《Immunobiology》：Potential correlation assessment identified by a genome-wide association study using induced pluripotent stem cells from patients with IgAN
编辑推荐：
尚不清楚与炎症及线粒体功能相关的基因突变是否参与免疫球蛋白A肾病（IgAN）的进展与加重。本研究旨在探讨IgAN的遗传背景。研究人员利用从两名IgAN患者、疑似IgAN患者及微小病变病患者建立的四株人诱导多能干细胞（hiPSCs）系进行了全基因组关联研究（GW
尚不清楚与炎症及线粒体功能相关的基因突变是否参与免疫球蛋白A肾病（IgAN）的进展与加重。本研究旨在探讨IgAN的遗传背景。研究人员利用从两名IgAN患者、疑似IgAN患者及微小病变病患者建立的四株人诱导多能干细胞（hiPSCs）系进行了全基因组关联研究（GWAS）。与作为对照的微小病变病来源hiPSCs相比，IgAN或疑似IgAN患者来源hiPSCs中共有4641个单核苷酸多态性（SNPs）。研究人员鉴定了表达频率高于微小病变病来源hiPSCs的基因，并发现显著与炎症（115个SNPs）、氧化应激（29个SNPs）、纤维化（10个SNPs）及线粒体功能（158个SNPs）相关的SNP抑制基因。本项利用IgAN或疑似IgAN患者来源hiPSCs的GWAS结果表明，这些突变可能与线粒体功能障碍、炎症及细胞外基质（ECM）产生相关。
免疫球蛋白A肾病（IgAN）是全球最常见的原发性肾小球肾炎类型之一，约15%–40%的患者在10–20年内进展为终末期肾病，需接受肾脏替代治疗。现有治疗手段有限且疗效不尽理想。尽管"多重发病"理论被广泛接受，即遗传因素导致IgA1糖基化异常，触发自身抗体产生并引起免疫复合物在肾脏沉积，但IgAN的确切病因仍不明确。近年大型临床试验对免疫抑制疗法的有效性提出质疑，促使研究者从全新角度探索该病的病理机制。
在此背景下，研究人员开展了这项创新性研究，旨在建立基于患者来源人诱导多能干细胞（hiPSCs）的GWAS方法学，并系统评估IgAN的遗传背景，重点关注炎症、线粒体功能障碍、氧化应激及细胞外基质增加等关键病理环节。该研究成果发表于《Immunobiology》杂志，为理解IgAN的分子发病机制提供了重要的假设生成性证据。
研究人员开展此项研究的根本原因在于：传统GWAS主要使用活体临床数据作为表型，而近年来"细胞GWAS"概念兴起，可直接将hiPSCs分化细胞的表型与基因组数据相联系；同时，尽管已有关于IgAN遗传学和线粒体功能障碍的报道，但相关研究仍然匮乏，特别是缺乏将遗传变异与细胞功能直接关联的系统研究。此外，慢性炎症反应导致的细胞外基质积聚是IgAN肾小球病理的核心特征，而线粒体损伤诱导的活性氧簇（ROS）产生在IgAN进展中的作用尚未被阐明。
本研究的技术路线主要包括以下关键环节：首先，从大阪医药科大学肾病内科经肾活检确诊的两例IgAN患者、疑似IgAN患者及一例微小病变病患者采集外周血样本，利用携带OCT4、KLF4、SOX2和C-MYC的仙台病毒载体进行外周血单个核细胞重编程，建立四株hiPSCs系；随后进行标准培养传代；继而开展全基因组测序及生物信息学分析，具体包括FastQC质量评估、Trimmomatic低质量碱基和接头序列修剪、Burrows–Wheeler比对算法（bwa-mem）参考基因组比对、Picard软件BAM文件转换与排序及重复标记、GATK工具包进行碱基质量校正与遗传变异识别，并联合SnpEff、ClinVar、GWAS目录、dbNSFP等数据库进行变异注释与功能预测；最后通过基因本体论（GO）生物学过程数据库进行功能富集分析，结合gnomAD数据库的pLI（功能丧失不耐受概率）和o/e（观察/预期比值）指标评估变异的致病潜力。
研究结果部分，研究人员从四个维度系统揭示了IgAN相关的遗传变异特征：
炎症相关遗传突变方面，四株hiPSCs系均携带错义突变，涉及MS4A2、FFAR4、NLRP10、CD81、GPSM3、OSMR、MCPH1、PLA2G7、AOAH、HDAC9、SPHK1、USP18、PLA2G3、ABHD12、ARMH4、CMKLR1、P2RX7、CYP19A1、MEFV、PIK3AP1、IL1RL1、IL23R、REG3A、KNG1、ACKR1、BST1等基因；A2M基因为两系错义、两系剪接位点突变；PARP4为三系错义、一系50%错义及50%剪接位点突变；LY75为两系错义、另两系各半错义与剪接位点突变；HLA-DRB1则为四系均50%剪接位点及50%移码突变。
线粒体功能相关遗传突变方面，四株系均存在线粒体相关基因突变，包括PLEKHN1、MRPL50、ADHFE1、ACAT1、LIPT2、SIRT3、STING1、HSPA9、CDC25C、MCUB、GFM2、ABHD11、FDX2、SEPTIN4、CIDEA、PRODH、MT-ATP6、MT-ND2、CPT1B、DMAC2L、L2HGDH、ISCU、LRRK2、NAXD、TP53、GOT2、RHOT2、ACSM2A、ACSM5、NMNAT3、COA6、OPA1、AURKAIP1、LRPPRC、SLC25A26、RNASEL、VRK2等；PDPR为四系无义突变；NDUFB9为四系各半错义与错义突变；AGXT2为四系各半错义与剪接位点突变；CEP89为两系错义、两系各半错义与终止缺失突变；ACOT11为两系错义、两系各半错义与剪接位点突变。
氧化应激相关遗传突变方面，四株系均在SETX、SCARA3、FUT8、LRRK2、TPO、VRK2基因存在无义突变，且均携带STAU1剪接位点突变。
细胞外基质调控相关遗传突变方面，四株系均在SFTPA2、MUC5AC、JPH2、GZMB基因存在错义突变，IFRD1为剪接位点突变；两系为剪接位点和半错义位点，另半数为剪接位点突变。
功能不耐受概率分析方面，炎症相关基因中HDAC9（pLI: 1, o/e: 0.29）、USP18（pLI: 1, o/e: 0.23）、PIK3AP1（pLI: 1, o/e: 0.24）、KDM6B（pLI: 1, o/e: 0.15）、THBS1（pLI: 1, o/e: 0.23）、FOXP1（pLI: 1, o/e: 0.15）、IKBKB（pLI: 0.99, o/e: 0.37）、IL6ST（pLI: 1, o/e: 0.26）、C4A（pLI: 1, o/e: 0.26）、SYK（pLI: 1, o/e: 0.21）、C4B（pLI: 1, o/e: 0.13）显示极高功能丧失不耐受性；线粒体功能相关基因中HSPA9（pLI: 1, o/e: 0.34）、MT-ND2（pLI: 1, o/e: 0.34）、TP53（pLI: 1, o/e: 0.26）、GOT2（pLI: 0.97, o/e: 0.34）、OPA1（pLI: 0.96, o/e: 0.39）、RHOT1（pLI: 1, o/e: 0.28）、SOX10（pLI: 1, o/e: 0.09）、SLC25A5（pLI: 0.93, o/e: 0.24）同样表现出高度功能丧失不耐受；氧化应激相关基因中SETX（pLI: 0.91, o/e: 0.40）、STAU1（pLI: 1, o/e: 0.21）、FOXO1（pLI: 1, o/e: 0.14）亦复如此。
讨论部分，研究人员首先强调了本研究的创新意义：这是首次利用IgAN患者来源hiPSCs建立GWAS方法学的尝试，为理解IgAN发病机制提供了全新视角。关键发现包括：NLRP10错义突变可能通过ROS/丝裂原活化蛋白激酶/NF-κB信号通路增强NLRP1和NLRP3炎症小体激活；OSMR可与IL-6信号转导分子形成II型OSMR异源二聚体；IL1RL1和IL23R错义突变提示IL-6家族细胞因子的核心作用；CMKLR1在浆细胞样树突状细胞中表达并增强巨噬细胞活化；HLA-DRB1剪接与移码突变暗示自身免疫异常与IgAN发病的潜在关联。
线粒体功能障碍方面，鉴于足细胞富含线粒体，研究人员特别指出PLEKHN1促进凋亡的机制和FDX2与线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒及卒中样发作的关联。值得注意的是，研究数据并未直接证明IgAN来源hiPSCs中线粒体功能、ROS产生或细胞外基质合成受到可测量的影响，这成为后续研究的重要方向。
研究人员坦陈本研究存在若干局限：SNPs是否为IgAN进展的因果关系或后果尚不明确；hiPSC-based GWAS方法学尚未成熟；缺乏验证队列且hiPSCs培养过程中可能存在表观遗传学伪影；样本量过小无法进行统计学分析。
研究结论部分明确指出：目前尚不清楚遗传突变是否与IgAN的发病和加重相关。本项利用IgAN患者来源hiPSCs进行的GWAS提供了假设生成性证据，提示存在与线粒体功能障碍、炎症及细胞外基质产生相关的潜在遗传突变。
