以基因組、轉(zhuǎn)錄組匯總數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的孟德爾隨機化方法探索白癜風(fēng)的發(fā)病機制

孟紫媛，蔡明龍，張學(xué)軍

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院皮膚性病科<安徽醫(yī)科大學(xué)皮膚病研究所> 安徽 合肥 230022）

白癜風(fēng)（vitiligo）是一種臨床常見的色素脫失性疾病[1]。研究表明，遺傳因素在白癜風(fēng)的發(fā)病機制中起到了十分重要的作用，然而部分基因?qū)膊“l(fā)生發(fā)展起的作用仍未闡明。

目前，醫(yī)學(xué)研究的一個主要目的是發(fā)掘疾病的危險因素，一旦有效地識別出危險因素，就能對其進行預(yù)防或靶向治療。孟德爾隨機化（MR）研究方法是一種以孟德爾獨立分配定律為基礎(chǔ)進行流行病學(xué)研究設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的方法，旨在研究暴露是否與疾病結(jié)局有因果關(guān)系[2]。

1.研究方法

1.1 方法概述

本研究通過孟德爾隨機化方法將與暴露具有強相關(guān)關(guān)系的遺傳變異作為工具，以GWAS、eQTL 的匯總數(shù)據(jù)為參考依據(jù)，通過等位基因的隨機分配在暴露上的映射實現(xiàn)對暴露的隨機化，旨在分析鑒定白癜風(fēng)的功能相關(guān)基因。

1.2 匯總數(shù)據(jù)

GWAS 匯總數(shù)據(jù)來自最大的白癜風(fēng)GWAS 薈萃分析數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)由2853 例病例和37405 例健康對照組成（可在https://www.ebi.ac.uk/gwas/中獲得）。經(jīng)過質(zhì)量控制后，剩余9068712 個變體用于進一步分析[3]。在我們的研究中使用的5 個eQLT 數(shù)據(jù)（3 個血液eQTL 數(shù)據(jù)和2 個皮膚eQTL 數(shù)據(jù)）來自3 個歐洲人群研究，Westra eQTL[4]，CAGE eQTL[5]，GTEx 項目[6]。

1.3 SMR 和HEIDI 方法

基于匯總數(shù)據(jù)的孟德爾隨機化法（Summary databased Mendelian randomization method，SMR），是推斷與暴露密切相關(guān)的遺傳變異對結(jié)局的因果關(guān)系的工具[7]。SMR 的另一個優(yōu)勢是可以集成兩個獨立樣本的數(shù)據(jù)。HEIDI（heterogeneity in dependent instruments）方法旨在區(qū)分多效性與連鎖性。例如，連鎖不平衡中的兩個不同變異分別獨立地影響基因表達和白癜風(fēng)易感性。我們將PHEIDI ＞0.01 定義為不排斥多效性。

1.4 整合分析eQTL 數(shù)據(jù)和白癜風(fēng)GWAS 數(shù)據(jù)

5 個eQTL 匯總數(shù)據(jù)均從http://cnsgenomics.com/software/smr/#Data-Resource 下載，其中僅包含ciseQTL 數(shù)據(jù)。經(jīng)過質(zhì)控，共保留了11013 個基因表達探針,將P值為4.54×10-6（0.05/11013）作為具有統(tǒng)計意義的臨界值。

2.結(jié)果

2.1 優(yōu)先考慮功能相關(guān)基因

通過使用SMR 和HEIDI 方法，我們鑒定出總共20個白癜風(fēng)相關(guān)基因，其中12 個已被既往GWAS 研究報告[3，8-10]。其它8 個基因（SARNP，SPATA2L，SPG7，MAP1LC3A，MEI1，SEPTIN2，CDK10，PRRG2）為首次發(fā)現(xiàn)，與GWAS 相關(guān)的變體相距甚遠。然后，我們對白癜風(fēng)基因表達譜數(shù)據(jù)進行分析，發(fā)現(xiàn)12 個基因顯示出顯著性。利用治療靶基因數(shù)據(jù)庫（http://bidd.nus.edu.sg/group/ttd/ttd.asp）[11]和Drugbank（http://www.Drugbank.ca）[12]進一步評估其在藥物治療領(lǐng)域的潛在價值，我們發(fā)現(xiàn)5 個基因（CASP7，F(xiàn)ADS1，F(xiàn)ADS2，IRF3，GZMB）被用作藥物靶點，其中CASP7 在白癜風(fēng)患者中上調(diào)（bsmr ＞0），見表1。

表1 通過SMR 和HEIDI 方法分析白癜風(fēng)鑒定出20 個基因Table 1 Identification of 20 genes by the SMR&HEIDI analysis for vitiligo

續(xù)表1

3.討論

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)了20 個白癜風(fēng)相關(guān)基因，其中12 個為既往GWAS 研究報告的，另外8 個新發(fā)現(xiàn)的基因主要參與細胞周期（CDK10，SARNP，SEPTIN2），自噬（MAP1LC3A），凋亡（SPATA2L）和活性氧（SPG7）。雖然我們的研究數(shù)據(jù)主要納入的研究人群來自歐美國家，研究結(jié)果是否適用于中國人群有待普遍性驗證，白癜風(fēng)發(fā)病的潛在生物學(xué)機制仍未完全闡明，通過SMR 方法僅能對其作出因果關(guān)系的初步判斷。但本研究通過SMR 方法可以避免常規(guī)觀察性流行病學(xué)研究中所受的混雜作用和反向因果關(guān)聯(lián)的干擾，且我們的研究樣本量較大，通過增加統(tǒng)計效應(yīng)可使得效果估計更加可靠。