DRD3基因对精神分裂症研究的法医学意义
发布时间：2021-04-25
【摘要】阐明精神分裂症的病因和发病机制是医学面临的重要挑战之一，同时也是法医司法鉴定的重要内容之一。精神分裂症的多巴胺假说认为多巴胺能系统的失调是精神分裂症的病因，DRD3基因在脑中的区域性高表达以及其与众多精神疾病的阳性关联提示其在精神分裂症中的潜在重要性。本文综述了DRD3基因在精神分裂症的群体遗传学、动物模型和在人源细胞表达情况的研究现状，认为DRD3基因参与精神分裂症的发病机制并且在未来可能作为一个重要的遗传学指标而应用到法医精神病学的鉴定当中。
【关键词】法医精神病学;多巴胺D3受体;综述
精神分裂症(schizophrenia，SP)是一种由遗传因素和环境因素共同作用而发生的严重的精神疾患，以妄想、幻觉、思维障碍以及社会职业功能的下降为临床特点。这种常见的、严重的且通常是终身性的疾病给患者及其家庭和社会带来了巨大的负担。阐明SP的病因和发病机制是医学面临的挑战，同时也是法医司法鉴定的重要内容之一。
对于SP的发病机制存在多种神经递质系统的假说。自20世纪50年代氯丙嗪这种有效的抗SP药物被发现了以来，多巴胺假说已经成为了精神病学中最经久不衰的生物学理论之一。该假说认为，多巴胺能系统的失调是SP的病因。多巴胺(dopamine，DA)是人类中枢神经系统重要的神经递质，通过与受体结合发挥生物学作用。当编码受体的基因异常时，可能导致中枢神经系统受体异常表达，从而参与一些疾病的发病过程。多巴胺受体3(dopaminereceptorD3,DRD3)基因在整个人类大脑皮层中广泛表达，特别在边缘区(海马，前扣带回和胼胝体)呈现高表达，而大脑边缘区系统长期以来一直被认为与SP的发病机制相关。Peciña等[1]的研究结果表明重度抑郁症(majordepressiondisorder，MDD)患者腹侧纹状体多巴胺受体(dopaminereceptor，DR)的可利用性异常增高，提示了DRD3与MDD具有潜在关联。鉴于MDD与SP相似的遗传学背景，DRD3基因也可能是SP的重要候选基因。本文将对DRD3基因在SP群体遗传学、SP动物模型和SP人源细胞表达情况的现状以及其在SP的法医司法鉴定中的意义进行综述，旨在探究DRD3基因与SP的关联性及其在法医学中的意义。
1DRD3基因与SP群体遗传学
1992年，Crocq等[2]首次发现DRD3基因第一个外显子上的一个多态性位点rs6280(Ser/Gly)与英国和法国人群SP的遗传易感性相关，与对照组相比，SP患者的Ser/Ser基因型频率显著增高，而该位点可以在DRD3受体胞外氨基端第九位(Ser9Gly)发生丝氨酸到甘氨酸的氨基酸替换。此后，有关rs6280与SP的关联性研究在不同人群中被相继报道。Spurlock等[3]使用一个包含了欧洲多个人群的大样本进行了对DRD3基因纯合性的疾病关联性研究，结果表明与对照组相比，患者样本的rs6280位点上有大量的纯合子，尤其是Ser/Ser基因型，表现出与SP相关的rs6280位点的纯合过剩现象。Ebstein等[4]发现rs6280的Ser/Ser基因型增加了非德系犹太人患SP的风险，并且该位点还与意大利人群及非德系犹太人群SP的发病年龄相关。Morozova等[5]将俄罗斯受试者进行性别分层后发现rs6280只与女性SP风险显著相关，说明该位点对SP具有性别差异性影响。Talkowski等[6]对美国和印度人群进行家系与病例-对照研究，分析了11个在DRD3基因内部及周围均匀分布的多态性，发现rs6280和SP在两个家系样本中具有相一致的关联，但这种关联只在一个共同的单倍型背景下出现，推测rs6280的Ser等位基因可能不是该基因唯一的易感性等位基因。此外，有一种假设为：rs6280变异本身与SP无关，但该位点可能与真正引起疾病的位点存在中度的连锁不平衡(linkagedisequilibrium，LD)。研究人员集中探索了跨越DRD3基因第一个外显子与其5’端7kb之间的多态性并找到了不同单倍型与SP之间的关联性[7]，成功的为这种假设提供了依据。
另外，rs6280与SP的关联性也受到了许多其他(尤其亚洲人群)研究结果的挑战。Yang等[8]未找到包括rs6280在内的多巴胺受体上多个单核苷酸多态性(Singlenucleotidepolymorphism，SNP)与中国汉族人群SP存在关联性的证据。Qi等[9]对2017年7月以前有关rs6280与SP的病例-对照研究进行了meta分析，结果表明无论是总体研究还是以种族为基础的亚组分析均表明rs6280与SP的易感性并不相关。日本人群对DRD3基因与SP关联性的研究多数与中国人群相似。Utsunomiya等[10]虽然在一个日本人群的SP样本中发现其可能与rs6280具有关联，但是他们针对该多态性位点与日本人群SP的meta分析，既未找到rs6280与日本人群SP的等位基因，基因型的关联，又未观察到该位点与SP相关的纯合过剩现象。综上所述，DRD3基因上rs6280与SP的关联性可能存在种族差异。在欧洲人群中，rs6280与SP的发病年龄、性别相关，并且纯合子会影响SP患者的易感性，rs6280至少可以作为寻找欧洲人群DRD3基因与SP相关多态性的一个标记;而在亚洲人群中，rs6280与SP的关联性尚存在争议，多数研究表明该位点很可能与亚洲人群SP的发病并不相关。需要更多的大样本数据探索并确定rs6280与SP的具体关系。
2DRD3基因与SP动物模型
可靠的、可预测的动物模型，可以增进我们对如SP这种复杂的精神疾病的神经生物学了解，对与阐明SP的发病机制至关重要。据估计，目前已经开发出了20多个不同的SP动物模型，但基本可归属于神经发育模型、药物诱导模型、损伤模型和遗传操作这4种不同的诱导类别。
神经发育动物模型利用敏感围产期的环境操作或给药，使中枢神经系统发育发生不可逆转的变化。Watson等[11]将雄性Lister大鼠的幼鼠从断奶期开始分别进行隔离饲养与群体饲养，隔离饲养引起与SP类似的运动亢奋和对新异物体辨别能力的减弱。在6周时给予DRD3拮抗剂S33084和S33138却逆转了隔离饲养所引起的视觉识别、记忆缺陷和多动症，提示DRD3可能以重要的角色参与了SP的发病机制。
环己哌啶(Phencyclidine，PCP)是谷氨酸N-甲基-D-门冬氨酸(N-methy1-D-asparticacid,NMDA)受体的非竞争性阻断剂，由于可以引起SP的阳性症状(包括幻听、幻视、妄想、概念混乱和思维混乱)、阴性症状(情绪迟钝、社交退缩、快感缺乏、缺乏意志、思想贫乏和言语内容)和认知功能障碍(包括执行功能、工作记忆和注意力受损)而被用作产生SP的药物诱导模型。Takahashi等[12]在PCP诱导的SP大鼠中观察到海马和内嗅区的脑源性神经营养因子(Brain-derivedneurotrophicfactor，BDNF)持续升高，而BDNF早前就被发现可以调节DRD3基因的表达，能弥补多巴胺神经元的损失，间接证明了DRD3在SP药物诱导模型中发生了改变，与SP密切相关。另外，近期的研究指出，DRD3拮抗剂U99194和抗精神药物布南色林(Blonanserin)均可以改善PCP诱导所产生的社会缺陷，而DRD3激动剂7-OH-DPAT则可以拮抗布南色林的这种对精神疾病的改善作用[13]，为DRD3可以作为SP中所观察到的社会缺陷的新型治疗靶分子提供了线索。
腹侧海马体(neonatallesionintheventralhippocampus，NLVH)损伤的动物表现出青春期后对压力和DA激动剂的过敏反应，并且这些反应症状可以通过抗精神病药物治疗逆转，因而被用作SP的原始非药理学损伤模型。Genis-Mendoza等[14]比较了DRD3和DRD2基因分别在幼年和成年时期的NLVH大鼠大脑中相对于非NLVH大鼠组的mRNA表达水平，发现与非NLVH组相比，成年NLVH大鼠的DRD3mRNA在伏隔核表达明显下降，而这种显著差异并没有在NLVH大鼠的幼年期出现。这些发现表明，DRD3基因的表达水平可能在成年期发生了改变，从而导致精神分裂症相关的行为和神经化学变化。
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人类遗传学研究发现的SP易感基因使得基于遗传病因学的小鼠模型得以产生。虽然各个基因的因果突变本身尚未明确，每个基因的重要性仍然存在争议，但DRD3基因作为庞大的DA能系统中的重要一员而备受关注。美国最近批准的新型抗精神病药物卡利拉嗪(Cariprazine)是一种更偏向于DRD2/DRD3部分激动剂，它可以显著减弱野生型小鼠的慢性不可预测的应激性快感缺乏样行为，而在DRD3敲除小鼠中却未观察到卡利拉嗪的这种抗快感缺乏样作用，这表明卡利拉嗪的抗抑郁样活动是由DRD3介导的[15]。而众多研究已阐明SP、抑郁症、躁郁症等精神神经疾病具有相似的病理生理学背景，提示DRD3参与SP的病理过程。研究显示，DRD3基因缺失小鼠(DRD3-/-)的细胞外DA水平是野生型(WT)小鼠的两倍，并表现出轻度到中度的直线运动亢奋[16]，这与DRD3可以在一定程度上作为一种自身受体(即突触前受体)抑制DA释放的陈述相一致。那么我们可以推测，DRD3可以通过影响DA的释放量而参与到SP相关的认识能力改变中。
综上，在不同的SP动物模型中均可找到DRD3基因参与SP病理学机制的证据。然而，并非涉及SP动物模型的每个研究均能揭示DRD3基因在疾病中所起到的重要作用。由于动物模型机制的多样性、活体操作的不稳定性和较差的可重复性，目前DRD3基因的SP病理学机制研究在该领域并未获得统一的结论。因此，需要更多、更全面的相关研究来进一步探索DRD3基因是否参与SP的发病过程以及其具体的病理生理学机制。
3DRD3基因与SP人源细胞表达情况
长链非编码RNA(longnon-codingRNAs，lncRNA)功能障碍已被证实与精神疾病有关。Chen等[17]利用小干扰RNA(smallinterferingRNAs，siRNA)将人神经母细胞瘤细胞系(Humanneuroblastomacelllines，SK-N-SH)中的lncRNANONHSAT089447敲除，检测到了较对照组降低水平的DRD3和DRD5的表达;相反的，超过生理水平的NONHSAT089447则可显著上调DRD3和DRD5的表达，而早前同一团队的研究结果已证明LncRNANONHSAT089447可能参与SP的发病和发展，因而为DRD3基因与SP的潜在关联性提供了间接依据。此外，研究表明外周血单个核细胞(peripheralbloodmononuclearcells，PBMCs)中的多巴胺受体可以反映其同源受体在脑中的表达水平，而PBMCs包括外周血淋巴细胞(peripheralbloodlymphocytes，PBLs)和单核细胞。Ilani等[18]发现SP患者PBLs中的DRD3mRNA水平较健康对照组显著提高了至少2倍，提示SP患者mRNA水平与健康对照组PBLs具有差异性表达模式。FernandezEgea等[19]测量了分离的CD4细胞中DR基因的表达，发现DRD3的表达在氯氮平治疗的精神分裂症患者中显着增加，并与CD4谱系中分化的T细胞类别显著相关，表明DRD3潜在的精神分裂症参与者角色，并提示SP可能由免疫机制引起或制约。
综上所述，体外研究表明DRD3基因与SP具有一定的关联性，SP患者DRD3基因表达水平较正常人升高，且SP与免疫机制密切相关。当然，需要更多的研究来确定DRD3基因在SP发病机制中所扮演的角色。
4DRD3基因遗传标记的法医学意义
目前，许多刑事案件、民事案件以及道路交通案件中均有涉及对SP等精神疾病的司法鉴定。其中，法医精神病学鉴定在刑事案件中占据主导地位，科学有效的遗传信息有望为法医精神病学鉴定提供两个主要方面的价值：(1)刑事责任，即个人的遗传构成是否影响其行为，从而降低其对某一犯罪行为的道德责任水平，降低其刑事责任能力;(2)犯罪预测，一个人的基因组成信息在多大程度上能够决定一个人未来的犯罪倾向。此外，在涉及司法精神病的民事案件及道路交通案件中寻找有效的遗传学指标的需求也在与日俱增。然而，目前SP的诊断依据仍然是基于访谈和医疗记录的临床标准，例如《精神疾病诊断与统计手册》(第四版)(diagnosticandstatisticalmanualofmentaldisorders-IV，DSM-IV)，诊断的过程带有一定的主观性，即使训练有素的临床研究人员之间也不能达到完全的一致性[20]。SNP作为第三代遗传标记能够稳定遗传，其分布广泛但突变率相对较低，重要的是便于自动化的高通量分析。目前认为40~60个SNPs位点的识别能力可以等同于13~15个STRs基因座的效力[21]，而目前已有大量研究表明DRD3基因上的rs6280与精神疾病显著相关，那么rs6280有望对精神分裂症在遗传学领域的鉴定做出贡献。另外，DRD3基因的mRNA水平在精神病人及正常对照人群具有差异性表达模式，这也许可以作为未来法医精神病学鉴定的一项检测指标。综上所述，DRD3作为科学的遗传学指标之一，可与其他有效的遗传学指标一起与法律指标进行比对，从而对提高法庭对涉及法医精神病学鉴定案件结果判定的准确性。因此，DRD3在未来很可能作为一个重要的遗传学指标而应用到法医精神病学的鉴定当中。——论文作者：刘永萍，吴雪，姚军，夏皙，王保捷
