鉴定影响帕金森病发病年龄的新基因位点：一项全基因组关联研究
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2025-01-09 17:00
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帕金森病 (PD) 的特征是中脑黑质多巴胺能神经元的退化，其发病年龄 (AAO) 在个体之间差异显著，从20岁到90岁以上不等，平均约为60岁。AAO是影响PD进展和预后的重要临床标志物。然而，这种异质性的潜在机制十分复杂，目前仍未得到充分研究。目前的大多数全基因组关联研究 (GWAS) 主要关注PD发病的易感基因位点，而对AAO遗传决定因素的研究相对较少。遗传因素在PD的AAO中起着重要作用，已知的孟德尔基因如PINK1、PRKN和PARK7与早期发病有关，而LRRK2则与晚发相关。然而，针对影响AAO的常见遗传变异的研究仍然有限，尤其是在非欧洲人群中。迄今为止，在东亚地区，仅有一项中国人群研究发现NDN/PWRN4附近的新基因位点，因此该人群中仍然存在巨大研究空白。PD患者的AAO决定了患病时间在生命历程中的占比，与不同的表型和预后相关，对患者生活产生深远影响。识别影响AAO的遗传修饰因素不仅有助于加深对疾病机制的理解，更可能为延缓PD的发病和进展开辟新的道路。因此，本研究旨在对韩国PD患者开展GWAS，探索与AAO相关的单核苷酸多态性 (SNP) ，填补非欧洲人群的研究空白。![]()
本研究于2011年1月至2016年4月在韩国首尔峨山医疗中心招募了1070名韩国散发性PD患者。所有患者由运动障碍专科医生根据英国帕金森病脑库诊断标准确诊。收集患者的AAO和性别用于分析。AAO定义为患者或其照护者报告的首个主要运动症状（如动作迟缓、僵硬、静止性震颤或姿势不稳）出现的年龄。排除标准包括：1）无法确认AAO；2）由已知孟德尔基因（如SNCA、PRKN、PINK1、DJ1、LRRK2、ATP13A2）突变导致的遗传性帕金森综合征；3）具有非典型帕金森综合征可能表现的患者（如明确的小脑症状、早期频繁跌倒、对左旋多巴反应差、核上性凝视麻痹、早期严重自主神经功能障碍、早期严重认知障碍、锥体束征）。从所有患者外周血中提取DNA。本研究获得所有参与者的知情同意，经峨山医疗中心伦理委员会批准。从外周血样本中提取基因组DNA (200ng)。基因分型使用韩国芯片联盟提供的韩国芯片 (Korean Chip)，由韩国国立卫生研究院基因组科学中心设计。所有样本使用Affymetrix Axiom KORV1.1-96阵列进行检测，并按照厂商协议进行操作。使用SHAPEIT4定相，使用IMPUTE5软件以1000基因组计划第3阶段参考数据进行插补。INFO得分低于0.8的SNP被排除。本研究采用多项质量控制措施，以消除低质量样本和SNP。样本质控包括：排除检出率低 (<97%)、性别差异、极高或极低杂合率（偏差超过 ±2个标准差）和隐性关联的样本。在GWAS统计分析之后进行的SNP质控包括排除低检出率 (<95%) 的标记、次要等位基因频率<1%的 SNP以及偏离Hardy-Weinberg平衡（P < 10 −4）的SNP。以上质控步骤分别使用PLINK v.1.90和R v.3.1.2中的SNPolisher包进行。在GWAS之前，进行主成分分析以排除显著的群体结构差异。在 GWAS中，对PD的AAO使用调整性别的线性回归模型，计算每个变异的β系数、标准误(SE)和P值。全基因组显著性阈值为P<5E-08，根据提示阈值P<1E-06来识别虽然非全基因组显著但值得进一步研究的遗传变异。GWAS使用PLINK v.1.90进行。Q-Q图和曼哈顿图使用 R v.3.5.2生成。使用LocusZoom v.0.4.8生成所有P<1E-04的SNP的区域关联图。本研究还使用susieR包进行精细定位以识别潜在因果SNP。该分析使用来自韩国PD AAO GWAS 的汇总统计数据和根据受试者的韩国基因型数据得到的连锁不平衡矩阵。此外，本研究还对韩国和欧洲 PD 人群的 AAO GWAS 进行了多种族随机效应meta分析。使用MAGMA v.1.10对GWAS结果进行基于基因的分析，结合韩国基因型数据和1000基因组计划欧洲参考数据调整连锁不平衡，P<0.05/基因数量（Bonferroni校正）定义为显著。结合日本人群表达数量性状基因座 (eQTL) 数据与本研究GWAS数据，使用COLOC R包进行QTL和共定位分析。附加分析：AAO、已知SNP与PD多基因风险评分的相关性通过Kaplan-Meier曲线分析GWAS中鉴定的SNP基因型与AAO的关系，并根据最大的欧洲GWAS和既往的韩国GWAS计算计算多基因风险评分（PRS），评估其与AAO的相关性。![]()
本研究最初招募的1070例患者中，1050例患者的样本通过了样本质量控制步骤。两例患者因AAO报告不准确而被排除，最终样本数量为1048例（553例女性）。平均AAO为58.73±10.17岁（28-87岁）。男性和女性患者的 AAO 没有显著差异。共有7,508,513个SNP通过质控并进行分析。图1展示了GWAS的曼哈顿图。本研究鉴定出SNP rs2134545，达到全基因组显著水平（β= −2.459; SE = 0.851; P =1.898×10−8），位于3号染色体基因间。区域分析显示，rs2134545是与rs2062782（完全连锁不平衡）和其他具有提示意义的SNP（r2 >0.8）连锁不平衡的关键SNP（图2）。位于LYST基因并靠近MIR1537的SNP rs4366309也具有提示性意义（β= 2.949; SE = 1.072; P = 8.68 ×10−8），并与其他显著的SNP连锁不平衡（r2 >0.8）（图2）。SNP rs2134545靠近ALCAM (chr3:15366909–105576900)，约200 kb远。SuSiE精细定位显示，rs2134545是其基因座中最可能的致病变异（PIP = 0.3957）。同样，对于rs4366309，精细定位显示它是可能的致病变异（PIP = 0.1983）。这些结果表明 rs2134545和rs4366309可能是影响PD AAO的功能变异。总结既往报道的PD AAO GWAS结果，与AAO相关的基因座包括SNCA、TMEM175、BST1、PWRN4、GBA1和LRRK2基因中的基因座。本研究中，这些变异均未达到显著水平。在综合韩国和欧洲数据集的meta分析中，位于SNCA基因区域的SNP rs356203、rs356220、rs356219、rs983361和rs2245801被确定为全基因组显著位点（图3）。TMEM175和ALCAM中的变异未达到统计学显著性。然而，TMEM175中的一个变异达到了提示性显著水平的边界（P = 1.04E-06）。图3. 欧洲和韩国GWAS meta分析的曼哈顿图在韩国GWAS的MAGMA分析中，6号染色体上的几个基因被认为有潜在关联，包括GPX6（P =3.75E-05）、GPX5（P=4.06E-05）、ZNF184（P=5.77E-05）、RNF39（P=9.85E-05）ZNF391（P=1.06E-04）。在多种族meta分析中，SNCA（P=5.67E-06）显著相关，其次是APOE（P=2.68E-05）。然而，均未达到Bonferroni校正显著水平（0.05/约18,000个基因=2.76E-06）。在显性模型中，rs2134545变异与平均AAO显著减少3.47年（P<0.001）有关（图4A）。与非变异携带者相比，纯合rs2134545变异使AAO减少了4.84年（P<0.001）（图4B，加性模型）。SNP rs4366309与变异携带者的平均AAO延迟3.05年相关（P<0.001）（图4C，显性模型）。与非变异携带者相比，纯合rs4366309变异使AAO延迟了7.02年（P<0.001）（图4D，加性模型）。两种SNP对AAO的影响没有显著性别差异。欧洲人群（β=−0.149；P<0.001；r2=0.022）和韩国人群（β=−0.096；P=0.002；r2=0.009）的AAO与PRS呈负相关。然而，如β的绝对值所示，PRS对AAO的影响小于该GWAS鉴定的AAO特异性SNP的影响。![]()
本研究发现了ALCAM和LYST基因位点与PD发病年龄之间的关联，这与既往报道的其他人群中PD易感或AAO相关的基因位点不同。未来有必要在其他种族人群中进一步研究，进行功能验证，以将这些遗传学发现转化为治疗策略。![]()
Hwang YS, Jo S, Lee SH, et al. Identification of Novel Genetic Loci Affecting Age at Onset of Parkinson's Disease: A Genome-wide Association Study.Mov Disord. Published online November 6, 2024. doi:10.1002/mds.30047校 审：商慧芳
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