一文回顧2021年神經精神疾病領域組學研究進展

沒有精神健康就沒有健康，精神障礙占整個疾病負擔的12%以上, 超過各種癌癥的疾病負擔。人們對精神疾病的認識和治療需求日益增加。值得欣慰的是，隨著基礎與臨床研究的不斷進步，使得疾病早診和精準治療已逐漸應用到臨床診療中。今天，中科新生命為大家精心盤點了神經精神疾病領域組學研究進展及2021年高分精選文章簡讀，希望能為大家提供一些科研思路，也祝愿各位老師在2022年再創(chuàng)高峰。

1 蛋白質組學
據不完全統(tǒng)計，迄今為止，神經精神疾病領域涉及蛋白質組學文章，共發(fā)表2895篇，其中IF≥10的文章共399篇；2021年發(fā)表526篇，IF≥10的文章92篇，并且整體呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，具體如下：

2 代謝組學
據不完全統(tǒng)計，迄今為止，神經精神疾病領域涉及代謝組學文章，共發(fā)表1207篇，其中IF≥10的文章共146篇；2021年發(fā)表316篇，IF≥10的文章39篇，并且整體呈現(xiàn)出逐年遞增的趨勢，具體如下：

3 單細胞轉錄組
據不完全統(tǒng)計，迄今為止，神經精神疾病領域涉及單細胞轉錄組文章，共發(fā)表873篇，其中IF≥10的文章共249篇；2021年發(fā)表138篇，IF≥10的文章52篇，值得關注的是，相比較于蛋白組學及代謝組學，近幾年單細胞轉錄組高分文章占比高，彰顯出其研究價值及熱度，具體如下：

精選文獻簡讀
1
文獻名稱：Exercise plasma boosts memory and dampens brain inflammation via clusterin
發(fā)表期刊：Nature（IF= 49.964）
組學技術：蛋白組
實驗材料：跑步鍛煉小鼠和久坐小鼠血漿
摘要：本研究中作者將跑步鍛煉小鼠的血漿“轉移”到久坐小鼠身上，減少了它們的神經炎癥，并改善它們的認知表現(xiàn)。通過對血漿蛋白質組的檢測，他們發(fā)現(xiàn)補體和凝血途徑相關蛋白（包括簇集素蛋白CLU）顯著上調。進一步實驗證實靜脈注射CLU可以減少急性腦炎和阿爾茨海默病小鼠模型中神經炎性基因的表達。另外，作者還發(fā)現(xiàn)輕度認知障礙患者進行6個月的有氧訓練后，血漿CLU水平升高。這些發(fā)現(xiàn)證明了抗炎運動因子的存在，為運動如何有益于大腦的機制提供了新的見解。

2
文獻名稱：Single-cell delineation of lineage and genetic identity in the mouse brain
發(fā)表期刊：Nature（IF= 49.960）
組學技術：單細胞測序
實驗材料：在胚胎第10.5天、12.5天、13.5天、14.5天的小鼠前腦組織
摘要：本研究將高通量單細胞 RNA 測序 (scRNA-seq) 與祖細胞的大規(guī)模平行標記相結合，重建前腦神經發(fā)生過程中的譜系關系，量化了所有主要細胞類的克隆分化和收斂，發(fā)現(xiàn)不同類型的GABAergic神經元共享一個共同的譜系。GABAergic克隆的分化發(fā)生在細胞周期結束后的胚胎發(fā)生過程中，表明分化是在祖細胞水平上開始的一個譜系依賴過程。本研究加深了對神經發(fā)育障礙的理解，為解決相關疾病提供了理論基礎。

3
文獻名稱：Microglia modulate stable wakefulness via the thalamic reticular nucleus in mice
發(fā)表期刊：Nature Communications（IF= 14.912）
組學技術：全譜代謝組
實驗材料：正常對照組（清醒狀態(tài)/睡眠狀態(tài)）和小膠質細胞耗竭組（清醒狀態(tài)/睡眠狀態(tài)）小鼠皮層下區(qū)域腦組織
摘要：本研究利用全譜非靶代謝組學對正常對照組（清醒狀態(tài)/睡眠狀態(tài)）和小膠質細胞耗竭組（清醒狀態(tài)/睡眠狀態(tài)）小鼠皮層下區(qū)域腦組織進行檢測，發(fā)現(xiàn)調節(jié)分子線索，并通過脂質層面進行驗證，描繪了全面的代謝譜圖，最終發(fā)現(xiàn)神經酰胺是小膠質細胞調節(jié)睡眠/清醒的關鍵活性物質。進一步研究明確了小膠質細胞可以通過神經酰胺調節(jié)aTRN神經元活動進而控制清醒和睡眠狀態(tài)之間的轉換。大腦神經酰胺水平在不同的生理和病理條件下存在顯著變化，本研究為衰老和其他病理條件下清醒受損治療提供了新的思路。

4
文獻名稱：Multi-omic analysis of selectively vulnerable motor neuron subtypes implicates altered lipid metabolism in ALS
發(fā)表期刊：Nature Neuroscience（IF= 24.884）
組學技術：轉錄組+非靶代謝+靶向代謝
實驗材料：胚胎干細胞和誘導多能干細胞(HiPSCs)
摘要：本研究通過對人類多能干細胞誘導的脊髓運動神經元SMN和眼運動神經元進行轉錄組學和代謝組學分析，研究人員發(fā)現(xiàn)脂質代謝及其相關基因在肌萎縮側索硬化癥(ALS)脊髓運動神經元中表達失衡。進一步靶向代謝組學檢測發(fā)現(xiàn)花生四烯酸水平顯著升高。降低花生四烯酸水平的藥理作用足以逆轉人類SMN以及果蠅和小鼠模型體內ALS相關表型。本研究證明脂質代謝過程可作為ALS潛在的治療靶點。

5
文獻名稱：Metabolomics of sebum reveals lipid dysregulation in Parkinson’s disease
發(fā)表期刊：Nature Communications（IF= 14.913）
組學技術：非靶代謝組學
實驗材料：274例皮脂樣本（80例用藥初期 PD, 138例藥物PD和56例匹配良好的對照受試者）
摘要：本研究使用代謝組學的方法來觀察帕金森病人皮脂中脂質的變化。通過對274例受試者 (80例用藥初期 PD, 138例藥物PD和56例匹配良好的對照受試者 ) 檢測，篩選出10個顯著差異代謝物。通路富集分析表明，與肉堿穿梭、鞘脂代謝、花生四烯酸代謝和脂肪酸生物合成相關的脂代謝發(fā)生了變化。這項研究表明皮脂可以用來識別帕金森病的潛在生物標志物。

6
文獻名稱：Multi-omics of human plasma reveals molecular features of dysregulated inflammation and accelerated aging in schizophrenia
發(fā)表期刊：Molecular Psychiatry（IF= 15.992）
組學技術：蛋白質組學、翻譯后修飾蛋白質組學和代謝組學
實驗材料：54 名精神分裂癥患者和 51 名非精神病對照的血漿
摘要：本研究中，作者通過蛋白質組學，翻譯后修飾蛋白質組學（PTM）和代謝組學分析了 54 名精神分裂癥患者 (SZ) 和 51 名非精神病對象 (NC) 的血漿。蛋白質組學分析量化了742種蛋白質，PTM 分析鑒定了來自140種蛋白質的872種獨特的修飾肽，代謝組學注釋到了159 種代謝物。結合患者的社會統(tǒng)計學和臨床數據信息，發(fā)現(xiàn)了精神分裂癥患者中蛋白和代謝水平顯著變化的標志物，通過機器學習識別了年齡相關疾病風險的分子決定因素，篩選到的相關蛋白質也為精神分裂癥的早期干預治療提供了新的途徑。

7
文獻名稱：Integrating human brain proteomes with genome-wide association data implicates new proteins in Alzheimer’s disease pathogenesis
發(fā)表期刊：Nature Genetics（IF= 27.603）
組學技術：全蛋白質組關聯(lián)研究(proteome-wide association study，PWAS)
實驗材料：375例捐獻者死后大腦的背外側前額葉皮層(dPFC)樣本
摘要：本研究運用全蛋白質組關聯(lián)研究(proteome-wide association study，PWAS)，將阿爾茨海默癥 (AD) 隊列 GWAS結果與人腦蛋白質組進行PWAS分析，確定了11個與阿爾茨海默病(AD)有因果關系基因，它們通過順式調節(jié)的大腦蛋白豐度發(fā)揮作用，其中9個重要基因在PWAS階段得到驗證。本研究為AD的發(fā)病機制提供了新的見解，并為進一步的機制和治療研究提供了新的靶點。

8
文獻名稱：Biogeography of the large intestinal mucosal and luminal microbiome in cynomolgus macaques with depressive-like behavior（客戶文獻）
發(fā)表期刊：Molecular Psychiatry（IF= 15.992）
組學技術：16s測序與G350高通量靶向代謝組
實驗材料：MDD食蟹猴和對照組盲腸、升結腸、橫結腸和降結腸四個腸道部位的內容物及腸道粘膜
摘要：本研究通過16s測序與G350高通量靶向代謝組的方法在食蟹猴嚴重抑郁障礙 (MDD)模型中，首次描繪了不同腸道段的粘膜和腸道內容物中微生物群落組成及功能變化。結果發(fā)現(xiàn)具有抑郁行為食蟹猴在門水平上表現(xiàn)出不同的粘膜和腔內微生物組成的變化。功能預測發(fā)現(xiàn)大多數微生物群落功能變化涉及碳水化合物和能量代謝途徑，靶向代謝組學分析證實參與這些途徑的9種代謝物在MDD食蟹猴中被耗盡。本研究發(fā)現(xiàn)了導致抑郁狀態(tài)下代謝改變的途徑，加深了對粘膜和管腔微生物群參與抑郁癥發(fā)生機制的理解。