《Cogent Public Health》：Multi-omics Mendelian randomization of predefined inflammation- and immunity-related genes reveals causal candidates for neurogenic bladder dysfunction
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**摘要**
**背景** 炎症与免疫通路已被认为与神经源性膀胱功能障碍（neurogenic bladder dysfunction, NBD）相关，但预定义的炎症与免疫相关基因对NBD的因果贡献仍未完全阐明。本研究旨在基于多组学孟德尔随机化（Mendel
**摘要**
**背景** 炎症与免疫通路已被认为与神经源性膀胱功能障碍（neurogenic bladder dysfunction, NBD）相关，但预定义的炎症与免疫相关基因对NBD的因果贡献仍未完全阐明。本研究旨在基于多组学孟德尔随机化（Mendelian randomisation, MR）分析炎症/免疫相关基因与NBD之间的因果关系。
**方法** 研究人员利用SMR分析处理全基因组关联研究（genome-wide association studies, GWAS）、表达定量性状基因座（expression quantitative trait loci, eQTL）和甲基化定量性状基因座（methylation quantitative trait loci, mQTL）数据，并通过依赖工具变量异质性检验（heterogeneity in dependent instruments, HEIDI）验证结果的稳健性。
**结果** 三步SMR分析显示，四个DNA甲基化（DNA methylation, DNAm）位点及其调控的三个基因与NBD的遗传易感性相关。cg14544641调控的SEMA4D与NBD风险呈负相关，在此汇总水平GWAS背景下可解释为NBD的遗传易感性（beta = –0.214；p = 0.014）。cg10564498和cg03247049调控的AXL与NBD风险呈正相关（beta = 0.432；p = 0.034）。cg21601405调控的CD40与NBD风险呈正相关（beta = 0.116；p = 0.047）。
**结论** 本研究证明了三个预定义的炎症/免疫相关基因和四个DNAm位点与NBD遗传易感性存在潜在的因果关联。这些发现可能有助于优先开展与NBD预防和管理相关的分子机制、生物标志物及靶点发现工作，但在临床或公共卫生转化之前，仍需在膀胱特异性和疾病特异性实验模型中进行验证。
**关键词**：神经源性膀胱功能障碍；炎症；免疫；孟德尔随机化；定量性状基因座
**论文解读：基于多组学孟德尔随机化解析神经源性膀胱功能障碍的炎症免疫遗传机制**
**一、研究背景**
神经源性膀胱功能障碍（neurogenic bladder dysfunction, NBD），亦称神经源性下尿路功能障碍（neurogenic lower urinary tract dysfunction, NLUTD），是由卒中、阿尔茨海默病、帕金森病、创伤性脊髓损伤、脊髓肿瘤、先天性脊柱裂及糖尿病等神经系统疾病引起的膀胱和尿道功能受损。NBD主要表现为膀胱过度活动症，伴尿道高压及尿道括约肌协同功能障碍，可导致肾功能衰竭、上尿路扩张和感染性并发症等严重结局，严重影响患者生活质量，并加重个人和社会的医疗负担。因此，探索NBD的分子机制对于制定更有效的预防、管理和治疗策略至关重要。
现有研究表明，炎症/免疫在NBD的病理生理过程中发挥重要作用。NLRP3炎症小体通路的过度激活与膀胱出口梗阻模型中的膀胱炎症、纤维化和功能障碍相关；NF-kappaB信号通路的激活可通过经典细胞焦亡途径启动NLRP3炎症小体，导致脊髓损伤诱导的膀胱纤维化。此外，神经营养因子如脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor, BDNF）在膀胱过度活动症、压力性尿失禁和间质性膀胱炎等膀胱功能障碍疾病中异常升高，并通过BDNF-TrkB-p38/JNK信号通路促进神经炎症，进而诱发膀胱功能障碍。尽管已有研究探索了特定炎症/免疫通路与NBD相关膀胱功能障碍之间的联系，但全面的因果理解仍然有限。传统的观察性研究或实验设计常受混杂因素、环境变异、样本量限制和测量误差的影响。
孟德尔随机化（Mendelian randomisation, MR）是一种利用遗传变异作为工具变量（instrumental variables, IVs）推断暴露因素与疾病之间潜在因果关系的现代流行病学方法。基于汇总数据的孟德尔随机化（summary data-based Mendelian randomization, SMR）扩展了MR框架，通过整合和分析GWAS汇总统计量与定量性状基因座（quantitative trait locus, QTL）数据，能够从DNA甲基化（DNA methylation, DNAm）、基因表达和蛋白质丰度层面探索暴露相关基因调控与结局之间的潜在因果关系。
**二、研究目的**
本研究旨在利用多组学数据（GWAS、基因表达QTL（expression QTL, eQTL）和DNA甲基化QTL（methylation QTL, mQTL）数据集），探索与NBD相关的预定义炎症/免疫相关基因，以期更清晰地理解NBD的发病机制，并为NBD的预防和治疗提供潜在靶点。
**三、研究方法与关键技术**
研究人员采用SMR分析方法，通过三个步骤系统评估炎症/免疫相关基因与NBD的因果关系。首先，从基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis, GSEA）数据库的MSigDB模块中检索“炎症”和“免疫反应”等关键词，经去重后获得358个炎症/免疫相关基因。eQTL工具变量数据来自eQTLGen联盟，包含37个数据集的31684份血液和外周血单核细胞样本，鉴定出16989个顺式eQTL基因；mQTL数据来自两个欧洲队列的汇总数据，即布里斯班系统遗传学研究所（n = 614）和洛锡安出生队列（n = 1366）。NBD的GWAS汇总数据来自英国生物银行（UK Biobank），共361194人（1014例病例和360180例对照；GWAS ID: ukb-d-N31）。SMR分析分为三步：（1）以与基因表达水平最相关的顺式eQTL作为IVs，炎症/免疫相关基因表达作为暴露，NBD作为结局；（2）以最相关的DNAm顺式mQTL作为IVs，DNAm作为暴露，NBD作为结局；（3）将DNAm、基因表达和最相关的顺式mQTL分别定义为暴露、结局和IVs。分析采用SMR软件1.3.1版，以5 × 10
–8为P值阈值选择工具变量，并通过HEIDI检验排除多效性偏倚（P-HEIDI < 0.05），以Benjamini-Hochberg方法进行FDR校正控制I型错误率（阈值< 0.05）。
**四、主要研究结果**
**SMR分析鉴定炎症/免疫相关基因表达与NBD的关系**：通过整合炎症/免疫相关基因eQTL与NBD GWAS数据进行SMR分析，共鉴定出16个与NBD相关的基因（SMR FDR < 0.05，P-HEIDI > 0.05）。其中，FOSL2、IL17RB、TAPBP、SEMA4D、EGR2、KDM6B、PPP1R15A七个基因与NBD呈负相关，而RGS16、NFE2L2、IL7R、ABI1、SNN、SERPINB2、AXL、CD40、CEBPB九个基因与NBD呈正相关。
**SMR分析鉴定炎症/免疫相关DNA甲基化与NBD的关系**：整合mQTL与NBD GWAS汇总数据，鉴定出44个DNAm探针（SMR FDR < 0.05，P-HEIDI > 0.05），对应36个炎症/免疫相关基因。其中22个DNAm位点与NBD风险正相关，22个DNAm位点与NBD风险负相关。值得注意的是，同一基因的不同DNAm位点可能对NBD风险产生不同方向的影响。例如，cg21203249调控的SEMA4D甲基化水平升高与NBD风险降低相关（beta = –0.054；p = 0.021），而cg14544641调控的SEMA4D甲基化水平升高与NBD风险增加相关（beta = 0.418；p = 0.010）。然而，RASGRP1基因相关的甲基化位点对NBD风险具有协同效应，cg20666492（beta = 0.310；p = 0.043）和cg03603381（beta = 0.188；p = 0.035）调控的RASGRP1甲基化水平升高均增加NBD风险。
**SMR分析鉴定炎症/免疫相关DNA甲基化与基因表达的关系**：以DNAm为暴露、基因表达水平为结局进行SMR分析，发现302个DNAm位点与124个基因之间存在关联（SMR FDR < 0.05，P-HEIDI > 0.05）。进一步整合三个步骤的结果，仅SEMA4D、AXL和CD40三个基因受甲基化位点调控并与NBD风险相关。具体而言：cg14544641甲基化水平与SEMA4D基因表达水平呈负相关（beta = –1.112；p = 1.31 × 10
–9），与NBD风险呈正相关（beta = 0.418；p = 0.010），但SEMA4D基因表达水平与NBD风险呈负相关（beta = –0.214；p = 0.014）。cg10564498和cg03247049的甲基化水平与AXL基因表达水平呈负相关（beta = –0.194；p = 3.42 × 10
–40；beta = –0.263；p = 4.52 × 10
–36），与NBD风险呈负相关（beta = –0.084；p = 0.034；beta = –0.128；p = 0.027），但AXL基因表达水平与NBD风险呈正相关（beta = 0.432；p = 0.034）。cg21601405甲基化水平与CD40基因表达水平呈负相关（beta = –0.994；p = 1.39 × 10
–46），与NBD风险呈负相关（beta = –0.115；p = 0.048），但CD40基因表达水平与NBD风险呈正相关（beta = 0.116；p = 0.047）。
**五、讨论与结论**
SEMA4D是Semaphorin家族成员，在T淋巴细胞、嗜酸性粒细胞中表达，参与免疫调节、骨形成、神经系统发育和血管生成调控。虽然尚无研究直接建立SEMA4D与NBD的相关性，但SEMA4D已被证明可通过促进血管生成和减少炎症反应加速糖尿病小鼠伤口愈合，并在斑马鱼脊髓损伤后的轴突再生中发挥促进作用，提示其可能通过神经修复和炎症相关过程参与NBD的发病。
AXL是TAM受体酪氨酸激酶亚家族成员，主要结合配体生长停滞特异性蛋白6（growth arrest-specific protein 6, GAS6），激活PI3K/AKT、MAPK/ERK和STAT3等下游通路。已有研究表明PI3K/AKT信号通路可能参与膀胱功能障碍的发病机制，如IRS2/PI3K/AKT/eNOS信号通路与高脂饮食相关膀胱功能障碍相关，且胰岛素诱导的人膀胱平滑肌松弛主要依赖于黏膜层PI3K/AKT/eNOS信号通路的激活。
CD40是肿瘤坏死因子受体超家族成员，主要与配体CD40L结合，通过JAK/STAT、TNFalpha/NF-kappaB/SMAR1、IFN-gamma/STAT1和IL-1beta等信号通路参与免疫应答、炎症调控和组织修复。CD40在阿尔茨海默病小鼠模型中可促进淀粉样蛋白生成、tau蛋白磷酸化和小胶质细胞活化，在帕金森病中参与神经炎症过程，提示其可能通过神经炎症机制参与NBD的发病。
本研究存在以下局限性：首先，由于膀胱组织难以获取，使用血液eQTL和mQTL作为替代指标；其次，NBD GWAS仅包含1014例病例，统计功效有限；第三，由于使用汇总水平GWAS数据，无法按先天性或获得性NBD、潜在神经系统诊断、病变水平、梗阻持续时间、病程或治疗史进行分层分析；第四，分析仅限于顺式调控区域，可能遗漏反式关系的基因或DNAm位点；第五，仅纳入eQTL和mQTL数据，未来可考虑整合单细胞转录组测序、剪接QTL（splicing QTL, sQTL）和蛋白质QTL（protein QTL, pQTL）等更多分子特征；最后，所有样本均来自欧洲人群，研究结果外推至其他人群需进一步验证。
综上所述，本研究的SMR分析鉴定出四个DNAm位点和三个预定义的炎症/免疫相关基因（SEMA4D、AXL、CD40）与NBD遗传易感性存在潜在因果关联。这些发现为更好地理解NBD的发病机制提供了重要线索，揭示了NBD预防和有效治疗的潜在靶点，并提示分子证据可能支持神经系统疾病相关人群的早期风险分层和基于机制的干预研究，但这些发现需要在未来通过进一步的基础实验和临床研究进行验证。
