全基因组关联研究揭示ABCG1基因变异影响森林脑炎易感性的新机制

《iScience》：Genome-wide association study identifies ABCG1 as a susceptibility locus for tick-borne encephalitis

本研究针对森林脑炎（TBE）宿主遗传易感性机制不明的科学问题，通过对欧洲人群1600例患者与9699例对照开展全基因组关联分析（GWAS），首次发现ABCG1基因座与TBE易感性显著相关（p=2.39×10-7）。功能验证显示ABCG1变异通过调节基因表达影响TBEV在神经元细胞和巨噬细胞中的复制效率，为理解正交黄病毒属感染机制提供了新视角。

　　

在欧亚大陆的广袤森林中，一种由蜱虫传播的神经系统疾病——森林脑炎（Tick-borne encephalitis, TBE）正悄然成为重要的公共卫生威胁。这种由森林脑炎病毒（TBEV）引起的急性传染病，每年导致数千例 meningitis（脑膜炎）、meningoencephalitis（脑膜脑炎）等严重神经系统病变。尽管已有安全有效的疫苗，但疫苗接种覆盖率不足且缺乏特异性治疗药物的现状，使得探索宿主遗传因素如何影响TBE易感性成为当务之急。

以往的研究多局限于小样本的候选基因分析，且结果常出现不一致。随着基因组学技术的快速发展，全基因组关联研究（Genome-wide association study, GWAS）为系统解析复杂疾病的遗传基础提供了强大工具。在此背景下，由奥地利格拉茨医科大学Werner Zenz教授领衔的国际研究团队，联合欧洲七国研究中心，展开了迄今规模最大的TBE遗传易感性研究。

研究人员首先建立了包含1600例TBE患者和9699例人群对照的欧洲多中心队列，包括欧洲森林脑炎遗传研究（EU-TICK-BO-plus）队列和爱沙尼亚生物银行（Estonian Biobank, EBB）队列。通过高质量的基因分型和严格的质控流程，他们对超过700万个单核苷酸多态性（Single nucleotide polymorphism, SNP）进行了系统分析。

Meta分析结果显示，21号染色体上ABCG1（ATP binding cassette subfamily G member 1）基因区域的多个变异与TBE易感性达到提示性显著水平（p<1×10^-5）。其中最强信号rs35873421（OR=1.35，p=2.39×10^-7）位于ABCG1第五内含子区，另一个独立信号rs3787986（OR=1.38，p=3.23×10^-6）位于第一内含子区。基因水平分析进一步确认ABCG1是唯一达到基因水平显著性的基因（p=2.64×10^-6）。

为验证遗传发现的功能意义，研究团队开展了系列实验。表达数量性状位点（expression quantitative trait locus, eQTL）分析显示，rs3787986风险等位基因与外周血中ABCG1表达升高显著相关。在体外实验中，使用ABCG1抑制剂benzamil处理感染TBEV的神经母细胞瘤细胞（UKF-NB-4），可显著降低病毒滴度——同时处理组病毒减少约3倍，预处理组减少约5倍。

更令人信服的是，在巨噬细胞系中使用siRNA沉默ABCG1表达后，TBEV复制受到明显抑制，感染后第3天病毒滴度下降约10倍。这些结果一致表明ABCG1在TBEV感染过程中发挥重要作用。

研究还发现TEX41基因变异与严重TBE形式相关，但由于样本量限制需谨慎解读。此外，虽然MHC区域曾报道与登革热等黄病毒感染相关，但本研究未发现其与TBE的显著关联。

主要技术方法：研究采用病例对照设计，样本来自欧洲7个国家临床中心和生物银行。关键技术包括全基因组基因分型（Illumina GSA+MD芯片）、基因组插补（HRC参考面板）、混合线性模型关联分析（fastGWA-GLMM）、多队列meta分析、RNA测序表达分析、体外病毒抑制实验（神经元细胞和巨噬细胞模型）及siRNA基因沉默验证。

GWAS识别ABCG1为TBE易感性基因座

通过对欧洲人群的基因组扫描，研究团队发现ABCG1基因区域的遗传变异与TBE发病风险显著相关。这些变异主要位于基因的非编码区，通过调控基因表达水平影响疾病易感性。这一发现得到了两个独立队列的一致性支持。

ABCG1变异调节血液和免疫细胞中的基因表达

功能注释分析揭示，TBE相关的GWAS变异通过影响DNA甲基化状态和增强子活性来调控ABCG1表达。特别是rs3787986被证实是ABCG1在血液中的eQTL，风险等位基因携带者显示更高的基因表达水平。研究人员利用23例患者的RNA测序数据进一步验证了这一发现。

体外抑制或沉默ABCG1降低TBEV增殖

实验证明，药理抑制或基因沉默ABCG1均能显著抑制TBEV在神经元细胞和巨噬细胞中的复制。这一效果具有剂量和时间依赖性，特别是在感染前预处理的效果更为显著，提示ABCG1在病毒生命周期的早期阶段发挥关键作用。

严重TBE的遗传基础

针对疾病严重程度的分析发现，ZEB2基因下游的TEX41变异可能与严重神经系统并发症相关。但由于严重病例数量有限，这一发现需要更大样本验证。

该研究的创新性在于首次通过系统基因组学方法揭示了ABCG1在TBE发病机制中的关键作用。ABCG1作为脂质转运蛋白，可能通过调节脂筏（lipid rafts）功能影响病毒入侵和复制。这一发现与先前关于寨卡病毒（同属正交黄病毒属）研究中ABCG1上调的现象相呼应，提示ABC转运蛋白家族在黄病毒感染中可能具有保守功能。

研究也存在一定局限性，如样本量相对较小、缺乏独立验证队列、临床混杂因素控制不完全等。此外，所有发现基于欧洲人群和TBEV欧洲亚型，其普适性需在其他人群和病毒亚型中进一步验证。

尽管如此，这项研究为理解TBE的宿主遗传机制提供了重要线索，为开发新的预防和治疗策略奠定了理论基础。未来针对ABCG1通路的研究可能为抗病毒药物研发提供新靶点，同时对遗传高风险人群的疫苗接种策略具有指导意义。

结论：本研究通过多中心GWAS结合功能实验，首次证实ABCG1是TBE易感性的关键遗传决定因素。ABCG1变异通过调节基因表达影响TBEV在靶细胞中的复制能力，揭示了脂质代谢通路在正交黄病毒感染中的新作用机制。这些发现深化了对TBE发病机制的理解，为精准预防和治疗提供了新思路。