融合基因组与代谢组学揭示 TTN 截断变异相关的扩张型心肌病代谢异质性

《Journal of Translational Medicine》：Distinct metabolic signatures associated with TTN truncating variants in familial dilated cardiomyopathy

　　

摘要

背景

扩张型心肌病（DCM）是导致心力衰竭和心脏移植的主要原因之一，具有显著的遗传和临床异质性。TTN基因的截断变异是可识别出的最常见的DCM遗传原因；然而，将变异位置、分子后果和系统代谢重塑联系起来的机制仍不完全清楚。我们结合了遗传分析和靶向血浆代谢组学，以研究患有遗传性DCM的家庭中的基因型相关代谢特征。

方法

两个无关联的、多代受遗传性DCM影响的家庭（11名患者和19名未受影响的亲属）接受了临床表型分析、全外显子组测序、分离分析以及靶向血浆LC–MS/MS代谢组学分析，后者在排除了两名心脏移植后采血的参与者后，对28名个体（9名患者，19名未受影响者）进行了检测。通过差异代谢物分析、多变量建模、通路富集和探索性机器学习方法来识别基因型相关的代谢特征。

结果

全外显子组测序发现了两个极罕见的杂合TTN移码变异（p.(Pro28946Leufs*6) 和 p.(Glu29179Asnfs*8)），这些变异与DCM共分离，并位于持续表达（高PSI）的远端A区带外显子中。在排除了两名心脏移植后采血的参与者后，对患者（n = 9）和未受影响的亲属（n = 19）进行汇总比较，发现三种氨基酸——谷氨酸、丙氨酸和脯氨酸——在患者中的含量显著降低（所有FDR < 0.05），通路富集结果显示这些变化与氨基酸和氮代谢通路相关，而非脂肪酸β-氧化通路；在此比较中没有酰基肉碱显示出FDR校正后的显著性。在携带更近端变异的家庭中，发现了混合的代谢特征（四种氨基酸降低，五种酰基肉碱升高），而在携带更远端变异的家庭中，没有代谢物显示出显著性。直接比较这两个家庭发现了七种差异丰富的代谢物，包括精氨酸（在远端变异家庭中升高；FDR = 0.0146）。探索性多变量和机器学习分析支持患者与对照组之间的区分（随机森林AUC = 0.91，95% CI：0.60–1.00）以及两个变异组之间的区分（随机森林AUC高达1.00，95% CI：1.00–1.00）。

结论

本研究发现了两种与家族性DCM相关的TTN截断变异，并表明在具有相似临床表型的家庭中观察到的两个位置相邻的远端A区带变异与不同的血浆代谢特征相关。这些发现扩展了对我们对TTN相关DCM中基因型依赖性代谢异质性的理解，并突显了整合基因组和代谢组数据在分子分层和精细遗传型-表型表征方面的潜力。需要在更大规模的队列中进行验证，以确定这些代谢特征的潜在临床意义。

背景

扩张型心肌病（DCM）是导致心力衰竭和心脏移植的主要原因之一，具有显著的遗传和临床异质性。TTN基因的截断变异是可识别出的最常见的DCM遗传原因；然而，将变异位置、分子后果和系统代谢重塑联系起来的机制仍不完全清楚。我们结合了遗传分析和靶向血浆代谢组学，以研究患有遗传性DCM的家庭中的基因型相关代谢特征。

方法

两个无关联的、多代受遗传性DCM影响的家庭（11名患者和19名未受影响的亲属）接受了临床表型分析、全外显子组测序、分离分析以及靶向血浆LC–MS/MS代谢组学分析，后者在排除了两名心脏移植后采血的参与者后，对28名个体（9名患者，19名未受影响者）进行了检测。通过差异代谢物分析、多变量建模、通路富集和探索性机器学习方法来识别基因型相关的代谢特征。

结果

全外显子组测序发现了两个极罕见的杂合TTN移码变异（p.(Pro28946Leufs*6) 和 p.(Glu29179Asnfs*8)，这些变异与DCM共分离，并位于持续表达（高PSI）的远端A区带外显子中。在排除了两名心脏移植后采血的参与者后，对患者（n = 9）和未受影响的亲属（n = 19）进行汇总比较，发现三种氨基酸——谷氨酸、丙氨酸和脯氨酸——在患者中的含量显著降低（所有FDR < 0.05），通路富集结果显示这些变化与氨基酸和氮代谢通路相关，而非脂肪酸β-氧化通路；在此比较中没有酰基肉碱显示出FDR校正后的显著性。在携带更近端变异的家庭中，发现了混合的代谢特征（四种氨基酸降低，五种酰基肉碱升高），而在携带更远端变异的家庭中，没有代谢物显示出显著性。直接比较这两个家庭发现了七种差异丰富的代谢物，包括精氨酸（在远端变异家庭中升高；FDR = 0.0146）。探索性多变量和机器学习分析支持患者与对照组之间的区分（随机森林AUC = 0.91，95% CI：0.60–1.00）以及两个变异组之间的区分（随机森林AUC高达1.00，95% CI：1.00–1.00）。

结论

本研究发现了两种与家族性DCM相关的TTN截断变异，并表明在具有相似临床表型的家庭中观察到的两个位置相邻的远端A区带变异与不同的血浆代谢特征相关。这些发现扩展了我们对TTN相关DCM中基因型依赖性代谢异质性的理解，并突显了整合基因组和代谢组数据在分子分层和精细遗传型-表型表征方面的潜力。需要在更大规模的队列中进行验证，以确定这些代谢特征的潜在临床意义。