色氨酸羥化酶基因A218C多態性對抑制控制影響的事件相關電位研究

劉 永，詹向紅，韓賀云，王慧霞，閆秀娟，侯俊林，王友杰

(1. 山東中醫藥大學基礎醫學院，山東 濟南 250300；2. 河南中醫學院基礎醫學院,河南 鄭州 450008)

論 著

色氨酸羥化酶基因A218C多態性對抑制控制影響的事件相關電位研究

劉 永1，2，詹向紅2，韓賀云2，王慧霞2，閆秀娟2，侯俊林2，王友杰2

(1. 山東中醫藥大學基礎醫學院，山東 濟南 250300；2. 河南中醫學院基礎醫學院,河南 鄭州 450008)

目的 應用事件相關電位技術,檢測不同色氨酸羥化酶(TPH)基因A218C多態性被試抑制控制的腦電特征。方法 以51名在校正常大學生為受試者,PCR-LDR法測定受試者基因型(AA/AC/CC),采用Go/Nogo范式,由Neuroscan系統記錄并分析受試者腦電特征,比較不同基因型受試者的腦電成分。結果 不同基因型受試者Go/Nogo任務的行為反應比較差異無統計學意義，不同基因型受試者N2差異波幅比較差異有統計學意義，P3波幅、N2成分波幅和潛伏期比較差異均無統計學意義。結論 不同色氨酸羥化酶基因A218C多態性對大腦信息加工和處理過程產生了影響,不同基因型影響對刺激的監控過程,具有不同的腦電活動特征。

色氨酸羥化酶多態性;連接酶特異檢測反應;事件相關電位;執行功能;抑制控制

情緒個體差異的遺傳背景受到越來越多的關注,研究發現情緒的產生、表達和控制受到遺傳因素的影響。基因多態性是指DNA堿基序列的差異,這種差異在群體中出現的頻率大于1%,且以孟德爾遺傳方式遺傳。色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase,TPH)是5-羥色胺(5-hydroxy tryptamine,5-HT)合成的限速酶，定位于人類11號染色體短臂上，TPH基因中存在一個多態性位點A218C，研究報道其與自殺沖動等多種情緒精神障礙的發生相關[1-2]，也與憤怒特質相關[3]。憤怒、抑郁情緒等的產生均與抑制控制密切相關[4]。為探討TPH基因多態性對情緒的影響是否與人的抑制控制能力有關，本研究選擇事件相關電位技術(event related potentials,ERPs)考察了不同TPH基因型受試者抑制控制的能力，現報道如下。

1 研究資料

1.1研究對象 經倫理委員會批準后招募在校正常大學生51人為受試者,填寫知情同意書及一般情況調查表，參考文獻[5]方法設立入組及排除標準。

1.2 試驗程序和任務 刺激由E-prime 2.0系統控制呈現。參考文獻[6]做法,以黑色單/雙三角形構成Go/Nogo任務刺激圖形,共8組刺激,每組含100個試次,其中Go任務為60個,Nogo任務為40個。要求受試者Go任務時做按鍵反應,出現Nogo任務則不做任何反應，按鍵手在受試者中交叉以平衡左右手動作對腦電的影響。整個實驗約需要20 min,實驗完成后給予被試一定酬勞。

1.3 數據采集與處理 采用NuAmps 40導系統(Neuroscan Inc)記錄腦電圖(EEG)，同步記錄連續EEG與行為學數據。用Neuroscan 4.5軟件對腦電數據進行離線分析。對反應正確的EEG進行分類疊加,得到Go和Nogo刺激產生的兩類ERPs數據，對得到的ERPs進行30 Hz(24 dB/oct)無相移低通數字濾波。

1.4 基因分型 采用PCR-LDR法進行基因分型。聘請檢驗科護士采血,以血樣白細胞基因組DNA為模板,擴增目的基因片段。聚合酶鏈式反應(PCR)的引物序列為5’-GCA TTT AGA ATG GTA CCT GGC-3’，5’-CAC CAC TCG ATG CAA CAT TTG-3’。PCR反應體系:模板DNA 1 μL,10×PCR buffer 1.5 μL,MgCl2(25 mmol/L)1.5 μL,dNTP(10 mmol/L)0.3 μL，Taq酶1.25 IU,引物各0.25 μL,使用去離子水補足體積至25 μL。反應條件:94 ℃預變性2 min；94 ℃變性15 s、60 ℃退火15 s、72 ℃延伸30 s共35個循環；72 ℃延伸3 min。擴增產物通過連接酶特異檢測反應(LDR)檢測基因多態性位點。針對多態性位點設計識別兩種不同堿基的左端探針(長度相差3 bp)以及帶熒光(FAM)的右端共用探針,終產物長度差別即為左端探針的長度差別。LDR探針序列為右端公用探針P-TAG CTG CTA TTC TGA GCA TAG GGA A-FAM；左端探針TA：TAT TAA TTG ACA ACC TAT TAC GTG A，連接產物為50/A；左端探針TC：TTT TAT TAA TTG ACA ACC TAT TAC GTG C,連接產物為53/C。10 μL連接體系為：PCR產物3 μL、10×Taq DNA ligase buffer 1 μL、Taq DNA ligase 5 IU,特定LDR探針各0.1 pmol,去離子水補足體積至10 μL。連接反應參數:94 ℃變性30 s、60 ℃退火并連接3 min,循環20次。反應結束后,4 ℃保存待用。取1 μL連接反應產物,加10 μL上樣buffer(已混入MarKer),95 ℃變性3 min,立即冰水浴。連接產物經ABI 3730XL測序儀掃描,根據目的峰與MarKer的位置差距來讀取結果(上海捷瑞生物工程有限公司合成引物并完成測定)。最終各基因型納入受試者AA型14人,AC型22人,CC型15人。

1.5 數據分析與統計 所有數據均采用SPSS 22.0軟件進行統計分析。導出行為學數據(反應時、正確率)進行單因素方差分析。對于EEG結果本研究主要對中線的5個電極位點(Fz、Fcz、Cz、Cpz和Pz)進行統計分析。以刺激出現后200～300 ms時間窗內最大負向波峰值及其出現時間為N2幅值和潛伏期，300～500 ms時間窗內最大正向波峰值及出現時間為P3的幅值和潛伏期。為了強調Nogo效應和進行組間比較,研究使用相減技術從Nogo成分中減去Go成分,分別獲得N2和P3的差異波(N2d和P3 d),以刺激出現后200～300 ms、300～500 ms時間窗內N2d和P3d的面積作為Nogo效應的指標[7]。分別對N2、P3 峰潛伏期和波幅以及差異波進行混合重復測量數據方差分析。重復測量方差分析的P值采用Greenhouse-Geisser法校正。在以上所有統計分析中,以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1不同基因型受試者行為學數據 不同基因型受試者正確率、反應時差異均無統計學意義。見表1。

表1 不同基因型受試者行為數據比較

2.2 不同基因型受試者ERPs分析 不同基因型在不同刺激條件下產生的N2、P3成分及差異波成分見圖1～3。

圖1 不同基因型受試者Go刺激下產生的ERPs成分(額中央區Fcz)

圖2 不同基因型受試者在Nogo刺激下產生的ERPs成分(額中央區Fcz)

圖3 不同基因型受試者ERPs差異波成分(額中央區Fcz)

2.2.1 潛伏期 不同基因型組間Go和Nogo 刺激產生的N2成分及反應類型間比較差異均無統計學意義[F(2,48)=0.277,P=0.759,η2=0.011；F(1,48)=0.137,P=0.713,η2=0.003]；不同組間Go和Nogo刺激產生的P3成分潛伏期比較差異無統計學意義[F(2,48)=2.705,P=0.077,η2=0.101],但反應類型間比較差異有統計學意義[F(1,48)=10.526,P=0.002,η2=0.180],事后檢驗顯示Nogo效應峰潛伏期(390.34±4.29)ms較Go效應峰潛伏期[(376.98±5.17)ms]長。

2.2.2 波幅 各基因受試者在不同刺激條件下產生的N2成分波幅比較差異無統計學意義[F(2,48)=1.075,P=0.349,η2=0.043]，反應類型間比較差異有統計學意義[F(1,48)=108.08,P=0.000,η2=0.692]，事后檢驗表明Nogo效應N2波幅較大[(-2.75±0.59)μV]，Go效應波幅較小[(0.07±0.60)μV](N2波為負向波)；不同基因型間與反應類型間交互效應顯著[F(2,48)=7.50,P=0.001,η2=0.238]，簡單效應分析顯示Nogo任務中AC型和CC型波幅比較差異有統計學意義(P=0.032)；不同基因型受試者Nogo任務波幅均大于Go任務。不同基因型受試者在不同刺激條件下產生的P3成分波幅比較差異無統計學意義[F(2,48)=2.673,P=0.079,η2=0.100]；反應類型間效應差異有統計學意義[F(1,48)=14.19,P=0.000,η2=0.228]，事后檢驗表明Nogo效應P3波幅較大[(8.51±0.57)μV]，Go效應波幅較小[(7.23±0.56)μV](P3波為正向波)；不同基因型間與反應類型間交互效應比較差異無統計學意義[F(2,48)=0.816,P=0.448,η2=0.033]。

2.2.3 N2d面積 中線部位5個電極的N2d面積不同基因型間比較差異有統計學意義[F(2,48)=7.248,P=0.002,η2=0.232] ，事后檢驗表明CC型N2d面積最大為-336.50±35.17，AC型和AA型的N2d面積分別為-214.65±29.04和-148.14±36.40。中線部位5個電極的P3d面積不同基因型間比較差異無統計學意義[F(2,48)=1.720,P=0.190,η2=0.067]。

3 討 論

執行功能是指在完成復雜的認知任務時,對各種認知過程進行協調,以保證認知系統以靈活、優化的方式實行特定目標的一般性控制機制；其本質就是對其他認知過程進行控制和調節。執行功能的主要成分包括抑制控制、轉換和刷新等,其中抑制控制是執行功能的核心成分[8-9]。前期研究表明TPH基因A218C多態性與憤怒等情緒產生與表達的差異性相關[10-11]。個體憤怒特質與攻擊、自殺等行為關系密切,高特質憤怒個體在敵意情境下會表現出更多的攻擊傾向,而攻擊等與執行功能尤其是抑制控制功能呈負相關[12]。那么TPH 基因A218C多態性對憤怒情緒產生和表達的影響是不是通過影響執行功能而實現的是當前需要解決的問題。

事件相關電位具有較高的時間分辨率和一定的空間分辨率。大量研究表明,Go/Nogo任務可以用來檢測抑制控制[13-16]。在Go/Nogo任務中受試者需要對靶刺激作出反應而抑制對非靶刺激的反應沖動。該任務產生2個主要腦電成分,第1個是波峰在200～300 ms潛伏期內的Nogo-N2成分，第2個是波峰在300～500 ms潛伏期內的Nogo-P3成分。這2個ERPs成分都被認為與抑制控制有關。N2波反映了對刺激信息的監測, 包括對新異刺激的察覺和對視覺注意資源的分配等[17]。Nieuwenhuis等[18]報道N2波幅在低頻刺激下增大且定位于前扣帶回,認為Nogo-N2代表了信息輸入及加工過程中干擾信息的監測。Kok等[19]在Stop-Signal任務發現正確的Nogo試次明顯比錯誤的Nogo試次誘發出來的Nogo-P3大，認為前中央部誘發出來的Nogo-P3增大反映了反應抑制過程。盡管兩成分的心理過程沒有最終確定,但可以認為Nogo-N2和Nogo-P3可能分別代表了與抑制控制有關的2個加工過程——沖突監測[20]和反應抑制[21]。本研究結果顯示，不同基因型受試者Go/Nogo任務的行為反應比較差異無統計學意義，這可能是因為本實驗Go/Nogo任務比較簡單所致。從ERPs數據來看,受試者在Nogo試次的N2及P3波波幅均較大,表明本次研究成功誘發出了Nogo效應。N2波不同基因型間與反應類型間交互效應顯著，簡單效應分析顯示Nogo任務中AC型和CC型波幅比較差異有統計學意義；另外N2d比較差異也有統計學意義，CC型波幅最大，而AA型波幅較小,顯示受試者在認知信息加工處理過程中具有不同的腦電活動特征。不同基因型受試者N2d比較差異有統計學意義，N2d是Nogo任務減去Go任務后的差異波，相減后的成分被認為代表了純粹的抑制控制腦電成分，因此該結果表明不同基因型受試者的抑制控制能力存在不同，CC型最強而AA型最弱。但不同基因型受試者P3成分及差異波的差異均無統計學意義,表明不同TPH A218C基因多態性對大腦后期信息加工和處理過程影響不顯著。因此可認為不同基因型受試者對刺激信息的監測存在差異,不同基因型影響對刺激的監控過程具有不同的腦電活動特征。

[1] González-Castro TB, Juárez-Rojop I, López-Narváez ML，et al. Association of TPH-1 and TPH-2 gene polymorphisms with suicidal behavior：a systematic review and meta-analysis[J]. BMC Psychiatry，2014，14:196

[2] Koh KB，Choi EH，Lee YJ,et al. Serotonin-related gene pathways associated with undifferentiated somatoform disorder[J]. Psychiatry Res，2011，189(2):246-250

[3] 侯俊林，詹向紅，劉永，等. TPH基因A218C多態性與憤怒啟動及控制特質的關系[J]. 中華中醫藥雜志，2012，27(7):1801-1804

[4] Adler LA,Dirks B,Deas PF,et al. Lisdexamfetamine dimesylate in adults with attention-deficit/ hyperactivity disorder who report clinically significant impairment in executive function:results from a randomized, double-blind, placebo-controlled study[J]. J Clin Psychiatry，2013，74(7):694-702

[5] Yang B,Yang S,Zhao L,et al. Event-related potentials in a Go/Nogo task of abnormal response inhibition in heroin addicts[J]. Sci China C Life Sci, 2009，52(8):780-788[6] 張炳蔚,許晶,趙侖. 晚發性抑郁患者情緒調節機制的ERPs研究[J]. 航天醫學與醫學工程,2006，19(2):150-152

[7] Gajewski PD,Falkenstein M. Effects of task complexity on ERP components in Go/Nogo tasks[J]. Int J Psychophysiol，2013，87(3):273-278

[8] Selemon LD. A role for synaptic plasticity in the adolescent development of executive function[J]. Transl Psychiatry，2013，3:e238

[9] Chiu YC,Egner T. Inhibition-induced forgetting:when more control leads to less memory[J]. Psychol Sci，2015，26(1)：27-38

[10] 侯俊林,詹向紅,劉永,等. TPH基因A218C多態性與憤怒啟動及控制特質的關系[J]. 中華中醫藥雜志,2012,27(7):1801-1804

[11] 詹向紅,侯俊林,閆秀娟,等. 色氨酸羥化酶A218C多態性與憤怒啟動及表達特質的關系[J]. 中華中醫藥雜志,2013,28(7):2001-2004

[12] Potegal M. Temporal and frontal lobe initiation and regulation of the top-down escalation of anger and aggression[J]. Behav Brain Res，2012，231(2):386-395

[13] Moreno S,Wodniecka Z,Tays W,et al. Inhibitory control in bilinguals and musicians: event related potential (ERP) evidence for experience-specific effects[J]. PLoS One，2014，9(4):e94169

[14] Woltering S,Liu Z,Rokeach A,et al. Neurophysiological differences in inhibitory control between adults with ADHD and their peers[J]. Neuropsychologia，2013，51(10):1888-1895

[15] Covey TJ,Shucard JL,Violanti JM,et al. The effects of exposure to traumatic stressors on inhibitory control in police officers: a dense electrode array study using a Go/NoGo continuous performance task[J]. Int J Psychophysiol，2013，87(3):363-75

[16] Benikos N,Johnstone SJ,Roodenrys SJ. Varying task difficulty in the Go/Nogo task: the effects of inhibitory control, arousal, and perceived effort on ERP components[J]. Int J Psychophysiol，2013，87(3):262-272

[17] Folstein JR,Van Petten C. Influence of cognitive control and mismatch on the N2 component of the ERP:a review[J]. Psychophysiology，2008，45(1):152-170

[18] Nieuwenhuis S,Yeung N,van den Wildenberg W,et al. Electrophysiological correlates of anterior cingulate function in a go/no-go task:effects of response conflict and trial type frequency[J]. Cogn Affect Behav Neurosci，2003，3(1):17-26

[19] Kok A,Ramautar JR,De Ruiter MB,et al. ERP components associated with successful and unsuccessful stopping in a stop-signal task[J]. Psychophysiology,2004，41(1):9-20

[20] Wang S,Hui N,Zhou X,et al. Neural mechanisms underlying conflict monitoring over risky decision alternatives:evidence from ERP in a Go/Nogo task[J]. J Integr Neurosci，2014，13(3):497-508

[21] Cid-Fernandez S1,Lindin M,Diaz F. Effects of amnestic mild cognitive impairment on N2 and P3 Go/NoGo ERP components[J]. J Alzheimers Dis，2014，38(2):295-306

Association study on tryptophan hydroxylase gene A218C polymorphism and inhibitory control: an ERPs study

LIU Yong1,2, ZHAN Xianghong2, HAN Heyun2, WANG Huixia2, YAN Xiujuan2, HOU Junlin2, WANG Youjie2

(1.School of Basic Medicine，Shandong University of TCM，Ji’nan 250300，Shandong，China；2. School of Basic Medicine，He’nan College of TCM，Zhengzhou 450008, He’nan, China)

Objective It is to observe the association on tryptophan hydroxylase gene A218C polymorphism and inhibitory control by event related potentials(ERPs). Methods 51 healthy undergraduates at school were selected as subjects, behavioral data and ERPs data relevant to a visual Go/Nogo task were recorded and analyzed by Neuroscan system. The participants were assigned to 3 groups(AA/AC/CC)by their single nucleotide polymorphism type. Results No significant difference was found in either reaction time or accuracy of Nogo task among different gene type subjects(P>0.05). The N2 Difference Wave (Nogo minus Go)amplitudes showed a significant difference among different gene type subjects. No significant difference was found in the P3 amplitude, N2 component amplitude,latency among different gene type subjects. Conclusion The TPH A218C polymorphism participates in the process of cognitive control, different gene type can effect the conflict monitoring of novel stimuli with different electrical activity features.

tryptophan hydroxylase polymorphism；ligase detection reaction；event related potentials；executive function；inhibitory control

劉永,男,講師,博士在讀,研究方向為情志與衰老及相關疾病的機制研究。

詹向紅，E-mail：zxh371@163.com

國家自然科學基金項目(30772686；30973695)

10.3969/j.issn.1008-8849.2015.11.001

R596

A

1008-8849(2015)11-1141-04

2014-12-30