精神分裂症患者与饮用水锂元素水平关系及相关基因调查研究*

刘飞虎,吴强驹 ,崔小花 ,贺瑞峰, 张 曼, 师艳宁, 王国栋 ,贾 杰 ,刘 勇

1．西安市精神卫生中心(西安 710100);2．西安交通大学医学部神经生物学研究所(西安 710061)

精神分裂症(Schizophrenia，SZ)是一种慢性的可致残的精神疾病，其发病率约占世界总人口的1%，无性别差异。患病者常出现妄想、幻想、淡漠、缺乏动力和精神紧张等现象[1]，受摧残程度极大，80%～90%不能工作，死亡人数高达10%[2]。精神分裂症的主要治疗手段是服用抗抑郁药物，然而，许多患者对这些药物敏感性较低。因此，在精神分裂症治疗的过程中大量的辅助剂被使用。锂(Lithium，Li)，双相情感障碍(Bipolar disorder，BPD)的最完善的治疗方法之一，可稳定人的心情，因此是常用的抗精神病药辅助剂。研究表明，锂元素可以减轻躁狂症和抑郁症，增强许多抗抑郁药和抗精神病药物的功效[3-4]，同是也是评判卡马西平[5]、丙戊酸盐[6]和苯二氮卓类药物[7]作为精神分裂症的唯一或辅助治疗的方法，在精神分裂症(如分裂样精神病和分裂情感性精神病)的治疗中扮演重要作用[8-9]。有文献报道，锂几乎可影响每一种神经递质系统，并且可改变离子运输，激素和昼夜节律调节以及基因表达的机制[10-11]，所以推测其功效很可能不是由一种特殊的生化机制引起的。国内外研究现状表明，锂在精神分裂症发病和治疗中扮演重要角色，但缺少临床数据的支持。因此，本研究通过临床调研，考察锂元素与精神分裂症关系，同时从基因层面探究这些精神分裂症患者的发病机制，探索目的基因与锂元素致精神分裂症的内在机制关系。

资料与方法

1 样本收集 通过区域调研和临床调研收集陕西省内的精神分裂症患者病例，采集样本信息，评判精神分裂症标准符合ICD-10关于精神分裂症(偏执型)诊断标准；年龄18～45岁,汉族；首次发病，病程不超过1年，未应用抗精神病药物; PNASS评分≥60分。所有患者均同意签订知情同意书，经过伦理委员会批准。采集不同区域的日常饮用水(西安碑林、莲湖、雁塔、新城、未央为日常城市用水，铜川市、礼泉县、眉县、安康市、耀州区、城固县采集点的饮用水为井水，其中铜川采集点位于煤矿地区)，收集正常人和患病者血液(静脉血5 ml，3000 r/分离心5 min后-80℃冰箱冻存)和头发。

2 ELISA检测血清内相关因子 ELISA 检测血清内相关基因Bcl-2(B淋巴细胞瘤-2)、GSK3-3β(糖原合成酶激酶-3β)、CSF2RA(粒-巨噬细胞集落刺激因子受体α)、NRG1(神经调节素1蛋白)、ErbB4(受体酪氨酸激酶4)的蛋白表达水平，所有ELISA 试剂盒均来自Invitrogen公司。

3 荧光定量PCR检测血清内相关基因mRNA TRI Reagent(sigma，T3809)提取血清总RNA，DNaseI recombinant(sigma，4716728001，RNase-free)去除DNA干扰，最终测RNA的OD260/OD280值均在1.8～2.0之间，表明RNA质量合格。使用cDNA Synthesis Kit(sigma, 11117831001)反转录合成cDNA，SYBR Green PCR Master Mix kit(sigma, 4673484001)进行Real-time PCR 分析，体系为20 μl(95 ℃，2 min，40cycle(94 ℃，35 s、55～61 ℃，45 s和72 ℃，35 s)，72 ℃，5 min)。溶解曲线为单一峰值表示反应均为特异性反应。引物序列如表1。

表1 引物序列

结果

1 头发内锂的含量 不同地区正常人和精神分裂症患者头发中锂的含量结果显示，与正常人相比，精神分裂症患者头发中锂的含量显著降低(P<0.05)。虽然铜川县正常人和精神分裂分裂症患者头发内锂的含量并无统计学意义，但精神分裂症患者头发低的含量较正常人呈下降趋势(见表2)。

2 不同区域水质内锂的含量 与农村地区(礼泉，眉县，华阴，铜川，耀州区，延安，榆林，安康，城固，商洛)相比，城市地区(西安碑林、莲湖、雁塔、新城、未央)饮用水中锂元素的含量较低(见图1)。

3 血清内相关因子ELISA ELISA结果显示：与正常组相比，B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)和水平糖原合成酶激酶3β的磷酸化水平(GSK3β)(Ser9)在精神分裂症患者血清内的蛋白表达量显著下降，神经调节素1蛋白(NRG1)及其受体酪氨酸激酶4(ErbB4)和粒-巨噬细胞集落刺激因子受体α(CSF2RA)的蛋白表达水平显著上升(P<0.05，n=30，图2)。

4 荧光定量PCR检测血清内相关基因mRNA Real-time PCR结果显示：与正常组相比，精神分裂症患者血清内Bcl-2和GSK3-3β的mRNA表达水平显著下降，NRG1、ErbB4和CSF2RA的mRNA表达水平显著上升(P<0.05，n=30，图3)。

图1 不同区域水质内锂的含量

不同区域 正常人头发Li患病者头发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 区0.1681±0.00330.1151±0.0060∗ 碑 林 区0.4993±0.01910.2025±0.0052∗ 新 城 区0.6652±0.00250.1620±0.0021∗ 莲 湖 区0.4139±0.00910.1256±0.0324∗ 未 央 区0.1770±0.00420.0908±0.0041∗礼 泉 0.3627±0.00320.1801±0.0046∗眉 县 0.6330±0.01000.2112±0.0083∗华 阴 0.1622±0.00670.1107±0.0012∗铜 川 0.1535±0.00120.1399±0.0089耀 州 区 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：与正常人比较，*P<0.05

图2 血清内GSK-3β、NRG1、ErbB4、Bcl-2和CSF2RA的蛋白表达情况

图3 血清内GSK-3β、NRG1、ErbB4、Bcl-2和CSF2RA的mRNA表达情况

大量的脑部图像和尸检研究表明，有害的可塑性变化如脑萎缩和神经元丢失与精神分裂症和双相情感障碍的发病机制相关。锂，一种原型情绪稳定剂，具有强大的可塑性作用，如保护神经元和神经胶质细胞免受各种神经毒性干扰，提高神经元的生存率，提高成年人的记忆力和促进突触的可塑性[9]。有研究表明，在精神分裂症的治疗方面，就指标参数而言，锂和安慰剂无显著差异。本研究通过临床调研，考察锂元素与精神分裂症关系，同时从基因层面探究锂元素致精神分裂症的内在机制关系。

神经调节蛋白1(NRG1))属于精神营养因子，与精神分裂症密切相关，ErbB4，作为神经调节蛋白1(NRG1)受体蛋白，是一个潜在的精神分裂症的风险基因。NRG1-ErbB4信号与GABAergic谷氨酸和参与精神分裂症病理生理的多巴胺神经传递系统密切相关，可调节神经发育和神经信号传递，在精神分裂症的病理生理学过程中扮演重要角色。本课题的研究结果显示，精神分裂症患者血清内NRG1和ErbB4 mRNA和蛋白的水平显著升高。此外，炎症细胞因子粒-巨噬细胞集落刺激因子受体α(CSF2RA)的表达也显著升高，这与先前的研究在精神分裂症患者血清和脑脊液内的炎性细胞因子及其受体的水平升高结果一致。锂可通过直接调节肌醇单磷酸酶活性和糖原合成酶激酶3β(GSK3β)发挥治疗作用。本研究显示，与正常人相比，精神分裂症患者血清内GSK-3β和Bcl-2的mRNA和蛋白水平显著下降，这与前人关于碳酸锂可恢复 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症患者死后的大脑中GSK-3β的mRNA和蛋白水平降低的研究一致。

通过本课题的研究结果发现饮水中锂元素偏低的地区，其精神分裂症患者比例显著升高，且头发内锂元素含量也显著低于正常人。同时，血清的检测结果表明，精神分裂症患者血清内精神营养因子NRG1及其受体ErbB4，以及炎症细胞因子CSF2RA的蛋白和mRNA水平显著高于正常人，而锂的作用靶点GSK3β以及神经保护因子B细胞慢性淋巴细胞白血病/淋巴瘤2(Bcl-2)的表达显著下降。这表明，精神分裂症的发生可能与不同地域中水质内锂的含量的高低有关。所以本课题组下一步将结合抗精神病药治疗前后的蛋白质的变化，探讨锂与精神分裂症发病机制的关系，期望可以降低精神疾病总负担。