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《山东大学》 2015年
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遗传与环境因素对衰老相关表型的影响研究

徐春生  
【摘要】:一、研究背景在过去几十年来,中国老年人口急剧增加。截止到2013年底,我国有2亿60岁及以上的老年人,占总人口数的14.9%;预计到2030年这一比例将达到25%;到2050年将会有4.4亿老年人,占总人口的比例为1/3。我国是世界上唯一老年人口超过1亿的国家,且其老龄化程度将超过世界上任何一个国家。快速增长的人口老龄化是一个逐渐增加的社会负担。所以,在我国快速增长的人口老龄化社会中,研究和促进中老年人健康衰老是改善公众健康的重要课题。认知、记忆和精神状态三个衰老相关表型是中老年人保持生活质量和独立性的重要决定因素。在西方国家采用双生子方法对这三个表型已分别进行了相关研究,显示遗传和环境因素对这三个表型均有重要影响,但没有探索这三个表型是否共享相同的遗传或环境因素机制。在世界上人口最多和人口快速老龄化的中国还没有开展该项研究。研究中国人群衰老相关表型对个人和社会都有着重要意义。衰老遗传学的研究直接影响着公共卫生管理措施、行为干预和个体主动性在个体延缓衰老过程中的作用;同时寻找影响衰老表型的相关基因和环境因素将为老年人改善其健康状况,提高中老年人的生活质量,减轻其社会和家庭的负担。本研究有助于我们了解影响衰老的遗传与环境因素机制,并为我国实施健康促进及健康衰老策略提供参考依据。同时,为下一步全基因组关联研究以深入探索衰老相关基因提供基础资料。二、研究目的1.使用青岛市中老年双生子队列,采用经典双生子方法探讨遗传与环境因素对三个最有代表性的衰老相关表型,即:认知、记忆和精神状况的作用。2.分析该三个表型间是否受到共同的遗传和/或共同环境因素的影响。三、研究内容与方法1.研究对象2012-2013年从青岛市双生子注册系统中募集符合要求的中老年双生子,相同性别和血型的双生子采用16个短串联重复序列标记进行卵型鉴定。共募集到384对40-80岁的中老年双生子,其中同卵双生子244对,异卵双生子140对。2.研究内容分别用蒙特利尔认知评估量表(MoCA)、中国修订版韦氏成人智力量表中数字广度部分(WAIS-RC)及老年抑郁量表(GDS-30)分别测量其认知、记忆和精神状况。蒙特利尔认知评估量表是一广泛的评估视空间/执行功能、命名、注意力、语言、抽象能力、记忆及定向力七个领域的认知功能,总分为30分,教育年限≤12年加1分。认知功能得分越高说明其认知功能越好。记忆功能通过中国修订版韦氏成人智力量表中数字顺背及倒背之和来测量。在顺背测量时,调查员大声朗读一组数字,只读一遍,请被调查人立即按顺序复述,完全正确得1分,否则记0分。倒背测试时,调查员大声朗读一组数字,请被调查人立即按反向顺序复述。顺背与倒背均设7个难度等级,每一个等级均比前一等级多一位数字,每个等级设有2题,只要有1题答对即可进入下一个难度等级,若2题均答错则停止该项测试。顺背包括3-9位数字广度;倒背包括2-8位数字广度。记忆功能是顺背与倒背的最大数字广度之和。数字广度之和越高表明记忆功能越好。精神状况通过自我报告的30个条目的老年抑郁量表来评估。每一条目均经变换,得分越高的说明精神状况越严重。每一对双生子均有同一经过培训合格且有流行病学调查经验的调查员面对面完成问卷调查。该研究经过青岛市疾病预防控制中心医学伦理委员会审查同意,研究过程遵循赫尔辛基宣言相关原则。所有研究对象签署知情同意后在青岛市疾病预防控制中心或区/市医院完成问卷调查及体格检查。3.数据统计分析用EpiData3.1软件包建立数据库,采用数据双机平行录入并进行校对。对该三个衰老相关变量均用R软件中的Box-Cox功能进行正态性转换。用R和Mx软件建立结构方程模型并通过模型的拟合比较与筛选以估计遗传与环境因素对三个表型的相对影响。模型拟合结果分为三部分:遗传因素影响(A)、共同环境因素影响(C)及个体特殊环境因素影响(E)。用R软件计算各表型同卵和异卵双生子的组内相关系数(ICCs)和各表型的遗传度(h2)。用Mx软件进行认知功能七个子表型两两之间相关关系的双变量Cholesky分解遗传模型分析。用Mx软件进行认知、记忆及精神状况的多变量遗传分析模型,包括Cholesky全饱和模型、共同因子共同路径模型(CP)、共同因子独立路径模型(IP)。CP和IP模型均是Cholesky全饱和模型的嵌套模型。在R和Mx软件进行模型拟合时用赤池信息准则(AIC)以确定模型拟合的优劣,AIC值越小模型拟合效果越好。考虑到年龄及性别(1-男,2-女)等混杂因素对衰老相关表型的遗传与环境影响分析可能产生影响,在模型拟合时年龄及性别均作为协变量进行校正。我们同时计算相关结果的95%可信区间,以更稳定地估计遗传与环境因素的相对作用。四、研究结果1.认知、记忆与精神状况的遗传度认知功能得分的中位数为22(2.5-97.5%百分位数:8.2-28.0);记忆得分的中位数为12(2.5-97.5%百分位数:6-16);精神状况得分的中位数为7(2.5-97.5%百分位数:1-22)。经模型拟合与比较筛选,认知和记忆的最佳模型均为AE模型,精神状况的最佳模型为CE模型。认知功能的遗传度为43.7%(95%可信区间:34.4%-53.0%),个体特殊环境影响占56.3%(95%可信区间:47.0%-65.6%)。记忆的遗传度为56.3%(95%可信区间:48.1%-64.5%),个体特殊环境影响占43.7%(95%可信区间:35.5%-51.9%)。精神状况的共同环境影响占41.8%(95%可信区间:33.5%-50.0%),个体特殊环境影响占58.2%(95%可信区间:50.0%-66.5%)。2.认知功能各子表型间双变量的遗传相关性认知功能各子表型的双变量Cholesky分解模型拟合结果显示认知功能的七个认知领域间存在中度到高度的遗传因素相关(0.26-1.00)、较高的共享环境因素相关(0.48-1.00)及有意义且轻度的个体特殊环境因素相关性(0.11-0.23)。在单变量分析中未发现有遗传因素影响的语言、抽象能力及延迟回忆三个子表型在双变量分析中却显示中度的遗传因素作用相关性。3.认知、记忆与精神状况的多变量模型拟合我们拟合Cholesky全饱和分解模型及其嵌套模型,包括:共同因子独立路径模型和共同因子共同路径模型进行认知、记忆及精神症状三个衰老相关表型的多变量分析,通过比较AIC值及拟合优度卡方检验,Cholesky全饱和分解模型拟合效果最好。Cholesky全饱和分解模型AIC=1265.526;共同因子独立路径模型AIC=1372.525, (x2=118.999,P0.01);共同因子共同路径模型AIC=1365.456,(χ2=119.930,P0.01)。在全饱和Cholesky分解模型的基础上我们进一步拟合简化Cholesky分解模型,将共同环境因素效应载荷假设为0,仅保留并分析加性遗传与个体独特环境因素的效应。通过比较简化Cholesky分解模型与饱和Cholesky分解模型的似然比检验,P=0.29(x2=7.37,df=6),差异无显著性。该模型在认知和记忆两个表型间估计了一个比较高的遗传因素相关系数(rG=0.69,95%CI:0.57-0.79);精神症状与认知、记忆有较低并且有意义的遗传因素负相关系数:精神症状-认知(rG=-0.31,95%CI:-0.46--0.14),精神症状-记忆(rG=-0.28,95%CI:-0.44--0.11),说明认知、记忆与精神症状之间可能存在相反方向的遗传相关关系。个体特殊环境因素仅显示在认知与记忆之间可能存在相关关系(rE=0.25,95%CI:0.14-0.36)。简化Cholesky分解模型标准化路径系数显示:认知与记忆表型间存在比较高的遗传因素因子载荷,路径系数分别为0.69、0.47。相反,与认知和记忆有关的个体特殊环境因素对精神症状只有很小的因子载荷。精神状况可能受其特殊环境因素影响,路径系数为0.74。五、结论1.青岛中老年双生子人群的认知和记忆功能主要受到遗传与个体特殊环境因素的影响。2.大部分认知功能的子表型间呈现出较高的遗传因素相关性,说明其可能共享相似的遗传基础。3.精神状况主要受环境因素影响,包括其共同环境和个体特殊环境,特别是其个体特殊环境因素。4.认知和记忆功能可能共享相同或相似的遗传基础。六、创新和意义1.本研究首次在国内中老年人群全面深入地开展了遗传与环境因素对认知、记忆与精神状况三个最有代表性的衰老相关表型的影响研究。2.在国内外首次分析该三个表型间是否受到共同的遗传和/或共同环境因素的影响。3.采用双生子研究设计可避免双生子对间年龄等混杂因素对衰老相关表型的影响。4.计算三个衰老相关表型的遗传度并分析表型间的遗传相关性,为下一步全基因组连锁分析及衰老基因定位提供宝贵的基础资料。
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