▎藥明康德內(nèi)容團(tuán)隊(duì)編輯

心臟和大腦是人體中至為重要的兩大器官，盡管兩者似乎各司其職，越來(lái)越多的研究卻提示，心臟和大腦之間在結(jié)構(gòu)和功能上都有密切聯(lián)系。

例如，過(guò)去人們知道，大腦感到焦慮或恐懼時(shí)，心跳速度也會(huì)隨之加快。而科學(xué)家們最近借助新技術(shù)發(fā)現(xiàn)，心跳加快，也會(huì)反過(guò)來(lái)促發(fā)緊張的情緒反應(yīng)。

從疾病發(fā)生的角度來(lái)看，心臟健康與大腦健康之間也存在雙向的關(guān)聯(lián)。一些流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，房顫、心臟衰竭等心血管疾病的患者，發(fā)生卒中、癡呆癥、腦小血管病或認(rèn)知障礙等腦部疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加。反過(guò)來(lái)，心理障礙和消極心理因素，可能促成心血管疾病的發(fā)病和發(fā)展。精神分裂癥、躁郁癥、癲癇或抑郁癥等的患者，也更容易患心血管疾病。

日前，頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》發(fā)表的一項(xiàng)新研究，通過(guò)大規(guī)模數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步揭示了心臟和大腦之間的表型和遺傳關(guān)聯(lián)，尤其是各種心血管疾病與卒中、癡呆和認(rèn)知障礙等腦部疾病之間的密切關(guān)系。

在這項(xiàng)研究中，美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)教堂山分校朱宏圖教授課題組，聯(lián)合賓夕法尼亞大學(xué)、普渡大學(xué)的研究人員，憑借在生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、放射學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和遺傳學(xué)方面的專長(zhǎng)，對(duì)英國(guó)生物庫(kù)（UK Biobank）研究中超過(guò)40000名參與者的磁共振成像（MRI）數(shù)據(jù)和基因信息進(jìn)行了調(diào)查。

使用心臟的磁共振成像數(shù)據(jù)，研究人員提取出82項(xiàng)特征，包括心臟腔室、主動(dòng)脈部分和區(qū)域特征的測(cè)量。與此同時(shí)，他們從不同形式的大腦MRI數(shù)據(jù)中提取了大量神經(jīng)影像特征，包括結(jié)構(gòu)、擴(kuò)散和功能性測(cè)量，來(lái)全面了解腦部異常和連接情況。

▲整體研究設(shè)計(jì)和分析概觀。(A) 研究總覽：使用心臟磁共振成像（CMR）和腦部MRI特征作為內(nèi)源表型，探索心臟和大腦之間的表型和遺傳連接。(B) 對(duì)整體工作流程和每個(gè)步驟中涉及的關(guān)鍵分析的描述（圖片來(lái)源：研究作者提供）

在控制了各種協(xié)變量之后，研究發(fā)現(xiàn)，心臟MRI特征在不同成像模式下與大腦健康明顯相關(guān)。在大腦灰質(zhì)形態(tài)學(xué)、白質(zhì)微結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)方面，研究人員都觀察到了多種形式的關(guān)聯(lián)。

例如，心肌壁更厚與皮層下腦容量更大有關(guān)；遠(yuǎn)端主動(dòng)脈面積較小與額葉和海馬體的體積差異有關(guān)。心臟的左心室與大腦白質(zhì)纖維束的微結(jié)構(gòu)度量呈現(xiàn)出最強(qiáng)的相關(guān)性，這表明不良的心臟特征與較差的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。

▲大腦磁共振特征與心臟表型之間的關(guān)系（圖片來(lái)源：參考資料[2]）

通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS），研究人員成功揭示了心臟和大腦連接的遺傳結(jié)構(gòu)，找出了與心臟MRI特征相關(guān)的80個(gè)基因座。性別特異性分析顯示，這些對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的遺傳影響是男女一致的。

研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，心臟表型與大腦復(fù)雜特征及各種疾病之間存在共享遺傳影響和共定位。例如，不良的心肌壁厚度與卒中風(fēng)險(xiǎn)增加有遺傳聯(lián)系。運(yùn)用孟德?tīng)栯S機(jī)化探索其中的因果遺傳聯(lián)系發(fā)現(xiàn)，心臟不良特征可能對(duì)精神障礙和抑郁癥具有遺傳因果效應(yīng)。

▲遺傳相關(guān)性：心臟磁共振成像（CMR）特征與大腦復(fù)雜特征及其疾病之間的遺傳相關(guān)性。(A) 呈現(xiàn)了CMR特征（x軸）與復(fù)雜特征和疾?。▂軸）之間的選擇性遺傳相關(guān)性。星號(hào)表示的是使用Benjamini-Hochberg過(guò)程進(jìn)行多重檢驗(yàn)調(diào)整，將FDR控制在5%水平下顯著的遺傳相關(guān)性。(B至E) 是與卒中（B）、精神分裂癥（C）、厭食癥（D）和認(rèn)知功能（E）存在遺傳相關(guān)性的CMR特征的圖示。（圖片來(lái)源：研究作者提供）

論文作者指出，這項(xiàng)新研究讓我們加深理解心臟和大腦之間錯(cuò)綜復(fù)雜的聯(lián)系，對(duì)疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和預(yù)防具有重要意義。其中的多器官視角為減輕器官疾病對(duì)彼此的負(fù)面影響并改善整體人類(lèi)健康提供了新的機(jī)會(huì)。

值得一提的是，為推進(jìn)心臟和大腦連接以及相關(guān)的復(fù)雜特征和疾病的遺傳基礎(chǔ)的進(jìn)一步研究提供寶貴資源和見(jiàn)解，研究團(tuán)隊(duì)已將詳細(xì)分析結(jié)果公開(kāi)在“心臟成像遺傳學(xué)知識(shí)門(mén)戶網(wǎng)站”（Heart-KP，http://heartkp.org/）。

參考資料：

[1] Bingxin Zhao et al., (2023) Heart-brain connections: Phenotypic and genetic insights from magnetic resonance images. Science Doi: 10.1126/science.abn6598

[2] Julia Sacher & A. Veronica Witte (2023) Genetic heart–brain connections. Science 10.1126/science.adi2392

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