Sci Adv｜林晓蕾、冯建峰团队：大数据解析基因环境在青少年结构性神经发育中的交互作用机制

母亲教育作为社会经济因素中的关键一环，与子代青少年结构性神经发育有着密切的联系。解析母亲教育影响子代神经发育的生物学机制及其相关社会学机制对于理解与青少年神经发育相关的社会因素、家庭社会干预机制及公共政策的制定具有重要意义。

复旦大学大数据学院林晓蕾、冯建峰研究团队基于大型多中心青少年神经影像纵向队列（Adolescent Brain Cognitive Development,ABCD；n=7,662, 9-11岁） 的结构磁共振、社会经济因素和基因组学数据，通过基因-环境交互式研究发现母亲教育对子代青少年期结构性神经发育的影响主要涉及代谢、炎症反应和突触可塑性等生物学功能，并与青少年期及成年期的行为特征和健康状态存在共享生物机制。该研究团队进一步揭示了母亲教育影响宏观社会经济效应在神经发育的实际主导作用。该研究第一次从生物学和社会学角度阐释了母亲教育在子代神经发育中的重要作用。

11月16日，这一研究成果以Gene-Environment interactions in the influence of maternal education on adolescent neurodevelopment using ABCD Study为题发表在Science Advances。

母亲教育与子代青少年期脑区灰质体积的相关性

本研究以高中、大学学历为分割点将母亲教育划分为三分类变量，分析发现较高的母亲教育水平与较大的脑区灰质体积显著相关，其中相关性最强的脑区包括液中颞叶、梭状回、中央前回、下颞叶和额极。纵向分析进一步发现与高水平母亲教育相比，中、低母亲教育水平对总灰质体积的影响尽管随着时间的推移有所减弱，但在青春中期之前仍然较为显著。

图一：母亲教育与脑区灰质体积的相关性及其随时间的变化轨迹。

母亲教育对子代青少年期神经发育基因作用的修饰效应

为揭示母亲教育在子代青少年期神经发育中的生物学机制，研究者进行了全基因组-环境交互研究 （Gene-environment-wide interaction study, GEWIS） ，并对显著位点进行了生物学注释。研究结果显示这些显著位点的功能主要集中在糖脂代谢、炎症反应和突触活动等生物学过程中。例如位于19号染色体上的单核苷酸多态 （SNP） 位点，rs2081046，与CCAAT增强子结合蛋白α （CEBPA） 功能相关；而CEBPA 作为转录因子参与葡萄糖和脂质代谢，并具有一定的免疫调节作用，如调控促炎性细胞因子的分泌等。这些结果同样在ABCD的多孩留出样本 （leave-out sample） 和来自欧洲的外部青少年神经影像队列IMAGEN中得到了验证。

基于基因的注释结果进一步发现了一个重要的影响基因，CSMD1。CSMD1编码了一种补体途径抑制因子，调节C3/CR3依赖的轴突修剪(41)，这与中枢神经系统的发育，特别是执行功能有关。母亲教育对CSMD1的调节作用也反映在多个执行功能 （executive function） 相关的脑区。同时，通过遗传重叠分析，研究者发现母亲教育所修饰的与颞中叶和内侧眶额发育有关的基因位点与包括身体特征、抑郁等神经心理表型有关，这提示了其中可能的共同生物学机制。

母亲教育的社会学多维度拆解

为了更具体地解释母亲教育对子代神经发育影响的社会学机制，研究者基于中介分析发现，相比于微观家庭环境 （如家庭冲突和亲子关系） ，社会经济地位 （如家庭收入和邻里环境） 在调节基因在神经发育的影响方面更为重要。这一发现对社会福利政策和相关干预措施的制定具有重要意义。然而，这并不意味着应该否定亲子沟通的作用。后续研究需要进一步考虑环境路径分解的复杂性。

这项研究工作首次从生物学机制和社会学机制两方面揭示了母亲教育对子代青春期神经发育的重要作用，并进一步指出其对成年后神经心理特征和相关身体特征的长期影响。

本文第一作者为复旦大学大数据学院直博生施润叶、类脑智能研究院副研究员常晓，通讯作者为复旦大学大数据学院林晓蕾副教授和冯建峰教授。

原文链接：http://doi.org/10.1126/sciadv.adp3751

制版人：十一

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