精神分裂癥患者與飲用水鋰元素水平關系及相關基因調查研究*

劉飛虎,吳強駒 ,崔小花 ,賀瑞峰, 張 曼, 師艷寧, 王國棟 ,賈 杰 ,劉 勇

1．西安市精神衛生中心(西安 710100);2．西安交通大學醫學部神經生物學研究所(西安 710061)

精神分裂癥(Schizophrenia，SZ)是一種慢性的可致殘的精神疾病，其發病率約占世界總人口的1%，無性別差異。患病者常出現妄想、幻想、淡漠、缺乏動力和精神緊張等現象[1]，受摧殘程度極大，80%～90%不能工作，死亡人數高達10%[2]。精神分裂癥的主要治療手段是服用抗抑郁藥物，然而，許多患者對這些藥物敏感性較低。因此，在精神分裂癥治療的過程中大量的輔助劑被使用。鋰(Lithium，Li)，雙相情感障礙(Bipolar disorder，BPD)的最完善的治療方法之一，可穩定人的心情，因此是常用的抗精神病藥輔助劑。研究表明，鋰元素可以減輕躁狂癥和抑郁癥，增強許多抗抑郁藥和抗精神病藥物的功效[3-4]，同是也是評判卡馬西平[5]、丙戊酸鹽[6]和苯二氮卓類藥物[7]作為精神分裂癥的唯一或輔助治療的方法，在精神分裂癥(如分裂樣精神病和分裂情感性精神病)的治療中扮演重要作用[8-9]。有文獻報道，鋰幾乎可影響每一種神經遞質系統，并且可改變離子運輸，激素和晝夜節律調節以及基因表達的機制[10-11]，所以推測其功效很可能不是由一種特殊的生化機制引起的。國內外研究現狀表明，鋰在精神分裂癥發病和治療中扮演重要角色，但缺少臨床數據的支持。因此，本研究通過臨床調研，考察鋰元素與精神分裂癥關系，同時從基因層面探究這些精神分裂癥患者的發病機制，探索目的基因與鋰元素致精神分裂癥的內在機制關系。

資料與方法

1 樣本收集 通過區域調研和臨床調研收集陜西省內的精神分裂癥患者病例，采集樣本信息，評判精神分裂癥標準符合ICD-10關于精神分裂癥(偏執型)診斷標準；年齡18～45歲,漢族；首次發病，病程不超過1年，未應用抗精神病藥物; PNASS評分≥60分。所有患者均同意簽訂知情同意書，經過倫理委員會批準。采集不同區域的日常飲用水(西安碑林、蓮湖、雁塔、新城、未央為日常城市用水，銅川市、禮泉縣、眉縣、安康市、耀州區、城固縣采集點的飲用水為井水，其中銅川采集點位于煤礦地區)，收集正常人和患病者血液(靜脈血5 ml，3000 r/分離心5 min后-80℃冰箱凍存)和頭發。

2 ELISA檢測血清內相關因子 ELISA 檢測血清內相關基因Bcl-2(B淋巴細胞瘤-2)、GSK3-3β(糖原合成酶激酶-3β)、CSF2RA(粒-巨噬細胞集落刺激因子受體α)、NRG1(神經調節素1蛋白)、ErbB4(受體酪氨酸激酶4)的蛋白表達水平，所有ELISA 試劑盒均來自Invitrogen公司。

3 熒光定量PCR檢測血清內相關基因mRNA TRI Reagent(sigma，T3809)提取血清總RNA，DNaseI recombinant(sigma，4716728001，RNase-free)去除DNA干擾，最終測RNA的OD260/OD280值均在1.8～2.0之間，表明RNA質量合格。使用cDNA Synthesis Kit(sigma, 11117831001)反轉錄合成cDNA，SYBR Green PCR Master Mix kit(sigma, 4673484001)進行Real-time PCR 分析，體系為20 μl(95 ℃，2 min，40cycle(94 ℃，35 s、55～61 ℃，45 s和72 ℃，35 s)，72 ℃，5 min)。溶解曲線為單一峰值表示反應均為特異性反應。引物序列如表1。

表1 引物序列

結果

1 頭發內鋰的含量 不同地區正常人和精神分裂癥患者頭發中鋰的含量結果顯示，與正常人相比，精神分裂癥患者頭發中鋰的含量顯著降低(P<0.05)。雖然銅川縣正常人和精神分裂分裂癥患者頭發內鋰的含量并無統計學意義，但精神分裂癥患者頭發低的含量較正常人呈下降趨勢(見表2)。

2 不同區域水質內鋰的含量 與農村地區(禮泉，眉縣，華陰，銅川，耀州區，延安，榆林，安康，城固，商洛)相比，城市地區(西安碑林、蓮湖、雁塔、新城、未央)飲用水中鋰元素的含量較低(見圖1)。

3 血清內相關因子ELISA ELISA結果顯示：與正常組相比，B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)和水平糖原合成酶激酶3β的磷酸化水平(GSK3β)(Ser9)在精神分裂癥患者血清內的蛋白表達量顯著下降，神經調節素1蛋白(NRG1)及其受體酪氨酸激酶4(ErbB4)和粒-巨噬細胞集落刺激因子受體α(CSF2RA)的蛋白表達水平顯著上升(P<0.05，n=30，圖2)。

4 熒光定量PCR檢測血清內相關基因mRNA Real-time PCR結果顯示：與正常組相比，精神分裂癥患者血清內Bcl-2和GSK3-3β的mRNA表達水平顯著下降，NRG1、ErbB4和CSF2RA的mRNA表達水平顯著上升(P<0.05，n=30，圖3)。

圖1 不同區域水質內鋰的含量

不同區域 正常人頭發Li患病者頭發Li安 康 0.5844±0.00960.3861±0.0054?城 固 0.3536±0.00420.1770±0.0048?商 洛 0.1814±0.00130.0808±0.0010?西 安雁 塔 區0.1681±0.00330.1151±0.0060? 碑 林 區0.4993±0.01910.2025±0.0052? 新 城 區0.6652±0.00250.1620±0.0021? 蓮 湖 區0.4139±0.00910.1256±0.0324? 未 央 區0.1770±0.00420.0908±0.0041?禮 泉 0.3627±0.00320.1801±0.0046?眉 縣 0.6330±0.01000.2112±0.0083?華 陰 0.1622±0.00670.1107±0.0012?銅 川 0.1535±0.00120.1399±0.0089耀 州 區 0.1032±0.00090.0458±0.0002?延 安 0.2374±0.00320.0893±0.0007?榆 林 0.6732±0.00840.1959±0.0091?

注：與正常人比較，*P<0.05

圖2 血清內GSK-3β、NRG1、ErbB4、Bcl-2和CSF2RA的蛋白表達情況

圖3 血清內GSK-3β、NRG1、ErbB4、Bcl-2和CSF2RA的mRNA表達情況

大量的腦部圖像和尸檢研究表明，有害的可塑性變化如腦萎縮和神經元丟失與精神分裂癥和雙相情感障礙的發病機制相關。鋰，一種原型情緒穩定劑，具有強大的可塑性作用，如保護神經元和神經膠質細胞免受各種神經毒性干擾，提高神經元的生存率，提高成年人的記憶力和促進突觸的可塑性[9]。有研究表明，在精神分裂癥的治療方面，就指標參數而言，鋰和安慰劑無顯著差異。本研究通過臨床調研，考察鋰元素與精神分裂癥關系，同時從基因層面探究鋰元素致精神分裂癥的內在機制關系。

神經調節蛋白1(NRG1))屬于精神營養因子，與精神分裂癥密切相關，ErbB4，作為神經調節蛋白1(NRG1)受體蛋白，是一個潛在的精神分裂癥的風險基因。NRG1-ErbB4信號與GABAergic谷氨酸和參與精神分裂癥病理生理的多巴胺神經傳遞系統密切相關，可調節神經發育和神經信號傳遞，在精神分裂癥的病理生理學過程中扮演重要角色。本課題的研究結果顯示，精神分裂癥患者血清內NRG1和ErbB4 mRNA和蛋白的水平顯著升高。此外，炎癥細胞因子粒-巨噬細胞集落刺激因子受體α(CSF2RA)的表達也顯著升高，這與先前的研究在精神分裂癥患者血清和腦脊液內的炎性細胞因子及其受體的水平升高結果一致。鋰可通過直接調節肌醇單磷酸酶活性和糖原合成酶激酶3β(GSK3β)發揮治療作用。本研究顯示，與正常人相比，精神分裂癥患者血清內GSK-3β和Bcl-2的mRNA和蛋白水平顯著下降，這與前人關于碳酸鋰可恢復 Ouabain(哇巴因)降低糖原合成酶激酶3β的磷酸化水平(GSK3β)(Ser9)和Bcl-2/Bax的比值以及精神分裂癥患者死后的大腦中GSK-3β的mRNA和蛋白水平降低的研究一致。

通過本課題的研究結果發現飲水中鋰元素偏低的地區，其精神分裂癥患者比例顯著升高，且頭發內鋰元素含量也顯著低于正常人。同時，血清的檢測結果表明，精神分裂癥患者血清內精神營養因子NRG1及其受體ErbB4，以及炎癥細胞因子CSF2RA的蛋白和mRNA水平顯著高于正常人，而鋰的作用靶點GSK3β以及神經保護因子B細胞慢性淋巴細胞白血病/淋巴瘤2(Bcl-2)的表達顯著下降。這表明，精神分裂癥的發生可能與不同地域中水質內鋰的含量的高低有關。所以本課題組下一步將結合抗精神病藥治療前后的蛋白質的變化，探討鋰與精神分裂癥發病機制的關系，期望可以降低精神疾病總負擔。