多模态分析揭示糖尿病肾病肾脏损伤的遗传易感性机制及TCN2(p.K77M)变异的关键作用

本研究通过精确表型的活检确诊糖尿病肾病(DN)全基因组关联分析(GWAS)，在汉族人群中鉴定出10个遗传风险位点，其中TCN2(p.K77M)错义变异通过破坏高糖环境下肾小管细胞线粒体功能加剧肾脏损伤。研究揭示了DN的遗传病因主要源于肾脏固有损伤易感性，为DN的精准诊断和治疗提供了新靶点。

　　

糖尿病肾病(DN)是2型糖尿病(T2D)最常见的微血管并发症，也是全球终末期肾病的主要病因。尽管DN表现出显著的家族聚集性和单核苷酸多态性(SNP)遗传力，但其特异性遗传风险仍不清楚。既往基于临床表型诊断的糖尿病肾病(DKD)全基因组关联研究(GWAS)在识别遗传风险位点和估计遗传力方面成果有限，这很可能是因为研究中纳入了大量仅基于临床表型诊断的DKD患者，而非经肾活检确诊的DN患者。研究表明，33%-72.5%的T2D患者在肾活检后发现患有非糖尿病性肾病，这凸显了仅依赖临床表型会显著降低DN诊断的特异性。此外，DN在不同种族中的发病率和进展存在显著差异，这也给遗传研究带来了混杂因素。大多数DKD GWAS主要集中于非裔美国人或高加索人群，对中国汉族人群的研究有限，这限制了对中国汉族人群DN发病机制的理解。

南京医科大学附属金陵医院国家肾脏病临床研究中心的研究人员开展了一项针对中国汉族人群的GWAS研究，使用肾活检确诊的DN患者作为病例组，病程超过10年且无微血管并发症的T2D患者作为疾病对照组，健康人群作为健康对照组。通过这种精确表型筛选方法，研究人员发现DN的遗传力显著高于既往DKD GWAS报道的水平。研究采用两阶段GWAS策略，第一阶段使用亚洲筛查芯片(ASA)设计，包括1，288例DN患者和2，608例T2D患者；第二阶段使用中华8号芯片设计，包括991例DN患者和1，154例T2D患者。通过多维度分析整合临床、转录组和病理数据，并基于候选变异构建小鼠模型进行功能验证。

研究主要采用了以下关键技术方法：1)建立精确表型的肾活检确诊DN队列(n=2，279)和严格筛选的对照组；2)两阶段GWAS设计和meta分析；3)精细定位和因果变异推断；4)肾脏组织RNA测序分析；5)构建TCN2条件性敲除和TCN2 p.K77M点突变小鼠模型；6)线粒体功能测定和蛋白质组学分析。

研究结果部分：
"Biopsy-proven DN GWAS discovers 10 genetic risk loci for DN"：通过meta分析在汉族人群中鉴定出10个与DN相关的遗传位点，其中HLA区域(包括HLA-DQB1和HLA-B)显示出最显著的关联。这些位点中有5个具有超过50%的可能性是因果性的，TCN2中的错义变异(rs75680863；c.230A>T；p.K77M)是最主要的候选位点。

"Genetic partition of DN etiology suggests susceptibility to kidney injury"：通过逐步GWAS分析比较DN与T2D、DN与健康对照、T2D与健康对照，发现DN的遗传病因主要归因于肾脏固有损伤易感性，糖尿病与肾脏损伤的相互作用起部分调节作用。

"SNP-based and gene-based enrichment highlight immune and metabolic disorders associated with DN"：SNP和基因富集分析显示DN相关信号显著富集于免疫系统紊乱和消化系统紊乱，主要由HLA区域以及PSORS1C1、TCN2和EEF1D位点的遗传变异驱动。

"Genotype and renal tissue expression of causal variants associated with clinical traits"：5个候选因果变异均与估算的肾小球滤过率(eGFR)显著相关，其中rs75680863和rs118096913还与蛋白尿增加相关。肾小管TCN2 mRNA表达与eGFR呈正相关，与蛋白尿呈负相关，表明TCN2在DN患者中具有肾脏保护作用。

"Genotype and renal tissue expression of causal variants associated with renal pathologic traits"：精细定位的位点主要影响DN的肾小管和间质病理特征，而非其他DN病理特征。rs75680863(TCN2)基因型与间质纤维化和肾小管萎缩(IFTA)严重程度呈最强关联，风险等位基因纯合子比参考等位基因携带者的IFTA更严重。

"The TCN2 risk allele exacerbates mitochondrial defects in renal tubular cells under high-glucose conditions"：TCN2 p.K77M变异导致肾小管细胞线粒体功能障碍，表现为线粒体形态异常和线粒体呼吸链功能受损。在原发性肾小管细胞中，TCN2 K77M细胞的基础呼吸和最大呼吸水平以及ATP产量均低于WT细胞，这种差异在高糖条件下更为明显。

研究结论与意义：
这项研究通过建立精确表型的肾活检确诊DN队列，在汉族人群中鉴定出10个DN遗传风险位点，其中5个具有高概率的因果性，特别是TCN2(p.K77M)错义变异。多模态分析揭示了DN的遗传病因主要源于肾脏固有损伤易感性，表现为肾小管间质损伤，其特征是TCN2(p.K77M)变异在高糖条件下诱导线粒体功能障碍。TCN2在肾小管上皮细胞中主要表达，促进维生素B₁₂的重吸收，其p.K77M变异导致细胞内钴胺素代谢紊乱，影响甲基丙二酰辅酶A变位酶功能，从而导致线粒体功能障碍。这些发现为理解中国汉族人群DN的发病机制提供了新见解，并为DN的精准诊断和治疗提供了潜在靶点。研究建立的精确表型筛选方法和多维度分析策略也为其他复杂疾病的遗传研究提供了重要参考。