基于Lifan Liang、Siwei Zhang、Zicheng Wang、Hanwen Zhang、Chuxuan Li等学者，以及通讯作者Xin He和Jubao Duan的研究，该原创性研究于2026年6月25日发表于《Science》杂志。主要研究机构包括芝加哥大学和北岸大学卫生系统（现名Endeavor Health）精神病学遗传学中心。

该研究属于神经科学和精神病遗传学领域，旨在解决全基因组关联研究（GWAS）面临的核心难题。尽管GWAS已识别出数百个与精神分裂症（SCZ）等神经精神疾病（NPD）相关的风险位点，但绝大多数因果变异和基因仍不明确。主要挑战在于，多数GWAS风险变异位于非编码区，其调控效应可能仅在与疾病相关的特定生物学背景下显现，而以往研究多使用静态的死后大脑组织，难以捕捉这些动态效应。神经科学领域已知，神经元激活是一个与NPD高度相关的生物学过程，它能触发即早期反应基因（ERG）和晚期反应基因（LRG）的快速表达。然而，在人类神经元群体规模上研究这种活动依赖性基因调控的遗传基础及其与NPD风险的关联，一直面临巨大困难。因此，本研究旨在模拟神经元激活这一特定生物学场景，揭示那些在静息状态下被掩盖的NPD风险变体和基因的功能效应。

为了实现这一目标，研究团队设计了一套以离体模拟在体环境的复杂工作流程。第一步，建立人类神经元模型并模拟激活。研究人员从100名供体的人类诱导多能干细胞（iPSC）系中，分化并共培养了兴奋性（iGlut）和抑制性（iGABA）神经元，并与大鼠星形胶质细胞共培养。在培养第35天，使用氯化钾（KCl）对培养物进行刺激，分别在刺激后0小时（基线）、1小时（捕获ERG）和6小时（捕获LRG）收集样本。研究通过免疫染色验证了神经元的身份、纯度以及标志性基因（如c-FOS和BDNF）的表达动态，并通过GCaMP钙离子成像证实了神经元的有效激活。第二步，进行单核多组学数据采集与处理。研究采用10x Genomics平台，对收集的样本进行单核RNA测序（snRNA-seq）和单核转座酶可及染色质测序（snATAC-seq）。在严格的质控后，共分析了来自651,012个细胞核的数据，并根据基因表达特征定义了三个主要神经元亚型：GABA能神经元、NEFM+谷氨酸能神经元（npGlut）和NEFM-谷氨酸能神经元（nmGlut）。第三步，进行生物信息学分析，这是一项关键的创新方法集成。为最小化批次效应，部分转录组和表观基因组分析首先聚焦于来自同一测序批次（第24批次）的18个细胞系。其中包括：（1）通过伪时间轨迹分析将差异表达基因（DEG）聚类为15个具有不同表达动态的“模块”，并结合基因本体论（GO）和MAGMA基因集分析，揭示其生物学功能和与NPD GWAS信号的关联。（2）独创性地整合snRNA-seq和snATAC-seq数据，通过基因表达与附近开放染色质区域（OCR）的相关性分析（共激活分析），结合Micro-C染色质构象捕获技术和高通量测序数据分析，以及活动-接触（ABC）模型，构建了以转录因子（TF）为核心的基因调控网络（GRN）。随后，利用CRISPR碱基编辑技术敲除关键转录因子，并结合单细胞RNA测序验证所预测的GRN和疾病子网络。（3）在全部100个iPSC系的样本中，进行表达定量性状基因座（eQTL）和染色质可及性定量性状基因座（caQTL）的定位。并在caQTL分析中，除了传统的群体间变异分析，还分析了等位基因特异性开放染色质（ASOC），即利用个体内杂合位点的等位基因不平衡现象来映射调控变异。（4）利用名为causal-TWAS（cTWAS）的先进统计方法，整合本研究的eQTL和caQTL数据与GWAS汇总统计数据，进行因果转录组关联分析，计算基因或染色质峰的因果后验概率（PIP），以优先排序推定的NPD因果风险基因和调控元件。（5）最后，利用研究队列中的28个来自精神分裂症患者的iPSC系，进行病例-对照差异表达分析，以验证所识别的风险基因和通路在疾病背景下的重要性。

该研究的各项结果紧密关联，层层递进。第一步的转录组和表观基因组景观分析结果显示，约36%至65%的基因在激活后差异表达。ERG模块（如C6）在刺激后1小时表达急剧上升，而LRG模块（如C3、C8）则在6小时达到高峰。特别是，ERG集群C6显著富集于胆固醇生物合成过程，且与精神分裂症、抑郁症等的GWAS信号显著相关，首次明确将神经元激活期间的胆固醇代谢与NPD遗传风险联系起来。此外，染色质可及性表现出复杂的“表观遗传记忆”和“染色质启动”现象，即部分基因的转录虽已停止，但其调控区域的开放状态却持续维持。第二步的基因调控网络分析成功推断出198个关键的转录因子。通过对自闭症谱系障碍（ASD）风险基因网络的聚焦研究，揭示了一个包含MEF2C、TCF4、RORB等转录因子及其共同调控的40个ASD风险基因的子网络。CRISPR基因敲除验证实验强有力地证实了该网络的准确性，例如，RORB基因敲除后，其在GABA能神经元中的7个预测ASD靶基因中有5个在激活后显著下调。第三步的QTL定位识别出数千个细胞亚型特异性且刺激时间点特异性的eQTL和caQTL。一个关键发现是，大量eQTL仅存在于刺激状态下，且这些动态eQTL与现有脑部eQTL数据库（如GTEx）的重叠度远低于静态eQTL，有力地证明了神经元激活模型能够揭示死后大脑研究中无法捕获的“隐藏”遗传效应。第四步的遗传力与因果分析显示，caQTL对NPD遗传力的解释度显著高于eQTL（例如对精神分裂症，caQTL解释了约25%的遗传力，而eQTL仅约10%），且刺激特异性QTL对NPD GWAS风险的富集强于基线状态。cTWAS分析进一步优选出19个高置信度的精神分裂症因果基因，其中大部分（如CPT1C）的因果信号完全由刺激状态下的QTL驱动，且与GWAS信号共定位。靶基因分析将这些因果caQTL指向了MAD1L1、ZNF823等已知或潜在的致病基因。最后一步的病例对照分析有力地佐证了通路层面的发现。结果显示，精神分裂症患者来源的神经元在激活后，其胆固醇合成基因（如C6模块中的5/6个）的表达量显著高于健康对照，且上调模式仅在激活状态下显现，直接支持了精神分裂症中存在活动依赖性胆固醇代谢失调的结论。

该研究的核心结论是，神经元激活作为一种特定的生物学背景，能够“揭开”许多在静息状态或死后大脑中被掩盖的神经精神疾病风险变体和基因的功能效应。研究阐明了遗传变异对活动依赖性基因表达和染色质可及性的广泛影响，特别是caQTL在解释疾病遗传性及定位因果变异方面展现出超越eQTL的巨大潜力。

这项工作具有极高的科学价值和应用前景。在科学层面，它不仅提供了一个大规模的、背景特异性的人类神经元多组学参考数据集，还通过构建和验证活动依赖性GRN，为理解NPD风险基因如何相互作用并影响特定生物学过程提供了机制性框架。其最突出的亮点在于将胆固醇和脂质代谢失调置于NPD病理发生中的一个核心位置，将神经活动、代谢和遗传风险紧密串联，为疾病机制研究开辟了全新方向。在方法学上，研究将大规模iPSC建模、多模态单细胞测序、创新的统计学方法（如cTWAS）和CRISPR基因编辑验证相结合，为如何系统研究非编码区遗传变异在特定环境下的功能树立了典范。其应用价值在于，新发现的活动依赖性风险基因和caQTL位点为精神疾病的药物靶点开发提供了新颖且更精准的干预靶标。尤其是，研究结果提示，针对胆固醇代谢的现有药物或许能被重新利用，为改善精神分裂症等疾病的临床症状带来新的治疗策略。