双侧前庭病与ZNF91/LINC01224基因座关联的全基因组关联研究（GWAS）

《Neurology Genetics》：Association of Bilateral Vestibulopathy With the ZNF91/LINC01224 Locus: A Genome-Wide Association Study

　　

背景与目的：双侧前庭病（BVP）是一种因外周前庭功能双侧丧失所致的慢性疾病。尽管已明确多种病因，如耳毒性药物暴露、双侧梅尼埃病，以及近年来发现的包括RFC1相关疾病和FGF14-GAA共济失调（SCA27B）在内的单基因病因，仍有相当比例的患者病因不明（特发性）。 方法：研究人员在欧洲队列中开展了一项全基因组关联研究（GWAS），纳入132例特发性BVP患者和3，410例健康对照。收集患者的临床及人口学数据。患者依据Bárány学会标准，通过视频头脉冲试验（vHIT）和/或冷热试验进行诊断。经过严格质量控制与离群样本剔除后，对约730万个基因型填补变异进行全基因组关联检验，随后开展基于基因及功能层面的post-GWAS分析，包括功能变异注释、表达数量性状基因座（eQTL）定位、染色质互作分析、基因集富集分析及调控基序注释。 结果：2个基因座上的3个变异达到全基因组显著水平。最强的关联信号位于染色体19p12的ZNF91/LINC01224基因座，包括位于LINC01224上游的rs12185481（p = 3.60E-16）和位于ZNF91第3内含子内的rs8108073（p = 8.76E-12）。第二个信号位于染色体2q37.3（rs73006457，p = 4.46E-08），处于基因贫乏区域，最近的蛋白编码基因为GPC1和OTOS，二者距离均超过100 kb。基于基因的分析确定ZNF91为显著关联基因。功能注释优先排序了关键候选基因，并提示染色体19p12基因座存在调控效应，包括多个脑区（以小脑最为显著）的eQTL信号，以及与转录调控相关基因集的富集，并预测了转录因子结合基序的改变。 讨论：本研究将染色体19p12上的ZNF91/LINC01224基因座确定为特发性BVP的主要遗传风险因素，提示在单一拓扑关联结构域（TAD）内存在顺式调控机制，对ZNF91表达产生下游效应。染色体2q37.3上的次级基因座为较不稳健的信号。这些发现有待在更大规模的独立队列中予以重复验证。

论文解读

一、研究背景与意义

双侧前庭病（BVP）是一种慢性前庭疾病，表现为站立或行走时的不稳感，在黑暗中、不平整地面或头部运动时加重，部分患者还可能出现头部或身体运动诱发的视物模糊或振动幻视。根据Bárány学会分类委员会的诊断标准，确诊需要客观证据证明双侧外周前庭功能减退，通常通过视频头脉冲试验（vHIT）、冷热试验或旋转椅试验进行评估。除外周前庭病变外，BVP还与空间记忆等高级认知功能损害相关，提示其影响可延伸至高级中枢处理过程。

已知的BVP病因包括耳毒性药物暴露（如氨基糖苷类）、双侧梅尼埃病以及中枢神经系统或邻近结构感染。近年来，RFC1基因双等位基因内含子AAGGG重复扩增被确定为CANVAS综合征（小脑性共济失调伴神经病变和前庭反射消失综合征）的遗传病因，FGF14基因内含子GAA重复扩增则导致脊髓小脑性共济失调27B型（SCA27B），二者均被证实可表现为BVP表型。然而，仍有相当比例的患者病因不明，属于特发性BVP。为填补这一空白，研究人员开展了全基因组关联研究（GWAS），旨在发现特发性BVP的额外遗传风险因素。

二、研究设计与主要技术方法

研究人员在欧洲血统人群中开展了一项病例对照GWAS。病例组为2012至2020年间在德国慕尼黑大学眩晕与平衡障碍中心及神经内科招募的132例特发性BVP患者，对照组为来自Phenomics and Genomics Sample的3，410名健康个体。患者均依据Bárány学会标准确诊，排除了已知遗传病因（RFC1相关疾病36例、FGF14-GAA相关共济失调7例）及其他可识别非特发性病因者41例。样本在8个批次中完成基因分型，经质量控制（QC）和基因型填补后合并为大型数据集，最终约730万个变异纳入关联分析。主要技术方法包括：全基因组关联分析（采用加性逻辑回归模型，校正主成分1和2、年龄及性别）；基于基因的分析（MAGMA）；功能注释（ANNOVAR、CADD评分、RegulomeDB评分、染色质状态推断）；eQTL分析（GTEx v8，涵盖13个脑区及肌肉和神经组织）；染色质互作分析（PsychENCODE Hi-C数据）；基因集富集分析；以及HaploReg调控基序注释。

三、主要研究结果

人口学与临床特征：最终纳入132例特发性BVP患者（31.1%为女性）和3，410名健康对照（54.3%为女性）。患者平均纳入年龄60.7岁，对照51.7岁。患者症状 onset 平均年龄55.1岁。前庭功能检测显示，水平半规管vHIT 60 ms增益中位数右侧0.39、左侧0.36，冷热试验诱发眼震的最大慢相速度总和右侧3.6°/s、左侧3.9°/s，均显著低于正常阈值，反映双侧高频和低频前庭功能均受损。36.4%的患者存在听力受损证据。

全基因组关联分析：在约730万个变异中，2个基因座的3个变异达到全基因组显著水平（p < 5.00E-08）。最强信号位于染色体19p12的ZNF91/LINC01224基因座，包含2个LD独立变异：rs12185481（p = 3.60E-16，位于LINC01224上游76，544 bp）和rs8108073（p = 8.76E-12，位于ZNF91第3内含子内）。条件分析表明，以rs12185481为条件可消除染色体19信号，而以rs8108073为条件则信号完全保留，提示二者效应并非统计独立，rs8108073的关联由rs12185481驱动。第二个显著区域为染色体2q37.3上的rs73006457（p = 4.46E-08），为孤立信号，仅1个LD变异，最近的蛋白编码基因GPC1和OTOS均距其超过100 kb，需谨慎解读。

Post-GWAS分析：基于基因的分析经Bonferroni校正后，ZNF91达到显著关联（p_adj. = 1.09E-10），被确定为该基因座最有力的候选基因。功能注释揭示了ZNF91、重叠反义RNA CTB-176F20.3及邻近基因LINC01224和ZNF675之间的复杂互作。eQTL分析显示，与lead SNV处于LD的大多数变异在所有测试脑区均为LINC01224的显著eQTL，其中小脑信号最强（490个SNV，p_min = 9.54E-47）；CTB-176F20.3的表达效应也以小脑最显著；ZNF91的表达效应则局限于皮层（36个SNV，p_min = 2.59E-05）。染色质互作分析显示，ZNF91、LINC01224、ZNF675和CTB-176F20.3之间存在密集的增强子-启动子互作网络，大多数互作局限于约1 Mb的单一拓扑关联结构域（TAD）内，LINC01224与ZNF91之间存在多个双向染色质环，提示非编码RNA与邻近锌指转录因子之间存在调控偶联。基因集富集分析显示，染色体19p12锌指蛋白基因簇富集最为显著，此外还包括多个microRNA靶基因集（MIR3925-3p、MIR3064-3p、MIR12121）及RNA聚合酶II转录调控区序列特异性DNA结合相关基因集。HaploReg注释发现，与rs8108073连锁的变异在包括NH-A星形胶质细胞、胎脑、海马和黑质在内的广泛神经表观基因组中具有调控特征，多个变异被预测可改变CTCF、NRSF/REST、Nrf-1、Nrf-2、FOX和HOX家族成员及多个锌指基序的转录因子结合。

四、讨论与结论

研究人员提出，染色体19p12基因座的变异通过扰动TAD内的顺式调控架构、对ZNF91表达产生下游效应，从而增加BVP易感性。ZNF91编码含KRAB结构域的锌指蛋白，作为转录抑制因子靶向SVA逆转录转座子并促进其沉默。ZNF91功能异常可能导致SVA去抑制和转录失调，在神经元系统中造成转录噪声和细胞脆弱性，为非编码变异与前庭神经元稳态受损之间提供了 plausible 的机制联系。ZNF91在血液和脑组织中的表达随年龄下降，与BVP通常在中晚年发病的特征（本队列平均发病年龄55.1岁）相平行。该发现与此前将ZNF91/LINC01224基因座与眩晕和平衡表型相关联的大型GWAS一致，但本研究通过聚焦于客观确诊的特发性BVP，细化了该基因座的表型归属。染色体2q37.3信号因缺乏强功能注释、LD变异有限且无编码变异，被认为贡献较小。研究局限性包括样本量相对较小、仅限欧洲血统人群、缺乏独立重复队列、GTEx数据不含前庭和内耳组织，以及回顾性临床表型的不完全标准化。

研究结论：本研究将BVP的遗传架构从已知的单基因病因（如RFC1和FGF14重复扩增）拓展至常见变异层面，确定ZNF91/LINC01224基因座为特发性BVP的主要遗传风险因素。通过整合eQTL、染色质互作和调控元件分析，研究指向19p12单一TAD内的顺式调控机制，对ZNF91表达产生下游效应。这些发现推进了对BVP发病机制的理解，并为未来探索lncRNA介导的调控、染色质架构与KRAB锌指依赖性转录抑制在前庭病理生理中的相互作用提供了基础。