《Canadian Respiratory Journal》：Multiomics Approach Identifies Novel Genetic Determinants and Therapeutic Targets for Asthma
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哮喘是一种广泛流行的慢性呼吸系统疾病，具有多因素起源，其确切的遗传组分仍未完全明确。研究人员整合转录组数据与孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，系统解析影响哮喘易感性的因果基因。对GSE43696队列的分析显示，健康对照
哮喘是一种广泛流行的慢性呼吸系统疾病，具有多因素起源，其确切的遗传组分仍未完全明确。研究人员整合转录组数据与孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，系统解析影响哮喘易感性的因果基因。对GSE43696队列的分析显示，健康对照（n=20）与哮喘病例（n=88）之间存在267个差异表达基因。MR分析共识别出7个因果基因，包括6个保护性因素（GPRIN3、SHISA2、DUSP5、FCER1A、USP36和LGALS2；比值比<1）及1个风险相关因素（CXCL6；比值比>1）。利用独立验证队列GSE63142证实其中5个基因在哮喘样本中显著低表达。功能富集研究显示这些基因参与免疫相关级联反应，包括IL-17/NF-κB信号传导、Th17细胞分化及代谢活动。对32,809个细胞的单细胞转录组评估揭示了分区表达特征：FCER1A和LGALS2主要在树突状细胞中表达，DUSP5在杯状细胞中表达，SHISA2在离子细胞中表达，USP36在T细胞中表达。免疫细胞浸润评估显示肥大细胞、嗜酸性粒细胞和单核细胞分布发生改变，并与CCR5、CXCL10等免疫介质存在显著关联。转录因子探索确定cisbp__M0561为核心调控元件。基于Connectivity Map的筛选提名KI-8751、verrucarin-A和高三尖杉酯碱（homoharringtonine）为潜在候选药物。该整合多组学框架阐明了此前未被表征的病理过程及哮喘治疗的潜在新途径。
本研究针对哮喘这一全球高发、机制复杂的慢性炎症性气道疾病，聚焦其遗传病因不明、缺乏精准治疗靶点的临床难题，旨在突破传统观察性研究的局限，为揭示发病机制及开发靶向疗法提供依据。研究人员采用多组学整合策略，结合差异表达分析与两样本MR，首次系统鉴定出与哮喘发病存在因果关联的遗传位点，并通过多层面功能实验验证其核心机制，研究成果发表于《Canadian Respiratory Journal》。
关键技术方法包括：使用GEO数据库获取哮喘患者与健康人外周血转录组数据（发现集GSE43696，验证集GSE63142）；采用eQTLGen联盟血液表达数量性状位点（expression quantitative trait loci, eQTL）数据作为工具变量，结合FinnGen生物样本库哮喘全基因组关联研究（genome-wide association study, GWAS）汇总数据进行两样本MR分析；通过limma包筛选差异表达基因（differentially expressed genes, DEGs）；利用CIBERSORT算法评估22种免疫细胞浸润比例；采用Seurat流程处理GSE164015单细胞RNA测序数据并进行细胞类型注释；基于clusterProfiler与GSVA进行通路富集分析；利用RcisTarget预测转录因子调控网络；通过Connectivity Map数据库开展药物重定位预测。
研究结果如下：
3.1 哮喘差异表达基因的鉴定：在GSE43696数据集中，研究人员筛选出267个达到阈值（|log2FC|>0.585，校正后p<0.05）的差异表达基因，其中116个上调、151个下调，初步构建了哮喘相关的转录失调图谱。
3.2 MR识别哮喘因果基因：将差异基因与MR分析交集后，严格遵循相关性、独立性及排除限制假设，最终锁定7个因果基因。其中GPRIN3（OR=0.915，95%CI：0.858–0.975）、SHISA2（OR=0.948，95%CI：0.902–0.996）、DUSP5（OR=0.958，95%CI：0.921–0.997）、FCER1A（OR=0.960，95%CI：0.924–0.997）、USP36（OR=0.972，95%CI：0.951–0.993）和LGALS2（OR=0.987，95%CI：0.975–0.999）为保护因素，CXCL6（OR=1.102，95%CI：1.031–1.177）为风险因素，敏感性分析证实了结果的稳健性。
3.3 MR基因特征的外部验证：韦恩图分析显示6个保护性基因在下调差异基因中重叠，而风险基因无重叠。利用GSE63142独立队列验证，DUSP5、FCER1A、LGALS2、SHISA2和USP36在哮喘组中表达显著降低，与MR结果一致，验证了分析的可靠性。
3.4 功能富集与通路分析：基因集富集分析（gene set enrichment analysis, GSEA）显示，DUSP5富集于IL-17、B细胞受体及NF-κB信号通路；FCER1A富集于Th17细胞分化、Th1/Th2分化及趋化因子信号通路；LGALS2富集于Th17分化、趋化因子及NF-κB通路；SHISA2富集于Th1/Th2及Th17分化通路；USP36则富集于核苷酸糖生物合成等代谢通路。基因集变异分析（gene set variation analysis, GSVA）进一步证实了这些基因与炎症及免疫应答通路的密切关联。
3.5 免疫浸润与微环境分析：免疫细胞组成比较显示，哮喘组静息肥大细胞水平升高，记忆B细胞、嗜酸性粒细胞、单核细胞及初始T淋巴细胞显著降低。关键基因与免疫细胞亚群的相关性分析表明，DUSP5与活化CD4记忆T细胞正相关，与静息肥大细胞负相关；FCER1A与M2巨噬细胞正相关，与M1巨噬细胞负相关；LGALS2与活化NK细胞正相关；SHISA2与滤泡辅助T细胞正相关；USP36与记忆B细胞正相关，提示这些基因通过调控特定免疫细胞参与哮喘进程。
3.6 免疫调节因子与转录调控：关键基因与多种免疫因子（包括趋化因子、受体及主要组织相容性复合体成分）存在强关联，尤其是DUSP5、FCER1A和LGALS2与XCL2、CXCL9、CXCL10、CCL5及CCR4、CCR5、CCR6、CXCR6呈显著正相关。转录因子富集分析确定cisbp__M0561（标准化富集分数NES=5.78）为调控这些基因的核心元件。
3.7 气道细胞单细胞转录组分析：对32,809个高质量气道细胞进行分群注释，获得9种主要细胞类型。关键基因呈现细胞类型特异性分布：FCER1A和LGALS2高表达于树突状细胞，DUSP5富集于杯状细胞，SHISA2主要在离子细胞表达，USP36高表达于T细胞。单细胞分辨率下的通路活性评分显示，这些基因在氧化磷酸化、mTORC1信号等通路中活性显著。
3.8 哮喘靶向药物预测：利用Connectivity Map数据库筛选，发现KI-8751、verrucarin-A、tyrphostin-AG-126和高三尖杉酯碱的转录特征与哮喘疾病特征呈反向相关，提示其可能通过逆转疾病相关基因表达发挥治疗作用。
讨论部分指出，本研究通过整合多组学与MR，提供了上述5个基因参与哮喘发病的遗传学证据，其功能与已知的IL-17/NF-κB免疫通路及Th细胞分化机制吻合。单细胞数据明确了各基因在特定气道细胞中的功能定位，为理解其在气道炎症与重塑中的作用提供了细胞学基础。免疫浸润分析揭示了基因表达与免疫细胞组成的动态关联。药物预测结果为老药新用提供了方向。研究同时承认局限性，包括eQTL的血液来源可能导致组织特异性偏差、潜在的残余水平多效性，以及需进一步的体内外实验验证。
结论部分翻译如下：综上所述，基于整合转录组谱、孟德尔随机化及单细胞RNA测序的多组学分析，本研究识别并验证了DUSP5、FCER1A、LGALS2、SHISA2和USP36这5个关键基因与哮喘风险存在因果关系，揭示了其通过IL-17信号传导及T细胞分化等通路参与免疫失调的机制。这些基因在气道环境中呈现细胞类型特异性表达，并与改变的免疫浸润特征相关，为阐明哮喘发病机制提供了机制性见解。此外，连接图分析提示了能够逆转疾病相关基因表达的候选治疗药物，为未来哮喘治疗指明了潜在靶点。
