论文题目：Recently evolved human-specific methylated regions are enriched in schizophrenia signals

期刊：BMC Evolutionary Biology

作者：Niladri Banerjee et al.

发表时间：2018/5/11

数字识别码：10.1186/s12862-018-1177-2

原文链接：https://bmcevolbiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12862-018-1177-2?utm_source=BMC_blog&utm_medium=Blog&utm_content=DavFal-BMC-BMC_Evolutionary_Biology-Human_Medicine-Global&utm_campaign=BMCS_USG_MAY2018_Evolution_Schizophrenia

精神分裂症是一种复杂的精神疾病，尽管产生许多不良影响却在人类中持续存在。在此，Niladri Banerjee描述了自己和同事发表于BMC Evolutionary Biology的的工作，该工作研究我们与尼安德特人和丹尼索瓦人之间不同的甲基化区域中是否富含与该疾病相关的单核苷酸多态性（SNPs）。

提起精神分裂症会让人脑海中浮现出许多画面。流行文化已经在诸如《搏击俱乐部》和《美丽心灵》等电影中描绘出这种疾病的特征。但这究竟是怎样的一种疾病呢？

对于不了解的人，精神分裂症极其复杂，并以多种方式表现出来。它是一种精神疾病，主要影响我们身体中最重要的器官之一：大脑。在诊所中，所谓的阳性症状如幻觉和妄想，阴性症状例如持续一至六个月的冷漠和抑郁都被归于精神疾病的类别中。

直到书面文字的出现，如今被称为精神分裂症的体征和症状才得到了描述。此外，这些记录存在于按地理和时间分开的不同文化中。这是这种疾病的一个重要特征 -全球终身患病率为1％，而与何时何地出生无关。

稳定的全球发病率

这种疾病在不同文化及几千年中的表现让人很好奇，为什么自然选择似乎没有消除或减少该疾病的发病率。这种疾病通常在十几或二十岁出头，恰好为生育的主要时期。尽管患者的生殖能力下降，但这种疾病仍然顽强地存在。

有许多假说都试图解释精神分裂症的持续性，其中最著名的是Timothy J. Crow在二十多年前提出的“演化假说”。这一假设规定，该疾病是人类心智演化的副产品，即语言与精神病相关。该假设最初是难以验证的，因为没有办法确定语言和精神病最早出现在人类谱系中的时间。

然而，人类全基因组测序开启了新的研究前沿，追踪改变人类的演化事件成为了可能。最近的研究追溯了自从尼安德特人和丹尼索瓦人由其共同祖先分别演化以来，人类基因组DNA甲基化的演变。人类基因组中的这些在现代人、尼安德特人和丹尼索瓦人之间不同的甲基化区域被称为差异甲基化区域，简称DMRs。

差异甲基化区域中精神分裂相关的单核苷酸多态性

在发表于BMC Evolutionary Biology的工作中，基于差异甲基化区域，我们系统地研究了它们中是否富含人类基因组中的单个核苷酸，也称为单核苷酸多态性（SNPs）。之前的全基因组关联研究（GWAS）表明单核苷酸多态性与精神分裂症和其他12个特征相关。我们的研究结果显示，现代人的差异甲基化区域，而不是尼安德特人或丹尼索瓦人携带更多与精神分裂症相关的单核苷酸多态性，这并不是偶然发生的。

需要注意的是，全基因组关联研究仅有助于确定与特征/疾病相关的人类基因组区域中的单核苷酸多态性，而很少能确定致病的变异。更多的时候，全基因组关联研究的结果仅仅指出了各种发病途径或区域中的标记基因，这些发病途径或区域调节人体内复杂的蛋白质合成过程。因此，我们所说的精神分裂症相关的单核苷酸变异，也仅仅是与疾病相关而并不是病因。

尼安德特人或丹尼索瓦人差异化甲基化区域中与精神分裂症相关单核苷酸多态性缺乏可以至少以两种不同的方式来解释。第一种明显的解释是，划分我们进化过程中已灭绝表亲的甲基化差异区域中并没有比偶然预期更多的与精神分裂症相关变异。这可能会使我们相信他们可能没有被归类为精神分裂症的症状。

然而，由于分析方法和材料的局限性，这种解释可能会产生误导。我们分析的遗传变异已映射到现代人基因组图谱，然而我们并不知道尼安德特人或丹尼索瓦人基因组是否拥有与精神分裂症相关的任何遗传变异。解决这个问题的一种直接的方法是试着对现代人、尼安德特人和丹尼索瓦人基因组进行比对，并确定与精神分裂症有关的区域的序列相似性，但这说起来容易做起来难。

第二种解释认为，自从尼安德特人和丹尼索瓦人发生分化以来，人类谱系发生的甲基化改变至少部分与携带精神分裂症风险变异的基因组区域共同发生。这种解释得到了其他遗传研究的支持，这些研究表明人类基因组序列，即DNA，一直处于精神分裂症相关单核苷酸变异被富集的选择性压力之下。

我们对差异甲基化区域的研究结果以及其他遗传研究开始倾向于支持TJ Crow提出的精神分裂症进化假说。我们发现在人类基因组中甲基化仅在现代人谱系中发生改变的区域中，精神分裂症相关单核苷酸多态性在演化时间中得到了富集。

由于甲基化常常受环境影响，我们的结果也可能表明我们的祖先所经历的环境或许促成了与精神分裂症相关的基因组区域中的可变甲基化。证明语言和精神病存在联系还有很长的距离。然而我们和其他研究者已经证实，在群体水平上，部分发生于近期的演变可能使我们容易患上精神分裂症。

摘要：

Background

One explanation for the persistence of schizophrenia despite the reduced fertility of patients is that it is a by-product of recent human evolution. This hypothesis is supported by evidence suggesting that recently-evolved genomic regions in humans are involved in the genetic risk for schizophrenia. Using summary statistics from genome-wide association studies (GWAS) of schizophrenia and 11 other phenotypes, we tested for enrichment of association with GWAS traits in regions that have undergone methylation changes in the human lineage compared to Neanderthals and Denisovans, i.e. human-specific differentially methylated regions (DMRs). We used analytical tools that evaluate polygenic enrichment of a subset of genomic variants against all variants.

Results

Schizophrenia was the only trait in which DMR SNPs showed clear enrichment of association that passed the genome-wide significance threshold. The enrichment was not observed for Neanderthal or Denisovan DMRs. The enrichment seen in human DMRs is comparable to that for genomic regions tagged by Neanderthal Selective Sweep markers, and stronger than that for Human Accelerated Regions. The enrichment survives multiple testing performed through permutation (n = 10,000) and bootstrapping (n = 5000) in INRICH (p < 0.01). Some enrichment of association with height was observed at the gene level.

Conclusions

Regions where DNA methylation modifications have changed during recent human evolution show enrichment of association with schizophrenia and possibly with height. Our study further supports the hypothesis that genetic variants conferring risk of schizophrenia co-occur in genomic regions that have changed as the human species evolved. Since methylation is an epigenetic mark, potentially mediated by environmental changes, our results also suggest that interaction with the environment might have contributed to that association.

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期刊介绍：BMC Evolutionary Biology is an open access, peer-reviewed journal that considers articles on all aspects of molecular and non-molecular evolution of all organisms, as well as phylogenetics and palaeontology.

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