最近的遗传学研究突破可能发现了导致常见精神疾病的新基因。精神分裂症和双相情感障碍影响了全球超过6400万人。这些疾病受到遗传因素的强烈影响。然而，没有一个单一的基因决定一个人患精神分裂症或双相情感障碍的风险。相反，可能是许多基因共同作用导致了风险。斯坦福大学的研究人员利用人工智能技术，发现了人类基因组中可能与这些精神疾病相关的复杂变异。这项新研究表明，受精后发生的突变，如遗传嵌合现象，可能是包括双相情感障碍和精神分裂症在内的多种精神疾病的罪魁祸首。
可以将基因组想象成一本活生生的书，其中包含了身体每个细胞的指令。我们的基因就是这本书的章节。我们大约有20,000个基因，提供了制造蛋白质的指令，而蛋白质是生命的基本组成部分。然而，大多数基因是非编码的，这意味着它们不提供蛋白质合成的指令。尽管如此，这些基因在遗传学和调节细胞功能方面发挥着重要作用。
基因变异，即基因序列的变化，无论是编码区还是非编码区，都可能干扰细胞如何解读特定的指令。一个小错误可能对“书”的阅读几乎没有影响。然而，较大的变化可能导致句子甚至整章的缺失。如果没有正确的指令来生产特定的蛋白质，这些变化可能会导致影响我们身体不同方面的疾病。
我们的基因是由父母遗传给我们的DNA组合而成的。每个人有两个基因副本，一个来自母亲，另一个来自父亲。这些随机排列的基因对决定了诸如头发质地、眼睛颜色等特征，甚至一些健康风险。有些特征是显性的，意味着只需要一个变异副本即可表达。另一些则是隐性的，只有两个副本相同才会表现出来。这被称为孟德尔遗传，以格雷戈尔·门德尔博士最初观察到的豌豆植物基因传递方式命名。
在生命的最早阶段，DNA会经历多轮复制。数万亿次的细胞分裂发生，每次一个细胞分裂成两个相同的子细胞。然而，DNA复制容易出错。每次细胞分裂时，基因组中都会产生微小的拼写错误。因此，在怀孕的前三个月，快速的复制过程可能会引入一系列在父母身上未见的遗传变化。这就是遗传嵌合现象，即体内存在两种或更多遗传不同的细胞群体。嵌合现象可能表现为两只不同颜色的眼睛，或交替的皮肤图案。许多条件也与嵌合现象相关，如发育迟缓、自闭症、癫痫和某些癌症。我们每个人的身体中都有一定程度的遗传嵌合现象。这就是为什么同卵双胞胎的指纹也会有所不同。
基因变异也可以在整个生命周期中获得，进一步改变我们的基因组嵌合现象。DNA的变化可能由化学物质或辐射暴露引起，或由乙型肝炎和丙型肝炎等感染导致宿主细胞的遗传物质腐败。其他变异则是随机获得的。DNA在复制和其他正常细胞功能过程中可能会出现错误。这种损害会因炎症、衰老和生活方式选择（如吸烟和不良饮食）而加剧。因此，确定哪些变异会导致特定疾病有时是一个非常复杂的过程。
全基因组测序（WGS）可以帮助识别DNA中的微小变化。这种基因测试使用从血液或口腔拭子收集的样本，绘制个人的整个基因组图谱。全基因组测序提取构成我们DNA每个章节的确切序列。然后将提取的序列与典型人类基因组的参考基因进行比较。个体基因组与参考基因组之间的任何差异都可能揭示与某种疾病相关的潜在变异。
这项研究的高级作者、斯坦福大学副教授亚历山大·乌尔班（Alexander Urban）描述道：“只寻找简单变异就像校对一本书的手稿，只查找改变单个字母的拼写错误。你会忽略那些错位、重复或顺序颠倒的单词——你甚至可能错过半章的内容。”事实上，某些疾病可能与个体基因中的长而复杂的拼写变化有关。更复杂的是，多个基因中的变异可能与不止一种疾病重叠。
许多精神疾病受到多个基因相似变化的影响。双相情感障碍和精神分裂症是人类基因组复杂性的典型例子。已经鉴定出数百个与风险相关的基因变异。其中许多基因与大脑发育、免疫系统调节和神经元信号传导途径有关。特别是AKAP11基因被发现是双相情感障碍的一个强风险因子，但最近的小鼠研究表明，该基因也可能与精神分裂症有关。了解这个基因中的拼写变化如何与其他高风险变异相互作用，可能有助于揭示引发精神病症状的原因。
在这项研究中，周等人比较了全球4000多名个体的基因组。他们的整个DNA序列通过全基因组测序提取。数据随后被输入到经过训练的AI算法中，该算法能够识别来自不同祖先的数十个基因组。这种方法使研究人员能够将大型复杂基因变异与特定健康状况匹配。
该研究特别招募了已知患有双相情感障碍或精神分裂症的个体，并将其与健康对照组进行比较。这种研究方法称为全基因组关联研究（GWAS）。全基因组关联研究比较患有特定疾病个体的基因与大量对照组的基因。虽然这种方法可以告诉我们变异的位置，但这些信息通常不够精确。例如，它可能告诉我们书中的第122页、296页和731页有拼写错误，但不会告诉我们具体是什么类型的错误。周等人开发的AI算法增加了更多的精确度。它可以突出显示改变的单词或句子，并报告其是否错位、重复或删除。
该AI工具以超过85%的准确性识别了8000多个复杂变异。其中许多拼写变化出现在提供大脑功能指令的基因组区域。为了确定这些变异是否与精神疾病相关，他们从受精神分裂症或双相情感障碍影响的个体的大脑组织样本中提取了DNA。他们识别出的复杂变异似乎与这些疾病在其他全基因组关联研究中发现的单个变异重叠。例如，他们发现的一个与精神分裂症和双相情感障碍相关的复杂变异长达4,700个碱基对，这是DNA的基本单位。在书籍类比中，碱基对就像是书中的单词。
新的遗传学研究创新正在加深我们对人类基因组的理解。通过分析大量的遗传数据，AI技术正在揭示大型变异与某些精神疾病之间的复杂关系。这不仅增强了我们对这些疾病遗传基础的理解，还为个性化医疗铺平了道路。随着我们继续揭开更多的人类基因组秘密，未来的研究可能会揭示各种疾病遗传基础的更深层次见解。
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