摘要：使用来自40,000多名受试者的多器官MRI数据量化了心脑连接，表明心脏病可能导致脑部疾病，揭示了心脑联系和共同的遗传影响。

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原创丨彤心未泯（学研汇 技术中心）

编辑丨风云

越来越多的证据表明心脏健康与大脑健康之间存在密切关系，心血管疾病可能导致脑部疾病，例如中风、痴呆和认知障碍。磁共振成像(MRI)是一种有价值的工具，可用于评估心脏和大脑，为各种临床结果生成生物标志物和内表型。然而，尽管最近分别对心脏和大脑MRI衍生特征进行了大规模分析，但很少有研究探索多器官MRI检查心脑连接和识别共同遗传效应的潜力,心脏和大脑之间的结构和功能联系仍不清楚。

有鉴于此，北卡罗来纳大学教堂山分校医学院Hongtu Zhu等人使用来自40,000多名受试者的多器官磁共振成像(MRI)数据量化了心脑连接。心脏MRI特征显示出许多与大脑灰质形态、白质微观结构和功能网络相关的模式。确定了80个与心脏MRI特征相关的基因组位点(P<6.09×10^-10)，这些特征与心血管和脑部疾病具有共同的遗传影响。在心脏MRI 特征与大脑相关特征和疾病之间观察到遗传相关性。孟德尔随机化表明心脏病可能导致脑部疾病。本研究结果通过揭示心脑联系和共同的遗传影响，推进了人类健康的多器官视角。

研究设计和分析

在本研究中，使用从UKB研究中超过40000 名受试者获得的多器官成像数据研究了心脑连接，旨在量化心脏和大脑之间的器官间联系并识别潜在的遗传变异。具体而言，分析了6个类别的82个心脏和主动脉MRI衍生特征：左心室和右心室、左心房和右心房以及升主动脉和降主动脉，以及458个测量结构和功能的大脑 MRI 特征。

图|研究设计和分析的概述

表型心脑连接

首先使用从 UKB重复成像访问获得的重复扫描检查它们的再现性，表明提取的CMR特征具有中等到高的受试者内部可靠性，并且可以一致地描述心脏和主动脉的结构和功能。作者检查了英国白人血统的UKB个体的CMR特征和大脑MRI特征之间的关联，CMR特征与多种脑部MRI特征相关。CMR特征也与大脑结构和功能连通性相关。进一步检查了静息fMRI中82个CMR特征和64620个高分辨率功能连接特征之间的成对关联，在整个大脑的功能连接中观察到Bonferroni显着关联(P<7.15×10^-8)，在不同的功能区域和网络中出现特定模式。

图|表型心脑关联

82个CMR性状的遗传力和相关基因位点

使用英国白人血统的UKB个体估计了82个CMR性状的单核苷酸多态性(SNP) 遗传力，平均遗传力(h²)为 22.9%。接着，使用这个英国白人队列对 82 个CMR特征进行了GWAS，结果表明没有由混杂因素引起的测试统计数据的基因组膨胀。在80个特征中确定了独立显着关联49个CMR性状的基因组区域。作者进一步证明这些CMR性状表现出高度多基因的遗传结构，并与大脑MRI性状共享遗传力，特别是DTI参数测量白质微观结构。作者证明了GWAS发现在欧洲队列中具有高度的普遍性。

图|UKB中CMR性状的遗传学

跨身体系统的遗传变异的多效性

为了确定CMR性状和复杂性状之间的共同遗传效应，对检测到的独立显着变异进行了关联，发现CMR特征与多种大脑相关的复杂特征和疾病之间存在遗传多效性。研究结果表明，心血管疾病与脑部疾病、心理健康特征和认知功能共享大量遗传成分，这表明心脑连接具有潜在的遗传基础。还观察到与其他疾病和复杂性状的遗传重叠。

图|与CMR性状和其他复杂性状和疾病相关的选定基因位点

与大脑疾病和复杂特征的遗传相关性

首先，使用跨性状LDSC检查了82个 CMR 性状之间的遗传相关性，在CMR 特征类别内部和类别之间观察到强烈的遗传相关性。作者发现所有CMR性状的表型和遗传相关性之间存在很强的相关性。接下来，检查了 82 个 CMR 性状与60种复杂性状和疾病之间的遗传相关性，表明CMR特征与心脏病、肺功能、心血管危险因素以及大脑相关的复杂特征和疾病相关。

图|CMR 性状与其他复杂性状和疾病之间的遗传相关性

孟德尔随机化检测到的心脑因果关系

使用孟德尔随机化(MR)的82个CMR特征检查了它们潜在的因果遗传联系。调查了来自FinnGen数据库的11项有力脑相关临床结果和来自精神病基因组学联合会的六种神经精神疾病，还评估了九种认知和心理健康特征。大多数 MR 结果表明从心脏到大脑的遗传因果效应，确定了心脏健康和神经精神疾病的因果遗传联系。基因水平关联测试确定了48个CMR性状的163个显着基因。最后，使用遗传和多器官MRI数据进行了复杂性状和疾病预测，发现与仅使用一种数据类型相比，整合遗传PRS、CMR特征和脑部MRI特征可以增强对多系统疾病（例如糖尿病）的预测。

图|CMR特征对精神疾病的遗传因果效应

参考文献：

JULIA SACHER, et al. Genetic heart–brain connections. Science, 2023, 380(6648): 897-898.

DOI: 10.1126/science.adi2392

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi2392

BINGXIN ZHAO, et al. Heart-brain connections: Phenotypic and genetic insights from magnetic resonance images. Science, 2023, 380(6648).

DOI: 10.1126/science.abn6598

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