Adv Sci丨于春水团队揭示多模态脑影像表型的遗传环境交互效应及其敏感期

人类认知功能、精神健康及多种神经精神疾病易感性的个体差异与人脑结构和功能的个体差异密切相关，而后者的个体差异与遗传因素、环境因素及遗传环境交互效应有关。虽然遗传和环境主效应研究取得了重要进展，但是遗传环境交互效应研究仍相对较少。遗传环境交互效应的核心内涵在于：相同环境暴露对特定脑影像表型的作用强度或方向，会因个体基因型的差异而呈现显著异质性（甚至完全相反）。这一关键发现为精准干预策略的制定提供了重要理论支撑，是实现个体化脑健康管理的核心依据之一。

近日，天津医科大学总医院、天津市功能影像重点实验室于春水教授领衔CHIMGEN团队，在Advanced Science期刊发表了题为Genome-Wide by Lifetime Environment Interaction Studies of Brain Imaging Phenotypes的文章。揭示了常见多模态人脑影像表型的基因组-暴露组广度遗传环境交互效应及其敏感期，为精准干预策略的制定提供了全新的视角和关键窗口时期。

研究团队整合了七类多模态脑影像表型（灰质体积、皮层厚度、表面积、白质纤维束分数各向异性、网络内振幅、网络间功能连接和局部一致性），共计598项指标，并纳入全基因组范围的遗传变异与41项多维度环境暴露数据（涵盖空气污染、城市化水平、气候条件及家庭相关因素四大类别）。研究共筛选出486个对脑影像表型具有显著调控作用的遗传环境交互效应。值得注意的是，这些交互效应所揭示的生物学信息，无法通过单独的遗传主效应分析或环境主效应分析得以识别。以夜间灯光暴露为例，既往研究已证实其与小脑灰质体积存在显著正相关关系，而本研究进一步明确，该关联效应仅特异性存在于rs151256311位点（1q31.1）的特定基因型携带者中。

研究者通过系统分析发现，486个遗传环境交互效应在基因组、暴露组及脑表型组中呈现广泛分布特征。值得注意的是，这些交互效应对应的环境主效应中96%未达到显著水平，而遗传主效应则100%无显著统计学意义。这种遗传环境交互效应与遗传、环境单独作用于脑表型时的效应差异，充分彰显了开展全基因组与暴露组层面无偏广度交互分析的核心价值。进一步机制探究表明，与空气污染暴露存在交互作用的基因，与城市化暴露存在交互作用的基因分属不同的蛋白质-蛋白质相互作用网络。功能富集分析显示，空气污染相关交互基因显著富集于金属离子解毒及稳态维持通路，这一发现提示：对于携带金属硫蛋白相关风险基因型的特定人群，通过减少空气污染暴露等针对性干预措施，可能有助于降低其神经毒性损伤风险。

研究者借助CHIMGEN队列的时间动态环境暴露数据，首次开展遗传环境交互效应敏感期的探索。结果显示，144个遗传环境交互效应存在明确的敏感期，且这些敏感期主要聚焦于童年期（4-7岁）与青少年期（12-15岁），表明上述年龄段或可作为优化大脑发育的关键干预窗口。

综上所述，本研究整合遗传背景与时间动态环境暴露数据，构建多模态脑影像表型的全基因组遗传环境交互效应图谱，并明确了交互效应的敏感期。这些发现可精准定位遗传易感人群及关键发育阶段，为推动公共卫生策略从普适性建议向基于个体遗传背景与发育阶段的精准方案转型，提供个体化预防的科学路径与有效策略。

天津医科大学总医院博士后王思佳，河南省人民医院王梅云教授和天津医科大学肿瘤医院张鹏主治医师为本研究的共同第一作者，天津医科大学总医院于春水教授，天津医科大学医学技术学部医学影像学院梁猛教授，天津医科大学总医院秦文教授和清华大学地球系统科学系俞乐教授为本研究的通讯作者。

文章链接：http://doi.org/10.1002/advs.202500852

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