全基因组肝脏增强子 - 基因调控图谱揭示非酒精性脂肪肝(NAFLD)发病新机制

【字体: 时间:2025年05月16日 来源:BMC Genomics 3.5

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  为解析 NAFLD 相关 GWAS 信号中大量非编码区 SNPs 的功能,研究人员利用 ABC 模型整合 15 种肝组织 / 细胞表观基因组数据,构建肝脏增强子 - 基因调控图谱,鉴定 6 个候选基因(含新基因 EPHA2)及关键 SNP(rs2017869),为 NAFLD 机制研究和药物开发提供新资源。

  
非酒精性脂肪肝(NAFLD)正以惊人速度成为全球最常见肝脏疾病,其从单纯性脂肪肝(NAFL)到脂肪性肝炎(NASH)、肝硬化甚至肝癌(HCC)的进展轨迹,不仅严重威胁人类健康,还与心血管疾病(CVD)、2 型糖尿病(T2DM)等多种慢性病紧密关联。尽管全基因组关联研究(GWAS)已识别出多个 NAFLD 相关单核苷酸多态性(SNP),但大量位于非编码区(如增强子、启动子)的 GWAS 信号功能注释困难,成为解析疾病遗传机制的瓶颈。如何将这些 “暗区” 变异与靶基因关联,揭示其在 NAFLD 发生发展中的作用,成为亟待突破的科学问题。

中国人民解放军医学院、南方医科大学等机构的研究人员在《BMC Genomics》发表研究,通过整合多组学数据构建迄今最全面的肝脏增强子 - 基因调控图谱,系统解析 NAFLD 的非编码区调控机制,为疾病精准医学研究提供了关键线索。

研究主要采用以下技术方法:

  1. ABC 模型构建:整合 15 种肝组织 / 细胞的 ATAC-seq、DNase-seq、H3K27ac ChIP-seq 和 Hi-C 数据,通过 ABC 模型计算染色质可及性、组蛋白修饰活性及三维互作,鉴定增强子 - 基因连接(543,486 对),涉及 267,857 个增强子和 16,872 个靶基因。
  2. GWAS 数据整合:结合 FinnGen(3,006 例 / 450,727 对照)和 GWAS Catalog(4,761 例 / 373,227 对照)的 NAFLD GWAS 数据,筛选与疾病风险相关的 ABC SNPs。
  3. 功能注释与验证:通过通路富集分析(GO、KEGG 等)、药物 - 基因互作分析(DGIdb)及表达数量性状位点(eQTL)分析,挖掘候选基因的生物学功能及潜在药物靶点。

研究结果


1. 肝脏增强子 - 基因调控图谱的构建与特征


研究通过多组学数据整合,构建了包含 543,486 对增强子 - 基因连接的调控图谱,发现每个增强子平均调控 3.0 个基因,每个基因受 2.0 个增强子调控,中位基因组距离为 33,629 bp。与单一细胞样本分析相比,多样本整合新增 607 个 ABC 基因,显著扩展了肝脏特异性调控网络。ABC SNPs 显著富集于活性染色质区域(如 H3K27ac、H3K9ac 标记区域)及转录因子结合位点(TFBS),提示其潜在调控功能。

2. ABC SNPs 与 NAFLD 风险的关联分析


通过两阶段 GWAS 分析(发现阶段 + 验证阶段),鉴定出 25,691 个与 NAFLD 风险相关的 ABC SNPs,其中 846 个在独立队列中验证。LD 评分回归(LDSC)显示,ABC SNPs 解释了 2.62% 的 NAFLD 遗传力,且其关联 P 值显著强于全基因组 SNPs,表明 ABC 模型在捕捉功能性遗传变异中的有效性。

3. 候选基因的识别与功能解析


结合功能注释和 eQTL 分析,筛选出 6 个候选基因:GGT1、ACTG1、SPP1、EPHA2、PROZ(新基因)和已报道的SHMT1。其中,GGT1的增强子 SNP rs2017869(C 等位基因 OR=1.10,95% CI=1.04-1.16)通过 eQTL 分析证实与肝脏 GGT1 表达正相关,且其调控的丝氨酸代谢通路与 NAFLD 中氧化应激和谷胱甘肽(GSH)代谢密切相关。另一新基因EPHA2通过 SNP rs1497406与 NAFLD 风险关联,其编码的 EPH 受体 A2 可通过调控 GGT 水平参与疾病进程,且与肝癌治疗药物 regorafenib、sorafenib 存在互作。

4. 潜在药物靶点的发现


药物 - 基因互作分析显示,6 个候选基因对应 36 种已获批药物,如靶向 GGT1 的甲状腺激素药物 liothyronine、非甾体抗炎药(NSAIDs),以及靶向 EPHA2 的抗肿瘤药物。其中,liothyronine 在临床中显示对 NAFLD 患者的潜在益处,而 ursodiol(熊去氧胆酸)可降低 GGT 水平,进一步支持 GGT1 作为治疗靶点的可行性。

结论与意义


本研究通过构建全基因组肝脏增强子 - 基因调控图谱,首次系统揭示 NAFLD 相关非编码区 SNPs 的靶基因网络,鉴定出 GGT1、EPHA2 等新易感基因及关键调控变异(如 rs2017869),为解析 NAFLD 的遗传机制提供了全新视角。研究结果不仅填补了肝脏特异性调控图谱的空白,还通过整合 GWAS 和功能基因组学数据,将 “暗区” 变异与代谢通路(如丝氨酸代谢、一碳单位代谢)及药物靶点关联,为 NAFLD 的精准预防、分子诊断及药物开发(如靶向 GGT1 的抗氧化治疗)奠定了基础。尽管研究基于欧洲人群数据,其建立的方法学和调控图谱资源对全球 NAFLD 研究具有重要参考价值,尤其是在多民族队列验证和治疗响应预测方面具有广阔应用前景。

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