PPARGC1B/MIR378A位点与卢旺达HIV女性HPV持续感染的全基因组关联研究

《Infectious Agents and Cancer》：Genome-wide association study of human papillomavirus infection and persistence in women living with HIV in Rwanda

　　

背景：研究人员在东非开展了一项探索性全基因组关联研究（GWAS），旨在识别与人乳头瘤病毒（HPV）感染获得及持续感染相关的宿主遗传变异。 方法：研究人员对385名卢旺达HIV女性进行了基因分型，并通过定量聚合酶链反应（qPCR）从生殖器拭子样本中筛选宿主生物标志物检测信号。研究人员将两年内清除HPV的女性（操作性定义为持续感染）与未清除者进行比较。此外，还基于基因分型芯片上代表的罕见及低频变异进行了探索性基因水平聚集分析。 结果：在主要的分层Cochran–Mantel–Haenszel分析中，PPARGC1B基因内的rs13158830超过了针对HPV持续感染的常规全基因组显著性阈值。邻近的MIR378A基因表达检测信号在HPV阳性女性中更高，但无法区分清除与持续感染。 结论：研究人员发现了一个与HPV持续感染相关的探索性宿主遗传关联及数个额外候选位点。主要信号rs13158830在Fisher精确检验和主成分校正的Firth回归中仍然显著，但由于携带者数量较少导致结果存在较大不确定性。这些发现需要在独立队列中进行重复验证。 临床试验注册：不适用。

论文解读文章

一、研究背景

宫颈癌是撒哈拉以南非洲女性癌症相关死亡的首要原因，而人乳头瘤病毒（HPV）持续感染是其最重要的危险因素。在高效抗逆转录病毒治疗时代，HIV女性（WLWH）患宫颈癌的风险仍比HIV阴性女性高六倍。然而，目前尚无法有效筛查出哪些HPV感染会发展为持续感染。尽管已有全基因组关联研究（GWAS）证实人类白细胞抗原（HLA）基因影响宫颈癌风险，但很少有基因组学研究关注疾病连续谱中的早期步骤——即为何某些女性会发展成高危型HPV持续感染。此前仅有来自尼日利亚的两项GWAS探讨了宿主遗传易感性与HPV相关疾病的关系，且尚无研究直接对比HPV持续感染女性与清除感染女性之间的遗传差异。因此，研究人员在卢旺达HIV女性中开展本项GWAS，评估宿主遗传变异是否影响宫颈HPV感染的获得及持续感染的发生。

二、研究概述

本研究是一项前瞻性队列研究，纳入2021年于卢旺达基加利大学教学医院（CHUK）接受抗逆转录病毒治疗的463名HIV女性（≥21岁）。排除标准包括既往HPV疫苗接种史、现有或既往宫颈病变/癌症诊断等。研究人员在基线和两年随访时收集阴道和宫颈拭子样本进行HPV检测及细胞学检查，同时采集基线血样用于GWAS分析。最终385名女性完成两次访视。研究的主要结论是：发现了位于PPARGC1B基因内含子1内的rs13158830与HPV持续感染存在全基因组显著关联，但这一发现基于极少数携带者，效应量估计存在较大不确定性，需在独立队列中验证。这是首个在东非HIV女性中直接对比持续性生殖器HPV感染与清除的GWAS，为理解HPV持续感染的宿主遗传机制提供了初步线索。

三、关键技术与方法

1. 1.
   样本队列：研究对象为卢旺达基加利大学教学医院（CHUK）招募的463名HIV女性（≥21岁），其中385人完成基线与两年随访。
2. 2.
   HPV检测与分型：采用实时定量PCR（qPCR）检测12种高危型HPV（HPV16、18、31、33、35、39、45、51、52、56、58、59）和两种低危型HPV（HPV6、11），以及β-珠蛋白内参基因。
3. 3.
   全基因组基因分型与关联分析：使用Illumina全球筛选阵列多疾病版（GSA-MD，730059个单核苷酸多态性SNP）对基线血样DNA进行基因分型。主要关联分析采用分层Cochran–Mantel–Haenszel（CMH）检验，并使用PLINK软件（v1.9和v2.0）进行分析。敏感性分析包括Fisher精确检验和经前四个主成分校正的Firth惩罚逻辑回归。
4. 4.
   基因表达检测：对GWAS鉴定出的位点附近基因及先前报道的蛋白质生物标志物，采用TaqMan基因表达检测法（qPCR）检测宫颈裂解液中的mRNA水平。
5. 5.
   基因水平聚集分析与通路注释：采用序列核关联检验（SKAT/SKAT-O）对基因分型芯片上代表的罕见及低频变异进行探索性基因水平聚集分析。利用Enrichr对前500个SNP邻近基因进行生物学通路注释。

四、研究结果

1. HPV持续感染率

在基线HPV阳性的166名女性中，55人（33.1%）在随访时存在持续感染。多重感染中最常见的HPV类型依次为HPV52（35.4%）、HPV58（30.8%）、HPV56（27.7%）和HPV16（24.6%）。HPV16和HPV18的宫颈持续感染率（分别为38.7%和33.3%）显著高于其他高危型HPV（16.0%，p=0.0075）。

2. HPV感染获得的GWAS

在与HPV感染获得（曾感染vs从未感染，192例 vs 193例）的关联分析中，未发现达到全基因组显著水平的SNP。探索性文献注释发现，排名前列SNP附近的多个基因与HPV或HPV相关癌症有关，如EMP2（外显子5的rs3087620）、TP53BP1、PDIA3、RBFOX1、PTPRN2和KALRN。基于芯片上罕见及低频变异的基因水平聚集分析突出了Rho-GTP酶调控基因ARHGAP8。

3. 持续感染vs清除的GWAS

在完全持续感染组（24例）与完全清除组（111例）的比较中，位于染色体5q上的rs13158830在主要CMH分析中超过了全基因组显著性阈值（p=7.82×10^-10）。所有111名清除者均为G/G基因型；24名持续感染者中，20人为G/G，3人为A/G，1人为A/A。即16.7%（4/24）的持续感染者携带A等位基因，而清除者为0%。Fisher精确检验（p=8.28×10^-4）和经PC1-PC4校正的Firth回归（OR=59.6，p=9.18×10^-5）均支持该关联。但置信区间极宽（约5.14至8.38×10³），反映携带者数量极少。rs13158830位于PPARGC1B基因内含子1内，而MIR378A嵌入同一内含子。排名前30的SNP中有26个等位基因频率低于5%，且多数在清除者中不存在。多位点间存在高度相关性，例如RFTN1的错义变异rs138078234与五个其他排名前列SNP强相关（r>0.7）；GRPEL1的3'UTR变异rs116205824与RFTN1错义变异及LRP1B等位点相关。探索性基因聚集分析突出GYPC基因。Enrichr通路注释显示与HIV-1控制、α-L-艾杜糖苷酶水平、哮喘及阴道微生物组MetaCyc通路等相关。

4. 部分/完全持续感染vs清除的GWAS

在合并的部分/完全持续感染组（55例）与完全清除组（111例）的比较中，未发现达到全基因组显著水平的SNP。探索性文献注释发现DLG2和OXNAD1等基因与HPV或HPV相关癌症有关。Enrichr通路注释再次显示阴道微生物组MetaCyc通路（PWY-5860）位列前列。

5. 关联基因的表达分析

研究人员检测了rs13158830位点附近基因（ARHGEF37、PPARGC1B、MIR378A、PDE6A、SLC26A2、TIGD6、HMGXB3）及先前报道的持续感染相关基因（LIMCH1、SGTA、BLOC1S5、EIF1、GRPEL1、OPTN、EZR）的表达。仅MIR378A（Hs04273260_s1检测法）和EIF1在348份样本中产生可评估信号。结果显示，MIR378A信号和EIF1表达在清除组和持续感染组中均高于双次HPV阴性对照组（p<0.01至p<0.0001），但两者均不能区分清除与持续感染。需要注意的是，MIR378A检测法并非成熟miRNA特异性检测，且由于未进行DNase处理和反转录阴性对照，不能排除基因组DNA的贡献。

五、讨论与结论

本研究首次在东非HIV女性中开展直接对比持续性HPV感染与清除的GWAS。主要发现rs13158830（PPARGC1B内含子1）在主要分析中超过全基因组显著性阈值，并在敏感性分析中保持统计学意义，但该关联仅基于4名A等位基因携带者（共24例持续感染），效应量估计存在极大不确定性。该位点尚未在之前尼日利亚的HPV相关GWAS中被报道。MIR378A嵌入PPARGC1B同一内含子，其与癌症及HPV相关细胞模型的生物学关联值得关注，但本研究中的表达数据未能提供功能性验证。其他排名前列的变异多为低频变异，且多位点间存在高度相关性，这可能是由少数个体共携带所致，而非连锁或上位效应的证据。GRPEL1的3'UTR变异rs116205824与先前蛋白质组学研究中鉴定的持续感染生物标志物GRPEL1一致。探索性通路分析提示阴道微生物组可能与HPV持续感染相关。

研究结论：rs13158830是本队列中与HPV持续感染相关的探索性候选关联位点；其他位点、基于芯片的基因聚集结果及通路注释均为假设生成性质，需要在更大规模的独立队列中进行验证。