组织蛋白酶H通过孟德尔随机化和生物信息学分析揭示其增加糖尿病视网膜病变风险的因果机制

本研究通过多维孟德尔随机化(MR)分析结合生物信息学方法，首次证实组织蛋白酶H(Cathepsin H)是糖尿病视网膜病变(DR)及其亚型增殖性糖尿病视网膜病变(PDR)和糖尿病黄斑病变的独立危险因素。研究人员利用GWAS数据和多种MR方法(GSMR、SMR、cis-eQTL MR等)发现Cathepsin H水平升高显著增加DR风险(OR=1.049-1.075)，并通过单细胞测序揭示其在DR患者NK细胞中特异性高表达。该发现为DR的早期诊断和治疗靶点开发提供了新思路。

　　

糖尿病慢性并发症严重威胁患者生命健康，其中糖尿病视网膜病变(DR)是工作年龄人群致盲的首要原因。尽管现有降糖药物如钠-葡萄糖协同转运蛋白2(SGLT2)抑制剂和胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体激动剂可延缓疾病进展，但疗效存在个体差异，这凸显了对DR分子机制深入理解的迫切需求。近年来，溶酶体蛋白酶家族在糖尿病并发症中的作用逐渐受到关注，特别是组织蛋白酶(Cathepsins)作为细胞内重要的蛋白水解酶，参与细胞自噬、抗原呈递和细胞外基质重塑等过程。然而，这些蛋白酶与DR之间的因果关系仍不明确，且既往研究多局限于小样本观察性研究，缺乏遗传学证据支持。

为填补这一研究空白，苏州中医医院的研究团队在《Diabetology》发表了一项开创性研究。该研究创新性地整合了孟德尔随机化(Mendelian randomization, MR)与多组学分析，系统评估了9种组织蛋白酶与6种糖尿病慢性并发症的因果关系。研究团队采用的主要技术方法包括：基于INTERVAL研究和FinnGen生物库的大规模GWAS数据，运用广义汇总数据MR(GSMR)、单变量MR、多变量MR(MVMR)等方法进行因果推断；通过eQTLGen联盟和GTEx数据库进行顺式表达数量性状位点(cis-eQTL)验证；结合GEO数据库的转录组数据(GSE94019、GSE102485)和单细胞测序数据(GSE248284)进行生物信息学分析；使用CIBERSORT算法评估免疫细胞浸润特征。

研究结果部分：

1. 双向GSMR分析：正向分析显示Cathepsin H水平与DR(OR=1.0494)、PDR(OR=1.0581)和糖尿病黄斑病变(OR=1.0751)风险呈正相关，而Cathepsin F对糖尿病黄斑病变具有保护作用(OR=0.9068)。反向分析未发现糖尿病并发症对组织蛋白酶的显著影响。

   

2. 单变量MR验证：IVW方法证实Cathepsin H增加DR(OR=1.0496)、PDR(OR=1.0587)和糖尿病黄斑病变(OR=1.0750)风险，敏感性分析显示无显著异质性或水平多效性。

3. 多变量MR分析：调整其他组织蛋白酶后，Cathepsin H仍独立增加PDR(OR=1.0546)和糖尿病黄斑病变(OR=1.0682)风险，同时发现Cathepsin E与PDR的新关联(OR=1.0783)。

   

4. 生物信息学验证：两个独立数据集显示Cathepsin H在PDR患者中显著上调，ROC曲线下面积(AUC)达0.944，诊断性能优异。单细胞分析揭示Cathepsin H在DR患者NK细胞中特异性高表达(log₂FC=1.32)。

   

5. 功能富集分析：Cathepsin H高表达组差异基因显著富集于髓系细胞分化、内质网-核信号通路等免疫炎症相关通路，提示其可能通过调控免疫微环境参与DR进展。

   

研究结论与讨论部分指出，该研究首次通过遗传学证据确立了Cathepsin H作为DR及其亚型的因果风险因素，具有多重科学意义：在机制层面，Cathepsin H可能通过降解血管基底膜(通过调控基质金属蛋白酶活性)或激活VEGF信号通路促进病理性新生血管形成；在转化医学层面，血浆Cathepsin H水平可作为DR无创诊断标志物，其特异性抑制剂(如正在开发中的酰肼类化合物)有望成为靶向治疗药物。值得注意的是，虽然研究发现Cathepsin H与免疫细胞浸润特征相关，但中介分析排除了免疫表型在其致病通路中的介导作用，提示可能存在更直接的血管调控机制。研究也存在一定局限性，如样本仅限于欧洲人群，未来需要在亚洲人群中进行验证。

该研究的创新性体现在方法学上首次整合MR与多组学分析，技术上实现从遗传变异到单细胞表达的跨尺度验证，为糖尿病并发症的精准防治提供了新靶点。作者建议未来研究可聚焦于：1)开发Cathepsin H特异性抑制剂；2)建立基于Cathepsin H的DR风险预测模型；3)探索其在其他糖尿病微血管并发症(如肾病)中的普适性作用。这些发现不仅深化了对DR发病机制的理解，也为个体化治疗策略的开发奠定了理论基础。