大脑正常发育和功能的实现依赖于基因表达的精确调控。基因表达具有时空特异性，而基因表达的时空分析和细胞类型特异性分析可以为基因潜在分子功能提供重要线索。随着对精神疾病的深入探索，疾病相关的基因表达异常、细胞和神经环路功能紊乱等不断被揭示，但基因表达异常如何导致大脑功能紊乱、基因表达变化所影响的时空和神经细胞类型目前还未完全了解。在这一背景下，本研究试图建立正常人类大脑基因时空表达常模，包含大脑功能区域、发育阶段和神经细胞中的基因特征表达模式。通过这一常模，研究者可以分析疾病易感基因在正常大脑的表达模式，进而探讨基因表达变化可能影响的分子过程，从而挖掘疾病可能的致病机制。

本研究包括两部分内容:1)建立人类大脑基因时空表达常模。本研究筛选、分析人类大脑基因表达数据，再通过单基因时空表达分析、基因共表达网络分析、细胞类型特异性分析得到脑区(空间模式)和发育阶段(时间模式)的基因表达模式、共表达基因模块以及神经细胞的特征性基因，最后综合表达分析结果建立常模。2)常模应用分析示例。本研究将常模应用于重度抑郁症全基因组关联遗传位点的表达模式及功能分析中，通过时空表达分析、共表达模块富集分析、细胞类型富集分析等特定时空模式分析得到重度抑郁症易感基因和富集得到的基因模块在正常大脑的时空表达模式，进而分析疾病相关基因可能参与的分子过程。

本研究主要结果如下。1)本研究通过分析九套人类大脑基因表达数据集，建立全面系统的人类大脑基因时空表达常模。这个常模包含逾两万个基因和438个基因模块的时空表达模式，以及不同神经细胞的特异性表达模式，为进一步了解个体基因在大脑发育和功能中的作用提供线索。2)基于该常模，本研究开发了人类大脑基因时空表达模式分析在线工具一BEST。同时基于常模的重度抑郁症关联基因时空模式分析得到疾病易感基因在大脑不同时空节点的表达特性及基因间的共表达关系。通过对基因表达特性分析，本研究揭示可能与重度抑郁症致病机制相关重要脑区(如纹状体和初级视觉皮层)和发育阶段(如童年早期)，并通过基因共表达关系筛选得到可能参与疾病致病分子过程的基因模块(如PCDH y基因家族)。时空模式分析结果对早期生活事件等抑郁症风险因素可能影响的潜在分子过程，以及与成年期致病关联性等给出了解释。

人类大脑基因时空表达常模能系统了解基因在大脑时空表达模式，发现疾病相关敏感脑区和年龄阶段，为疾病分子机制研究提供线索，并在精神疾病遗传研究和分子机制研究之间架起桥梁。