《Nature》：Alzheimer’s disease genetics converges on microglial and neuronal dysregulation
编辑推荐：
阿尔茨海默病（AD）是痴呆最常见的病因，全球病例数预计到2050年将达到1.53亿。AD具有高度遗传性，基于双胞胎的遗传力估计为60–80%。尽管预测AD存在1,200个因果位点，但近期两项研究仅约80个位点与AD相关。基于单核苷酸多态性（SNP）的低遗传力估
阿尔茨海默病（AD）是痴呆最常见的病因，全球病例数预计到2050年将达到1.53亿。AD具有高度遗传性，基于双胞胎的遗传力估计为60–80%。尽管预测AD存在1,200个因果位点，但近期两项研究仅约80个位点与AD相关。基于单核苷酸多态性（SNP）的低遗传力估计促使人们提出，可能已难以发现更多常见变异风险。本研究分析了来自不同祖先背景的109,479例病例、74,141例替代病例、2,131,799例对照和499,708例替代对照的数据，在多祖先分析中鉴定出118个位点，在祖先特异性分析中额外鉴定出9个位点，其中48个为新位点。研究鉴定出新的AD风险基因，优先筛选了潜在药物靶点，并发现与对照相比，病例中小胶质细胞中上调、神经元中下调的基因在AD相关遗传风险中富集。此外，研究改善了多基因预测，并估计SNP遗传力为16%，较既往估计值高出近三倍。综上，研究结果表明AD的常见变异贡献被大幅低估，并揭示了新的分子与细胞机制以及未来药物开发研究的具体靶点。
**研究背景与问题** 阿尔茨海默病（AD）是痴呆最常见的病因，全球受累人数达数千万，预计到2050年将翻倍以上。现有改善疾病的治疗通常仅针对淀粉样蛋白-β（amyloid-β）聚集这一病理环节，但缓解症状的疗效有限。AD基于双胞胎的遗传力较高（\({h}_{{\rm{twin}}}^{2}\)=60–80%），遗传学研究可为揭示其生物学机制提供重要线索；多基因评分（PGS）有望改善临床风险预测模型，帮助识别神经退行性过程发生前的早期干预对象。既往AD全基因组关联研究（GWAS）已鉴定约80个风险位点，凸显小胶质细胞的核心作用，并提示免疫功能、淀粉样蛋白分解代谢和脂质功能为重要生物学过程。然而，这些研究产生的PGS预测性能有限，基于汇总统计量的责任尺度遗传力（\({h}_{{\rm{SNP,liab}}}^{2}\)）估计值偏低（约5%）。这一差异使部分学者认为，除APOE外GWAS难以再发现更多遗传风险；另一些学者则预测约1,200个因果位点影响AD遗传风险。为调和上述分歧，亟需采用改进且校准良好的方法开展更大规模研究，以获取更准确的遗传力估计、提升PGS预测能力并发现新的风险基因，同时纳入非欧洲（EUR）祖先个体以改善代表性不足人群的PGS预测。
**技术方法** 研究人员开展了大规模多祖先AD GWAS荟萃分析，纳入30个队列（含EUR、非洲（AFR）、东亚（EAS）、混合美洲（AMR）和南亚（SAS）五类祖先），采用逆方差加权固定效应模型（METAL）进行荟萃分析，并用METASOFT随机效应模型评估祖先间效应异质性；通过连锁不平衡得分回归（LDSC）和SBayesRC估计SNP遗传力并进行多基因预测；采用FLAMES进行精细定位与效应基因预测，结合共定位和孟德尔随机化分析，利用MAGMA开展基因集与细胞类型富集分析。样本来源于多个生物样本库与临床队列。
**研究结果** GWAS荟萃分析鉴定新位点：多祖先GWAS（最大有效样本量416,493）鉴定118个显著位点，其中41个为新位点；祖先特异性分析中EUR鉴定114个位点（38个新），AFR鉴定3个、EAS鉴定2个；综合所有荟萃分析共鉴定127个位点，48个为新位点。按性别和表型定义分层的荟萃分析显示，女性APOE-ε4标记SNP的比值比（OR）较男性高13%（2.85对2.52），EUR男女间遗传相关性约0.77–0.82。病例对照与替代病例荟萃分析的遗传相关性为0.99。跨祖先APOE-ε4效应存在异质性，但队列间异质性显著，提示多为队列层面差异所致。
127个位点的效应基因预测：研究人员结合既往外显子组关联研究（ExWAS）、机器学习模型（FLAMES）、共定位与孟德尔随机化及既往GWAS证据，为每个位点优先选择单一效应基因，证据冲突时报告多个基因。
可成药及多效性新基因：48个新位点中17个基因与非AD获批药物存在相互作用，5个基因曾被评估为AD药物靶点；已知位点中QPCT被优先选为效应基因，其催化淀粉样蛋白-β焦谷氨酸化，为已获批抗淀粉样蛋白抗体药物的靶向修饰。5个新基因与已知AD基因在淀粉样蛋白加工和小胶质细胞应答通路中交互。7个位点（HDAC9、C16orf95、HIP1R、MBNL1、UBE2V1–SPATA2、GBA1和TMEM163）可能参与神经退行性变的基础过程。
免疫、脂质与淀粉样蛋白通路：MAGMA基因集富集分析鉴定72个显著基因集，聚类后反映脂质结合、免疫激活、淀粉样蛋白分解代谢和细胞黏附四个生物学过程，另鉴定EphrinB反向信号、谷胱甘肽代谢、RAS信号、鞘脂代谢和突触内吞等过程。
小胶质细胞与神经元富集：利用健康对照基因表达数据发现小胶质细胞过表达与GWAS基因关联显著正相关；利用病例对照差异表达数据进行MAGMA基因属性分析，发现小胶质细胞中上调基因及两类γ-氨基丁酸能（GABAergic）神经元（Sncg与Sst）和一类谷氨酸能神经元（L6 IT Car3）中下调基因与AD GWAS信号显著相关；校正平均差异表达后小胶质细胞关联仍显著，神经元关联仅为名义显著。
细胞类型特异性基因优先排序：共定位与孟德尔随机化提示星形胶质细胞KIF21B表达升高和少突胶质细胞MAF表达降低可能增加AD风险；多个基因与微胶质吞噬相关；ZKSCAN1、APH1B和SPRED2与神经元富集信号相关。
多基因预测与遗传力：SBayesRC估计EUR人群\({h}_{{\rm{SNP,liab}}}^{2}\)为16%，EAS为13%、AFR为10%，APOE-ε4标记变异单独贡献EUR和EAS的6%、AFR的2%；LDSC估计仅6%，模拟显示LDSC严重低估AD遗传力。多祖先PGS在EUR队列平均增量\({R}_{{\rm{liability}}}^{2}\)为12.8%，最高16.9%；在65岁以上EUR无关个体中，最高10% PGS组病例患病率较最低10%组高7倍。
**讨论与结论** 研究鉴定127个独立位点（48个新），多数基因关联免疫过程、小胶质细胞功能和淀粉样蛋白分解代谢。细胞类型分析提示AD风险变异可能导致小胶质细胞基因过表达和神经元基因低表达，且Sncg和Sst神经元在AD早期即易受损，提示相关变异可能影响易损神经元亚型基因表达而导致神经元死亡，但神经元富集反映原发还是继发过程尚不明确。研究强调5个潜在药物靶点，其中SYK和AXL参与对淀粉样蛋白-β的免疫应答，与微胶质吞噬相关，为补充淀粉样蛋白清除的潜在治疗途径；UBE2V1和SPATA2可能涉及多种神经退行性疾病的共同机制。SBayesRC估计的遗传力（16%）显著高于LDSC（6%），后者因假设高度多基因结构而不适用于AD较寡基因的结构；PGS平均增量\({R}_{{\rm{liability}}}^{2}\)达13%，超过LDSC估计值这一理论上限，进一步表明LDSC大幅低估AD遗传力。研究虽纳入280万个体，但非EUR样本比例仍较低，未来需纳入更多非EUR个体以改善AD基因组研究的公平性；纳入74,141例替代病例（占总病例40%）额外获得32个显著位点。研究结论为：研究人员鉴定127个AD风险位点，涉及若干新基因，揭示了具有未来药物开发潜力的新分子与细胞机制，并改善了PGS预测和遗传力估计。
