2026年6月，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心周海波团队联合多家单位在Nature Genetics在线发表论文《Linking GWAS risk genes to transcriptional features of major depressive disorder via in vivo Perturb-seq》。研究自主构建活体AAV-Perturb-seq技术体系，利用10x Genomics 单细胞CRISPR单细胞测序解析重度抑郁症风险基因，鉴定出重度抑郁症专属风险基因簇，证实该类基因表达下调会损伤神经元催产素信号通路，进而诱发抑郁样行为。诺禾致源为本项目提供了10x Genomics单细胞CRISPR测序服务。

研究背景

重度抑郁症（MDD）是一种高度异质性的复杂精神疾病，每年影响约6%的成年人，现有治疗手段疗效有限，且缺乏精准分型。尽管过去二十年GWAS已鉴定出大量与MDD相关的风险基因，但绝大多数基因在活体大脑中的生理功能及致病分子机制尚不明确，严重阻碍了从遗传学研究成果向临床应用的转化。传统的体外细胞模型或单基因敲除动物模型难以模拟大脑复杂的细胞类型多样性和体内微环境，也无法满足高通量功能解析的需求。该研究运用单细胞CRISPR测序技术和snRNA-seq技术，在特定细胞类型的自然微环境中研究其基因功能变化，并建立了体内AAV-Perturb-seq筛选体系，系统性探究MDD风险基因的功能缺失效应，以揭示与患者病理特征相关的致病基因及潜在治疗靶点。

研究思路

为解析重度抑郁症风险基因的体内功能，研究团队整合GWAS与患者背外侧前额叶脑组织转录组数据，筛选出79个候选基因，并自主搭建体内 AAV-Perturb-seq 筛选平台，将双sgRNA 编辑文库通过AAV递送至雌性小鼠大脑皮层，结合10×单细胞CRISPR测序技术，实现单神经元内基因敲除与转录组变化的精准匹配。经LDA分析筛选出44个基因进行后续深度分析，结合高维共表达网络、通路相似度分层解析，依据基因敲除后的转录扰动特征将 44 个基因划分为 5 大聚类模块。其中第一聚类包含 6 个基因，其转录扰动图谱与女性重度抑郁症患者神经元转录特征高度重合，该模块被定义为 MDD 风险基因集群，Dennd1a为匹配度最高的核心致病基因。

机制上，神经元特异性 Dennd1a下调会降低催产素受体OXTR表达、抑制ERK磷酸化信号传导，诱导小鼠出现抑郁样行为；通过催产素或卡贝缩宫素给药干预，可部分逆转上述抑郁相关表型。该分子调控机制在小鼠神经元与人源神经元中高度保守，且催产素信号通路抑制是该风险基因集群特有的病理标志物。本研究从大规模遗传高通量筛选，到多层次细胞、动物水平功能验证，完整阐明其抑郁症致病通路，为疾病精准分型和靶向治疗提供了全新实验依据。

主要结论

1.构建MDD风险基因的体内Perturb-seq高通量筛选平台

本研究采用 CRISPR 基因敲除策略，整合GWAS遗传数据与抑郁症患者脑组织转录组数据筛选79个候选风险基因；依托 AAV-Perturb-seq 平台在雌性Cas9基因编辑小鼠大脑内完成 10×单细胞CRISPR测序解析。过滤低质量细胞后以神经元为核心分析对象，该实验体系无明显细胞毒性，可稳定量化各类风险基因敲除引发的转录组扰动效应。

图1 构建针对MDD风险基因的体内AAV-Perturb-seq平台

2.GWAS风险基因对神经元的扰动效应分析

研究对所有发生基因扰动的神经元进行WGCNA（共表达网络分析）与通路相似度分析，经LDA降噪过滤后，筛选出44个可用于下游分析的风险基因，独立敲除实验验证了筛选结果的可靠性。研究证实，敲除不同风险基因后，兴奋性神经元、抑制性神经元亚型会产生截然不同的差异表达基因（DEGs），证明MDD风险基因的生物学功能具有显著细胞亚型特异性。

图2 MDD风险基因在神经元中的扰动效应

3.MDD风险基因簇的转录特征与患者高度相似

通过通路相似度分层聚类分析，44 个风险基因中仅第一聚类内 6 个基因的转录扰动图谱与女性重度抑郁症患者神经元转录特征高度匹配，该模块被命名为 MDD 风险基因簇，Dennd1 是核心基因；SCENIC 分析进一步发现Hivep2是调控该集群表达的关键转录因子。

图3 筛选出与患者转录特征高度一致的MDD风险集群

4.神经元特异性Dennd1a下调可诱导小鼠产生抑郁样行为

研究中对照实验排除CRISPR编辑造成的DNA双链断裂、细胞毒性等干扰因素，证实小鼠抑郁相关行为表型由Dennd1a缺失造成；同时结合人源突变细胞模型与神经元特异性基因敲低小鼠模型验证，仅神经元内Dennd1a表达下调就足以诱发抑郁样行为，该致病模式与重度抑郁症患者体内该基因低表达的真实病理状态完全对应。

图4 神经元中Dennd1a表达量下降诱导抑郁样行为

5. 激活催产素信号通路可逆转抑郁样行为

为阐明神经元特异性Dennd1a缺失诱发抑郁表型的分子机制，研究对比分析Dennd1a缺陷神经元与重度抑郁症患者脑组织共有的KEGG信号通路，其中催产素信号通路的抑制变化最为显著；GSEA富集分析证实该通路整体表达显著下调，提示敲除Dennd1a会通过破坏神经元催产素信号传导诱发抑郁。催产素、卡贝缩宫素药物干预可部分恢复通路相关基因表达、缓解小鼠抑郁样行为；同时，敲除Dennd1a不会显著改变同一风险集群内其他基因的表达水平，证明Dennd1a通过特异性抑制神经元催产素信号通路介导抑郁发生，药物靶向激活该通路能够有效改善抑郁相关症状。

6. Dennd1a缺失通过调控催产素–OXTR–ERK信号轴介导抑郁发生

本研究系统解析Dennd1a调控催产素信号通路的完整分子机制。实验排除催产素合成、分泌量下降的干扰后证实：Dennd1a缺陷主要通过下调催产素受体 OXTR 表达水平抑制下游信号传导，而非直接调控 OXTR 蛋白内吞过程；该变化会显著削弱下游 ERK 蛋白磷酸化水平，最终诱导抑郁样行为。该调控机制在小鼠神经元与人源神经元中高度保守，外源性催产素给药可部分恢复通路信号功能。该结果为携带DENND1A低表达特征的重度抑郁症患者，提供靶向 OXTR–ERK 通路的精准治疗理论依据。

图5 DENND1A缺失导致催产素信号通路下调

7. 催产素通路抑制具有MDD风险基因簇特异性

多层级实验分析证实，催产素信号通路下调是由6个基因共同组成的重度抑郁症风险基因集群特有的转录特征。在女性重度抑郁症患者脑组织中，该基因簇内DENND1A、TOX、ERBB4、SNRK、PLCL2五个基因表达水平显著降低，神经元催产素信号通路同步受到抑制；对照实验显示，敲除不属于该基因簇的抑郁风险基因LHPP，不会出现催产素通路下调现象。单独敲除簇内Tox基因，小鼠同样会出现催产素通路抑制与抑郁样行为，给予催产素或卡贝缩宫素干预后，相关行为缺陷可得到部分缓解。上述结果证明：仅该风险基因簇功能异常会特异性引发催产素信号通路下调，提示仅携带该基因簇表达异常的抑郁患者，可从催产素通路靶向干预治疗中获益，为抑郁症精准分层诊疗提供关键实验支撑。

文章总结

该研究成功构建体内 AAV-Perturb-seq 筛选平台，系统解析重度抑郁症（MDD）风险基因在神经元内的功能效应，鉴定出一类以催产素信号通路下调为核心特征的 MDD 风险基因簇，并以核心基因Dennd1a为模型，完整阐明基因功能缺失诱发抑郁样行为的分子传导轴。本研究不仅为解析重度抑郁症遗传致病机制提供了关键功能学证据，更为复杂精神疾病的患者分子分层与精准靶向治疗开辟全新研究方向。单细胞 CRISPR 测序技术在本研究中起到不可替代的支撑作用，实现了在活体复杂脑组织中高分辨率解析基因扰动效应、区分不同神经元亚型特异性转录变化，为多基因精神疾病的体内功能基因组研究树立了高效技术范式。