《Aging Cell》：Systemic Loss of Chromosome Y Associates With Age-Related Ophthalmic Diseases in Middle-Aged Men: A Longitudinal Multi-Omic Study
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在全球人口老龄化的背景下，维持健康构成一项严峻挑战，其中造血系统中的染色体Y镶嵌缺失（mosaic loss of chromosome Y，LOY）是衰老男性中常见的体细胞突变。然而，其对感觉器官退化的纵向影响仍未得到充分表征。通过分析来自英国生物银行（UK
在全球人口老龄化的背景下，维持健康构成一项严峻挑战，其中造血系统中的染色体Y镶嵌缺失（mosaic loss of chromosome Y，LOY）是衰老男性中常见的体细胞突变。然而，其对感觉器官退化的纵向影响仍未得到充分表征。通过分析来自英国生物银行（UK Biobank）的223,051名男性参与者，研究人员证明了LOY独特且独立地预测了偶发性年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration，AMD）风险的增加（风险比［Hazard Ratio］=0.611，95%置信区间［Confidence Interval］：0.397–0.942）。限制性立方样条（Restricted cubic splines）分析确定了中位log R比值为?0.17时的关键风险升高阈值。在15年的临床前窗口期内，Olink血浆蛋白质组学鉴定出41种优先蛋白，其展现出趋近于临床诊断的分歧性非线性动力学特征；值得注意的是，弹性蛋白降解性基质金属蛋白酶-12（matrix metalloproteinase-12）在终点前12年即出现显著偏离。整合外周血与脉络膜组织的单细胞RNA测序数据集，验证了CD16+循环单核细胞和驻留巨噬细胞表现出最高的LOY频率。此外，Y缺陷型髓系细胞表现出促炎表型，伴有IFI30和CKB的细胞类型特异性上调，从而将单细胞转录激活与系统性蛋白质组失调联系起来。因果中介分析证实，外周血单核细胞计数显著介导了LOY相关的退行性风险。利用这些优先蛋白质组特征，LightGBM机器学习框架在5年发病风险预测中实现了稳健的预测性能（AUC=0.734）。总体而言，这些发现确立了一条独特的体细胞突变-免疫-视网膜轴，将系统性克隆嵌合体定位为不仅作为生物衰老的标志物，而且作为部位特异性器官退化的上游驱动因素，为年龄相关疾病的早期风险分层和精准干预提供了新颖策略。
**一、研究背景与现存问题**
全球人口老龄化进程加速，维持视觉功能已成为临床眼科面临的关键挑战。白内障、青光眼、糖尿病视网膜病变、视网膜脱离和年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration，AMD）等视力威胁性疾病的发病率随年龄显著升高。尽管这些疾病在解剖定位和临床表现上各异，但常共享慢性系统性炎症与生物衰老等趋同的病理生理基础。大样本全基因组关联研究（genome-wide association studies，GWAS）已识别众多胚系遗传易感位点，但随机环境因素与体细胞突变经由眼部-全身轴对这些年龄相关性视觉损伤的贡献机制仍未充分明确。染色体Y缺失（mosaic loss of chromosome Y，LOY）作为衰老男性造血系统中最常见的体细胞突变，已被证实与克隆性造血及多种非血液系统疾病（包括心血管疾病和癌症）风险增加有关。然而，目前眼科学文献中尚缺乏前瞻性证据确立LOY作为年龄相关性眼病的稳健风险因素，尤其是其对视网膜微结构的影响及经由髓系谱系介导的机制。因此，本研究旨在利用大规模前瞻性队列与多组学证据，揭示LOY与年龄相关眼病之间的纵向关联及其潜在生物学机制。
**二、研究内容与核心结论**
研究人员从英国生物银行（UK Biobank，UKB）中纳入223,051名具有高质量染色体数据的男性参与者，其中8,920名（4.0%）被归类为LOY携带者。在长达15年的随访期内，以ICD-10编码定义临床终点，优先分析白内障、青光眼、糖尿病视网膜病变、视网膜脱离和AMD五种主要眼科疾病。研究整合Olink Explore平台的血浆蛋白质组学、外周血和脉络膜组织的单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing，scRNA-seq）数据以及光学相干断层扫描（optical coherence tomography，OCT）形态计量学参数，系统评估LOY与眼病风险、循环蛋白轨迹、免疫细胞组成和视网膜微结构之间的关联。Cox比例风险回归模型显示，较高的连续mLRRY（中位log R比值）与AMD发病风险降低显著相关（HR=0.611，95%CI：0.397–0.942），限制性立方样条（restricted cubic spline，RCS）分析确定了mLRRY阈值为?0.17以及估计LOY细胞比例25.5%时风险急剧升高。这一关联在调整全部协变量后仍保持稳健，并在非近视者、高年龄组和AMD多基因风险评分（polygenic risk score，PRS）最高五分位组中尤为显著。Olink血浆蛋白质组学结合轨迹建模鉴定了41种与LOY相关的蛋白质，展示了趋近临床诊断时的不同非线性动力学特征。单细胞转录组验证显示CD16+循环单核细胞和脉络膜驻留巨噬细胞具有最高LOY频率，且Y缺陷型髓系细胞中IFI30和CKB的特异性上调提示单核细胞相关的系统性炎症作为连接LOY与视网膜微环境改变的关键纽带。基于优先蛋白质组特征构建的LightGBM机器学习模型实现了对5年AMD发病风险的稳健预测（独立验证集AUC=0.734）。
**三、关键技术方法概述**
本研究主要采用以下技术方法：①基于UK Biobank基因分型芯片的LOY评估，使用中位log R比值（mLRRY）估计Y染色体拷贝数状态，以99%置信区间下限?0.096作为携带者阈值，并排除mLRRY超过0.15的个体以避免其他性染色体非整倍体干扰；②Olink Explore邻近延伸分析（proximity extension assay，PEA）平台对2,923种血浆蛋白进行定量，以标准化蛋白质表达（Normalized Protein eXpression，NPX）值表示；③1:10病例-对照匹配及局部加权散点平滑（locally estimated scatterplot smoothing，LOESS）回归建模血浆蛋白时间轨迹；④单细胞RNA测序数据（外周血：18例AMD患者和9例对照；脉络膜：5例AMD患者和6例对照）经由Seurat v5和Harmony算法整合与注释分析；⑤基于LightGBM增益重要性和渐进式前向选择（progressive forward selection，PFS）构建预后模型；⑥因果中介分析（1,000次自举迭代）和两样本孟德尔随机化（Mendelian randomization，MR）评估单核细胞表型与AMD之间的潜在因果关联。
**四、研究结果**
**3.1 基线特征**
基线分析显示，LOY携带者年龄更大，BMI较低，白种人比例更高，教育程度较低，吸烟及饮酒比例较高，糖尿病和高血压患病率更高。在眼科方面，LOY携带者的白内障、视网膜脱离和青光眼基线患病率显著升高，但两组AMD患病率无显著差异。造血指数方面，LOY携带者白细胞、中性粒细胞、单核细胞、血小板计数显著升高，同时红细胞参数有所改变，提示LOY与造血稳态改变和髓系分化失调相关。
**3.2 LOY与年龄相关眼病的关联**
纵向分析显示，mLRRY与AMD发病风险呈显著非线性逆相关（总体p=0.0245），在完全调整模型中HR为0.611（95%CI：0.397–0.942），而二元LOY状态和LOY细胞百分比显示出边缘性或显著的关联。RCS分析确定了mLRRY阈值为?0.17、估计LOY细胞百分比阈值25.5%的关键风险升高点。其他眼病在完全调整的Cox模型中未保持统计学显著性。
**3.3 亚组分析**
分层分析显示，LOY-AMD关联在非近视（FDR校正p=0.0149）和较年长年龄组（FDR校正p=1.49×10
?6）中更显著。尽管AMD PRS与LOY指标无显著相关性，LOY关联在PRS最高五分位组中最突出（HR=0.938，p=0.0046），但交互检验未达传统显著阈值（p=0.118）。
**3.4 蛋白质组学特征关联**
对比三种LOY定义指标，FDR校正后137种蛋白与所有三种指标显著关联，涵盖GDF15、MMP12、MPO和S100A12等炎症和髓系活性关键介质。Cox回归进一步将393种蛋白与AMD发病风险相关联，功能富集分析显示这些蛋白富集于补体激活、炎症/髓系反应和细胞外基质重塑通路。取交集后得到65种候选中介蛋白，其中55种呈一致效应方向，23种在所有LOY指标中稳健。
**3.5 时间轨迹和聚类**
LOESS轨迹分析发现41种优先蛋白在临床诊断前15年内出现显著定量偏离。MMP12浓度约在诊断前12年开始显著偏离并持续上升，CHGA在整个前驱期保持病理性升高，CEACAM16和WFIKKN1呈早期消耗。无监督层次聚类将41种蛋白分为三个轨迹簇，分别呈早期消耗、U型和倒U型非线性轮廓。
**3.6 功能富集分析**
基因本体（Gene Ontology，GO）分析显示这些优先蛋白富集于细菌防御反应和抗微生物体液免疫，细胞组分集中在分泌颗粒腔（嗜天青颗粒、特异性颗粒、ficolin-1颗粒）和含胶原蛋白的细胞外基质，分子功能主要涉及内肽酶及其调节/抑制活性，确认免疫细胞脱颗粒和蛋白水解失衡与AMD组织重塑密切相关。
**3.7 造血介导**
线性回归显示mLRRY与髓系细胞丰度显著负相关，尤其与单核细胞计数关联极稳健（β=?0.115，校正p=4.70×10
?42）。因果中介分析显示单核细胞计数显著介导LOY-AMD关联，介导比例为2.53%；中性粒细胞数、淋巴细胞百分比、红细胞相关指标分别介导5.39%、5.68%和5.58%。两样本MR分析支持特定单核细胞免疫表型与AMD风险存在遗传学因果关联。
**3.8 单细胞转录组验证**
在PBMC scRNA-seq数据中，AMD患者单核细胞显示显著更低的LOY得分和更高的完全Y缺失频率，CD16+单核细胞和血小板展现最高的完全Y缺失率。CD16+ LOY得分与年龄负相关（R
2=0.177，p=0.036）。脉络膜组织分析显示驻留巨噬细胞LOY频率最高，其比例随LOY得分增加而下降。29种候选蛋白在单核细胞转录组中被检测到，其中IFI30和CKB呈单核细胞特异性表达模式且在AMD患者中显著上调。
**3.9 与视网膜微结构的相关性**
相关性分析显示多种核心蛋白（如LILRA5和CLEC5A）与多个视网膜层厚度呈显著负相关，尤其黄斑厚度和内核层至视网膜色素上皮距离相关。LOY替代指标与视网膜神经纤维层和视网膜色素上皮厚度呈一致负相关，支持LOY相关血浆蛋白与AMD相关视网膜区域衰退之间的结构关联。
**3.10 预测性能**
LightGBM结合PFS策略从41种候选蛋白中优选14种关键蛋白（以LAIR1为首）构建预测模型，训练集5年AUC达0.974（95%CI：0.956–0.986），独立验证集5年AUC为0.734（95%CI：0.610–0.864），10年和15年AUC分别为0.675和0.637。单独使用mLRRY的预测效能有限（5年AUC=0.547），但加入AMD-PRS后可提供增量效用（5年训练AUC从0.789升至0.837）。
**五、总结讨论与研究结论**
本研究通过整合大规模前瞻性队列和多组学分析，系统地阐明了LOY与年龄相关眼病之间的纵向关联。主要发现包括：LOY独立预测AMD发病风险，且存在剂量-反应关系和风险阈值；41种LOY相关血浆蛋白在诊断前15年展现出不同的时间轨迹；单核/巨噬细胞系统是LOY影响视网膜的关键细胞载体；基于14种蛋白质的预测模型具有临床实用性。研究首次建立了“体细胞突变-免疫-视网膜轴”这一概念框架，将克隆性嵌合体定位为器官特异性退化的上游驱动因素。讨论部分指出，LOY可能通过诱导髓系细胞促炎表型（如IFI30和CKB上调）、促进系统性蛋白失调（如MMP12早期偏离和LAIR1表达改变）和破坏蛋白水解平衡来驱动AMD病理过程。遗传易感性与体细胞突变互补的观点提示，高PRS个体中LOY的病理效应尤为显著，为早期风险分层和精准干预提供了新策略。
研究结论为：研究人员确定了LOY与中老年男性年龄相关眼病风险的显著关联；通过整合大规模前瞻性队列数据与多组学分析，证明了LOY与促炎性髓系偏倚相关，并在临床发病前很久就以血浆蛋白（包括MMP12和LAIR1）的早期偏离为标志触发系统性蛋白质组失调。这些发现确立了一条清晰的体细胞突变-免疫-视网膜轴，将LOY定位为不仅是衰老的标志物，而且是眼-系统退化的潜在介质。研究结果提供了一个强有力的早期风险分层框架，并凸显了系统性免疫调节作为预防不可逆视力丧失的前景广阔的治疗方向。
