生物钟基因DNA甲基化水平及动态变化与睡眠障碍关联的前瞻性巢式病例-对照研究

The etiology of sleep disorder involved with behavior, social psychology, neuroendocrine, and a variety of genes. The circadian clock genes are closely related to sleep disorders. DNA methylation may be involved in the pathological process of sleep disorders. This study aims to establish a population-based nested case-control study. By using the stratified cluster random sampling, 5000 residents are planned to be recruited for the cohort. Baseline data will be collected including demographic characteristics, behavioral factors, sleep environment, sleep monitoring information, mental health and chronic disease. Blood samples of all the participants would also be collected to establish the biological sample bank. Using the Pittsburgh Sleep Quality Index (PSQI) for screening of sleep disorders, the positive cases will be further diagnosed by a sleep specialist. Follow-up investigation of sleep and other conditions of the sample will be conducted by the twenty-fourth month. Patients diagnosed as sleep disorders will be set as the case group, and health control group will be selected from healthy samples using stratified random sampling method. Blood samples of the subgroups will be collected again at the twenty-fourth month. The deference of DNA methylation level of Clock genes, including CLOCK, PER and CRY genes, will be detected between the two groups at baseline and the twenty-fourth month. Considering environmental factors, sleep monitoring objective indicators and related chronic diseases, we will explore the relationship between sleep disorders and clock gene with DNA methylation level and dynamic changes. The results may provide more clues of the pathogenesis and mechanism of sleep disorders, and provide molecular targets for the treatment of related diseases.

睡眠障碍的发生是行为、社会心理、神经内分泌以及多种基因共同作用的结果。昼夜节律生物钟基因与睡眠障碍密切相关，DNA甲基化可能参与了睡眠障碍的病理过程，但仍缺乏确证研究。本研究拟建立基于人群的前瞻性巢式病例-对照研究，收集5000例社区人群的社会人口学资料、行为因素、睡眠环境、睡眠监测信息、心理健康、慢性病情况等，建立血液生物样本库，采用匹兹堡睡眠质量指数量表进行筛查，筛查阳性者由睡眠专科医师进行诊断确诊，跟踪随访24个月，以确诊的睡眠障碍患者作为病例组，采用分层随机抽样法从健康对照中抽取对照组，收集血液样本，检测两组基线和第24个月的生物钟基因（CLOCK、PER和CRY基因）DNA甲基化水平，分析生物钟基因DNA甲基化水平及其动态变化与睡眠障碍的关系，为探索其在睡眠障碍发病、转归中的作用机制提供理论依据，为相关疾病的治疗提供分子靶点。

睡眠障碍的发生是行为、社会心理、神经内分泌以及多种基因共同作用的结果。DNA甲基化可能参与了睡眠障碍的病理过程，但仍缺乏确证研究。本研究建立基于人群的前瞻性巢式病例-对照研究，收集13768例社区人群的社会人口学资料、行为因素、睡眠环境、睡眠监测信息、心理健康、慢性病情况等，建立血液生物样本库，采用匹兹堡睡眠质量指数量表进行筛查，筛查阳性者由睡眠专科医师进行诊断确诊，跟踪随访24个月，以确诊的睡眠障碍患者作为病例组，采用分层随机抽样法从健康对照中抽取对照组，收集血液样本，采用850k illumina芯片技术检测全基因组甲基化水平及两组间差异性甲基化位点，比较两组间睡眠结构与全基因组DNA甲基化水平的差异性及探索差异性甲基化位点所注释基因所富集功能及信号和通路。结果发现，与健康对照组相比，慢性失眠障碍组睡眠质量、客观睡眠结构、疲劳程度、睡眠信念、主客观认知能力差异有统计学意义。DNA甲基化检测发现，两组间的全基因组甲基化水平具有显著差异性，共发现出347个差异性甲基化位点，包括显著升高甲基化位点164个，显著降低低甲基化位点183个，但不包含本研究假设的生物钟基因（CLOCK、PER和CRY基因）。此外，CPG岛中N shore区域显著差异性高甲基化位点比例较高，TSS 200、5’UTR区域中显著降低甲基化位点比例较高；差异甲基化位点依次主要富集在6、4、5、3、12号染色体上。Gene-Ontology功能分析发现，相关基因主要富集在抗原结合、多肽抗原结合、内质网膜组成部分、ER至高尔基转运囊泡膜、γ干扰素反应、Rho蛋白信号转导的调控、γ干扰素介导的信号通路、细胞对干扰素- γ的反应等功能；细胞成分方面，多富集于内质网的组成成分中；分子功能方面，多富集于抗原结合；KEGG通路分析显示差异甲基化位点所注释基因显著富集于细胞中吞噬体、自然杀伤细胞介导的细胞毒性、HTL V−I感染、单纯疱疹病毒感染、缝隙连接、粘着斑、cGMP−PKG信号通路、细胞粘附分子(CAMs)、自身免疫性甲状腺疾病、抗原处理及呈递、同种异体移植排斥通路中。因此，固有免疫与适应性免疫的甲基化水平的调控机制可能均参与慢性失眠障碍的发病机制。此研究结果有助于将失眠障碍的发生机制与免疫系统的调控相关，为进一步机制研究提供了新思路。