《Genes》：Shared Genetic and Regulatory Architecture of Congenital Heart Disease and Autism Spectrum Disorder Revealed by Cross-Tissue Multi-Omic Integration
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背景：先天性心脏病（congenital heart disease, CHD）与自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）的共现频率高于预期，提示二者存在共享的发育易感性。研究人员旨在识别连接心脏与神经发育异常的跨组织分子候
背景：先天性心脏病（congenital heart disease, CHD）与自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）的共现频率高于预期，提示二者存在共享的发育易感性。研究人员旨在识别连接心脏与神经发育异常的跨组织分子候选基因。方法：从MalaCards和SFARI Gene数据库中系统整理CHD和ASD相关基因，将二者的交集定义为CHD-ASD相关基因集（CAGES）。以人类蛋白编码基因组为背景评估共享基因的富集性。将CHD和ASD的全基因组关联研究数据与心脏和脑组织的顺式表达数量性状位点（cis-eQTL）整合，采用贝叶斯共定位分析及基于汇总数据的孟德尔随机化（summary data-based Mendelian randomization, SMR）联合HEIDI检验。进一步利用整体转录组学、六种机器学习特征选择方法、独立队列以及发育中人心脏和大脑皮层的scTenifoldKnk虚拟敲除分析对候选基因进行评估。结果：CHD与ASD共有73个共享基因。CHD7在CHD和ASD中均显示出提示性共定位证据，而遗传预测的CHD7表达降低与两种疾病风险升高相关，且HEIDI检验不显著。MEF2C在法洛四联症心肌中下调，并被全部六种ASD机器学习方法选中，且在ASD中表达持续降低。基于CAGES的基因表达签名可区分独立的CHD、ASD脐带血及大脑皮层队列。CHD7虚拟敲除分析将MEF2C确定为产前脑中经计算预测的调控候选基因，尤其在晚期胎儿兴奋性神经元和中间祖细胞中，同时在发育中的心脏中也观察到细胞类型特异性的预测效应。结论：CHD与ASD共享涉及多效性发育机制的分子易感性。CHD7和MEF2C在互补的遗传信息、转录组学和发育调控分析中成为相互关联的跨组织候选基因，为研究心脏-大脑轴提供了产前神经元群体和发育窗口的重点。
先天性心脏病（congenital heart disease, CHD）和自闭症谱系障碍（autism spectrum disorder, ASD）是常见的发育性疾病，分别影响心脏和神经系统，但流行病学证据表明二者共现率显著高于随机预期，CHD患者ASD风险约为无CHD者的2倍。既往研究已发现CHD与ASD共享部分风险基因，如染色质重塑因子CHD7和转录因子MEF2C，但尚不清楚这种共享易感性是否在心脏和脑组织水平上对应一致的基因表达调控信号，也不清楚候选基因能否在不同队列和组织来源中重复，以及这种调控关系是否局限于特定发育阶段或细胞类型。为此，研究人员开展了跨组织多组学整合分析，探索CHD与ASD之间的共享分子机制。
研究人员从MalaCards和SFARI Gene分别获得CHD和ASD相关基因，定义73个共享基因CAGES；整合GWAS和eQTL数据，通过共定位和SMR/HEIDI识别CHD7；通过转录组差异表达和六种机器学习方法选出MEF2C；构建基因签名并在独立队列验证；最后用scTenifoldKnk虚拟敲除揭示CHD7-MEF2C的发育和细胞类型特异性关联。结论表明CHD和ASD共享涉及多效性发育机制的分子易感性，CHD7和MEF2C是关键跨组织候选，为心脏-大脑轴研究提供了可检验框架。
主要关键技术方法包括：基因集富集分析以Homo sapiens GRCh38.p14蛋白编码基因（n=20,076）为背景，用Fisher确切检验评估CAGES富集；coloc贝叶斯共定位，整合FinnGen R13 CHD GWAS（5502例病例/494,684例对照）与GTEx V10左心室cis-eQTL，以及PGC/iPSYCH ASD GWAS（18,381例病例/27,969例对照）与BrainMeta v2脑皮层cis-eQTL；SMR/HEIDI检验评估遗传预测表达与疾病关联；limma差异表达分析（GSE35776：16例法洛四联症与8例对照；GSE23959：6例左心发育不良综合征与10例对照）；六种机器学习特征选择（Bagged CART、随机森林、朴素贝叶斯、Boruta、学习向量量化、LASSO）用于GSE18123 ASD外周血数据集；逻辑回归基因签名构建与外部验证（ASD验证：GSE123302脐带血53例ASD/91例典型发育，GSE102741背外侧前额叶皮层13例ASD/39例对照）；scTenifoldKnk虚拟敲除，使用Farah等（2024）发育心脏图谱和Zhu等（2023）发育皮层图谱。
3.1 共享CAGES的鉴定与功能分层：通过对MalaCards和SFARI Gene的基因取交集，获得73个CHD与ASD共享基因，Fisher精确检验显示该重叠显著富集（OR=3.18，95%CI 2.46-4.11，p=6.22×10
-14）。GO和KEGG富集分析显示这些基因涉及心肌和心脏发育、转录与表观调控、突触功能、MAPK/ERK及Notch信号等通路，提示共享基因富集于心脏和神经发育相关功能模块。
3.2 共定位和SMR分析揭示共享调控候选：coloc分析显示CHD7在左心室eQTL-CHD和皮层eQTL-ASD中均达到提示性共定位（PP.H4分别为0.627和0.504）；SMR分析发现遗传预测的CHD7表达降低与CHD（OR=0.724，p=0.035）和ASD（OR=0.889，p=0.040）风险升高相关，HEIDI检验均不显著（p=0.835和0.584），支持共享因果变异模型。
3.3 转录组表征与机器学习优先化：在GSE35776 TOF心肌中，73个CAGES基因中有24个差异表达（12个上调、12个下调）。在ASD外周血数据集GSE18123中，六种机器学习算法交叉验证确定UPF2、RPS6KA3、MEF2C、CYFIP1和STAG1为全部算法一致选中的基因；其中MEF2C是唯一在ASD病例中两种平台均表达下调的基因。
3.4 独立外部验证CAGES衍生候选基因：基于TOF中12个下调CAGES基因构建的CHD签名在训练队列中AUC=1.000（因样本量小存在过拟合风险），在独立HLHS队列中AUC=0.883；基于机器学习筛选的12基因ASD签名在GSE18123中AUC=0.879，在脐带血GSE123302中AUC=0.912，在DLPFC GSE102741中AUC=0.807，Hosmer-Lemeshow检验显示校准良好。
3.5 单细胞虚拟敲除揭示发育限制的CHD7-MEF2C调控关系：对发育心脏进行scTenifoldKnk CHD7虚拟敲除，集合水平未显著扰动MEF2C，但在神经元、平滑肌细胞和白细胞亚群中观察到显著MEF2C网络变化；对发育大脑皮层，胚胎期CHD7虚拟敲除将MEF2C列为最高排名扰动基因（FC=14.3），而出生后不显著；细胞类型解析进一步将该关联定位到晚期胎儿兴奋性神经元和中间祖细胞。
讨论部分强调，CAGES是先验知识约束的候选空间而非全基因组发现集；eQTL资源主要来自成人组织，与疾病相关的胎儿发育阶段不匹配，因此共定位结果应视为成人组织中的调控优先化而非直接证据；CHD模型因训练队列小存在过度拟合风险，但签名在独立HLHS队列中仍保留
