替代补体途径中的遗传变异影响个体对菌血症和败血症的易感性

《Critical Care Explorations》：Genetic Variation in the Alternative Complement Pathway Contributes to Individual Susceptibility to Bacteremia and Sepsis

基因变异与感染风险：替代补体途径的SNP分析

　　在人类免疫系统中，补体系统是一个至关重要的组成部分，它不仅直接对抗病原体，还在协调免疫反应中发挥关键作用。补体系统的替代途径（Alternative Pathway, AP）尤为关键，因为它在面对细菌感染时能够迅速启动并放大免疫反应，同时，其活动也受到多种调节因子的严密控制。然而，AP的异常激活可能导致过度炎症反应，从而加重感染性疾病如败血症的临床后果。因此，理解AP相关基因中的遗传变异对于揭示个体对细菌感染和败血症的易感性具有重要意义。

本研究通过分析来自美国退伍军人事务部“百万退伍军人计划”（Million Veteran Program, MVP）的基因组-表型全关联研究（Genome-Wide by Phenome-Wide Association Study, GwPheWAS）数据，探讨了AP相关基因中的遗传变异如何影响败血症和细菌感染的发生率。该研究覆盖了超过60万个个体的基因型数据，从中提取了与败血症或败血症相关表型（Phecodes）相关的单核苷酸多态性（Single-Nucleotide Polymorphisms, SNPs）。通过这一大规模研究，研究者发现了多个可能与这些感染性疾病相关的遗传变异，这些变异既包括基因内部的SNPs，也包括可能对基因表达产生调控作用的非编码区变异。

研究发现，AP相关基因中存在多种遗传变异，其中大部分为内含子变异，少数为外显子变异。这些变异主要分布在补体因子B（CFB）、补体因子I（CFI）以及C5a受体（C5AR1/C5AR2）等基因中。其中，C5AR1基因的一个外显子变异rs4804049被发现与多个Phecodes存在新的关联。此外，研究还发现了一些非编码区的变异，这些变异可能通过调控基因表达影响AP的功能，从而影响感染易感性。这些发现表明，AP的遗传变异可能在个体对细菌感染和败血症的易感性中扮演重要角色，这为未来的诊断和免疫调节治疗提供了潜在的靶点。

补体系统的替代途径是其防御机制中一个独特的部分，它能够在没有抗体的情况下激活，并且在感染初期迅速响应。然而，AP的过度激活可能导致炎症反应失控，进而引发严重的临床后果，如败血症。因此，研究AP相关基因中的遗传变异，有助于理解个体如何对感染性疾病产生不同的反应，从而为个性化医疗和精准治疗提供理论依据。此外，研究还发现，某些非编码区的变异可能对AP基因的表达具有调控作用，这些变异的存在可能进一步影响个体的免疫功能和感染风险。

在本研究中，使用了多种方法来识别与败血症和细菌感染相关的遗传变异。首先，研究者筛选了与AP相关基因（包括CFB、CFD、CFH、CFI等）相关的SNPs，并排除了那些在MVP数据中出现频率低于1%的变异。接着，利用Li和Ji分析方法，结合1000 Genomes项目提供的连锁不平衡（Linkage Disequilibrium, LD）数据，对SNPs进行了多重检验校正，以确保结果的可靠性。此外，研究还利用了表达数量性状位点（Expression Quantitative Trait Loci, eQTL）数据和基于计算机模拟的预测模型（如RegulomeDB和Combined Annotation Dependent Depletion, CADD），来识别可能具有调控作用的非编码区变异。这些方法的结合，使得研究者能够全面评估AP基因中与感染相关的遗传变异。

研究结果表明，AP基因中的变异在不同种族群体中均具有显著影响。在MVP跨种族元分析中，研究者发现了25个主要的基因内SNPs和14个预测具有调控作用的非编码区SNPs。这些变异的分布和功能影响，反映了AP在不同生理条件下对感染的复杂作用。例如，CFB和CFD的变异被发现与败血症和细菌感染风险增加密切相关，而CFI和CFHR蛋白的变异则可能通过调节AP的活性，影响感染的进展和临床结果。此外，研究还发现，某些变异可能同时影响多个表型，这提示我们这些基因可能在多个免疫相关过程中发挥重要作用。

在讨论部分，研究者强调了AP相关基因中某些变异的潜在机制。例如，C5AR1基因中的rs4804049变异虽然在计算机模型中未显示出显著的调控作用，但其在多个败血症和细菌感染表型中均表现出显著的关联性。这可能意味着该变异通过影响传统的免疫细胞信号传导途径，或通过其他尚未完全阐明的机制，对感染易感性产生影响。因此，这一变异值得进一步研究，以揭示其对感染性疾病的具体作用。

此外，研究还关注了CFB和CFD的变异。这些变异已经被广泛研究，并与多种疾病（如年龄相关性黄斑变性、IgA肾病和阵发性夜间血红蛋白尿症）相关联。然而，这些变异在感染性疾病中的作用尚未被充分探讨。例如，rs1048709变异与败血症性休克风险增加相关，而rs641153和rs4151651变异则被发现与CFB活性降低有关。这些变异的遗传效应在不同疾病中可能表现出不同的表现，例如，rs641153的次要等位基因可能对败血症具有保护作用，而rs4151651的次要等位基因则可能增加败血症性休克的风险。这种看似矛盾的结果可能反映了AP在不同病理过程中的复杂作用，例如，某些变异可能通过增强AP活性而促进感染，而另一些则可能通过抑制AP活性而减轻炎症反应。

研究还发现了一些与CFH相关蛋白（CFHR1-4）相关的变异，这些蛋白在补体系统中的作用尚不明确。然而，一些研究提示这些蛋白可能在AP的激活过程中起到重要作用，通过与CFH竞争结合位点。本研究发现，其中四个变异与败血症和细菌感染风险增加相关，而另一个变异则与风险降低相关。这表明CFH相关蛋白可能在感染防御中发挥重要作用，但其具体机制仍需进一步研究。

本研究的一个重要发现是，尽管AP的某些变异可能通过影响基因表达，从而增加感染风险，但某些变异却与感染风险降低相关。这可能与“消耗性补体病”（Consumptive Complementopathy）的概念有关，即补体系统的过度激活可能导致其成分的消耗，从而在某些情况下降低对感染的防御能力。因此，这些变异的效应可能不仅仅是简单的基因表达变化，而是与整个补体系统的动态平衡有关。

尽管本研究提供了重要的见解，但仍然存在一些局限性。例如，由于缺乏个体层面的数据，无法深入分析这些变异对临床结局的具体影响。此外，败血症和细菌感染在电子健康记录（Electronic Medical Records, EMR）编码中可能存在重叠，这可能影响结果的准确性。同时，MVP数据中女性样本的代表性有限，这可能影响研究结果的普遍适用性。因此，未来的研究需要进一步利用个体层面的数据，以更精确地分析AP变异与特定病原体之间的关系，从而更好地理解这些变异在感染防御中的作用。

总的来说，本研究揭示了AP相关基因中多种遗传变异可能对个体对细菌感染和败血症的易感性产生影响。这些发现不仅加深了我们对补体系统在感染性疾病中的作用的理解，也为未来的免疫调节治疗提供了潜在的靶点。此外，研究还强调了非编码区变异的重要性，这些变异可能通过调控AP基因的表达，影响个体的免疫反应。因此，这些变异的进一步研究将有助于揭示它们在感染性疾病中的具体机制，并为临床实践提供新的思路。