通过多模式孟德尔随机化方法推断程序性细胞死亡基因与色素性视网膜炎之间的遗传关联

《Molecular Medicine》：Inferring genetic associations of programmed cell death genes with retinitis pigmentosa through multimodal Mendelian randomization

　　

摘要

背景

色素性视网膜炎是导致遗传性失明的主要原因之一，目前尚无有效的治疗方法，因此有必要阐明其发病机制并寻找新的治疗靶点。本研究旨在通过整合多模态分析框架，确定程序性细胞死亡相关基因在色素性视网膜炎发病机制中的遗传作用。

方法

我们整合了全基因组关联研究、表达/蛋白质定量性状位点以及处理过的转录组数据中的汇总信息。分析流程主要采用双样本孟德尔随机化方法进行因果推断，并通过基于汇总数据的孟德尔随机化进行补充验证；同时利用贝叶斯共定位、多变量孟德尔随机化、表型组关联研究以及基于GTEx eQTL数据的组织特异性分析来验证结果的特异性；最后通过批量和单细胞RNA测序进行分析以确定这些基因的功能。

该研究使用了公开可用的遗传学和转录组数据库。主要分析采用了与色素性视网膜炎相关的GWAS汇总统计信息（ebi-a-GCST90018912、ebi-a-GCST90013904和ebi-a-GCST90013954）。验证则在批量（GSE62020）和单细胞（GSE183206）视网膜转录组数据集中进行。

研究中的暴露因素为程序性细胞死亡相关基因的基因表达水平或蛋白质含量。主要结局指标为色素性视网膜炎，次要结局指标包括基因表达失调、功能富集、免疫细胞浸润以及不同细胞类型的特异性表达。

结果

通过整合双样本分析和基于汇总数据的孟德尔随机化分析，我们确定了8个与程序性细胞死亡相关且在遗传学上与色素性视网膜炎有显著关联的核心基因（如AIM2，比值比=2.90，95%置信区间：1.81–4.63）。这些基因在多种组织中均表现出一致的作用效应，在调整了吸烟和体力活动等替代表型后的多变量孟德尔随机化模型中仍具有显著性（名义P值<0.05）。表型组关联研究未发现这些关联存在多效性的迹象（所有P值>5×10??）。在视网膜转录组中，这些基因的表达出现失调，且与免疫通路相关；CIBERSORT分析显示存在免疫细胞浸润现象，其中H13型巨噬细胞与M1型巨噬细胞之间存在较强的负相关性（r=-0.625，P值<0.05）。单细胞RNA测序进一步表明，穆勒胶质细胞是发生最大程度重编程的细胞类型（曲线下面积得分：0.07）。

结论

这项多模态研究为程序性细胞死亡相关基因与色素性视网膜炎发病机制之间的关联提供了遗传学证据。研究结果提示，这些基因的表达失调可能导致免疫稳态失衡和穆勒胶质细胞功能障碍，从而为治疗这种致盲疾病提供了具有潜力的治疗靶点。