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馆长今天要向大家分享这篇是发表在《JHEP Reports》(IF=9.5)的题为“Investigating shared genetic architecture between inflammatory bowel diseases and primary biliary cholangitis
”的文章。这篇文章通过大量的数据库统计数据
揭示IBD和PBC共病的生物学基础,并为这两种疾病的干预和治疗靶点提供了重要的启示。仅4张图+两张表就发了一篇9+的高分文章,它是如何做的呢?快和馆长一起来看看吧!
1.本研究
使用来自
全基因组关联研究(GWAS)
的汇总统计数据,通过
孟德尔随机化
研究PBC和IBD(包括克罗恩病[CD]和溃疡性结肠炎[UC])之间的因果效应。
2.本研究利用
GWAS数据、bulk组织RNA测序和单细胞RNA测序数据
,分析IBD和PBC之间的共享遗传结构,探索潜在的功能基因。结果发现10个共享风险单核苷酸多态性(SNPs),以及与两种性状均相关的9个新SNPs。
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题目:Investigating shared genetic architecture between inflammatory bowel diseases and primary biliary cholangitis
杂志:JHEP Reports
公众号回复“666”领取原文PDF,文献编号:240727
炎症性肠病(IBD)是一组引起慢性免疫介导的胃肠道特发性炎症的疾病,有两种形式:克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。原发性胆道胆管炎(PBC)是一种罕见的、免疫介导的慢性进行性炎症性肝病,其特征是循环抗线粒体抗体(AMAs)升高,可导致肝脏慢性和持续性胆汁淤积;如果不及时治疗,会导致胆管炎和肝功能衰竭。近年来,越来越多的证据支持PBC和IBD之间的相互共病,但这些疾病之间的潜在关系尚不清楚。本研究旨在研究遗传预测的PBC与IBD风险之间是否存在稳定的因果关系。
在本研究中,研究人员基于单细胞RNA测序(scRNAseq)数据集、GWAS数据集和表达数量性状位点(eQTL)数据集,进行五个系列的研究来剖析:(i)IBD和PBC之间的遗传相关性(ii)基于汇总统计遗传力估计(q-HESS)和跨性状GWAS荟萃分析的共享SNP(iii)利用6种孟德尔随机化(MR)方法研究IBD与PBC之间的因果关系(4)特异组织和细胞类型SNP遗传力富集(5)基于SMR的共享功能基因。以下是工作流程图:
使用SLDSC和基线-LD模型计算IBD和PBC的SNP遗传力。双变量LDSC结果显示,包括
CD和UC在内的IBD与PBC呈负相关
(表1)。为获得稳定的结果,研究人员进行GNOVA,并在校正样本重叠后确定PBC和IBD之间的一致结果(表1)。
表1 利用LDSC和GNOVA估计PBC和IBD(包括CD和UC)的遗传力和遗传相关性。
2.IBD, UC, CD和PBC的局部遗传相关性
评估1,669个基因组分区的局部遗传相关性,局部遗传相关分析显示,
四个性状存在显著的局部遗传协方差位点
(图2A、C、E)。
在含有PBC特异性位点或IBD特异性位点的区域中,平均局部遗传相关性非常一致
(图2B,D,F)。
HESS检测的全基因组局部遗传相关性与LDSC和GNOVA估计的IBD和PBC之间的遗传相关性基本一致
。进一步的多基因分析发现
IBD的发生率高于PBC,在整个基因组中共享遗传变异可能存在潜在的相关性
。
图2 p-HESS揭示PBC与IBD(包括CD和UC)的局部遗传相关性。
3.
在PBC与IBD、CD和UC之间确定共有风险SNP
鉴于PBC与IBD、CD和UC之间存在显著的遗传相关性,研究人员采用两种互补的跨性状荟萃分析方法来确定IBD和PBC之间的共同风险SNP。
10个SNP(rs11066309、rs12720356、rs16841842、rs1874791、rs407307、rss5757587、rs1130838、rs121391 18、rs281423和rs1135059)与IBD-PBC联合表型显著相关,3个SNP(rs1130838、rs12139118和rs1131423)在CD-PBC交叉性状GWAS中显著相关,3个SNP(rs1135059、rs121391 18和rs12720356)在UCC-PBC分析中显著相关
。在这些SNP中有9个SNP是两种性状的新SNP。
MTAG分析PBC、IBD、UC和CD的maxFDR值分别为0.0034、0.00312、0.0031和0.012
。表2总结了共有风险SNP列表。
表2 MTAG、CPASSOC和p-HESS显示的与跨性状PBC和IBD(或UC或CD)相关的共有风险SNP。
进行双向MR以评估IBD和PBC之间的偶然关联。在使用MR-Egger截距和PRESSO检测和去除具有不相关多效性的异常SNP后,五种方法为PBC和IBD之间的双向因果关系提供一致的证据。随后,使用CAUSE方法区分相关和不相关多效性的因果关系。
考虑相关和不相关的多效性,发生的因果关系是PBC与IBD,包括CD和UC
(图3)。
图3 基于6种MR分析方法的PBC与IBD(包括CD和UC)的因果关系估计。
5.IBD,CD,UC和PBC的组织水平SNP遗传力富集
LDSC-SEG用于研究IBD,CD,UC和PBC的组织特异性SNP遗传力富集。在FDR>0.05阈值处检测到显著富集。
IBD,CD和UC在肺,脾,全血和小肠-回肠末端组织中表现出FDR显著的富集
。Epstein-Barr病毒(EBV)转化淋巴细胞中富集CD,横结肠细胞中富集UC和CD。对于PBC,
在肺、脾和EBV转化淋巴细胞三个组织中观察到显著的富集
。小肠-回肠末端和全血提示阳性。
肺和脾是与IBD、CD、UC和PBC相关的常见组织,图中显示这些组织中SNP遗传力富集的程度
(图4)。
图4 (A)炎症性肠病,(B)克罗恩病,(C)溃疡性结肠炎和(D)原发性胆管炎的组织型特异性富集SNP遗传力。
SMR通过联合分析MS、IBD、CD和UC的GWAS汇总数据,以及eQTLGen(全血)和GTEx(肺、小肠、回肠末端、脾脏)的eQTL汇总数据,确定PBC以及IBD、CD和UC的推测功能基因。通过Bonferroni试验和HEIDI试验,鉴定
出IBD和PBC共有9个基因
[Erb-B2受体酪氨酸激酶2(ERBB2)、G蛋白偶联受体25(GPR25)、Gasdermin B(GSDMB)、干扰素调节因子5(IRF5)、膜金属内肽酶样1(MMEL1)、Nedd4家族相互作用蛋白1(NDFIP1)、Orosomucoid样3(ORMDL3)、四肽重复结构域34(TTC34)和核糖体蛋白L32假基因1(RPL32P1)])。
ORMDL3、GPR25和ERBB2在这四种共有的富集组织中均有发现
。
为鉴定脾脏、肺、小肠-末端回肠和全血组织中细胞类型的富集,研究人员使用MAGMA测试IBD、CD、UC和PBC的细胞类型表达特异性与GWAS汇总统计数据之间的相关性(图5)。在
肺组织中,CD4+T细胞、2型树突状细胞(DC2)、单核细胞、自然杀伤细胞(NK)细胞和CD8+细胞毒性T淋巴细胞中在IBD中观察到富集
;
DC2、CD4+T细胞、NK细胞、单核细胞、1型树突状细胞(DC1)、调节性T细胞和CD8+细胞毒性T淋巴细胞富集在CD中
;
UC的CD4+T细胞、DC2和单核细胞,激活树突状细胞(DC)、DC1、CD8+细胞毒性T淋巴细胞和NK细胞富集PBC
。在脾脏组织中,
NK_FCGR3Apos活化的CD8+T细胞和CD8+细胞毒性T淋巴细胞富集于IBD;NK_FCGR3Apos和活化的CD8+T细胞富集在CD中;CD8+黏膜相关不变T细胞和活化的CD8+T细胞富集PBC
。综上所述,
IBD、CD、UC和PBC在肺中的DC1、DC2、NK细胞和CD8+细胞毒性T淋巴细胞以及脾脏中活化的CD8+T细胞中都有相同的细胞类型水平富集。
图5 (A)炎症性肠病,(B)克罗恩病,(C)溃疡性结肠炎和(D)原发性胆管炎的细胞类型特异性富集,
通过MAGMA方法进行分析。
在该研究中,作者利用
GWAS数据、bulk组织RNA测序
和
单细胞RNA测序数据
,利用
孟德尔随机化分析
系统地证实了IBD和PBC之间强烈的正遗传相关性,揭示了两种疾病在组织和细胞类型水平上共享的遗传重叠,为IBD和PBC之间的共病提供了更有力的证据,可能为新的免疫治疗提供可能的靶点。总得来说,这篇文章短小精悍,内容丰富,是孟德尔随机化+大规模数据应用的成功案例。
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