中国人群早发糖尿病诊断年龄的全基因组关联研究及遗传风险评分支持β细胞功能障碍

《Genome Medicine》：A genome-wide association study and genetic risk score for age at diabetes diagnosis support beta-cell dysfunction in young-onset diabetes in Chinese

背景：研究人员探究驱动糖尿病诊断年龄（ADD）年轻化的遗传变异，并构建遗传风险评分（GRS）以识别具有早发糖尿病（YOD，ADD<40）风险的中国个体。 方法：研究人员对22,611例2型糖尿病（T2D，其中20%为YOD）患者的ADD开展全基因组关联研究（GWAS），并进行内部与外部重复验证；通过以公开数据集构建的ADD多基因风险评分（PRS）为条件，识别中国人群优先位点。研究人员使用全基因组独立变异（p<5E-08）构建ADD-GRS，并在糖尿病与非糖尿病队列中检验其与血糖性状的关联。 结果：研究人员识别出三个达到全基因组显著性（P<5×10?8）的独立信号，分别定位至CDKAL1（rs2206734，T等位基因每拷贝β=-0.75（SE:0.13），效应等位基因频率（EAF）=0.38，p=2.12E-09）、PAX4（rs61160304，T等位基因每拷贝β=-1.01（SE:0.17），EAF=0.19，p=2.51E-09）和KCNQ1（rs2299620，G等位基因每拷贝β=-0.77（SE:0.14），EAF=0.70，p=2.80E-08）。PAX4与KCNQ1的变异独立于由欧洲和南印度人群ADD-PRS估计的遗传易感性。在糖尿病队列中，ADD-GRS与更年轻的ADD、更低的C肽、更高的HbA1c以及β细胞+胰岛素原和残余血糖通路特异性T2D-PRS相关。以YOD对比晚发糖尿病为次要结局，LINC02783/PADI1（rs72895704，A等位基因每拷贝OR:1.52，EAF=0.02，p=1.93E-06）和TARS2P1（rs145218437，C等位基因每拷贝OR:1.73，EAF=0.02，p=7.57E-08）显示提示性显著性。 结论：已知与新型T2D位点均参与中国人群ADD，可用于识别高风险个体以进行早期干预，从而预防或延缓YOD发生。

一、研究背景与问题

早发糖尿病（YOD，诊断年龄ADD<40岁）在亚洲的患病率约为欧洲的两倍，影响约五分之一的亚洲2型糖尿病（T2D）成人。与晚发糖尿病（LOD，ADD>40岁）相比，YOD以β细胞功能更低、血糖恶化更快、终身身心疾病风险及过早死亡风险更高为特征。漏诊、误分类和照护不足加剧了YOD的不良结局，亟需更精准的诊断、预防与治疗。在生态快速转变背景下，亚洲T2D表型以年轻ADD、低体质指数（BMI）及胰岛素分泌不足以对抗胰岛素抵抗为特征。中国YOD家族史可使T2D风险增加7–9倍，而LOD家族史仅约2倍。既往数百个T2D位点主要由欧洲血统老年人GWAS发现；ProDiGY联盟在20岁以下青少年中识别出7个全基因组显著位点；跨血统ADD GWAS已在南亚与欧洲人群中识别已知与新型位点，但东亚人群数据存在缺口。因此，研究人员利用多队列基因型数据，以ADD（连续变量）为主要表型、YOD（分类变量）为次要表型，识别相关遗传变异，并构建GRS评估其与糖尿病及非糖尿病队列血糖性状的关联。

二、研究设计与主要结论

研究分两阶段：阶段一开展两阶段GWAS，在发现队列（HKDR与HKDB-P1）分别GWAS后荟萃分析，将p<1E-05的先导变异在HKDB-P2内部重复验证，再在上海泥城队列外部重复，并在公开GWAS中进行in-silico验证；同时以跨血统、南亚、欧洲ADD-PRS及东亚T2D-PRS为条件进行条件分析，识别中国人群优先位点。阶段二用全基因组独立变异构建中国人群ADD-GRS，并在HKDB-P3与PRISM联合队列验证，评估其与血糖性状、β细胞功能及胰岛素敏感性指标的关联。研究得出：CDKAL1、PAX4、KCNQ1三个位点达全基因组显著；ADD-GRS升高与更年轻ADD、更低空腹C肽、更高HbA1c相关；三个位点均涉及β细胞生物学，支持β细胞功能障碍在中国YOD中的作用，并揭示ADD遗传关联的种族异质性，提示可用于高危个体识别与早期干预。

三、关键技术方法

研究纳入香港糖尿病登记（HKDR，n=6,011）、香港糖尿病生物库（HKDB，n=13,176，分P1/P2/P3三期）、PRISM-RCT队列（n=873）、上海泥城社区队列（n=2,551）及无糖尿病BHBHK队列（n=652）。采用Illumina Omni2.5+Exome、Global Screening Array、Asian Screening Array及Multi-Ethnic Global Array等芯片基因分型，统一质控后以1000 Genomes Project phase III参考面板经Michigan Imputation Server填补。采用加性遗传模型线性回归（校正性别、BMI及前四个主成分），以GWAMA固定效应模型荟萃分析；次要结局YOD vs LOD采用逻辑回归；使用PLINK v1.9/v2.0、FUMA、LocusZoom及R 4.3.1完成分析，并按STREGA指南报告。

四、研究结果

ADD的GWAS荟萃分析：发现队列11,998例T2D中识别28个位点28个先导SNP（p<1E-05，λ_GC=1.042）；三个信号在HKDB-P2获支持并在联合荟萃分析达全基因组显著（λ_GC:1.057），即CDKAL1（rs2206734）、PAX4（rs61160304）、KCNQ1（rs2299620）；敏感性荟萃分析另识别KCNQ1的rs163177。上海泥城队列中四个SNP效应方向一致但未达多重比较校正后显著。与无糖尿病者相比，四个信号均与YOD相关（KCNQ1 rs2299620 OR=1.54，p=1.06E-09等），亦与正常体重YOD对比肥胖LOD相关。in-silico分析显示这些变异在欧洲或南亚人群中与ADD无关；与CDKAL1先导SNP存在连锁不平衡的rs9368219在南亚效应量（β=-0.92）大于中国（β=-0.75）。YOD的人群归因分数（PAF）为4.6%–14.2%。

YOD vs LOD的GWAS荟萃分析：发现分析识别18个位点18个先导变异（λ_GC:1.018）。LINC02783/PADI1间区的rs72895704在HKDB-P2边缘重复，联合荟萃分析呈提示性显著（OR=1.52，p=1.93E-06）；敏感性荟萃分析识别TARS2P1的rs145218437接近全基因组显著（OR=1.73，p=7.57E-08）。二者在上海泥城队列未获重复。rs72895704在南亚UK Biobank中与ADD相关，在ProDiGY中与青年发病糖尿病相关（由西班牙裔驱动）。合并糖尿病队列中ADD的SNP遗传度为0.16（SE:0.03），YOD为0.15（0.06）。

条件分析：未识别额外全基因组显著变异；仅东亚T2D-PRS与南亚ADD-PRS与中国队列ADD相关；以东亚T2D-PRS为条件后四个先导信号均不再显著；CDKAL1信号以南亚ADD-PRS为条件后不再显著；三个位点在以欧洲ADD-PRS或跨血统ADD-PRS为条件后仍全基因组显著。

功能注释：除KCNQ1的rs163177与脑基底节TNNI2表达相关外，未识别表达数量性状位点；基因集富集与KEGG通路分析经多重比较校正后无显著信号。

先导变异与GRS及代谢性状：非糖尿病队列中KCNQ1 rs2299620每风险等位基因与胰岛素生成指数降低、Matsuda指数升高相关；糖尿病队列中PAX4 rs61160304与更高HbA1c、更低空腹C肽相关，KCNQ1 rs163177与更低HOMA2-IR相关，经FDR校正仍显著。三变异ADD-GRS在验证队列中每增加1个标准差（SD）与ADD提前0.54年（未加权，p=0.038）和0.53年（加权，p=0.042）相关；与更低log₂-C肽、更高HbA1c相关；与总体、β细胞+胰岛素原及残余血糖T2D pwPRS相关；非糖尿病队列中未见与1小时血糖、β细胞功能或胰岛素敏感性指标相关。

次要分析：男性中OLIG3附近rs12190327接近全基因组显著并在HKDB-P2重复；女性中无全基因组显著信号。排除20例单基因糖尿病致病/可能致病变异携带者后先导信号仍显著；限定诊断3年内个体中先导信号仍与ADD相关。

五、讨论与结论

讨论指出，这是首个且最大规模的中国人群ADD GWAS，识别KCNQ1、PAX4、CDKAL1三个位点，ADD-GRS与更年轻ADD、更低空腹C肽及更高HbA1c相关，各位点对YOD的归因风险为4.6%–14.2%，凸显种族间EAF与效应量差异及多民族研究的必要性。三个位点均涉及β细胞生物学：KCNQ1编码ATP敏感性钾通道，为磺脲类药物的已知靶点；CDKAL1异常修饰可致胰岛素原翻译异常、内质网应激与胰岛素分泌受损；PAX4是驱动胰岛及β细胞分化的首个转录因子。研究同时识别LINC02783/PADI1间区rs72895704（与1型糖尿病CKD相关）及功能未知的假基因TARS2P1变异，需更大队列重复与机制研究。局限性包括自报ADD的回忆偏倚、先导位点均为已知T2D风险位点而难以区分整体易感性与位点特异性“时机”效应、BMI校正后残余混杂可能。研究强调小panel变异检测成本较低，结合口服葡萄糖耐量试验（OGTT）或有助于高危个体早期干预，但需实施性研究验证成本效益。

结论译文：已知与新型T2D位点均参与中国人群ADD，可用于识别高风险个体以进行早期干预，从而预防或延缓YOD发生。