血浆蛋白质组学增强静脉血栓栓塞症的遗传风险预测与生物学机制解析

《Molecular & Cellular Proteomics》：Plasma proteomics enhances genetic risk prediction and biological understanding of venous thromboembolism

背景：静脉血栓栓塞症（VTE）是全球范围内导致发病率和死亡率的重要原因，也是第三大常见的血管性致死原因。尽管临床和遗传风险因素已在一定程度上改善了VTE的风险分层，但这些因素并未完全反映潜在的疾病生物学机制。研究人员假设，将大规模血浆蛋白质组学数据与经过验证的多基因风险评分（PRSVTE）相结合，将有助于揭示新的生物学机制并改善风险分层。 方法：研究纳入英国生物银行（UK Biobank）44,138名参与者，通过多变量线性回归分析了PRSVTE与2,911种血浆蛋白之间的关联。研究人员采用Cox回归模型评估蛋白质作为VTE新发事件的预测因子。利用顺式作用蛋白定量性状位点（cis-pQTLs）作为工具变量，结合全基因组关联研究汇总统计量，进行了双向孟德尔随机化（MR）分析以推断潜在因果关系。采用最小绝对收缩和选择算子（LASSO）逻辑回归构建了基于蛋白质的风险评分（ProteinRS），并与临床风险模型进行了比较。 结果：经错误发现率校正后（FDR < 0.01），PRSVTE与265种蛋白质显著相关。对这些蛋白质的通路富集分析突显了细胞黏附、细胞连接组织和跨膜受体信号传导等通路。时间-事件分析确定了354种可预测VTE新发事件的蛋白质（FDR < 0.01）。MR分析提示14种蛋白质与VTE存在潜在因果关联，而VTE的遗传易感性影响了44种蛋白质的水平。由60种蛋白质构成的ProteinRS在临床因素基础上显著改善了疾病判别能力（曲线下面积（AUC）0.664 vs 0.647；P = 0.024）。相对于第20-80百分位组，ProteinRS高于第80百分位的参与者VTE风险增加49%（风险比（HR）= 1.49，95%置信区间（CI）：1.17-1.90），低于第20百分位的参与者风险降低48%（HR = 0.52，95% CI：0.34-0.79）。 结论：整合遗传学和蛋白质组学数据揭示了连接VTE遗传易感性与疾病发生的分子通路，突出了可干预的蛋白质靶点，并适度改善了风险预测。因此，血浆蛋白质组学在VTE的精准预防方面具有广阔前景。 简而言之：静脉血栓栓塞症（VTE）具有显著的遗传成分，但连接遗传易感性与疾病发生的分子通路仍未完全阐明。研究人员在44,138名UK Biobank参与者中，将VTE多基因风险评分与血浆蛋白质组学整合分析，识别了与遗传易感性和VTE新发事件相关的蛋白质，利用孟德尔随机化评估了潜在因果关系，并构建了基于蛋白质的风险评分，该评分在临床风险因素基础上适度改善了预测能力。

论文解读文章

一、研究背景与科学问题

静脉血栓栓塞症（VTE）包括深静脉血栓形成（DVT）和肺栓塞（PE），是全球范围内导致发病和死亡的重要原因，也是第三大常见的血管性致死原因。尽管多种风险因素已被充分确立且存在有效的预防疗法，VTE的发病率仍然居高不下。长期以来，识别可靠的生物标志物并开发有效的VTE风险分层工具一直是临床面临的挑战。虽然某些炎症或凝血相关蛋白已被证明与VTE风险相关，但其在临床环境中的预测能力往往不尽如人意。同样，临床风险评估模型虽然在特定人群中具有一定价值，但普遍缺乏敏感性，且未能纳入能够反映个体易感性的生物学标志物。

VTE风险受获得性和遗传因素共同影响，其中遗传因素约占VTE发病率变异的50-60%。全基因组关联研究（GWAS）已识别出多个常见风险变异，并推动了多基因风险评分（PRS）的发展以量化遗传易感性。然而，PRS本身并不能完全反映VTE发生过程中复杂而动态的分子过程。蛋白质组学作为补充性研究层面，通过蛋白质水平反映实时生物学活动。近期研究表明，整合遗传和蛋白质组学数据能够揭示因果通路并识别药物靶点，蛋白质组学分析也展现出作为疾病风险分层新标准的强大潜力。基于上述背景，研究人员提出假设：将基于VTE相关遗传变异的PRS与超过44,000名UK Biobank参与者的血浆蛋白质组学数据相结合，能够识别与遗传易感性和VTE新发事件相关的蛋白质，评估其潜在因果作用，并独立验证血浆蛋白质组学能否在传统临床风险因素基础上改善VTE的风险预测和分层。

二、研究设计与关键方法

本研究共纳入UK Biobank中44,138名具有血浆蛋白质组学测量数据和基因型数据的欧洲血统个体。研究采用三个互补的分析模块：第一，关联分析模块，通过多变量线性回归评估PRS_VTE与2,911种血浆蛋白的关联，对显著蛋白进行基因本体（GO）通路富集分析，并利用Cox回归评估蛋白质水平与VTE新发事件的关联；第二，因果推断模块，对同时与PRS_VTE和VTE新发事件相关的蛋白质开展双向孟德尔随机化（MR）分析，利用顺式作用蛋白定量性状位点（cis-pQTLs）作为工具变量；第三，独立预测模块，使用最小绝对收缩和选择算子（LASSO）回归构建基于蛋白质的风险评分（ProteinRS），并评估其相对于临床风险因素的增量预测价值。PRS权重来源于Ghouse等人近期发表的大规模GWAS（PGS Catalog ID: PGS003332），该PRS基于57,467例VTE病例和1,006,954例对照构建，计算时已排除UK Biobank样本以避免偏倚。血浆蛋白质组学数据来自UK Biobank药企蛋白质组学项目（UKB-PPP），采用基于抗体的Olink Explore 3072平台测量2,923种蛋白质，最终纳入2,911种合格蛋白。研究队列按70%和30%随机分为训练集和测试集，LASSO模型采用10折交叉验证优化参数。

三、主要研究结果

PRS_VTE与蛋白质表达水平的关联：经FDR校正后（FDR < 0.01），研究识别出265种与PRS_VTE显著相关的蛋白质。最显著的蛋白质包括ABO、SELE和CD209。正向效应估计最大的蛋白质为ABO、MUC2、GP2、FAM3D和CLEC4M，而ALPI和SELE显示出最大的负向效应估计。

通路富集分析：富集分析显示，PRS_VTE相关蛋白显著富集于细胞表面、膜侧面和细胞外区域等细胞定位相关通路。显著富集的生物学过程涉及细胞黏附、细胞连接组织、通过质膜黏附分子介导的细胞-细胞黏附以及同亲性细胞黏附。分子功能方面，突出条目包括跨膜信号受体活性、跨膜受体蛋白激酶活性、跨膜受体蛋白酪氨酸激酶活性、信号受体活性、分子转导活性和碳水化合物结合。组织表达富集分析显示这些蛋白质在网膜、肠道上皮（结肠、回肠、小肠、胃）和肺中高表达。

与疾病新发事件相关的蛋白质：中位随访时间为13.8年，随访期间1,446名（3.3%）个体被诊断为VTE新发事件。Cox回归分析识别出354种与VTE新发事件显著相关的蛋白质（FDR < 0.01）。其中56种蛋白质与VTE新发事件风险和PRS_VTE均显著相关，包括ABO、MUC2、GP2、CLEC4M、CD209、ADAMTS13和ALPI。49种蛋白质在HR值与表达估计之间呈现一致的效应方向。样条分析发现CD300LF、EDA2R和ICAM3三种蛋白质与VTE存在显著非线性关系。

孟德尔随机化分析：在56种优先候选蛋白中，53种具有有效工具变量并纳入最终MR分析。正向方向（蛋白质到VTE）识别出14种与VTE显著相关的蛋白质：JAM2、THBD、TIMP4、B4GAT1、MSR1、TIMD4和MATN3显示保护效应（IVW OR范围：0.88-0.98）；ABO、NTproBNP、EPHB4、B4GALT1、CLEC4M、GALNT10和ULBP2的高水平与VTE风险增加相关（IVW OR范围：1.03-1.26）。反向方向（VTE到蛋白质）显示，VTE遗传易感性与44种蛋白质的血浆水平显著相关，其中与IL7R和EPHB4呈最强负向关联，与CD209和CLEC4M呈最强正向关联。

基于蛋白质的风险评分（ProteinRS）：蛋白-only模型识别出60种具有非零系数的蛋白质。HSPB6、LAMP3、GDF15和LTBP2是正向促进VTE风险的关键因子，而BOC、DPP6和ADAMTS13为负向预测因子。VTE病例的平均ProteinRS显著高于对照组。ROC分析显示，蛋白-only模型AUC为0.656，临床-only模型AUC为0.647，整合临床和蛋白质变量的联合模型AUC为0.664，DeLong检验显示联合模型较临床-only模型有显著改善（P = 0.024）。补充分析中，临床+PRS_VTE模型AUC为0.679，进一步加入蛋白质后AUC提升至0.688。风险分层分析显示，ProteinRS高于第80百分位的个体VTE风险增加49%（HR = 1.49），低于第20百分位的个体风险降低48%（HR = 0.52）。处于ProteinRS前10%的个体HR为2.40，前1%的个体HR为4.07。

四、讨论与结论总结

讨论部分指出，通路富集分析结果补充了Virchow三联征所描述的经典VTE发病机制，突显了膜相关信号传导、细胞黏附和组织层面机制对VTE遗传易感性的贡献。在同时与PRS_VTE和VTE新发事件相关的蛋白质中，ADAMTS13的保护作用和VWF的促血栓作用与既有认识一致；TIMD4通过巨噬细胞介导的炎症和血栓调节参与VTE发病。值得注意的是，CD59的发现与既往报道相悖，可能反映其在补体激活和内皮损伤下的代偿性上调。MR分析揭示了EPHB4、CLEC4M、B4GALT1和GALNT10等潜在因果蛋白，其中EPHB4的双向MR结果提示静脉淤滞与蛋白水平之间存在潜在反馈机制。对于JAM2、THBD、TIMP4等蛋白，MR提示其终生遗传水平降低VTE风险，而循环水平升高与风险增加相关，这种方向不一致可能反映疾病早期或亚临床阶段对凝血酶生成或血管炎症的反应性上调。研究局限性包括仅纳入欧洲血统个体、UK Biobank的健康志愿者偏倚、MR分析限于预先筛选的候选蛋白、亲和力检测平台可能存在的表位效应，以及ProteinRS缺乏外部验证。

研究结论指出，本研究整合遗传学和蛋白质组学，识别了VTE发病中涉及的关键蛋白质和生物学通路，证明了基于蛋白质的风险评分在传统临床风险因素基础上提供了增量预测价值。这些发现凸显了血浆蛋白质组学在推进VTE病理生理学理解和改善风险分层方面的价值，尤其是在与遗传和临床信息联合应用时。