《Advanced Science》：Large-scale Whole-Exome Sequencing Defines the Protein-Coding Architecture of Retinal Structure, Visual Function, and Major Blinding Diseases
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视网膜是中枢神经系统的一个可及延伸部分，但连接视网膜结构、视觉功能和主要致盲疾病的蛋白质编码架构仍鲜有定义。在本研究中，利用来自356,982名英国生物银行（UK Biobank）参与者的全外显子组测序（WES）数据，研究人员进行了罕见编码变异的全外显子组基因
视网膜是中枢神经系统的一个可及延伸部分，但连接视网膜结构、视觉功能和主要致盲疾病的蛋白质编码架构仍鲜有定义。在本研究中，利用来自356,982名英国生物银行（UK Biobank）参与者的全外显子组测序（WES）数据，研究人员进行了罕见编码变异的全外显子组基因水平检验和常见编码变异的单变异分析。共识别出涉及16个基因的22个显著罕见变异基因水平关联，包括12个新基因，其中10个在“全民健康研究计划”（All of Us）队列（N=245,388）中得到独立支持。单变异分析识别出126个基因中的243个独立常见编码变异，包括24个新基因。CFI、C3和RIOX1在视网膜结构、视觉功能和疾病表型间显示出关联，支持跨领域多效性。在疾病相关基因中，新基因FYB2被优先用于实验验证，并得到视网膜色素上皮（RPE）相关表达证据和Cox分析中临床相关性的支持。FYB2敲低会加重人诱导RPE（iRPE）细胞的屏障功能障碍，支持其在糖尿病视网膜病变中的潜在作用。这些发现定义了视网膜表型的蛋白质编码架构，并支持视网膜结构、视觉功能和疾病之间的共享遗传联系。所鉴定的基因提供了致盲性视网膜疾病机制研究的候选靶点。
视网膜作为中枢神经系统的一个高度可及延伸部分，其结构与视觉功能紧密相连，而结构-功能架构的破坏是导致主要致盲疾病的关键因素。尽管全基因组关联研究（GWAS）已经识别出数百个与视网膜结构、视觉功能及年龄相关性黄斑变性（AMD）、青光眼和糖尿病视网膜病变（DR）等致盲疾病相关的位点，但大多数GWAS信号位于非编码区，且仅能解释一小部分遗传度。全外显子组测序（WES）通过直接探查蛋白质编码区补充了GWAS的不足，然而目前尚无大规模外显子组研究系统性地探讨视网膜结构、视觉功能和主要致盲疾病之间的共享编码变异。本研究利用英国生物银行（UK Biobank）356,982名无亲缘关系高加索参与者的WES数据，旨在通过统一框架定义连接视网膜结构、视觉功能和疾病的蛋白质编码架构。该研究发表于《Advanced Science》。
研究人员主要采用了两类关键技术方法。首先，基于UK Biobank的WES数据，对罕见编码变异（MAF<1%）使用SAIGE-GENE+进行全外显子组基因水平关联检验，对常见编码变异（MAF≥1%）进行单变异关联检验。其次，利用外部验证队列“全民健康研究计划”（All of Us，N=245,388）和UK Biobank内部新发布表型（2025年11月）进行独立验证。此外，通过留一变异分析（LOVO）、条件分析、交叉引用、负荷遗传力回归（BHR）进行遗传相关分析，并结合眼组织表达数据、单细胞转录组学定位及功能验证（人诱导RPE细胞敲低）等综合方法。
研究结果包括以下五个部分：
**2.1 人群特征与表型概述**
在质量控制的356,982名参与者中，平均年龄57±8.0岁，54%为女性。分析了三类视网膜表型：12项OCT衍生结构特征（视网膜层厚度、黄斑形态、视盘参数）、1项功能特征（最小分辨角对数视力logMAR VA）和三种致盲疾病（AMD、青光眼、DR）。
**2.2 全外显子组罕见变异分析识别视网膜结构、功能和疾病相关基因**
通过基因水平罕见变异关联检验，在16个基因中识别出22个经全局FDR校正后仍显著的关联（p<2.5×10
-6），其中12个为新基因。OCT结构特征贡献了18个关联，SIX6、OCA2、RIOX1和RP1L1显示多层效应。OCA2还与logMAR VA显著关联，提示结构-功能联系。疾病相关基因中，CFI和C3与AMD关联，MYOC与青光眼关联，MYH6和FYB2与DR关联。LOVO分析明确了驱动各关联的关键罕见变异，条件分析确认多数信号独立于常见变异，但部分区域（如OCA2、SIX6、C3、RP1L1）存在罕见与常见变异共同贡献。外部验证中，All of Us队列支持了10个新基因的关联，内部新表型验证也显示方向一致。
**2.3 全外显子组常见变异分析揭示额外视网膜表型位点**
常见变异单变异分析共识别出584个基因组显著关联（p<5×10
-8），经LD聚类后得到243个独立编码变异，映射至126个基因，其中24个为新基因，均涉及OCT结构表型。MRPS27、SOX7和GNGT2表现出多层关联（如与内核层INL厚度、RPE厚度等）。
**2.4 罕见变异基因的跨表型多效性**
CFI、C3和RIOX1在视网膜结构、视觉功能和疾病三个领域均显示显著关联，体现全表型多效性。OCA2（结构+视力）、RP1L1（结构+功能）、MYOC（青光眼+结构）和FYB2（DR+结构）显示双域多效性。负荷遗传力回归（BHR）显示，OCT结构特征罕见变异遗传度最高（中位数约2%），视力约1%，疾病低于0.5%。遗传相关分析显示，结构特征间存在大量正相关，logMAR VA与结构特征强负相关，而疾病表型与其他表型遗传相关有限。
**2.5 罕见变异基因的组织与细胞类型定位及FYB2在糖尿病视网膜病变中的功能验证**
眼组织转录组数据表明，多数罕见变异基因在视网膜和RPE中高表达。单细胞图谱显示，RPE、小胶质细胞、周细胞和Müller胶质细胞表达水平最高。FYB2在RPE细胞中表达较高，在iRPE细胞中敲低FYB2后，跨上皮电阻显著降低，表明屏障功能障碍加重，支持其在DR中的潜在致病作用。
讨论部分总结：本研究通过统一框架系统性地定义了视网膜结构、视觉功能和主要致盲疾病的蛋白质编码架构，识别了多个新基因并验证了其跨表型多效性。研究结论为：这些发现定义了视网膜表型的蛋白质编码架构，并支持视网膜结构、视觉功能和疾病之间的共享遗传联系。所鉴定的基因提供了致盲性视网膜疾病机制研究的候选靶点。
