基于全外显子组测序与负荷分析发现帕金森病六个新型候选风险基因并拓展其遗传图谱

《npj Parkinson's Disease》：Whole-exome sequencing and burden analysis identify six novel candidate risk genes and expand the genetic landscape of Parkinson’s disease

本研究针对帕金森病(PD)遗传架构中罕见编码变异作用不明的关键问题，开展了大规模全外显子组关联研究。通过对3,602例PD患者和145,496例严格定义的欧洲裔对照进行分析，发现蛋白截短变异(PTV)在9个基因中显著富集，其中6个为新型风险基因(RGMB、SNX13等)。功能富集分析提示Notch结合和谷胱甘肽转移酶活性等通路参与PD发病，为机制研究和靶向治疗开发提供了新方向。

　　

帕金森病作为一种复杂的神经退行性疾病，其确切的病因机制至今尚未完全阐明。虽然全基因组关联研究(GWAS)已识别出众多常见变异风险位点，但这些只能解释疾病遗传性的一小部分。大量PD病例，特别是关于罕见、高影响度编码变异在疾病风险中的作用，仍然缺乏遗传学解释。这些罕见遗传变异通常比常见变异具有更大的效应值，被认为对"缺失遗传性"有重要贡献。

为填补这一关键知识空白，研究团队利用英国生物银行(UK Biobank)的大规模队列，系统性地研究了高质量蛋白截短变异(PTV)与PD风险之间的关联。PTV包括终止增益、移码和剪接位点变异，是一类罕见、高影响的变异类型，极有可能导致蛋白质功能丧失。

这项发表于《npj Parkinson's Disease》的研究，通过对3,602例PD患者和145,496例严格定义的对照个体进行全外显子组测序(WES)数据分析和基因负荷检验，发现了PTV在九个基因中于PD病例中显著富集。这些基因包括三个先前报道的PD/帕金森综合征相关基因(ATP5F1C、COMMD9和OPA1)以及六个新型基因(RGMB、SNX13、MGST2、NMBR、RCBTB1和JAG1)。敏感性分析后，八个基因仍然保持显著关联。

研究采用的关键技术方法包括：利用英国生物银行的大规模全外显子组测序数据，对3,602例PD患者和145,496例严格筛选的欧洲裔对照进行基因负荷分析；使用REGENIE软件进行基因水平的关联检验，重点分析经LOFTEE过滤的高质量蛋白截短变异(MAF<0.1%)；通过功能富集分析探索候选基因的生物学通路；并利用GTEx数据库进行组织表达特征分析。

Cohort characteristics and primary gene-based analysis

主要分析纳入了3,602例PD患者和145,496例对照个体。基因负荷分析发现PTV在九个基因中于PD病例中显著富集(P_SKAT-O<2.5×10^-6)。其中，RGMB的PTV显示出最强的统计学关联证据(OR=12.54)，而OPA1的PTV在PD患者中携带频率最高(0.17%)。ATP5F1C的PTV携带频率次之，在3,602例患者中检测到5例(0.14%)。

Contribution of missense variants

与PTV结果形成对比的是，研究人员观察到九个候选基因的错义变异与PD之间无显著关联，无论使用何种致病性预测阈值(AlphaMissense>0.9、>0.7或>0.6；REVEL>0.7或>0.5；CADD>20)。这一发现表明这些基因的致病性主要由PTV驱动而非错义变异。

Sensitivity analysis

为确认研究结果的可靠性，研究人员通过排除携带已知PD致病突变的个体进行了敏感性分析。除一个基因外，主要分析中确定的九个基因中的八个在PD病例中仍然显著富集(P_SKAT-O<2.5×10^-6)。与主要分析一致，敏感性分析确定的八个候选PD基因的错义变异与PD之间未发现显著关联。

Functional and tissue expression analysis

功能富集分析显示，九个候选PD风险基因在KEGG通路或GO细胞组分方面无显著富集，但GO生物过程分析发现与破骨细胞增殖调节、呼吸气体交换调节和心脏上皮间质转化调节显著相关。GO分子功能分析显示Notch结合、谷胱甘肽转移酶活性和神经肽受体活性显著富集。组织表达分析发现，RGMB、SNX13、JAG1和MGST2在脑区的表达水平通常低于非脑区，且未发现候选基因具有高表达特异性的组织。

研究结论表明，OPA1 PTV与PD的关联性高度显著，这与越来越多将线粒体功能障碍与帕金森综合征联系起来的证据一致。ATP5F1C PTV的发现为细胞能量代谢、免疫功能和PD发病机制之间提供了关键联系。COMMD9作为PD风险因素的发现直接链接到Commander复合体这一已知的溶酶体功能调节因子。组织特异性表达分析出人意料地未发现候选基因在特定组织中具有高表达特异性，这表明PD发病机制可能通过更细微的模型发挥作用。

这些基因可能参与基础、普遍存在的细胞过程，当这些通用功能被罕见蛋白截短变异损害时，黑质多巴胺能神经元可能独特地易受功能失调和变性影响。这种选择性脆弱性由其广泛的轴突树枝化和高线粒体能量需求驱动，为相对"单纯"的PD表型提供了合理解释，即广泛的遗传缺陷表现为选择性神经退行性变。

该研究通过识别六个新型候选风险基因，其高质量PTV与疾病风险增加相关，显著拓展了对PD遗传架构的理解。研究结果强调罕见、高影响的PTV而非常见变异是这些基因疾病易感性的主要驱动因素。这些发现为理解PD复杂病理生理学提供了关键新见解，并为未来机制研究和急需治疗策略的开发提供了有前景的途径。