青少年期起病心理健康问题的神经发育整合神经影像-转录组分析

心理健康问题往往在儿童期和青春期出现，但对其发病背后的神经发育和分子过程仍知之甚少。我们利用青少年大脑认知发展（ABCD）研究的纵向数据，在两年随访期内，比较了出现ADHD、品行、焦虑、抑郁、对立违抗或躯体问题的青少年与健康对照在五种神经影像模态（包括结构MRI、静息态fMRI和任务态fMRI）中的脑皮层结构与功能变化。我们采用偏最小二乘（PLS）回归，将神经发育变化的空间模式与源自Allen人类大脑图谱（AHBA）的皮层基因表达谱相关联。通路富集通过基于旋转置换（spin-permutation）得到的基因排序进行评估。仅在ADHD组和品行组中观察到显著的神经发育改变。PLS分析进一步揭示了其神经发育变化与基因表达分布之间存在显著的空间关联（Spearman rₛ >0.64）。在ADHD中，通路富集突出显示了线粒体呼吸、氧化磷酸化、有氧电子传递、ATP合成和线粒体组织，并在负端额外富集了突触蛋白相互作用通路。在品行问题中，所有显著通路均富集于其皮层表达模式与品行问题影像表型呈反向对齐的基因，涉及翻译机器、核糖体功能、线粒体呼吸、线粒体翻译、蛋白质向线粒体的靶向以及更广泛的RNA/蛋白质调控过程。这些发现揭示了与青少年起病ADHD和品行问题相关的不同皮层转录组模式，其中线粒体能量代谢成为ADHD相关皮层发育的一个突出分子相关因素，而一种独特的反向转录模式则刻画了品行相关发育。总之，我们的发现表明，这些外化问题与嵌入不同皮层分子背景中的神经发育改变相关。

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