项有117,392名受试者的队列研究支持偏头痛和抑郁症共病之间的关系(10)．特别是，共同遗传背景的特征可以指导进一步的个性化诊断和治疗。的确，偏头痛和抑郁症共病的遗传关联在欧洲人群的全基因组关联研究(GWASs)中得到了充分的记录(11- - - - - -13)．由Ligthart等人进行的遗传风险评分分析(11)表明偏头痛伴或不伴抑郁共病是遗传上不同的疾病，抑郁症和偏头痛共病患者亚组在遗传上与抑郁症患者非常相似。在荷兰双胞胎登记处也观察到偏头痛和抑郁症共病之间的遗传关联。通过调查不一致的同卵双胞胎，研究发现只有患有抑郁症的双胞胎患偏头痛的风险增加。12)．由于大多数针对这一问题的研究都是在非亚洲人群中进行的，因此这些GWASs发现是否适用于亚洲人群仍有待商榷。考虑到偏头痛是一种复杂的神经血管疾病，具有很强的遗传成分，每个亚型都不同(14)，我们假设不同亚型的偏头痛患者可能会发展为抑郁症通过不同的机制。

据我们所知，以前没有关于亚洲人群中总体和亚型偏头痛的遗传基础的研究，也没有关于抑郁症共病的研究。因此，在本研究中，我们对台湾一家三级医院的偏头痛队列进行了GWAS，以确定抑郁症和偏头痛共病相关的遗传位点。此外，我们根据偏头痛亚型对偏头痛队列进行了划分:阵发性偏头痛、慢性偏头痛、先兆偏头痛和无先兆偏头痛。然后，我们通过比较各种偏头痛亚型的基因型，分析可能的易感遗传位点，包括抑郁症和不包括抑郁症。

2.材料与方法

2.1.参与者

在2019年2月至2021年5月期间，共有966名偏头痛患者从三服务综合医院(TSGH)的神经内科门诊部登记。参与这项研究的患者在基因上没有关联。该研究方案已获得三科综合医院机构审查委员会(TSGHIRB No: 2-108-05-038)的批准。所有参与者在入组前都提供了签署的知情同意书。偏头痛组被分为偏头痛伴抑郁亚组和无抑郁亚组(图1)．然后根据偏头痛亚型和伴发抑郁症对所有偏头痛组进行分层:阵发性偏头痛(EM, EM伴抑郁;EM无抑郁)，慢性偏头痛(CM, CM伴抑郁;CM无抑郁)，偏头痛伴先兆(MA, MA伴抑郁;MA无抑郁)，以及无先兆的偏头痛(MoA伴抑郁;无凹陷的MoA) (图1)．

2.2.偏头痛和抑郁症的评估

偏头痛的诊断是基于第三版头痛疾病国际分类(ICHD-3)的标准(15)．同时患有原发性或继发性头痛疾病的患者被排除在研究之外。所有患者均由经委员会认证的神经科和头痛专家(FCY)进行访谈。获取并记录详细的病史，包括先兆症状、头痛持续时间(年)、头痛频率(每月头痛天数)、头痛强度和家族史。所有患者都被要求完成几份标准化问卷，包括人口统计信息问卷，偏头痛残疾评估测试(MIDAS) (16)、医院焦虑及抑郁量表(HADS) (17)和贝克抑郁量表(BDI) (18)．MIDAS测试是一份五项问卷，评估了过去3个月与头痛相关的残疾，总分从0到90分。该测试用于划分残疾等级(I-IV级)，残疾等级越高表明残疾越严重(16)．HADS包含7个与焦虑和抑郁相关的项目，最高子量表得分为21 (17)，而BDI总分则由0至63 (18)．抑郁症的临床诊断基于DSM-5。所有参与者的排除标准是终身酒精或药物滥用、智力残疾、重大头部创伤史和其他神经或神经退行性疾病。

2.3.基因分型和质量控制

用5ml EDTA真空器(BD，普利茅斯，英国)收集偏头痛患者的外周血，在QIAsymphony平台(QIAGEN, Hilden，德国)上使用QIAamp DSP DNA Mini Kit提取基因组DNA。DNA质量使用NanoDrop One分光光度计(赛默飞世尔科学公司，沃尔瑟姆，MA，美国)进行评估。这些DNA样本应用于Affymetrix Axiom全基因组TWB 2.0，其中包含约752,921个探针，共686,463个单核苷酸多态性(SNPs) (19)．在这些SNPs中，约44.6万个SNPs与台湾人的背景基因型特征相关，约10.5万个SNPs具有临床显著性，其他SNPs与疾病、药物反应和代谢相关，这些SNPs已被赛默飞世尔科学公司确定多年。利用基因分型控制台(Affymetrix)将Axiom TWB 2.0 SNP阵列生成的信号CEL文件转换为基因分型数据(tped和tfam)。

2.4.统计分析

我们对偏头痛患者采用标准操作程序收集所有人口统计学问卷。为了比较偏头痛和抑郁症之间的共变，使用PLINK (20.)基于患有抑郁症和没有抑郁症的人群。的P在表型关联研究中计算-value和比值比(OR)，采用1 df卡方等位检验研究变异关系。此外，所有偏头痛队列都根据四种临床条件进行细分:EM、CM、MA和MoA。在Plink关联程序中使用表型关联研究评估各组中的变异。在多变量关联分析中，我们选择了1000次自bootstrap的多项logit模型来建立我们的研究结果中对偏头痛频率、MIDAS、BDI、hads -焦虑和hads -抑郁评分的基因型分析，并用年龄、性别和主成分评分进行校正。此外，我们从台湾生物样本库(Taiwan Biobank, TWB)阵列中搜索了101个先前发现的变体。最后，用P-values < 1E-05，并基于RefSeq数据库(21)使用ANNOVAR (22)．

3.结果

3.1.患者人口学特征

表1列出本研究中招募的所有偏头痛患者的人口统计学数据。我们将患者分为抑郁症患者和非抑郁症患者，并根据他们的偏头痛亚型进行分组:EM, CM, MA和MoA。抑郁组和非抑郁组在性别、年龄、偏头痛持续时间、身体质量指数和受教育年限方面没有显著差异。偏头痛频率、EM/CM、有无先兆、MIDAS评分、BDI评分、hads -焦虑评分、hads -抑郁评分表1亚组间有显著差异(P< 0.05)。

3.2.所有偏头痛队列中抑郁的相关性

所有偏头痛患者被分为两组，有或没有共病抑郁症进行分析。GWAS结果显示了与P-values < 1E-05，所有的OR值均为>1，表明偏头痛抑郁症组的变异等位基因频率较无抑郁症组有统计学意义上的增加。这些变体为rs57729223 (P= 7.01E-08, OR = 3.60)， rs16941601 (P= 9.79E-07, OR = 3.14)， rs78063755 (P= 2.83E-06, OR = 2.30)， rs2679891 (P= 7.23e-06，或= 1.61)(表2而且图2)．

3.3.偏头痛亚组中抑郁症的相关性

3.3.1.EM /厘米

然后，我们根据偏头痛亚型伴或不伴抑郁症进行关联分析。在EM/CM和伴发或不伴发抑郁症亚组(EM-抑郁，EM-非抑郁，CM-抑郁，CM-非抑郁)中，9个全基因组提示显著性(P在EM组中发现了< 1E-05)变异(表3而且图3一)和两个snp (rs57729223, rs16941601)也在偏头痛队列中被发现(表2)．在CM组中发现了一个变异(表3而且图3一)， 8个变异(均为EM组)OR值为> 1,2个变异(EM组1个，CM组1个)OR值< 1 (表3)．

3.3.2.马/恐鸟

在伴有或不伴有共病抑郁症的MA/MoA组中，MoA组有10个变异P< 1e-05 (表3而且图3 b）;在所有偏头痛组中也发现了两个SNPs, rs57729223和rs78063755 (表2)．MA组未检出SNPs (表3)．MoA组中鉴定出的所有变异的OR为> 1。

3.4.多元关联研究

我们对我们的研究结果进行了多元回归分析表2使用以下指标:偏头痛频率、MIDAS、BDI、hads -焦虑和hads -抑郁评分随年龄、性别和主成分分析评分(补充表1)对多项logit模型进行自举估计。在所有偏头痛组中，我们发现只有MIDAS和BDI评分与的内含子区变异显著相关CDH4rs78063755 (P-value = 0.03, 0.048;Or = 1.05, 0.98;95%置信区间分别为1.02 ~ 1.08、0.96 ~ 0.99)。其他被确定的变异与上述因素无关。

3.5.复制的研究

我们旨在与大多数欧洲参与者验证先前关于抑郁症的主要GWAS的结果(23)．我们从先前的发现中搜索了101个变异，只有6个变异在台湾生物银行(TWB)阵列中匹配。我们在TWB2 SNP阵列中选择了这6个位点，并在所有偏头痛患者中进行了分析。在我们的队列中，有抑郁和没有抑郁的偏头痛患者之间没有SNPs显著差异(表4)．

4.讨论

我们分析了966名偏头痛患者，并将他们分为有抑郁症组和无抑郁症组。的内含子区域检测到SNP变异CDH4(rs78063755)，下游区域NTRK3-AS1(rs57729223)之间的基因间区NTRK3-AS1而且MRPL46(rs16941601)和之间的基因间区LINC01918而且GPR45(rs2679891)在台湾汉族人群中被发现与抑郁症有关。但rs57729223和rs16941601之间的距离较近r2rs57729223和rs16941601的连锁不平衡(LD)的测量值为0.94左右。24)，说明这两个snp具有非随机关联，rs57729223可能是唯一有意义的一个。

钙粘蛋白4 (CDH4)位于染色体20q13.33上，编码钙依赖性细胞-细胞粘附糖蛋白CDH4。CDH4主要在大脑中表达，但也在其他组织中表达，包括脾脏、卵巢、睾丸、肾上腺和甲状腺(25)．CDH4在大脑分割和神经元生长中起关键作用(26)．磁共振成像数据的脑衰老GWAS显示，SNP变异在CDH4与大脑总脑容量减少显著相关，可能是由神经束和突触发育受损引起的(27)．在英国生物银行的另一项抑郁症表型的GWAS也鉴定了SNP变异CDH4作为相关变体(28)．虽然CDH4多态性已被报道为偏头痛的易感位点(29)，其相关机制尚不清楚。我们的研究表明CDH4内含子多态性rs78063755是中国汉族人群偏头痛伴抑郁症进一步研究的候选基因，可能是由于其对大脑分割、神经元生长和突触发育的影响。

NTRK3-AS1是一种位于染色体15q25.3上的RNA基因，在睾丸中表达(25)．根据GWAS目录，NTRK3-AS1多态性与生长调节蛋白α和3-羟丙基巯基酸水平相关(30.)．然而，据我们所知，之前没有研究报道过两者之间的联系NTRK3-AS1多态性和偏头痛或抑郁症。我们的分析还在下游区域发现了另一个变体rs57729223NTRK3-AS1以及两个基因间变异rs16941601和rs2679891，这两个基因间变异此前未被报道与偏头痛和抑郁症相关。如前文所述，由于rs57729223和rs16941601之间距离较近，且两个snp不是独立的，所以rs57729223被认为是有意义的一个。除了所有偏头痛组外，rs57729223基因提示在EM和MoA亚组中与共病抑郁症相关。然而，其机制尚不清楚，值得进一步研究，特别是在汉族人群中。

为了研究不同的SNP是否与不同类型偏头痛的抑郁相关，我们分析了不同亚组中患有或没有抑郁症的患者之间的SNP差异。EM组有8个SNP, MoA组有10个SNP与共病抑郁症相关(OR > 1)， EM组和CM组各有1个SNP OR < 1。在EM组中，我们发现了9个与抑郁症有关的snp(8个与OR > 1有关;OR < 1)。在所有偏头痛组中，OR > 1的两个变体(rs57729223和rs16941601)也显示与抑郁相关，因为rs57729223和rs16941601不是独立的，可能只有rs57729223与抑郁相关。在EM组中，其他6个SNP变异提示与抑郁症相关，包括的内含子区域CHD2L，GMO5: rs2297754，内含子区BUB3: rs75155690，内含子区PDZRN4: rs79135118, 3'UTR区域ATOH8: rs1055770，之间的基因间区域MIR197而且FAM241A: rs5897874，以及之间的基因间区OR2F2而且OR2F1: rs41376753。

BUB3位于染色体10q26.13上，编码BUB3, BUB3是一种有丝分裂检查点蛋白，属于Bub蛋白家族，在纺锤体组装检查点中起重要作用(31)．BUB3表达异常导致有丝分裂功能缺陷、纺锤体门功能受损和染色体不稳定，导致非整倍体和可能的肿瘤发生(31)．GWAS目录记录了其与儿童急性加重的关系，尽管使用了长效β - 2激动剂和血浆代谢物犬尿酸测量(30.)．然而，之间的关联BUB3SNP和偏头痛或抑郁症的病理生理学尚不清楚，值得进一步分析。

含PDZ结构域的无名指4 (PDZRN4)位于染色体12q12上，编码含有PDZ结构域的无名指4 (PDZRN4)，该结构域属于LNX家族，在多种癌症中起抑制作用(32，33)，并在GWAS中与多发性硬化症相关(34)．然而，到目前为止，还没有研究讨论它与偏头痛或抑郁症的关系，因此可以作为进一步研究的候选。

ATOH8位于染色体2p11.2上，编码ATOH8蛋白，该蛋白属于转录调控因子家族:基本螺旋-环-螺旋蛋白(35)．ato8参与胚胎发育、疾病起始和疾病进展(35)．GWAS目录报告ATOH8提示视盘大小、腹主动脉瘤、总血同型半胱氨酸水平、总脑脊液成对螺旋丝-tau水平和低/稳定型结直肠癌转移相关(30.)．同时，ato8与抑郁或偏头痛的相关性尚未见报道，可能的机制有待进一步研究。

一种SNP变体，甾体受体RNA激活因子1 (SRA1)基因(rs60236323)， OR < 1，变异等位基因频率在非抑郁症EM患者中为50.7%，在抑郁症EM患者中为37.5%。的SRA1基因位于染色体5q31.3，具有蛋白质和非编码rna的双重功能(36)．此外，它还与多种癌症的发生有关(37，38)和心肌病(39)．然而，它与偏头痛和抑郁症的关系尚不清楚。该SNP变体是否在汉族EM患者中具有可能的保护作用，需要进一步大样本研究。

在MoA组中，我们发现了10个与抑郁症相关的变异(OR > 1)CDH4rs57729223 inNTRK3-AS1)也被发现与偏头痛组的抑郁有关。6个ncRNA内含子变体(rs9268145、rs6910071、rs3763305、rs28361060、rs9268362、rs3817964)位于同一基因中TSBP1-AS1，和两个内含子变体NRG3(rs10748994)和MTSS1(rs1017342)。

TSBP1-AS1，位于染色体6q21.32上，是属于lncRNA类的RNA基因(30.)．的功能TSBP1-AS1仍有待确认。然而，它在免疫系统细胞中高度表达(40)，根据GWAS目录，与几种免疫相关疾病、肝炎和皮肤疾病在基因上相关(30.)．有趣的是,TSBP1-AS1位于主要组织相容性复合体(MHC)区域(41)．先前的研究报道，偏头痛的临床特征可能受到位于MHC区域的snp的影响(42，43)．Huang等(43的一些等位基因HLAI类与偏头痛、慢性偏头痛和药物滥用风险增加有关。然而，偏头痛是否与免疫系统疾病有基因上的联系还有待进一步研究。以前的GWAS识别了一个TSBP1-AS1与偏头痛相关的变异(rs140002913) (44)．在我们的研究中，我们确定了六种TSBP1-AS1与MoA和共病抑郁症相关的变异，变异等位基因频率比无共病抑郁症的患者高2.86-3倍。需要进一步的研究来阐明其作用和病理生理TSBP1-AS1偏头痛和抑郁症。

NRG3位于染色体10q23.1上，编码神经调节蛋白3，该蛋白属于神经调节蛋白家族，在神经元发育、分化、增殖和可塑性中起重要作用(45，46)．根据GWAS目录，NRG3基因多态性与各种疾病有关，包括癌症、胰岛素抵抗和tau蛋白形成(30.)．然而，偏头痛和抑郁症之间的联系还没有报道。我们观察到该变异等位基因(rs10748994)在MoA合并抑郁症患者中频率较高。其潜在机制尚不清楚NRG3可能成为继续深造的合适人选。

MTSS1位于染色体8q24.13上，编码转移抑制因子1，一种参与细胞形态、运动、发育和转移的蛋白质(47)．根据GWAS目录，据报道，其snp与多种特征在遗传上相关，包括心血管疾病、tau蛋白形成和认知功能(30.)．两者之间没有联系MTSS1单核苷酸多态性与偏头痛或抑郁症的关系已经被报道过。我们确定了MTSS1这种基因变体(rs1017432)可能在基因上与MoA和共病抑郁症有关。我们需要进一步的研究来验证我们的发现，并探索潜在的机制。

一项多变量关联研究表明，SNP变异在基因的内含子区域CDH4rs78063755与MIDAS和BDI评分相关。虽然偏头痛和变异rs78063755之间的关系还没有被广泛讨论，但它提示与多个偏头痛相关指标相关，并可能作为进一步研究的候选。我们使用Affymetrix Axiom全基因组TWB 2.0，它覆盖了台湾基因库的代表性样本，包含约752,921个探针，在本研究中总共有686,463个snp，而在欧洲队列中报告的101个snp中只有6个(23)，在我们的队列中，没有一个SNPs与抑郁症和偏头痛共病显著相关。这可能是因为我们研究中的所有参与者都属于中国汉族人口，而之前的研究主要集中在欧洲人口。

我们的研究有几个优势。例如，严格的诊断标准和设计的标准操作方案使我们能够记录详细的患者数据，包括病史和医疗评估，头痛专家的正确诊断，以及使用验证过的问卷进行评估。进一步的统计分析，包括偏头痛亚组的分层分析和多变量回归分析，使我们能够调查偏头痛和共病抑郁症之间的遗传关联。此外，我们采用了Affymetrix的Axiom全基因组TWB 2.0阵列，该阵列涵盖了台湾基因库的代表性样本(19)，并鉴定出几个与偏头痛或抑郁症有关的snp。我们的研究有一些局限性。在进行GWAS之前，我们没有进行基因型归算，因为使用来自欧洲人群的数据可能不一定会增加匹配的snp数量，所获得的结果可能不适用于亚洲人群。然而，当更多的跨种群全外显子组测序数据可用时，将对该研究的基因型imputation进行进一步探索。由于twb2.0阵列的snp有限，我们没有对欧洲人群中发现的所有snp进行复制。我们的队列样本量相对适中，亚组的结果不符合传统上接受的结果PGWAS中<5E-08的-value阈值。希望我们的探索性遗传关联结果可以揭示抑郁症和偏头痛共病的遗传联系;然而，进一步的验证是有保证的。

5.结论

本研究表明，偏头痛患者的内含子区存在SNP变异CDH4: rs78063755，下游区域NTRK3-AS1: rs57729223和之间的基因间区LINC01918而且GPR45: rs2679891在台湾汉族人群中提示与抑郁症相关。我们还在偏头痛亚组(EM、CM和MoA)中鉴定了几个与抑郁相关的snp。这些结果为中国汉族人群中总体偏头痛及其亚型和共病抑郁症的可能遗传基础提供了见解。

数据可用性声明

本研究中提供的数据集可以在在线存储库中找到。存储库/存储库的名称和登录号可以在下面找到:欧洲变体档案，PRJEB57851。

作者的贡献

M-CT与F-CY:概念化与撰写初稿。F-CY, C-LT, C-SL, Y-KL, C-KT, G-YL, YL, K-SH:数据管理。F-CY, M-CT, C-KT, YL, K-SH:形式化分析。F-CY:方法论和写作评论和编辑。所有作者都已阅读并批准了最终版本的手稿。

资金

本工作由台湾科技部、授权号(MOST 108-2314-B-016-023-和MOST 110-2314-B-016-036-MY2)、台湾三科综合医院(授权号TSGH-D-109101、tgh - d -110048、tgh - c111 -091、tgh - b -110011和tgh - b -111017)和中央研究院(授权号AS-40-05-GMM和AS-GC-110-MD02)资助。

致谢

我们感谢来自台湾精准医学计划、三军总医院精准医学与基因组学中心、国防医疗中心和遗传世代发展公司的参与者和研究人员在基因检测和统计分析方面的帮助。

利益冲突

作者声明，这项研究是在没有任何商业或财务关系的情况下进行的，这些关系可能被解释为潜在的利益冲突。

出版商的注意

本文中所表达的所有主张仅代表作者，并不代表他们的附属组织，也不代表出版商、编辑和审稿人。任何可能在本文中评估的产品，或可能由其制造商提出的声明，都不得到出版商的保证或认可。

补充材料

本文的补充资料可在以下网址找到://www.gosselinpr.com/articles/10.3389/fpsyt.2022.1067503/full#supplementary-material

缩写

GWAS，全基因组关联研究;SNP，单核苷酸多态性;CM，慢性偏头痛;EM，发作性偏头痛;MA，先兆偏头痛;MoA，无先兆的偏头痛;偏头痛残疾评估问卷;贝克萧条量表;医院焦虑抑郁量表;OR，比值比; MAF, minor allele frequency of the East Asian group in dbSNP; TWB, minor allele frequency in Taiwan Biobank.

参考文献