阿尔茨海默病的多祖先基因组范围相互作用研究及与吸烟相关的分层分析

《Alzheimers & Dementia》：Alzheimer's disease multi-ancestry genome-wide interaction and stratified study with smoking

研究通过多人群GWAS发现smoking与APOE/ANKS1B区域的rs12368451存在显著交互作用，仅在吸烟者中与AD风险相关，并通过oligodendrocytes的ANKS1B表达起作用。同时发现AA人群SLC22A23区域的交互作用。RNA测序分析表明rs12368451与ankhs1b表达在非吸烟者中显著相关。

　　在当今老龄化社会，阿尔茨海默病（AD）作为最常见的痴呆类型，其影响日益显著。研究显示，AD的发生不仅与遗传因素有关，还受到多种环境因素的影响，其中吸烟就是一个备受关注的潜在风险因素。本研究通过大规模基因组数据，深入探讨了吸烟与AD风险之间的基因-环境相互作用，特别是在不同族群中的表现。研究团队利用了来自阿尔茨海默病基因遗传联盟（ADGC）和弗拉明戈心脏研究（FHS）的22,032名欧洲裔和3,126名非洲裔参与者的数据，开展全基因组单核苷酸多态性（SNP）与吸烟的交互分析以及吸烟分层的关联研究。同时，通过脑组织的bulk和单细胞RNA测序数据，进一步验证了相关基因表达的变化及其与AD病理的潜在联系。

### 阿尔茨海默病的遗传与环境因素

AD的遗传基础已被广泛研究，特别是晚发性AD（LOAD）的遗传风险因素。研究指出，LOAD具有较强的遗传成分，其遗传力估计在58%至79%之间。通过高通量基因组技术，如全基因组关联研究（GWAS），已经鉴定了超过75个与LOAD相关的遗传位点。然而，这些研究主要集中在欧洲裔群体中，导致对非洲裔群体中AD病理机制的理解相对不足。非洲裔群体中LOAD的比例较高，因此，这种研究局限性可能掩盖了某些重要的遗传-环境交互效应。

此外，虽然GWAS已识别出部分遗传变异，但估计仅能解释约40%的LOAD遗传变异，表明还有大量未被识别的遗传结构。这种遗传力的“缺失”可能部分归因于特定环境因素（如吸烟）与遗传变异之间的交互作用，从而放大某些低频易感变异的影响。因此，对基因-环境交互的研究对于理解AD的发病机制和开发个性化治疗策略至关重要。

### 吸烟与阿尔茨海默病的关系

近年来，多项研究揭示了吸烟与AD风险之间的复杂关系。世界卫生组织和《柳叶刀》的报告指出，大约一半的痴呆病例可以通过调整14种环境因素来预防或延缓发病，其中吸烟是其中之一。吸烟行为在中年和晚年均会增加痴呆的风险，而戒烟则可以将风险降低至与从未吸烟者相当的水平。然而，吸烟对AD风险的影响机制尚未完全明确。尽管尼古丁可能具有神经保护作用，例如通过激活神经元烟碱乙酰胆碱受体，但吸烟也与氧化应激等有害机制相关，这些机制可能促进心血管疾病和认知衰老，从而增加痴呆风险。

进一步的研究表明，吸烟对AD的影响可能与特定的遗传背景相关。例如，已有研究发现，吸烟仅在不携带载脂蛋白E（APOE）ε4等位基因的个体中增加AD风险，尽管其具体机制仍不明确。此外，一些研究指出，某些基因如CHRNA7（编码α7烟碱乙酰胆碱受体）的变异可能减弱吸烟对AD风险的不利影响。这提示我们，吸烟与AD之间的关系可能受到基因调控，而这种调控可能因人群而异。

### 研究方法与数据来源

本研究的数据来源于多个大型队列，包括ADGC和FHS，总共有超过25,000名参与者。研究团队将参与者分为吸烟者和非吸烟者，并利用自我报告的吸烟史作为暴露变量。对于吸烟者，还使用了“包年”（pack-years）数据来评估吸烟的累积影响。在分析过程中，研究团队采用了严格的质量控制措施，排除了低质量的SNP和样本，并利用主成分分析（PCA）来控制人群结构的混杂效应。

在统计分析方面，研究团队采用了多种方法，包括基于线性混合模型的MAGEE软件包进行基因-环境交互分析，以及SAIGE软件包进行吸烟分层的GWAS分析。此外，还通过meta分析将不同族群的数据整合起来，以提高统计效力。对于与AD风险相关的SNP，研究团队进一步利用GTEx、ROSMAP、BU ADRC和MSBB等数据库中的基因表达数据进行验证，以探索潜在的因果机制。

### 主要研究结果

研究结果显示，吸烟者中在APAF1/ANKS1B区域发现了一个全基因组显著的SNP（rs12368451），其与AD风险的比值比（OR）为1.19，95%置信区间为[1.12, 1.27]，显著性水平为3.0 × 10??。这一发现意味着该SNP可能在吸烟者中对AD风险产生影响。然而，在非吸烟者中并未观察到类似的显著关联，表明这种基因-环境交互效应可能仅限于吸烟者。

进一步的基因表达分析显示，rs12368451在非吸烟者中与ANKS1B基因的表达水平显著相关，但在吸烟者中则未观察到这种关联。这似乎与rs12368451在吸烟者中对AD风险的影响形成了矛盾。研究团队通过单细胞RNA测序（snRNA-seq）数据进行分析，发现rs12368451在吸烟者中可能通过影响ANKS1B在少突胶质细胞中的表达，进而对AD产生潜在影响。这种细胞类型特异性的基因表达变化提示，吸烟可能通过改变特定脑细胞中基因的表达水平，从而影响AD的发病风险。

此外，研究还发现了一个在非洲裔群体中具有全基因组显著性的SNP-吸烟交互效应，位于SLC22A23基因附近（rs9392488）。该SNP在吸烟者中表现出保护性作用，而在非吸烟者中则可能增加AD风险。这一结果进一步支持了基因-环境相互作用在AD发病机制中的重要性，并表明不同族群可能存在不同的遗传背景和环境因素之间的交互效应。

### 基因表达与AD病理的关联

为了进一步理解这些基因如何影响AD，研究团队利用了GTEx、ROSMAP、BU ADRC和MSBB等数据库中的基因表达数据。他们发现，ANKS1B在多个脑区（尤其是海马体）中表达水平较高，而该基因在AD患者中表现出下调趋势。ANKS1B编码的AIDA-1蛋白与淀粉样蛋白β（Aβ）的沉积密切相关，这种蛋白在神经元突触中高度表达，并参与调节Aβ斑块的形成。因此，ANKS1B可能成为AD治疗的潜在靶点。

APAF1基因在脑组织中的表达相对较低，但在某些神经退行性疾病模型中表现出重要作用。例如，APAF1在肌萎缩侧索硬化症（ALS）和亨廷顿病中与细胞死亡相关，而抑制APAF1可能减少神经元凋亡和病理蛋白聚集。然而，在AD患者中，APAF1的表达水平与正常对照组相似，这可能表明其在AD中的作用尚不明确，需要进一步研究。

### 研究的意义与局限性

本研究的成果具有重要的科学意义。首先，它首次在大规模多族群数据中发现了与吸烟相关的AD风险位点，这有助于更全面地理解AD的遗传基础。其次，研究揭示了吸烟可能通过改变特定脑细胞中基因的表达水平，进而影响AD的发病机制。这种基因-环境交互效应可能为个性化治疗策略提供新的思路。

然而，研究也存在一些局限性。由于大部分样本来自欧洲裔群体，非洲裔群体的样本数量相对较少，这可能影响研究结果的普遍适用性。此外，吸烟数据在部分ADGC数据集中缺失，进一步限制了研究的统计效力。虽然研究团队通过分层分析和meta分析提高了结果的可靠性，但缺乏独立的复制队列可能影响结论的稳健性。此外，基因表达分析虽然提供了线索，但尚未明确揭示吸烟依赖的分子机制，因此需要更多的实验研究来验证这些假设。

### 未来研究方向

本研究为未来AD研究提供了多个方向。首先，进一步探索吸烟与ANKS1B表达之间的因果关系，可能有助于开发针对AD的干预措施。其次，研究团队建议未来应利用跨族群数据，结合遗传和环境因素，以更全面地理解AD的发病机制。此外，针对SLC22A23等在非洲裔群体中发现的显著关联，可能需要更多的研究来验证其在AD中的作用。最后，研究团队指出，基因-环境交互效应的研究对于实现个性化医学至关重要，这将有助于制定更有效的预防和治疗策略。

总之，本研究揭示了吸烟与AD风险之间的复杂关系，并提供了重要的遗传和基因表达线索。这些发现不仅有助于理解AD的遗传基础，还可能为未来的个性化治疗策略提供理论依据。然而，由于研究的局限性，进一步的实验和临床研究仍然是必要的，以验证这些假设并探索更具体的分子机制。