Nature Medicine | 多团队合作发现城市环境-遗传-脑-精神健康的模块化神经生物通路

目前，世界上超过 50% 的人口居住在城市地区，预计到2050年，世界三分之二的人口将居住在城市。越来越多的人选择居住在城市地区，以寻求更好的医疗保健、教育和工作机会等。然而，随之而来的接触污染物、缺乏绿地和生活拥挤等环境暴露的剧烈转变也成为城市居民不得不面临的新挑战。长期以来，有研究表明城市生活环境与精神健康问题之间存在关联——尤其是焦虑和抑郁这两种最常见的情绪障碍。然而，以往研究往往仅侧重于城市环境的特定方面，例如人口密度、社会经济条件或绿地可及性等。然而，这些环境因素本质上是相互关联的，需要在更广泛的城市环境背景下加以考虑，对城市生活环境进行全面和详细的评估具有重要意义。

近日，类脑智能科学与技术研究院研究团队联合天津医科大学总医院研究团队，基于50万被试者研究队列，首次将城市环境的宽泛概念分解至微观、介观和宏观水平，以通过将物理环境与社会环境相结合来捕捉城市生活环境的复杂性，并将复杂关联的城市环境指标模块化。更重要的是，该研究首次将城市环境模块与遗传、脑结构和精神健康症状数据进行整合，发现不同的城市环境模块通过不同的遗传途径与神经认知通路影响不同的精神健康症状群，并提出了城市环境-遗传-脑-精神健康症状的模块化神经生物通路（图一和图二）。这一重大发现揭示了城市环境、遗传、脑结构和精神健康症状之间确实存在可循的神经生物通路证据，这对于开发针对性干预措施以减轻环境暴露的负面作用极为重要。

图一：课题研究思路与结果概况

2023年6月15日，相关研究成果以《城市生活环境对成年人心理健康的影响》(“Effects of urban living environments on mental health in adults”)为题，并作为6月刊候选封面推荐论文，发表在《自然》杂志子刊《自然·医学》(Nature Medicine)。NatureMedicine编辑团队邀请该领域专家对该成果进行专篇新闻与评论报道，题为“Urban living and mental health”(图三)。该研究表明，不同的城市生活环境模块可能通过不同的神经生物学途径影响特定的精神症状群。依据人群的不同基因分型，量化每种环境因素对大脑和精神症状的影响及其在城市生活环境中的相互作用，可能有助于精准优化未来公共卫生干预措施的顺序和目标。

图二：研究理念

该研究团队使用来自英国生物数据库（UK Biobank）的15万名参与者的环境和精神健康数据，经过内部数据和外部数据的多重验证，通过进行（多元）稀疏典型相关分析，构建城市环境与情绪障碍症状之间的模块化关联。研究发现第一类城市环境模块，包括社会剥夺、空气和噪音污染、街道网络和城市土地利用密度等指标，主要通过影响奖赏系统相关脑区的体积（如腹侧纹状体），引起不同的情绪症状群（例如孤独、抑郁）。此外，暴露于相同的城市环境模块的被试，并不会引起统一的情绪症状反应，而是表现出个体差异，其中遗传变异是一个重要来源。通过对城市环境与情绪症状模块化关联的全基因组关联分析，研究发现被试携带不同的应激反应基因风险，如CRHR1，则会表现出城市环境-脑-情绪症状之间的易感性差异。同时，第二类城市环境模块，包括城市基建与绿色暴露，则通过影响情绪调节相关脑区的结构（如前额叶和边缘系统脑区），引起焦虑症状群。此种效应主要受到血清素代谢相关基因的调节。虽然研究发现了第三类城市环境与情绪波动症状组的模块化关联，但是此组症状群解释的差异远小于前两组。

图三：专篇新闻与评论报道

“这项研究考虑到城市环境的内在复杂性，在解读城市生活环境与精神健康之间的关联迈出了至关重要的一步！研究者观察到不同的城市环境模块影响不同的精神症状群，这一发现更加清晰地表明需要全面模拟更广泛的城市环境，包括物理和社会等方面。此外，研究者进一步提供了城市环境与精神症状之间模块化关联的确凿的神经机制，为后续研究提供了重要方向。最后，研究者表明，暴露于相同的城市环境模块的被试，并不会引起统一的情绪症状反应，而是表现出个体差异，其中遗传变异是一个重要来源。”瑞典厄勒布鲁大学Brittany E. Evans, Catherine Tuvblad和 Henrik Larsson教授接受Nature Medicine编辑团队邀请对该成果进行专篇新闻与评论报道。

接下来，研究团队将依托复旦大学张江国际脑库（ZIB）、中国影像遗传学研究（CHIMGEN）、environMENTAL等国内外数据队列，开展城市环境-遗传-脑-精神健康的模块化神经生物通路在精神健康干预和治疗方面的临床应用研究，开发针对性干预措施以减轻环境暴露的负面作用，为精神健康领域的分层诊疗提供更多的有效工具和方法。