整合功能基因组学与统计精细定位：系统性解析成人与儿童哮喘遗传关联的关键

为解决哮喘全基因组关联研究（GWAS）后难以确定因果变异、调控元件和效应基因的问题，研究人员开展了成人发病哮喘（AOA）和儿童发病哮喘（COA）遗传关联的研究。结果揭示了二者遗传基础差异，明确了相关调控元件和基因。该研究为哮喘精准治疗提供了重要依据。

　　哮喘，作为一种常见且复杂的肺部疾病，严重影响着人们的健康和生活质量。在遗传研究领域，全基因组关联研究（GWAS）虽然已确定了数百个与成人发病哮喘（AOA）和儿童发病哮喘（COA）相关的基因座，但这些基因座背后的因果变异、调控元件以及效应基因却大多不为人知。就好比在一座神秘的基因迷宫中，虽然我们知道某些区域与哮喘有关联，可具体的路线和关键节点却模糊不清。为了深入探索这座迷宫，来自美国芝加哥大学等机构的研究人员展开了一项极具意义的研究。
他们的研究成果发表在《Genome Medicine》上，为哮喘的遗传研究带来了新的曙光。研究人员综合运用多种方法，包括计算和实验手段，对 AOA 和 COA 的遗传关联进行了系统性的精细定位。这项研究意义重大，它不仅有助于我们更深入地理解哮喘的发病机制，还为开发新的治疗靶点和个性化治疗策略提供了重要的理论基础，有望在未来改善哮喘患者的治疗效果，提升他们的生活质量。
研究人员采用的主要关键技术方法如下：首先，利用英国生物银行（UKB）的人群队列，获取了大量个体的遗传和表型数据。接着，进行全基因组关联研究（GWAS），检测单核苷酸多态性（SNP）与 AOA/COA 的关联。同时，运用染色质可及性数据，通过 ATAC-seq 技术在多种细胞类型中进行分析。此外，采用统计精细定位方法，结合功能注释，确定候选因果变异和调控元件。最后，通过实验手段，如大规模平行报告分析（MPRA）和荧光素酶报告基因实验，验证候选调控元件的活性。
下面来详细介绍研究结果：

1. 利用功能注释精细定位 AOA 和 COA 的 GWAS 基因座：研究人员通过统计精细定位，分析了 UKB 中 AOA 和 COA 的基因座。他们利用与哮喘发病机制相关的血液和肺细胞类型的染色质可及性数据，改进了精细定位的分辨率。结果发现，AOA 和 COA 的风险变异在淋巴细胞的开放染色质区域（OCR）中显著富集，COA 风险变异还在上皮细胞和间充质细胞的 OCR 中富集。通过精细定位，确定了 AOA 有 21 个可信集，COA 有 67 个可信集，且二者仅有 16% 的可信集共享，约三分之一的基因座包含多个可信集。
2. 识别介导哮喘遗传风险的细胞类型和顺式调控元件（CREs）：为了评估每个可信集相关的细胞谱系，研究人员计算了变异在各谱系 OCR 中的后验包含概率（PIP）比例。发现 AOA 可信集的 PIP 主要归因于淋巴细胞，而 COA 可信集的 PIP 在淋巴细胞、上皮细胞和间充质细胞中均有较高比例。通过对候选 CREs 的 ePIP 排序，确定了 62 个 AOA 和 169 个 COA 候选 CREs，其中 64% 由多个细胞谱系的 OCR 定义，表明哮喘风险变异可能具有多效性。MPRA 实验结果显示，COA 候选 CREs 在支气管上皮细胞（BECs）中显著富集增强子活性。
3. 将候选 CREs 与靶基因关联并优先排序哮喘风险基因：研究人员利用功能基因组学数据，包括染色质相互作用和 eQTLs，提名了 AOA 和 COA 候选 CREs 的靶基因。通过开发评分策略，优先排序哮喘效应基因，确定了 76 个 AOA 基因和 203 个 COA 基因具有非零基因分数，其中 10 个 AOA 基因和 35 个 COA 基因被认为是高置信度的候选因果基因。基因本体（GO）富集分析表明，AOA 和 COA 候选基因的富集功能主要与细胞因子产生和炎症反应相关。
4. 对候选 CREs 和因果变异进行功能检测：研究人员选择了 6 个候选 CREs 进行荧光素酶实验验证。在 COA 特异性基因座 1q25.1 的候选增强子中，rs11811856 - C 等位基因（非风险等位基因）具有增强子活性；在 19q13.11 的候选增强子中，携带 COA 风险等位基因的单倍型增强子活性降低。在 AOA 和 COA 共享基因座 5q31.1，rs3749833 被验证为等位基因特异性增强子；在 12q13.2 的候选启动子区域，哮喘相关的单倍型显示出较低的荧光素酶活性。
   研究结论和讨论部分指出，本研究系统地揭示了 AOA 和 COA 的遗传关联，包括潜在的因果变异、候选 CREs 和效应基因。研究结果支持 AOA 和 COA 具有不同的遗传基础，强调了许多 GWAS 基因座的调控复杂性，表现为广泛的多效性和等位基因异质性。同时，研究也存在一些局限性，如分析主要依赖开放染色质作为功能注释，可能遗漏其他基因调控机制；在高连锁不平衡区域难以区分因果 SNP；使用的表观基因组和基因表达数据来自未刺激的细胞等。未来的研究需要增加遗传多样性，采用更严谨的分析方法和更精确的表型定义，以进一步深入了解复杂性状的遗传结构。总之，该研究为哮喘的遗传研究提供了全面而深入的见解，为后续的研究和治疗策略的开发奠定了坚实的基础。