整合蛋白质组基因组学与单细胞转录组学优先排序年龄相关性黄斑变性中的候选因果蛋白与治疗靶点

《International Journal of Molecular Sciences》：Integrative Proteogenomics and Single-Cell Transcriptomics Prioritize Candidate Causal Proteins and Therapeutic Targets in Age-Related Macular Degeneration

　　

年龄相关性黄斑变性（age-related macular degeneration, AMD）是导致不可逆视力损害的主要原因，然而识别全基因组关联研究（genome-wide association study, GWAS）位点背后的效应蛋白和组织特异性机制仍具挑战。本研究旨在系统性地优先排序AMD中的候选因果循环蛋白，并描绘其在细胞和转录水平的动态特征。研究人员整合了来自英国生物样本库药物蛋白质组学项目（UK Biobank Pharma Proteomics Project, UKB-PPP；??=53,022）的血浆蛋白数量性状基因座（protein quantitative trait loci, pQTL）汇总统计数据与FinnGen AMD GWAS数据，采用蛋白质组全关联研究（proteome-wide association study, PWAS）、基于汇总数据的孟德尔随机化（summary-data-based Mendelian randomization, SMR）联合HEIDI检验以及贝叶斯共定位分析。优先排序的候选基因被映射至人和小鼠视网膜单细胞/单核RNA测序图谱中。转录响应性在独立临床微阵列数据集（GSE103060）及人视网膜色素上皮细胞（ARPE-19）中通过体外炎症刺激和实时荧光定量PCR（RT-qPCR）得到验证。靶点可成药性通过药理学数据库评估。多阶段遗传筛选优先排序出五个候选蛋白并分为两个置信层级：三个由共定位支持的Tier 1因果驱动因子（PP₄ > 0.80），包括风险因子CSF2、IL20RB和WARS1（亦称WARS）；两个由SMR和HEIDI支持的Tier 2候选因子，包括风险因子PILRA和反向关联的代谢因子ACADSB。视网膜转录组图谱将PILRA特异性定位于小胶质细胞，ACADSB定位于内层视网膜神经元，WARS1定位于光感受器、RPE和血管区室，而IL20RB和CSF2呈低基线表达。在独立验证队列中，IL20RB和WARS1在AMD患者脉络膜新生血管（choroidal neovascularization, CNV）膜来源RPE中显著上调。ARPE-19细胞暴露于TNF-α后，IL20RB和WARS1的mRNA水平被显著诱导。以ACTB作为第二内参进行双重归一化后获得一致且显著的诱导结果。通路富集分析突显了细胞因子驱动的受体级联反应（JAK-STAT信号通路）和线粒体底物分解代谢（支链氨基酸和脂肪酸代谢）。药物-靶点分析鉴定了与ACADSB、CSF2和WARS1相互作用的小分子和营养保健品。通过将大规模血浆蛋白质组遗传学与单细胞图谱和实验验证相结合，本研究确定了一组优先排序的候选因果蛋白，将神经免疫激活、血管重塑和线粒体生物能量学与AMD联系起来，为机制和治疗探索提供了候选切入点。

**一、研究背景与问题**

年龄相关性黄斑变性（AMD）是中央视网膜的进行性神经退行性疾病，也是全球老年人不可逆视力损害的首要原因。临床上，AMD由以视网膜色素上皮（RPE）下细胞外沉积物（玻璃膜疣）为特征的早期无症状阶段，进展至以脉络膜新生血管（CNV）为特征的新生血管性（湿性）AMD，或以光感受器、RPE和脉络膜毛细血管持续丧失为特征的地理萎缩（GA）。尽管抗血管内皮生长因子（anti-VEGF）生物制剂显著改善了新生血管性AMD的视力预后，但治疗反应异质性、视网膜下纤维化及反复玻璃体腔注射负担等临床挑战依然存在；GA的补体抑制剂仅能适度减缓病变扩大，无法恢复已丧失的视力。AMD遗传度估计为46%-71%，大规模GWAS已鉴定数十个易感位点，但绝大多数变异位于非编码区，密集的连锁不平衡（LD）区块常跨越多个邻近基因，使从统计位点转化为可操作的病理生理机制面临严峻挑战。整合蛋白质组基因组学策略为此提供了系统性框架：血浆蛋白作为生理和病理过程的直接介质，评估血浆蛋白质组的遗传调控（pQTL）可构建基因型-蛋白-表型轴；PWAS利用顺式pQTL权重将蛋白丰度推断至疾病GWAS队列，可减少环境混杂与反向因果偏倚；SMR联合HEIDI检验可区分潜在因果多效性与连锁介导的混杂；贝叶斯共定位分析可估计GWAS风险变异与pQTL共享因果变异的概率。

**二、研究内容与主要结论**

研究人员整合UKB-PPP（N=53,022）血浆pQTL汇总统计数据和FinnGen AMD GWAS数据，实施多阶段优先排序管线，鉴定出5个候选蛋白并分为两个置信层级：3个Tier 1因果驱动因子（CSF2、IL20RB、WARS1，共定位PP₄>0.80）和2个Tier 2候选因子（PILRA、ACADSB，SMR/HEIDI支持）。该研究将神经免疫激活、血管重塑和线粒体生物能量学与AMD联系起来，为机制和治疗探索提供了候选切入点。论文发表在《International Journal of Molecular Sciences》。

**三、主要关键技术方法**

主要关键技术：（1）UKB-PPP欧洲队列（N=53,022）Olink Explore 3072平台血浆pQTL数据与FinnGen R12 AMD GWAS数据；（2）FUSION管道PWAS，对1715个显著遗传力蛋白构建Elastic Net、LASSO、GBLUP、BSLMM预测模型；（3）SMR联合HEIDI检验进行因果推断并计算F统计量评估工具变量强度；（4）coloc包贝叶斯共定位（PP₄>0.8为强证据）；（5）人类视网膜细胞图谱（HR