Enhancer RNA 转录：精准锁定哮喘相关功能性遗传变异的新钥匙

为解决哮喘发病机制和治疗反应相关遗传变异研究的难题，研究人员开展了 “Enhancer RNA 转录精准定位与哮喘相关的功能性遗传变异” 研究。通过对大样本队列分析，发现 35 个与哮喘相关的单核苷酸多态性（SNPs），明确了空气污染、糖皮质激素信号与哮喘的新关联，为哮喘研究提供新方向。

　　哮喘，一种常见的呼吸道疾病，如同隐藏在身体里的 “小恶魔”，时刻影响着患者的生活质量。它的发病机制极为复杂，是遗传因素与环境因素相互作用的结果。尽管全基因组关联研究（GWAS）已经发现了一些与哮喘相关的单核苷酸多态性（SNPs），但这些已知的 SNPs 只能解释哮喘遗传风险的一小部分，而且大多数位于基因组的非编码区域，其直接调控作用尚不明确。此外，GWAS 还存在一些局限性，比如难以考虑环境因素对哮喘风险的影响，以及由于严格的 p 值标准导致一些真正相关的遗传变异被遗漏。这就好比在黑暗中摸索，虽然看到了一丝光亮，但距离找到打开哮喘发病机制大门的钥匙还有很长的路要走。

为了深入探索哮喘的奥秘，来自美国多个研究机构（National Jewish Health、Brigham and Women’s Hospital、Harvard Medical School、University of Colorado 等）的研究人员开展了一项重要研究，该研究成果发表在《Nature Communications》上。研究人员另辟蹊径，将目光聚焦于增强子 RNA（eRNA）转录区域的 SNPs，试图寻找与哮喘相关的功能性遗传变异，为哮喘的研究和治疗开辟新的道路。

在这项研究中，研究人员使用了多种关键技术方法。首先，他们运用全局转录组测序（Global Run-on Sequencing，GRO-seq）技术，分析了在糖皮质激素（dexamethasone，dex）和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）处理下，BEAS-2B 细胞中新生 RNA 的转录情况，以此确定动态调控的 eRNA。接着，通过 Tfit 建模来推断和注释 RNA 聚合酶 II（RNAPII）的加载位点和双向转录起始位点。然后，利用遗传流行病学研究成人健康与衰老（GERA）临床队列中的基因组数据，结合多元回归模型和基于置换检验的显著性阈值筛选，找出与哮喘相关的 SNPs。此外，还使用了染色质构象捕获技术（如 Micro-C）、荧光素酶报告基因实验以及 CRISPR 基因编辑技术等，进一步验证这些 SNPs 的功能。

下面来详细看看研究结果：

• 定位动态调控增强子内的 SNPs 与哮喘的关联：研究人员重新分析之前的 GRO-seq 数据，发现了 1714 个对 dex 或 TNF 有显著反应的双向 eRNAs。通过特定的分析流程，他们从 GERA 数据集中筛选出位于动态调控增强子区域的 SNPs，并进一步筛选出距离 RNAPII 加载位点较近的 μ-SNPs。经过一系列分析，最终确定了 39 个与哮喘显著相关的 μ-SNPs，其中 36 个是独特的。通过数据库搜索发现，至少 47% 的相关位点之前与呼吸系统疾病和免疫反应表型有关。
• μ-SNP 关联的精细定位和分析：为了更准确地确定与 RNAPII 加载位点共定位的 SNPs，研究人员对 GRO-seq 数据进行人工注释和优化。结果发现，24 个 μ-SNPs 位于优化后的 μ 位点附近 500bp 范围内，被归类为高可信度 μ-SNPs。对这些高可信度 μ-SNP 区域进行荧光素酶报告基因实验，发现 78% 的报告基因表现出与内源性 eRNAs 调控一致的动态变化，表明这些 μ-SNPs 很可能具有生物学相关的调控功能。
• 功能分析鉴定与 GR 信号相关的新 SNPs：通过对高可信度 μ-SNPs 进行功能分析，研究人员发现 rs149411423 和 rs258760 是两个具有重要功能的 SNPs。rs149411423 位于 PRUNE2 基因的增强子区域，距离 GCNT1 基因的转录起始位点约 175kb。实验表明，该 SNP 会破坏一个功能性糖皮质激素反应元件，影响 GR 介导的 GCNT1 转录诱导。rs258760 位于 ARHGAP26 基因的内含子中，距离 NR3C1 基因的转录起始位点约 200kb。研究发现，该 SNP 会破坏一个功能性芳烃受体（AHR）反应元件，影响 NR3C1 基因的表达，进而影响哮喘风险和肺功能。
• eRNA-SNP 筛选方法的普适性验证：研究人员利用英国生物银行（UK Biobank）的数据进行了重复研究，以验证 eRNA-SNP 筛选方法的普适性。结果发现，部分 μ-SNPs 在 UK Biobank 中得到了验证，证明了基于 μ 位点筛选 SNPs 能够识别与哮喘相关的可重复性遗传变异。

最后总结一下研究结论和讨论部分的重要意义。这项研究通过对 eRNA 转录区域 SNPs 的分析，成功发现了多个与哮喘相关的功能性遗传变异，为哮喘的发病机制研究提供了新的视角。例如，rs149411423 和 rs258760 这两个 SNPs 分别通过影响不同基因的表达，与哮喘风险和肺功能建立了联系。同时，研究还揭示了空气污染、糖皮质激素信号与哮喘之间的新关联，表明环境因素和遗传因素在哮喘发病过程中紧密交织。此外，该研究建立的 eRNA 转录特征分析方法，为发现与哮喘或其他气道疾病相关的功能性变异提供了一种强大的工具，有助于未来开发更精准的诊断和治疗方法。不过，研究也存在一些局限性，比如主要依赖 BEAS-2B 细胞系，需要在更多相关细胞类型中进一步验证。但总体而言，这项研究为哮喘研究领域点亮了一盏明灯，为后续的深入研究奠定了坚实的基础。