《Frontiers in Immunology》：Multi-omics Mendelian randomization integrating GWAS, eQTL, mQTL and pQTL data prioritizes mitochondrial gene FXN as a hypothesis?generating candidate for nephrolithiasis
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背景：线粒体功能障碍与尿石症（urolithiasis）相关，但因果遗传驱动因素仍不清楚。研究人员整合了多组学数据，利用孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）来识别与尿石症有因果关联的线粒体相关基因。方法：研究人员从各自的定量性
背景：线粒体功能障碍与尿石症（urolithiasis）相关，但因果遗传驱动因素仍不清楚。研究人员整合了多组学数据，利用孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）来识别与尿石症有因果关联的线粒体相关基因。方法：研究人员从各自的定量性状位点（quantitative trait locus, QTL）研究中获取了线粒体甲基化（mQTL）、基因表达（eQTL）和蛋白质丰度（pQTL）数据，以及来自百万退伍军人计划（Million Veteran Program, MVP）的肾结石（nephrolithiasis）、输尿管结石（ureterolithiasis）和膀胱结石（bladder calculus）的GWAS汇总数据（发现阶段），并在FinnGen和英国生物银行（UK Biobank）中进行重复。应用基于汇总数据的孟德尔随机化（summary-data-based Mendelian randomization, SMR）和共定位分析（colocalization）来推断因果关系。结果：整合分析将FXN确定为肾结石的主要候选基因。遗传上升高的循环FXN蛋白与肾结石风险呈负相关（OR 0.69, 95% CI 0.56–0.84）。这种保护效应在表观遗传水平得到支持：FXN在cg14656297和cg13974534处的甲基化与较低的肾结石风险相关。对于输尿管结石，较高的GRHPR蛋白水平具有保护作用（OR 0.81, 95% CI 0.71–0.91）。在小鼠肾结石模型中，Fxn表达和frataxin蛋白水平降低，提供了与人类遗传学发现一致的体内相关性支持。结论：这项多组学MR研究将线粒体基因，特别是FXN，与尿石症风险联系起来。尽管共定位证据较弱（PP.H4 = 0.0239）且在独立队列中的重复未达到统计学显著性，但跨甲基化、表达和蛋白质水平的多组学一致性将FXN作为假设生成候选基因优先考虑以进行进一步研究。由于所有QTL数据均来源于血液或血浆，本研究提供了基于血液/血浆QTL的遗传优先排序，而非肾脏特异性因果推断。
尿石症（urolithiasis）是一种全球高发的泌尿系统疾病，其特征为泌尿道内晶体形成与聚集，复发率高达约50%，给患者和医疗系统带来沉重负担。已有研究提示线粒体功能障碍与尿石症发病相关，但因果遗传驱动因素尚不明确。线粒体在肾小管细胞中含量丰富，其功能异常可导致氧化应激和代谢紊乱，可能促进结石形成。然而，具体哪些线粒体基因参与其中及其机制仍未阐明。为填补这一空白，研究人员利用多组学孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，整合全基因组关联研究（GWAS）、基因表达数量性状位点（eQTL）、甲基化数量性状位点（mQTL）和蛋白质数量性状位点（pQTL）数据，系统评估线粒体相关基因与尿石症（包括肾结石、输尿管结石和膀胱结石）的因果关联，旨在提供机制见解并揭示潜在治疗靶点。该研究综合采用基于汇总数据的孟德尔随机化（SMR）和异质性相关工具变量（HEIDI）测试，以及贝叶斯共定位分析（colocalization），并在百万退伍军人计划（MVP）发现队列、FinnGen和英国生物银行（UK Biobank）重复队列中进行验证，同时利用小鼠肾结石模型进行体内相关性验证。研究结果发表于《Frontiers in Immunology》。
**关键技术方法**：研究人员从MitoCarta3.0数据库获取1,136个人类线粒体相关基因，并整合三类分子QTL数据：mQTL来自Hatton等研究（n=3,701），eQTL来自eQTLGen联盟（n=31,684），pQTL来自Sun等研究（n=54,219）。GWAS汇总数据来自MVP（发现阶段，含肾结石、输尿管结石和膀胱结石），重复队列来自FinnGen（12,999例病例和486,185例对照）和UK Biobank（2,766例肾结石病例和453,582例对照）。应用SMR及HEIDI测试评估因果关联，对FDR校正后显著的关联进行贝叶斯共定位分析，并整合多组学证据进行分层分类。此外，利用小鼠乙醛酸盐诱导肾结石模型进行RNA测序和免疫印迹验证。
**研究结果**：
**3.1 线粒体基因甲基化与尿石症**：通过SMR分析，经FDR校正和HEIDI测试后，鉴定出13个CpG位点（对应8个基因）与肾结石相关，28个位点（对应18个基因）与膀胱结石相关。其中，MRPS36、MCRIP2、NARS2和GPX1的CpG位点显示出强共定位证据（PP.
H4 > 0.70）。同一基因内不同CpG位点的效应方向存在异质性。
**3.2 线粒体基因表达与尿石症**：鉴定出23个基因与尿石症显著相关。其中，COX15、DAP3和DLAT的高表达与肾结石风险降低相关（共定位PP.
H4分别为0.93、0.97和0.71）；PPA2高表达与输尿管结石风险降低相关（PP.
H4=0.71）；DAP3和DLAT高表达与膀胱结石风险降低相关，而TSFM高表达与风险增加相关（PP.
H4=0.72）。FXN表达与膀胱结石的关联方向不一致，且无共定位支持，视为探索性发现。
**3.3 线粒体蛋白与尿石症**：FDR校正后，仅FXN蛋白与肾结石、GRHPR蛋白与输尿管结石显著相关。FXN蛋白升高与肾结石风险降低相关（OR 0.69, 95% CI 0.56–0.84），但共定位证据较弱（PP.
H4=0.0239），且在重复队列中未达到统计学显著性。GRHPR蛋白升高与输尿管结石风险降低相关（OR 0.81, 95% CI 0.71–0.91），共定位支持强（PP.
H4=0.80）。
**3.4 多组学证据整合**：基于蛋白质功能终点的分类方法，将FXN列为肾结石的2级候选基因：其蛋白水平与风险负相关，且甲基化（cg14656297和cg13974534）也呈保护性关联，表达水平虽FDR校正后边缘显著（p=0.050443），但名义显著（p=1.74×10
-3）且HEIDI测试通过，支持提示性关联。膀胱结石中FXN的多组学证据方向不一致，未进一步优先考虑。
**3.5 FXN在人组织中的表达**：利用人类蛋白质图谱和GTEx数据库，发现FXN在肾、输尿管和膀胱中均有中高表达，支持其与疾病位点的相关性。
**3.6 蛋白质-蛋白质相互作用与通路富集分析**：基于36个显著基因的PPI网络显示TUFM、TSFM和FXN形成紧密互作簇，通路富集分析表明这些基因主要参与有氧呼吸和代谢调控。
**3.7 候选药物预测**：DGIdb数据库筛选出75种与尿石症相关药物，其中21种已获批，FXN关联5种药物。
**3.8 小鼠肾结石模型中Fxn表达降低提供初步相关性支持**：在乙醛酸盐诱导的肾结石小鼠模型中，RNA-seq和Western blot显示Fxn表达和frataxin蛋白水平显著降低，与人类遗传学发现的方向一致，但该实验为观察性，未建立因果联系。
**总结讨论部分**：研究人员指出，尽管FXN在肾结石中表现出多组学一致性，但共定位证据弱（PP.
H4=0.0239），且在FinnGen和UK Biobank中未达统计学显著重复（效应方向一致），因此不应视为已证实的因果保护基因，而是优先的假设生成候选基因。讨论中强调，QTL数据均来源于血液或血浆，与肾脏疾病部位存在组织特异性差异，这可能是共定位失败的原因之一，当前研究提供的是基于血液/血浆QTL的遗传优先排序，而非肾脏特异性因果推断。此外，表型定义差异（如FinnGen采用复合终点）和重复队列统计效能有限（UK Biobank仅2,766例病例）也可能影响重复结果。研究结论翻译如下：总之，这项多组学MR研究基于跨甲基化、名义表达和蛋白质水平的一致多组学信号，将FXN优先作为肾结石的假设生成候选基因，尽管共定位证据不确切（PP.
H4=0.0239），且独立队列中的重复未达统计学显著性。弱共定位可能至少部分归因于组织不匹配（血液来源QTL与肾脏靶器官）。由于所有QTL数据均来源于血液或血浆，该发现并未建立肾脏特异性因果联系。相反，本研究为肾结石提供了基于血液的FXN遗传优先排序。鉴于缺乏稳健的共定位和重复，FXN不应被解释为已证实的因果保护基因，而应作为需功能验证（如肾脏特异性Fxn敲除或过表达研究）的优先候选基因，以确立因果关系和治疗潜力。
