目的:重性抑郁障碍（major depressive disorder,MDD）是一种常见的、反复发作的慢性精神障碍,具有高患病率、高复发率、高自杀率及高致残率的特点,给整个社会带来了严重的负担。面对如此严峻的情况,明确MDD背后调控的神经病理机制,进而为临床诊治提供理论指导是极为迫切的。对大脑的研究无疑是探索MDD患者病理机制的重要切入点。借助磁共振成像技术的众多研究提示MDD的病理基础不仅仅只涉及了单一的脑区,而是一种全脑神经解剖区域和环路连接异常为基础的脑疾病。基于图论的复杂脑网络理论的发展为刻画精神疾病下各脑区间连接整体属性的变化提供了理论基础,将复杂脑网络理论与磁共振成像技术结合为解析MDD脑病理机制提供了新的视角。结构和功能是紧密联系的,在脑网络层级也不例外。众多研究表明功能网络通过神经可塑性机制影响结构网络,并反过来被结构网络所约束。相对于单一模态的网络特征,脑网络结构-功能耦合度量了结构网络和功能网络的关系,综合了多模态的脑网络信息,具有更全面地捕捉MDD患者脑网络组织模式异常的潜力。多模态脑网络为解析MDD相关病理脑机制提供了新的视角,然而异常脑网络背后的分子调控机制尚待探索,这使得临床治疗新靶点的研发陷入了困境。慢性应激是导致MDD发生的关键环境危险因素,越来越多的证据表明,慢性应激广泛影响大脑结构和功能。慢性应激导致的分子紊乱可能是MDD相关脑损害的重要分子机制。下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）是参与慢性应激反应的重要介质,多项神经影像遗传学和神经影像表观遗传学的研究报道了HPA轴关键基因与脑结构和功能的关联。HPA轴相关基因的DNA甲基化作为体现遗传与环境应激相互作用的重要分子,探索其与MDD相关的脑损害的关联将为揭示MDD神经病理的分子调控机制提供重要的线索。本研究旨在联合多模态脑网络与HPA轴关键基因DNA甲基化多维度数据,全面探索MDD患者脑网络损害模式,并进一步揭示HPA轴关键基因DNA甲基化是MDD相关脑网络损害的重要分子调控机制,为治疗新靶点的研发提供重要的理论指导。方法:第一部分:本研究收集18-50岁被试共483人,其中MDD患者183人以及性别和年龄匹配的健康对照（Healthy Control,HC）300人。所有被试均签署了由中国医科大学伦理委员会审查通过的书面知情同意书。MDD患者符合精神疾病的诊断和统计手册（第四版）中重性抑郁障碍的诊断标准。所有被试均进行基本信息的收集,并使用汉密尔顿抑郁量表（Hamilton Depression Scale-17,HAMD-17）和汉密尔顿焦虑量表（Hamilton Anxiety Scale,HAMA）进行抑郁症状和焦虑症状的评估。随后进行磁共振扫描采集高分辨率结构成像数据、弥散张量成数据和静息态功能磁共振数据。基于采集的多模态脑影像数据为所有被试构建脑结构和功能网络,分别计算两种模态脑网络下包括聚类系数、最短路径长度、小世界系数、全局网络效率和局部网络效率五个全局拓扑属性指标,以及每个节点的度中心性、中间中心性和节点效率三个局部拓扑属性指标。此外,计算了全脑连接水平和节点水平的网络结构-功能耦合以度量脑结构网络和功能网络的关联。本研究使用两样本T检验和卡方检验等统计方法检验MDD组和HC组在一般人口学资料和临床信息的差异。采用两样本T检验对两组间结构网络的全局拓扑属性度量和局部拓扑属性度量进行差异显著性检验。对于节点的检验结果进一步采用错误发现率（False Discovery Rate,FDR）的方法进行多重比较校正以降低假阳性率。对于基于全脑连接水平的网络结构-功能耦合,使用两样本T检验进行组间差异检验,对于基于节点水平的网络结构-功能耦合,使用5000次的置换检验（Permutation test）来进行组间差异检验。第二部分:本研究最终纳入18-50岁的MDD患者57名以及108名性别和年龄匹配的健康对照（所有被试均属于第一部分,完成了血液采集和DNA甲基化检测）。所有被试均签署了由中国医科大学伦理委员会审查通过的书面知情同意书,于磁共振扫描当日上午10点至下午2点进行外周血样本的采集。由于新一代的DNA甲基化芯片Illumina Infinium Methylation EPIC Bead Chip芯片（850K芯片）具有全面覆盖包括TSS1500、TSS200、5ˊUTR、1stexon、Gene Body、3ˊUTR位置甲基化水平的优势,本研究采用此芯片进行甲基化水平的检测。我们依据Illuminia提供的人类参考组基因（GRCh37/hg19）的位置注释信息将甲基化位点注释到相应的基因上,并依次获取HPA轴关键基因NR3C1、FKBP5、CRHBP、CRHR1、CRHR2这五个基因上从TSS2000到5ˊUTR的Cp G位点的甲基化数据。使用两样本T检验对所有的Cp G位点进行差异性检验,并采用FDR校正法以降低假阳性率,对于初步筛选出的差异甲基化位点,进一步使用回归模型分析,回归模型依次以差异甲基化位点的甲基化水平值为因变量,将年龄,性别、用药状态和组别（MDD或HC）作为自变量放入模型中,此时组别效应仍具有显著性的甲基化位点作为最终的差异甲基化位点。分别在MDD组和HC组中对最终筛选出的差异甲基化位点和网络结构-功能耦合进行皮尔逊相关分析。结果:第一部分:（1）在功能网络的全局拓扑属性分析中,MDD患者存在显著的最短路径长度降低的三和全局效率升高的改变,而结构网络的五个全局拓扑属性无显著性差异;在结构网络的局部拓扑属性指标上,所有节点的度中心性、中介中心性和节点效率的组间差异都没有经过FDR校正,MDD患者左侧楔前叶的度中心性、中介中心性和节点效率上都存在升高的趋势;在功能网络的三个局部拓扑属性指标上,所有节点的度中心性、中介中心性和节点效率的组间差异都没有经过FDR校正,MDD患者左侧颞上回颞极的度中心性、中介中心性和节点效率都存在降低的趋势;（2）MDD患者全脑连接水平的网络结构-功能耦合显著降低,节点水平的分析显示,网络结构-功能耦合降低的节点在右侧眶部额下回、右侧楔叶、右侧楔前叶、右侧舌回和左侧舌回,网络结构-功能耦合升高的节点在左侧壳核、右侧壳核和右侧扣带前回。第二部分:（1）MDD患者五个HPA轴关键基因上的多个甲基化位点的甲基化水平显著改变。其中NR3C1有五个甲基化位点在两组间存在显著性的差异,分别是cg01294526,cg12969488,cg14438279,cg19457823和cg23430507,以上甲基化位点在MDD组都呈现出升高的改变;在FKBP5基因的比较中,有六个甲基化位点表现出了统计显著性,其中cg02665568,cg13344434,cg14339974,cg15929276和cg25563198在MDD组显著降低,而cg16005389在MDD组显著升高;对于基因CHRBP,MDD组在cg08792780,cg20214624和cg22323744位点上的甲基化水平显著降低,而位点cg26196496的甲基化水平显著升高;CHRH1基因上共有五个甲基化位点在MDD组和HC组的差异分析中表现出统计显著性,包括cg08929013,cg15117716,cg23420656,cg26656751和cg27503360,这五个甲基化位点在MDD组显著升高;在基因CHRH2中,cg18351440,cg18911683和cg09516959在两组间存在显著性差异,其中前两个位点在MDD组显著升高,cg09516959则呈现出显著降低的改变;（2）MDD患者异常的HPA轴关键基因的甲基化水平与连接水平的脑网络结构-功能耦合显著关联。在NR3C1的分析中,cg01294526,cg19457823和cg23430507位点的甲基化水平在MDD患者中与结构-功能耦合强度呈现出显著的负相关;对于基因FKBP5,cg25563198甲基化水平与结构-功能耦合强度在MDD患者中呈现显著的正相关;在基因CRHR1上,我们发现在MDD患者中甲基化位点cg26656751甲基化水平与结构-功能耦合强度呈现显著的负相关;CRHR2基因分析结果显示,在MDD患者中cg18351440甲基化水平与结构-功能耦合强度具有显著的负相关。结论:MDD患者的功能网络表现出功能整合过度和功能分离正常的模式,呈现向随机网络转变的趋势,体现疾病损害了脑网络自适应能力,而在结构网络中MDD患者的拓扑结构完整,表明结构网络作为功能表达的基础具有更加稳定有效的组织模式。进一步整合多模态脑网络的特征发现,MDD患者全脑连接水平的网络结构-功能耦合显著降低,提示网络结构-功能解耦是MDD重要的病理脑机制,节点水平的分析显示,MDD患者存在多个节点的结构-功能耦合失常,且这种耦合异常具有脑区异质性,呈现出高级皮层耦合降低,皮层下耦合升高的模式。与单一模态的脑网络特征相比,综合了结构和功能两种模态脑网络信息的网络结构-功能耦合更好地体现了MDD相关的脑网络损害。此外,本研究首次联合多模态脑网络与HPA轴关键基因DNA甲基化多维度数据,探索MDD多模态脑网络损害的分子调控机制。在MDD患者中发现了多个甲基化位点的紊乱共同指向HPA轴负反馈调节失常,且MDD患者异常甲基化位点的甲基化水平与脑网络结构-功能解耦显著相关,提示HPA轴关键基因DNA甲基化是体现慢性应激增加MDD易感性的重要分子,并参与了MDD相关的脑网络损害。