以基因组、转录组汇总数据为基础的孟德尔随机化方法探索白癜风的发病机制

孟紫媛，蔡明龙，张学军

（安徽医科大学第一附属医院皮肤性病科<安徽医科大学皮肤病研究所> 安徽 合肥 230022）

白癜风（vitiligo）是一种临床常见的色素脱失性疾病[1]。研究表明，遗传因素在白癜风的发病机制中起到了十分重要的作用，然而部分基因对疾病发生发展起的作用仍未阐明。

目前，医学研究的一个主要目的是发掘疾病的危险因素，一旦有效地识别出危险因素，就能对其进行预防或靶向治疗。孟德尔随机化（MR）研究方法是一种以孟德尔独立分配定律为基础进行流行病学研究设计和数据分析的方法，旨在研究暴露是否与疾病结局有因果关系[2]。

1.研究方法

1.1 方法概述

本研究通过孟德尔随机化方法将与暴露具有强相关关系的遗传变异作为工具，以GWAS、eQTL 的汇总数据为参考依据，通过等位基因的随机分配在暴露上的映射实现对暴露的随机化，旨在分析鉴定白癜风的功能相关基因。

1.2 汇总数据

GWAS 汇总数据来自最大的白癜风GWAS 荟萃分析数据，该数据由2853 例病例和37405 例健康对照组成（可在https://www.ebi.ac.uk/gwas/中获得）。经过质量控制后，剩余9068712 个变体用于进一步分析[3]。在我们的研究中使用的5 个eQLT 数据（3 个血液eQTL 数据和2 个皮肤eQTL 数据）来自3 个欧洲人群研究，Westra eQTL[4]，CAGE eQTL[5]，GTEx 项目[6]。

1.3 SMR 和HEIDI 方法

基于汇总数据的孟德尔随机化法（Summary databased Mendelian randomization method，SMR），是推断与暴露密切相关的遗传变异对结局的因果关系的工具[7]。SMR 的另一个优势是可以集成两个独立样本的数据。HEIDI（heterogeneity in dependent instruments）方法旨在区分多效性与连锁性。例如，连锁不平衡中的两个不同变异分别独立地影响基因表达和白癜风易感性。我们将PHEIDI ＞0.01 定义为不排斥多效性。

1.4 整合分析eQTL 数据和白癜风GWAS 数据

5 个eQTL 汇总数据均从http://cnsgenomics.com/software/smr/#Data-Resource 下载，其中仅包含ciseQTL 数据。经过质控，共保留了11013 个基因表达探针,将P值为4.54×10-6（0.05/11013）作为具有统计意义的临界值。

2.结果

2.1 优先考虑功能相关基因

通过使用SMR 和HEIDI 方法，我们鉴定出总共20个白癜风相关基因，其中12 个已被既往GWAS 研究报告[3，8-10]。其它8 个基因（SARNP，SPATA2L，SPG7，MAP1LC3A，MEI1，SEPTIN2，CDK10，PRRG2）为首次发现，与GWAS 相关的变体相距甚远。然后，我们对白癜风基因表达谱数据进行分析，发现12 个基因显示出显著性。利用治疗靶基因数据库（http://bidd.nus.edu.sg/group/ttd/ttd.asp）[11]和Drugbank（http://www.Drugbank.ca）[12]进一步评估其在药物治疗领域的潜在价值，我们发现5 个基因（CASP7，FADS1，FADS2，IRF3，GZMB）被用作药物靶点，其中CASP7 在白癜风患者中上调（bsmr ＞0），见表1。

表1 通过SMR 和HEIDI 方法分析白癜风鉴定出20 个基因Table 1 Identification of 20 genes by the SMR&HEIDI analysis for vitiligo

续表1

3.讨论

在本研究中，我们发现了20 个白癜风相关基因，其中12 个为既往GWAS 研究报告的，另外8 个新发现的基因主要参与细胞周期（CDK10，SARNP，SEPTIN2），自噬（MAP1LC3A），凋亡（SPATA2L）和活性氧（SPG7）。虽然我们的研究数据主要纳入的研究人群来自欧美国家，研究结果是否适用于中国人群有待普遍性验证，白癜风发病的潜在生物学机制仍未完全阐明，通过SMR 方法仅能对其作出因果关系的初步判断。但本研究通过SMR 方法可以避免常规观察性流行病学研究中所受的混杂作用和反向因果关联的干扰，且我们的研究样本量较大，通过增加统计效应可使得效果估计更加可靠。