最近大火的孟德尔随机化对研究热点阿尔茨海默症进行病因学研究，今天分享一篇2024年7月发表在Alzheimers Dement (IF：13)的文章，文章名为“Genome-wide meta-analysis identifies ancestry-specific loci for Alzheimer’s disease”。作者对不同人群阿尔茨海默症（AD）患者（中国人和欧洲人）进行全基因组关联研究，揭示了中国人新的AD易感位点，不同人群在AD遗传结构中的不同等，并提高了我们对的AD病因学认识。
添加微信
一、研究背景
阿尔茨海默病（AD）是最常见的痴呆类型，目前全球超过4000万人患病，AD的病因复杂，遗传因素起着关键作用[1]。
在家族性遗传的研究中，晚发性AD（LOAD）的家族性遗传发病率为60%-80%，然而最近的大规模全基因组关联研究（GWASs）报告的LOAD的家族性遗传发病率更低，早发性AD（EOAD）也存在同样的问题[2]。研究表明AD的致病基因—淀粉样前体蛋白（APP）、早老蛋白1（PSEN1）和早老蛋白2（PSEN2）的致病突变仅占EOAD病例的5%-7%[2]。因此，关于EOAD和LOAD的遗传机制仍需要探索，有助于进一步发现AD的遗传决定因素，将提高我们对AD病因学的认识，并对新药的开发有着重要的意义。
迄今为止，大多数已知的AD易感位点仅从欧洲血统人群中的晚发型AD中被鉴定出来，种族的不同，AD的遗传结构和易感位点也不同。因此，迫切需要对AD的遗传结构进行跨谱系遗传比较，并在非欧洲人群中确定更多的AD易感位点。
文章对6878名中国人和63926名欧洲人进行了两阶段的全基因组关联研究（GWAS）。
以下为该文章研究思路流程：
Point1：使用中国人样本对EOAD和LOAD进行GWASs分析来比较EOAD和LOAD的遗传机制。
Point2：对独立的中国（2A阶段）和欧洲（2B阶段）样本中进行了复制和荟萃分析，便于对不同人群的结果进行比较来确定新的AD易感位点。
Point3：对AD的基因进行功能分析，对候选AD基因进行了优先排序，评估了优先排序基因的功能和用药能力，并在亚洲人群中通过全现象型孟德尔随机化（phe-MR）探索了潜在的致病因素。
图1 工作流程
二、研究结果
1.队列研究
第一阶段样本包括1286例临床诊断的AD病例和1523例认知正常的人。根据病例最后一次检查年龄是否小于65岁将样本分为两个年龄组。复制阶段的参与者是中国（2A阶段）和欧洲（2B阶段）血统。所有处于复制阶段的病例均被临床诊断为LOAD人口统计数据见表1
表1：第1阶段、第2A阶段和第2B阶段参与者的人口统计数据。
2.EOAD和LOAD之间的遗传重叠
图2 .EOAD (A)、LOAD (B)和第一阶段荟萃分析(C)的GWAS汇总统计数据进行基于基因的检测图
3.全基因组荟萃分析和复制确定特异性位点
接下来作者将EOAD和LOAD结合起来，以增强AD易感位点的发现。作者对EOAD和LOAD GWAS结果进行了荟萃分析，结果可知除APOE外，3个新位点（CTTNBP2、RP11-134G14.4和TCN2)达到了全基因组显著性阈值（图3A），并且这些新发现的位点在东亚人群中最显著。随后，对阶段1样本和阶段2A或阶段2B样本的结果进行荟萃分析，确定了三个新的针对中国群体的全基因组显著信号，包括位点KIAA2013、TCN2和SLC52A3，并发现了EGFR一个特异性变异（rs1815157）是新的AD易感位点（图3B和表2），这四个信号在中国AD患者中均有统计学意义，并且未发现性别偏倚（图4）。其中KIAA2013和SLC52A3两个易感位点和一种新的AD易感信号（EGFR的先导信号rs1815157）都尚未被报道。在本样本中，rs75680863-T（TCN2）的频率为0.12，但在欧洲人群中仅为0.001（表2）。因此，中国和欧洲人群之间的等位基因频率的差异。这些发现进一步支持了AD的遗传决定因素在不同人群中存在差异的假说。
图3.第1阶段(A)和第1阶段+ 2A (B)中与AD的全基因组关联图
表2.阶段1和阶段2A后达到全基因组意义的已鉴定位点的结果总结
图4.根据性别对最显著的GWAS信号进行数据分析。（该分析使用第一阶段的发现样本进行）
4.AD候选基因的功能解释和最优候选基因筛选
结合以上结果作者进行了位置定位、脑eQTL定位，染色质相互作用定位和基因的关联测试来鉴定与AD相关的新基因，经基因定位策略和基因关联测试获得了83个独特的AD候选基因。如图5A，AD患者与对照组相比，候选AD基因在星形胶质细胞、少突胶质细胞和神经元中表现出不同的表达。对这些候选AD基因的进行GO的富集分析，发现脂质代谢与AD发病相关（图5B）。基于上述发现，作者做了一个包含GWAS显著性、基于基因的关联性、功能图谱的优先等级评分图，结果发现EGFR、APOC1和TCN2在其中得分最高，因此被认为是最优先候选的基因,如图5C。
EGFR编码一种表皮生长因子受体，参与早期脑发育和脑萎缩。据报道，EGFR中的变异与AD和相关痴呆有关[4]。由图6可知EGFR主要在星形胶质细胞中表达。并且该基因在多个脑区过表达（图7）。此外，EGFR还可以与PSEN1、PSEN2和APOE相互作用（图8）。这些结果均表明EGFR具有良好的治疗潜力和安全性，可以作为AD药物靶点。APOC1虽然定位于APOE区域，但在作者的基因优先排序中得分高于APOE，因为APOC1在脑eQTL定位中显著（图5）。TCN2是作者在中国数据的荟萃分析中发现的一个新基因，它编码了一个属于维生素B12蛋白家族的蛋白质。TCN2可能参与了血管机制，因为它在内皮细胞中表达（图7），其变体已被报道与多种脑血管疾病相关。
图5.与对照组相比，AD候选基因表达差异图(A)；AD候选基因GO的富集分析 (B)；AD候选基因优先等级评分图（C）
图6.最优候选基因的单细胞表达。显示了EGFR (A)、APOC1 (B)和TCN2 (C)的表达水平
图7.AD大脑和对照组之间优先级基因的差异表达
图8.EGFR通过ERBB4和NOTCH3通路与PSEN1、PSEN2和APOE相互作用
5.全表型MR揭示了平均红细胞血红蛋白浓度（MCHC）在EOAD上的因果作用
为了探究亚洲人群中AD病因的因果见解，作者使用日本生物数据库的数据进行了全表型的Mr（phe-MR），发现高平均红细胞血红蛋白浓度可能对EOAD有保护作用，如图9。
图9.MR探究MCHC在EOAD上的因果作用图
三、结论
1.EOAD和LOAD之间存在广泛的遗传重叠。
2.除了载脂蛋白E（APOE）位点外，作者对两个独立的中国样本的GWAS还发现了三个新的AD易感位点（KIAA2013、SLC52A3和TCN2）和一个AD的易感信号（EGFR的先导信号rs1815157），在优先等级评分中可知，EGFR和TCN2被优先列为与AD有关最重要的两个基因，可以作为AD潜在的药物靶点进行进一步研究。
3.全表型孟德尔随机化表明，高平均红细胞血红蛋白浓度可能预防AD的发生。
四、总结
本文利用GWAS、表观基因组测序等一系列技术对AD临床亚型进行研究，有利于阐明AD的复杂病因，为AD病因学提供更有价值的见解。本文思路清晰，易于复现，换成新的疾病也可以探究其复杂的病因学。
参考文献
[1] Reitz C, Pericak-Vance M A, Foroud T, et al. A global view of the genetic basis of Alzheimer disease[J]. Nat Rev Neurol, 2023,19(5):261-277.
[2] Wingo T S, Lah J J, Levey A I, et al. Autosomal recessive causes likely in early-onset Alzheimer disease[J]. Arch Neurol, 2012,69(1):59-64.
[3] Janssen J C, Beck J A, Campbell T A, et al. Early onset familial Alzheimer's disease: Mutation frequency in 31 families[J]. Neurology, 2003,60(2):235-239.
[4] Jayaswamy P K, Vijaykrishnaraj M, Patil P, et al. Implicative role of epidermal growth factor receptor and its associated signaling partners in the pathogenesis of Alzheimer's disease[J]. Ageing Res Rev, 2023,83:101791.
添加微信
1、临床医生科研规划
4、R语言入门
概普生物 让科研丰富
