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目的：
阿尔茨海默病(Alzheimers disease, AD)，是一种神经系统退行性疾病，其特征性的病理学改变是β-淀粉样蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)的异常沉积以及tau蛋白的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFT)。氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描(Fluorodeoxyglucose positron emission tomography ， 18F-FDG PET )是公认的一种功能性退化的神经影像学生物标志物，在研究中可用于增加AD病理生理过程的确定性，也可用作临床诊断工具。
由于大脑活动离不开葡萄糖的功效，故AD与糖代谢的关系一直备受关注。研究表明，糖代谢紊乱患者发生AD的风险更高，糖代谢紊乱可能是AD的重要始动因子。大脑皮层糖代谢的水平在疾病的早期就能反映AD患者的脑功能障碍，可以作为观察AD进展的指标。氟代脱氧葡萄糖(Fluorodeoxyglucose，18F-FDG)代谢可准确反映糖代谢水平。虽然在已知与AD相关的一些区域已经证实糖代谢下降，但对于糖代谢与遗传的相关性却知之甚少。
研究发现，以内表型进行全基因组关联研究(Genome-wide association study， GWAS)是对传统病例对照GWAS的有效补充，可弥补病例对照GWAS的不足，提高统计效能。因此，在本项研究中，我们以18F-FDG代谢作为内表型，进行了首个关于脑18F-FDG代谢的全基因组关联研究，希望鉴定出与18F-FDG代谢相关的新的变异位点。
方法：
本课题的研究对象及其相关数据资料均来自阿尔茨海默病神经影像学倡议计划(Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative，ADNI)数据库。
AD诊断标准采用美国国立神经病、语言交流障碍和卒中研究所-老年性痴呆及相关疾病学会(The National Institue of Neurologic Communicative Disorders and Stroke-AD and Related Disorders Association，NINCDS-ADRDA)标准，简易智能状态评估量表(Mini-mental State Examination，MMSE)评分为20-26分，临床痴呆总体评定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)评分为0.5或1分。轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)患者的MMSE评分为24-30分，记忆量表评分≥0.5分。所有受试者均经过全面、系统的病史采集，进行了常规的实验室、影像学检查，排除了脑卒中、心肌梗死、充血性心力衰竭、有脑创伤或脑损害、糖尿病及自身免疫性疾病等严重非AD躯体障碍以及正在服用抗精神病性药物、抗抑郁焦虑的药物、镇静催眠的药物和情感稳定剂的患者。
我们的研究对象包括ADNI中的AD患者，MCI患者和认知功能正常的健康对照(healthy control，HC)共757例，其中男449例，女308例，后经质量控制(quality control，QC)排除了种族为西班牙裔白人71例受试者，排除了基因型数据丢失的151例受试者，删除了缺少18F-FDG数据的313例受试者，最后，我们的研究保留了222例受试者(其中AD=37，MCI=126，HC=59)。所有受试者均为非西班牙裔白人，符合所有QC标准。
18F-FDG分析数据来源于加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室，对原始18F-FDGPET图像进行分析处理后得到的皮层糖代谢率的数据集。采用IlluminaInfiniumHuman610-Quad芯片进行基因分型。结合Hapmap数据库的数据，从而对最佳化的标签单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)进行基因分型，使其能够最充分地代表所有基因的普遍变异。应用IlluminaBeadStudio软件完成SNP具体分型。应用PLINK1.07软件进行严格的质量控制，控制标准如下：最小应答率(minimum call rate)＞98％，最小等位基因频率(minimum minor allele frequencies，MAF)＞0.04，Hardy-Weinberg平衡检验P＞0.001。对MAF大于0.04的SNP的限制降低了假阳性结果的概率，增强了统计能力。定义载脂蛋白E(Apo lipoprotein E，APOE)等位基因的rs7412和rs429358分别采用APOE基因分型试剂盒进行基因分型。
对于不同诊断人群之间连续性变量的比较应用单因素方差分析(One-way analysis of variance，ANOVA)，分类变量的比较应用卡方检验(Chi square test)。利用PLINK1.07和R3.2.3软件评估18F-FDG代谢与遗传变异的关系。P＜10-5和P＜10-7的阈值分别用于提示和全基因组相关及显著相关。对所分析的620901个SNPs采取了质量控制措施来降低应用PLINK1.07软件进行基因分型可能存在的偏倚。根据所有的SNPs数据，我们排除了基因型数据丢失的36957个SNPs，根据Hardy-Weinberg平衡检验排除了1154个SNPs，根据MAF阈值排除了52935个SNPs。经过严格QC后，共纳入了529855个SNPs。此外，还应用haploview软件分析了rs12444565上下500KB的位点间连锁不平衡(Linkage disequilibrium，LD)关系。
最后，为了初步探讨RNA结合蛋白同源体1(RNA-binding Fox1，RBFOX1)基因的rs12444565多态性与AD相关表型的关系，在ADNI数据库里选择了独立与此GWAS分析的另一人群进行验证，进行了RBFOX1基因的rs12444565多态性与AD相关表型的关联分析。应用R3.2.3软件进行统计学分析。
结果：
AD、MCI和HC三组人群在年龄和性别构成方面差异无统计学意义(P=0.677，0.910)，在受教育程度、APOEε4等位基因的携带比例、MMSE评分、CDRSB评分、ADAS11评分和葡萄糖代谢方面差异存在统计学意义(P=0.008，0.021，0.000，0.000，0.000，0.007)。
RBFOX1基因的rs12444565位点与18F-FDG代谢存在显著的相关性(P=5.89×10-8)。rs255141、rs79037、rs12526331和rs12529764四个位点与18F-FDG代谢存在一定的相关性(P=3.80×10-7，4.95×10-7，1.57×10-7，1.57×10-7)。对rs12444565位点上下500KB的位点进行了连锁不平衡分析，未发现有位点与其存在连锁不平衡。
rs12444565多态性与AD相关表型的关联分析显示MMSE、CDRSB、ADAS11评分、海马体积、内嗅皮层体积以及脑脊液Aβ、tau、磷酸化tau水平在rs12444565的C/C、C/A和A/A这三种基因型之间差异无统计学意义(P=0.340，0.20345，0.538，0.1050，0.454874，0.800，0.8981，0.9063)。
结论：
1.RBFOX1基因的rs12444565位点以及rs235141、rs79037、rs12526331、rs12529764四个位点与糖代谢相关。
2.RBFOX1调节回路异常是孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder , ASD)和癫痫的危险因素，ASD和癫痫患者存在糖代谢异常，18F-FDGPET可作为ASD和癫痫潜在的生物学标志物。
3.RBFOX1基因的rs12444565多态性与AD的相关表型(海马体积、内嗅皮层体积、脑脊液Aβ、tau及磷酸化tau)之间无明显相关性，表明rs12444565不通过影响海马及内嗅皮层体积，也不通过影响脑脊液Aβ、tau及磷酸化tau水平参与AD的病理过程。
阿尔茨海默病(Alzheimers disease, AD)，是一种神经系统退行性疾病，其特征性的病理学改变是β-淀粉样蛋白(amyloidβ-protein，Aβ)的异常沉积以及tau蛋白的神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles，NFT)。氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描(Fluorodeoxyglucose positron emission tomography ， 18F-FDG PET )是公认的一种功能性退化的神经影像学生物标志物，在研究中可用于增加AD病理生理过程的确定性，也可用作临床诊断工具。
由于大脑活动离不开葡萄糖的功效，故AD与糖代谢的关系一直备受关注。研究表明，糖代谢紊乱患者发生AD的风险更高，糖代谢紊乱可能是AD的重要始动因子。大脑皮层糖代谢的水平在疾病的早期就能反映AD患者的脑功能障碍，可以作为观察AD进展的指标。氟代脱氧葡萄糖(Fluorodeoxyglucose，18F-FDG)代谢可准确反映糖代谢水平。虽然在已知与AD相关的一些区域已经证实糖代谢下降，但对于糖代谢与遗传的相关性却知之甚少。
研究发现，以内表型进行全基因组关联研究(Genome-wide association study， GWAS)是对传统病例对照GWAS的有效补充，可弥补病例对照GWAS的不足，提高统计效能。因此，在本项研究中，我们以18F-FDG代谢作为内表型，进行了首个关于脑18F-FDG代谢的全基因组关联研究，希望鉴定出与18F-FDG代谢相关的新的变异位点。
方法：
本课题的研究对象及其相关数据资料均来自阿尔茨海默病神经影像学倡议计划(Alzheimer’s Disease Neuroimaging Initiative，ADNI)数据库。
AD诊断标准采用美国国立神经病、语言交流障碍和卒中研究所-老年性痴呆及相关疾病学会(The National Institue of Neurologic Communicative Disorders and Stroke-AD and Related Disorders Association，NINCDS-ADRDA)标准，简易智能状态评估量表(Mini-mental State Examination，MMSE)评分为20-26分，临床痴呆总体评定量表(Clinical Dementia Rating，CDR)评分为0.5或1分。轻度认知障碍(mild cognitive impairment，MCI)患者的MMSE评分为24-30分，记忆量表评分≥0.5分。所有受试者均经过全面、系统的病史采集，进行了常规的实验室、影像学检查，排除了脑卒中、心肌梗死、充血性心力衰竭、有脑创伤或脑损害、糖尿病及自身免疫性疾病等严重非AD躯体障碍以及正在服用抗精神病性药物、抗抑郁焦虑的药物、镇静催眠的药物和情感稳定剂的患者。
我们的研究对象包括ADNI中的AD患者，MCI患者和认知功能正常的健康对照(healthy control，HC)共757例，其中男449例，女308例，后经质量控制(quality control，QC)排除了种族为西班牙裔白人71例受试者，排除了基因型数据丢失的151例受试者，删除了缺少18F-FDG数据的313例受试者，最后，我们的研究保留了222例受试者(其中AD=37，MCI=126，HC=59)。所有受试者均为非西班牙裔白人，符合所有QC标准。
18F-FDG分析数据来源于加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室，对原始18F-FDGPET图像进行分析处理后得到的皮层糖代谢率的数据集。采用IlluminaInfiniumHuman610-Quad芯片进行基因分型。结合Hapmap数据库的数据，从而对最佳化的标签单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)进行基因分型，使其能够最充分地代表所有基因的普遍变异。应用IlluminaBeadStudio软件完成SNP具体分型。应用PLINK1.07软件进行严格的质量控制，控制标准如下：最小应答率(minimum call rate)＞98％，最小等位基因频率(minimum minor allele frequencies，MAF)＞0.04，Hardy-Weinberg平衡检验P＞0.001。对MAF大于0.04的SNP的限制降低了假阳性结果的概率，增强了统计能力。定义载脂蛋白E(Apo lipoprotein E，APOE)等位基因的rs7412和rs429358分别采用APOE基因分型试剂盒进行基因分型。
对于不同诊断人群之间连续性变量的比较应用单因素方差分析(One-way analysis of variance，ANOVA)，分类变量的比较应用卡方检验(Chi square test)。利用PLINK1.07和R3.2.3软件评估18F-FDG代谢与遗传变异的关系。P＜10-5和P＜10-7的阈值分别用于提示和全基因组相关及显著相关。对所分析的620901个SNPs采取了质量控制措施来降低应用PLINK1.07软件进行基因分型可能存在的偏倚。根据所有的SNPs数据，我们排除了基因型数据丢失的36957个SNPs，根据Hardy-Weinberg平衡检验排除了1154个SNPs，根据MAF阈值排除了52935个SNPs。经过严格QC后，共纳入了529855个SNPs。此外，还应用haploview软件分析了rs12444565上下500KB的位点间连锁不平衡(Linkage disequilibrium，LD)关系。
最后，为了初步探讨RNA结合蛋白同源体1(RNA-binding Fox1，RBFOX1)基因的rs12444565多态性与AD相关表型的关系，在ADNI数据库里选择了独立与此GWAS分析的另一人群进行验证，进行了RBFOX1基因的rs12444565多态性与AD相关表型的关联分析。应用R3.2.3软件进行统计学分析。
结果：
AD、MCI和HC三组人群在年龄和性别构成方面差异无统计学意义(P=0.677，0.910)，在受教育程度、APOEε4等位基因的携带比例、MMSE评分、CDRSB评分、ADAS11评分和葡萄糖代谢方面差异存在统计学意义(P=0.008，0.021，0.000，0.000，0.000，0.007)。
RBFOX1基因的rs12444565位点与18F-FDG代谢存在显著的相关性(P=5.89×10-8)。rs255141、rs79037、rs12526331和rs12529764四个位点与18F-FDG代谢存在一定的相关性(P=3.80×10-7，4.95×10-7，1.57×10-7，1.57×10-7)。对rs12444565位点上下500KB的位点进行了连锁不平衡分析，未发现有位点与其存在连锁不平衡。
rs12444565多态性与AD相关表型的关联分析显示MMSE、CDRSB、ADAS11评分、海马体积、内嗅皮层体积以及脑脊液Aβ、tau、磷酸化tau水平在rs12444565的C/C、C/A和A/A这三种基因型之间差异无统计学意义(P=0.340，0.20345，0.538，0.1050，0.454874，0.800，0.8981，0.9063)。
结论：
1.RBFOX1基因的rs12444565位点以及rs235141、rs79037、rs12526331、rs12529764四个位点与糖代谢相关。
2.RBFOX1调节回路异常是孤独症谱系障碍(autism spectrum disorder , ASD)和癫痫的危险因素，ASD和癫痫患者存在糖代谢异常，18F-FDGPET可作为ASD和癫痫潜在的生物学标志物。
3.RBFOX1基因的rs12444565多态性与AD的相关表型(海马体积、内嗅皮层体积、脑脊液Aβ、tau及磷酸化tau)之间无明显相关性，表明rs12444565不通过影响海马及内嗅皮层体积，也不通过影响脑脊液Aβ、tau及磷酸化tau水平参与AD的病理过程。