本研究的主要作者是Antonio Rampino、Giuseppe Blasi以及来自意大利巴里大学精神神经科学组、加拿大多伦多大学药理学系、美国约翰·霍普金斯大学利伯脑发育研究所、意大利布雷西亚大学分子与转化医学系等多个研究机构的合作团队。该项研究于2021年发表在《European Psychiatry》期刊上。
该研究属于精神疾病遗传学与神经药理学交叉领域。其学术背景在于，全基因组关联研究已鉴定出数百个与精神分裂症风险相关的低外显率基因位点，但风险基因也与那些虽未达到全基因组显著关联阈值、却在疾病病理生理学中起作用的基因相互作用，这种相互作用可能共同影响疾病特定表型的风险。其中，脆性X智力低下综合征相关蛋白1基因已被GWAS证实与精神分裂症相关。FXR1蛋白受糖原合成酶激酶-3β的调节，而GSK3β已被证实参与精神分裂症的病理生理学及对抗精神病药物的反应。先前研究表明，分别作为FXR1和GSK3β表达数量性状位点的两个单核苷酸多态性rs496250和rs12630592，在情绪稳定性和情绪处理过程中的杏仁核/前额叶皮层活动上存在交互作用，而这两种表型与精神分裂症的阴性症状相关。这提示，这两个SNP之间的交互作用可能也会影响阴性症状的严重程度及其对药物治疗的反应。然而，FXR1蛋白是否能被抗精神病药物调控尚未得到证实。基于此，本研究旨在：1. 在精神分裂症患者中，检验rs496250与rs12630592之间的交互作用是否影响阴性症状的严重程度及其对抗精神病药物的反应；2. 探究抗精神病药物（特别是奥氮平）的给药是否会像影响GSK3β一样，影响FXR1的表达。
本研究的工作流程主要包含两大部分：针对人类受试者的遗传-临床关联研究，以及针对小鼠的动物药理学实验。
第一部分：人类研究 1. 样本与设计：研究采用了两个独立样本进行探索和验证。 * 探索样本：合并了两个子样本的数据以最大化样本量。子样本1包括266名来自意大利阿普利亚地区的精神分裂症或分裂情感性障碍患者。子样本2包括121名来自CATIE研究的、符合DSM-4诊断的精神分裂症患者。所有患者在基线期和治疗稳定期（探索样本为4周后）均使用阳性与阴性症状量表评估了阴性症状。患者接受了多种抗精神病药物治疗，剂量换算为氯丙嗪等效剂量。 * 验证样本：包括116名来自布雷西亚大学、符合DSM-5诊断的精神分裂症或分裂样障碍患者。患者接受奥氮平或利培酮单药治疗，并在基线和治疗稳定2周后评估症状。 2. 基因分型：对探索样本中的两个子样本，分别使用Illumina HumanOmni2.5-8 v1 BeadChip平台和已有的方法对rs496250和rs12630592进行基因分型。由于rs496250的次要等位基因频率较低，在所有分析中，将AA纯合子个体与AG杂合子合并为“A等位基因携带者”组。验证样本的基因分型采用已有方法，并因次要等位基因携带者人数极少，同样进行了基因型合并分组（FXR1 A携带者组和GSK3β T携带者组）。 3. 统计分析： * 样本合并与协变量控制：在合并探索样本的两个子样本前，检验了人口学、临床及治疗剂量差异。将年龄、性别、氯丙嗪等效剂量以及表示样本来源的因子作为非兴趣协变量纳入后续统计模型。同时，使用全基因组基因型数据计算基因组特征变量，以控制人群分层的影响。具体方法是对每个队列单独进行主成分分析，使用高质、低缺失率、等位基因频率大于0.05且经过连锁不平衡修剪后的SNP，排除了长程连锁不平衡区域。 * 阴性症状严重程度分析：采用析因方差分析，以rs496250和rs12630592基因型为自变量，以治疗稳定期的PANSS阴性症状评分为因变量，分析两者主效应及其交互作用。首先将PANSS阴性症状评分对前五个主成分基因组特征变量进行回归，使用标准化残差进行分析。验证样本采用相同方法进行验证性分析。 * 阴性症状治疗反应分析：治疗反应定义为从基线到治疗稳定期PANSS阴性症状评分的变化。采用协方差分析，以rs496250和rs12630592基因型为自变量，以校正了基线症状严重程度后的评分变化值为因变量。同样对评分变化值进行了人群分层校正。探索样本和验证样本分别进行分析。 * 症状特异性分析：为检验遗传效应的特异性，对PANSS阳性症状和一般精神病理学症状评分进行了相同的分析。 * 事后检验：使用Fisher检验进行事后比较。基于探索样本结果和先验假设，对验证样本的事后检验使用单尾统计。
第二部分：动物实验 1. 动物与处理：使用10周龄C57BL/6J小鼠。将小鼠随机分为两组：奥氮平处理组和载体对照组，每组10只。奥氮平以54 mg/kg浓度混入饲料中给药，持续30天，以达到与临床相关范围相近的稳态血药浓度。载体组给予不含药物的普通饲料。 2. 组织采集与处理：给药30天后处死小鼠，在冰上快速解剖脑组织。使用冰镇的小鼠脑切片模具制备500微米厚的冠状切片，并分离前额叶皮层组织，于-80°C保存。 3. RNA提取与定量PCR：使用Direct-zol RNA Miniprep试剂盒从小鼠PFC提取总RNA，并使用SuperScript IV VILO Master Mix合成cDNA。采用TaqMan Fast Advanced Master Mix方案，在QuantStudio3实时PCR系统上进行qPCR分析。使用Fxr1探针和Gapdh探针作为内参。通过比较Ct值法对Fxr1的相对表达量进行定量分析。 4. 统计分析：使用单因素方差分析，以处理组（奥氮平 vs. 载体）为自变量，Fxr1基因表达水平为因变量，评估奥氮平处理对Fxr1表达的影响。
本研究的主要结果如下：
1. FXR1 rs496250与GSK3β rs12630592对阴性症状严重程度的交互作用： * 在探索样本中，析因方差分析显示，rs496250和rs12630592基因型的主效应均不显著，但两者的交互作用显著。事后分析表明，在FXR1 rs496250 A等位基因携带者中，携带GSK3β rs12630592 GG基因型的个体，其PANSS阴性症状评分显著高于携带TT基因型的个体。此外，FXR1 A携带者/GSK3β GG基因型的个体，其阴性症状评分也显著高于其他几种基因型组合的个体。 * 在验证样本中，结果与探索样本一致，同样发现了两个基因型对阴性症状严重程度的显著交互作用。事后分析显示，在FXR1 A携带者中，GSK3β GG基因型个体的阴性症状评分高于T等位基因携带者；且GSK3β GG / FXR1 A携带者个体的评分高于GSK3β GG / FXR1 GG基因型个体。 * 对探索样本两个子样本的单独分析也显示了一致的结果。 * 在两个样本中，均未发现这两个SNP对PANSS阳性症状或一般精神病理学症状评分有主效应或交互作用，表明该遗传效应特异于阴性症状领域。
2. FXR1 rs496250与GSK3β rs12630592对阴性症状药物反应（δ-N-PANSS）的交互作用： * 在探索样本中，协方差分析未发现两个基因型的主效应，但发现了它们对阴性症状改善程度的显著交互作用。事后分析表明，在FXR1 rs496250 A携带者中，携带GSK3β rs12630592 TT基因型的个体，其阴性症状改善程度显著大于携带GT或GG基因型的个体。此外，FXR1 A携带者/GSK3β TT基因型个体的改善程度也显著大于其他几种基因型组合的个体。 * 在验证样本中，未发现显著的基因型主效应或交互作用。研究者分析这可能与验证样本中评估治疗反应的时间间隔较短有关。然而，对平均改善值的探索性观察显示，趋势与探索样本一致：在FXR1 A携带者中，GSK3β TT个体显示出比其他GSK3β基因型个体更大的平均改善值。 * 同样，此交互作用也未在阳性症状或一般精神病理学症状的改善上出现。
3. 抗精神病药物对小鼠前额叶皮层FXR1表达的影响： * 方差分析显示，与载体处理组相比，接受奥氮平慢性处理的小鼠，其前额叶皮层中Fxr1的基因表达水平显著降低。
本研究得出的结论是，FXR1与GSK3β之间的分子相互作用在调节精神分裂症阴性症状的严重程度及其对抗精神病药物的反应中扮演着重要角色。遗传学证据表明，与较低前额叶皮层GSK3β表达相关的基因型，在同时存在与较高FXR1表达相关的基因型背景下，与较轻的阴性症状和更好的药物治疗反应相关联。动物实验进一步发现，长期奥氮平处理会降低小鼠前额叶皮层的Fxr1表达，这提示FXR1像GSK3β一样，参与了抗精神病药物作用的分子事件链。综合来看，这些发现揭示了FXR1-GSK3β信号通路在精神分裂症阴性症状的病理生理学和潜在药理学反应中的作用，为理解这一复杂临床症状的分子基础提供了新见解，并可能为未来开发针对阴性症状的新治疗策略指明了方向。
本研究的亮点在于： 1. 研究视角新颖：首次将FXR1和GSK3β这两个GWAS鉴定的风险基因与已知的神经信号通路联系起来，探究它们的功能性交互作用对精神分裂症特定症状维度（阴性症状）的影响，超越了单一基因关联研究的局限。 2. 研究设计严谨：采用了独立的探索样本和验证样本，增强了人类遗传关联研究结果的可信度。同时，结合了人类遗传学与动物药理学实验，从遗传关联到分子机制提供了多层次的证据。 3. 症状特异性发现：研究明确区分了精神分裂症的不同症状维度，并发现FXR1/GSK3β遗传交互作用特异性地影响阴性症状，而非阳性或一般症状，这有助于理解不同症状维度的差异化生物学基础。 4. 首次报道药理学关联：该研究首次报告了抗精神病药物（奥氮平）处理与大脑中FXR1表达下调的关联，拓展了对抗精神病药物作用分子机制的认识。 5. 潜在的转化价值：研究结果不仅增进了对阴性症状生物学机制的理解，而且提示FXR1-GSK3β通路可能成为未来开发改善精神分裂症阴性症状的新药理学靶点。
此外，研究者在讨论部分提出了该遗传交互作用潜在的下游机制，例如通过多巴胺D2受体信号或谷氨酸能神经传递进行调节，这为后续的机制研究提供了方向。同时，作者也指出了本研究的局限性，如遗传变异仅是基因表达的代理指标、样本药物治疗存在异质性、动物实验仅使用了一种抗精神病药物等，这些为未来更深入、更精确的研究留下了空间。