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客戶文章|膜性腎病的GWAS研究有助于建立無創傷診斷新方法?
發布日期:2020-05-07瀏覽:

瑞金醫院腎臟內科謝靜遠主任團隊在20203月發表了題目為“The genetic architecture of membranous nephropathy and its potential to improve non-invasive diagnosis的膜性腎病研究,該研究成果發表在Nature Communication,影響因子為11.878。

晶能生物有幸參與了部分芯片測序工作。下面就由小編和大家分享該文章。

 

膜性腎病的GWAS研究

有助于建立無創傷診斷新方法

 


  • 發表期刊:Nature Communication

  • 發表時間:2020年3月

  • 影響因子:11.878     

  • 作者單位:瑞金醫院

  • 涉及的晶能生物服務產品:中華芯片Zhonghua-8 chip (Illumina) 

  • 翻譯:娜娜醬‍



 

文章摘要

 

膜性腎?。∕N)是一種罕見的自身免疫性疾病,會導致腎功能衰竭。

 

本研究對東亞裔和歐洲裔的膜性腎病患者隊列,包括3782例MN患者和9038例對照,進行全基因組關聯分析。該研究發現了兩個以前未報告的易感基因位點NFKB1(rs230540, OR=1.25, P=3.4x10−12)和IRF4(rs9405192, OR=1.29, P=1.4x10−14),并對PLA2R1易感位點(rs17831251, OR=2.25, P=4.7x10−103)進行了定位,而且報告了三個經典HLA等位基因的種族特異性:即DRB1*1501(OR=3.81, P=2.0x10−49)為東亞裔的主要風險等位基因,DQA1*0501為歐洲裔(OR=2.88, P=5.7x10−93)的主要風險等位基因,DRB1*0301為東亞裔和歐洲裔共同的風險等位基因。GWAS易感位點可以解釋東亞裔32%的疾病風險和歐洲裔25%的疾病風險,并通過血清抗PLA2R ELISA診斷試驗對驗證隊列中抗體陰性的20-37%的病例進行正確的重新分類。該研究闡明了MN的異常遺傳結構,其四個遺傳位點及其相互作用可以解釋約三分之一的發病風險。

 

研究背景

 

膜性腎?。?/span>MN)是一種罕見的自身免疫性疾病,表現為腎病綜合征,發病高峰期在30-50歲之間,是人自身的抗體識別腎小球足細胞上的目標抗原,在此結合形成免疫復合物,激活機體的免疫防御機制,攻擊免疫復合物,引起腎小球足細胞損傷的過程。M型磷脂酶A2受體(PLA2R)是原發性膜性腎?。∕N)的主要靶抗原,約占75%~80%。僅小部分原發性MN由其他抗原(如血小板反應蛋白1 型結構域7A)所致。

之前在75例法國人、146例荷蘭人和335例英國人通過低分辨率陣列的基因分型進行的MN全基因組關聯研究(GWAS),確定了HLA區與編碼MN中主要抗原的PLA2R1基因座的強關聯。這些發現表明,在HLA單倍型允許的個體中,遺傳變異可控制PLA2R自身抗原的免疫原性和/或表達水平,以及抗PLA2R自身抗體的產生。但是,尚未以高分辨率定位GWAS關聯的特定因果等位基因。而且,過去的GWAS研究僅限于歐洲人,報道的關聯沒有在不同種族中進行全面的驗證。且由于樣本量小,先前的研究可能遺漏了重要的疾病相關位點。

本研究對東亞和歐洲人群的9個隊列中的12,820名個體(3782例腎活檢病例和9038個匹配對照)進行了原發性MN的遺傳研究。與先前的GWAS相比,使用具有全基因組推斷的高分辨率陣列,并且樣本量增加了7倍以上,發現了兩個以前未報告的MN的全基因組重要風險位點,并對已知位點進行了高分辨率定位和種族特異性分析。

該研究描述了MN的不常見遺傳結構,其中四個易感位點及其遺傳相互作用占疾病風險的近三分之一。并表明牽涉到疾病發病機制中的NFKB1和IRF4基因失調,為潛在靶向原發性MN中的NF-κB和干擾素信號通路提供了遺傳支持。該研究還細化了HLA基因座的種族特異性效應,將DRB1 * 1501定義為東亞人的主要風險等位基因,將DQA1 * 0501定義為歐洲人的主要風險等位基因,并將DRB1 * 0301定義為兩種種族共同的風險等位基因。該研究還描述了一個風險單倍型,存在于PLA2R1位點,它具有調節功能,并顯示出與HLA-DRB1風險等位基因強大的遺傳相互作用。最后,根據這些發現計算出遺傳風險評分(GRS),當與血清抗PLA2R抗體ELISA(目前臨床上用于MN的血清學檢測)結合使用時,在區分病例和對照方面比僅用ELISA或GRS顯示出更好的性能。該研究還在外部驗證隊列中驗證了此綜合風險評分(CRS)的性能。結果表明,血清-基因聯合檢測可以潛在地用于建立原發性MN的新診斷,從而在大多數病例中無需進行高風險的腎臟活檢。

 

研究思路‍

1研究隊列表

 

1、全基因組關聯分析

研究發現2個新的全基因組顯著關聯的SNP位點,其中一個位點位于染色體4q24,編碼NFKB1基因(rs230540, OR = 1.25, Meta-analysis P = 3.4x10-12),另一個位點位于染色體6p25.3,編碼IRF4基因(rs9405192, OR= 1.29,Meta-analysis P= 1.4x10−14)。在此次分析中,證實了之前研究的2個SNP位點也存在強烈的關聯性:即位于染色體2q24.2,編碼PLA2R1基因(rs17831251,OR=2.25, Meta-analysis P= 4.7x10−103)和位于染色體6p21.32,編碼HLA-DQA1/DRB1基因(rs9271573, OR=2.41, Meta-analysis P= 2.7x10−154)(圖1a)。

對非HLA基因位點的3個SNP位點(rs230540、rs9405192和rs17831251)進行條件分析,發現每個信號都由每個隊列中的一個SNP解釋,這表明在東亞和歐洲人群中,每個基因座都有一個共同的風險單倍型(圖1bcd)

鑒于HLA位點關聯信號的復雜性和已知的遺傳連鎖不平衡(LD)模式的差異,該研究又分別在東亞裔和歐洲裔中對該區域進行了分析,在東亞裔隊列的條件分析中,只有兩個獨立相關的SNP解釋了這個位點的整個信號(rs9269027和rs1974461),在歐洲裔中,逐步條件分析揭示了三個獨立相關的全基因組顯著關聯的SNPs(rs9271541、rs9265949和rs2858309),暗示了一種更復雜的關聯模式。在兩個種族中,高信號集中在HLA-DRB1和DQA1基因上(圖2a,b)。

1a曼哈頓圖:所有隊列的合并薈萃分析的結果,其中橫坐標表示1~22條常染色體的位置,縱坐標表示每個SNP計算的關聯p值的-log值,水平虛線表示全基因組顯著性閾值(α= 5×10-8);全基因組顯著關聯位點以紅色突出顯示

1bcd PLA2R1/NFKB1/IRF4基因座的區域圖,上面板表示未進行條件分析的結果,下面板表示對SNP位點條件分析后的結果

2a東亞裔隊列的區域圖,包括所有推測的變異和經典HLA等位基因的關聯統計,HLA-DRB1基因的關聯信號最強(上面板),HLA-DQA1基因的結果突出顯示以供參考,在調整完所有DRB1經典等位基因后(紅色箭頭),在整個3-Mb區域中沒有殘留關聯(下面板),水平虛線表示全基因組顯著性閾值(α= 5×10-8

2b歐洲裔隊列的區域圖,HLA-DQA1基因的關聯信號最強(上面板),在控制了所有經典的DQA1等位基因(紅色箭頭)后,HLA-DRB1基因在全基因組范圍內仍然顯著(中面板);在同時控制DRB1和DQA1之后,該區域(下面板)沒有顯著的關聯,這表明這兩個基因的變異可以解釋整個信號

 

2、經典的HLA等位基因和氨基酸多態性分析

在東亞裔隊列中,對經典HLA等位基因的逐步條件分析定義了兩個獨立的風險等位基因,DRB1*1501和DRB1*0301,東亞裔頭號風險等位基因DRB1*1501在歐洲裔中沒有明顯的風險效應。與歐洲裔風險等位基因關聯最強的是DQA1*0501。在對DQA1*0501進行條件分析后,DRB1*0301在全基因組范圍內仍然顯著關聯,這表明這種風險等位基因在亞洲和歐洲人群中是共有的。此外,DQA1*0501和DRB1*0301處于不完全連鎖不平衡,且歐洲裔的連鎖強度(R2=0.40)高于東亞裔(R2=0.29)的連鎖強度。在東亞裔隊列中,DQA1*0501的弱效應非常明顯,在對DRB1*0301進行條件分析后,該等位基因變得不顯著。相反,在歐洲裔中,DQA1*0501在DRB1*0301進行條件分析后,依然表現出全基因組顯著的風險效應(圖2c,d。

2c東亞裔 病例(紅色)和對照(黑色)的經典HLA-DRB1和DQA1等位基因的頻率分布

2d歐洲裔 病例(紅色)和對照(黑色)的經典HLA-DRB1和DQA1等位基因的頻率分布

在東亞裔多態氨基酸位點的分析中,只有兩個密碼子的遺傳變異解釋了整個HLA-DRB1信號,這些密碼子編碼的殘基分別位于DRβ鏈的第13位和第71位。(圖3a),并且它們的側鏈在DR的β鏈的抗原結合口袋內彼此相鄰映射(圖3c)

在歐洲裔氨基酸替代性分析中,DQA1中與DQA1*0501等位基因相關的5個雙等位基因位點(75Ser-107Ile-156Leu-161Glu-163Ser)與MN的風險相關性最強。該研究在HLA-DRB1的第74位發現了第二個獨立的信號,氨基酸殘基定義了歐洲裔DRB1*0301風險單倍型(圖3b)

3a東亞裔:利用條件性單倍型試驗分析DRB1(藍色)和DQA1(綠色)分子中的多態氨基酸位置,關聯最強的多態位點位于DRB1的第13位(左面板);在控制了這個位置之后,DRB1中的位置71仍然是全基因組的顯著位置(中間面板),對這兩個位置進行控制后,沒有剩余的參加關聯(右面板)

3d DQ分子的蛋白質結構包括α鏈(黃帶)和β鏈(綠帶);DQA1的5個雙等位氨基酸位點相互之間處于完美的LD,并定義了歐洲裔的主要風險等位基因DQA1*0501

 

3、PLA2R1基因座及其遺傳互作

該研究對之前報道的PLA2R1位點與HLA風險單倍型進行遺傳交互分析。PLA2R1風險基因型與東亞裔和歐洲裔HLA風險單倍型均表現出顯著的乘性交互作用(圖4bc),接下來要重復遺傳交互試驗來分離單個HLA風險單倍型,得出歐洲裔的遺傳互作主要由DRB1*0301-DQA1*0501單倍型驅動(圖4d)。同樣,DQA1*0501等位基因與PLA2R1位點在東亞人群中無顯著交互作用(圖4e)。這些分析表明,PLA2R1位點的相互作用主要由DRB1等位基因驅動。

4b:PLA2R1基因型與東亞裔HLA風險單倍型的交互作用(DRB1*0301 or DRB1*1501)

4c:PLA2R1基因型與歐洲裔HLA風險單倍型的交互作用(DRB1*0301 or DQA1*0501)

4d:PLA2R1基因型與歐洲裔DRB1*0301-DQA1*0501風險單倍型的交互作用

4e:歐洲裔 除DQA1*0501-DRB1*0301外,PLA2R1和DQA1風險單倍型之間沒有顯著的交互作用

 

4、GRS分析以及潛在診斷意義

為了量化全基因組顯著的單核苷酸多態性及其相互作用累積解釋的疾病變異的比例,該研究進行了特定種族的GRS分析。GWAS位點可以解釋東亞裔32%的疾病風險和歐洲裔25%的疾病風險。GRS影響的幅度可與引起孟德爾形式的腎臟疾病的罕見、高滲透性突變相媲美,與最低的十分位相比,處于最高位十分位的人患疾病的風險高30至40倍。(圖5a,b),通過聯合GWAS新發現的易感位點和血清PLA2R抗體建立聯合疾病風險評分(CRS),該CRS在亞洲人中診斷MN的AUROC達到0.96 (95%CI: 0.95-0.98),在歐洲人中達到0.89 (95%CI: 0.87-0.91)(圖5d,e。當GRS與血清抗PLA2R ELISA(目前臨床上使用的MN的血清學測試)聯合使用時,在診斷MN方面比僅用一種方法表現出更好的準確性。

5遺傳風險評分(GRS)和組合風險評分(CRS)的診斷性能

 

CONCLUSION

結論


本研究新報道了MN風險基因位點NFKB1和IRF4,對PLA2R1進行精細定位,報告了三個經典HLA基因座在東亞裔及歐洲裔之間的種族特異性。該研究闡明了MN的特殊遺傳結構,其四個遺傳位點及其相互作用可以解釋約三分之一的發病風險。同時,該項研究表明血清-基因聯合檢測是一種有潛力的MN無創診斷方法,或能讓MN患者免于腎活檢。

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