德国长寿研究揭示：mTOR 信号通路中罕见促长寿等位基因的聚集现象

《GeroScience》：German longevity study reveals novel rare pro-longevity alleles clustering in mTOR signaling pathway

为探究罕见编码变异对人类长寿的影响，研究人员分析 1245 名德国长寿个体（LLI）和 4105 名地理匹配的年轻对照的全外显子组测序（WES）数据。结果发现多个与长寿相关的基因和变异，且 mTOR 信号通路基因显著富集。这强调了罕见变异在人类长寿中的作用。

　　在探索人类长寿的奥秘之旅中，人们逐渐认识到，寿命的长短并非只由生活方式决定，遗传因素也起着至关重要的作用。据估计，遗传变异对长寿表型的贡献在 10% - 30% 之间，在极端长寿的情况下，这一比例可能更高。过去几十年间，科研人员致力于揭开长寿的遗传密码，然而，已确认的影响长寿的基因变异却寥寥无几，如 APOE 和 FOXO3 中的变异，仅能解释长寿遗传力的一小部分。而且，以往的基因组关联研究大多聚焦于常见变异（次要等位基因频率大于 1%），对罕见变异的研究相对匮乏。但实际上，绝大多数具有功能效应的变异预计是罕见的，因此研究罕见变异对于揭示缺失的遗传力具有重要意义。

为了深入探究罕见编码变异对人类长寿的影响，来自德国基尔大学临床分子生物学研究所、莱顿大学医学中心等多个研究机构的研究人员开展了一项研究。他们对 1245 名德国长寿个体（LLI，平均年龄 98.9 岁，年龄范围 94 - 110 岁）和 4105 名地理匹配的年轻对照（平均年龄 50.5 岁，年龄范围 18 - 83 岁）进行了全外显子组测序（WES）分析。研究结果发表在《GeroScience》上，为我们理解人类长寿的遗传机制提供了新的视角。

研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从研究对象的全血样本中提取 DNA 进行全外显子组测序，测序工作由 Regeneron Genetics Center 完成。其次，利用 DeepVariant v1.5.0 和 GLnexus v1.4.1 等软件进行变异检测和质量控制，去除不符合条件的样本和变异。最后，通过 R 包 STAAR v0.9.7 进行单变异和基于基因的关联分析，并运用 clusterProfiler 等 R 包进行基因集富集分析 。样本队列方面，长寿个体主要通过德国各地的当地登记处确定，年轻对照来自 FoCus 队列。

下面来详细看看研究结果：

1. 德国长寿队列中的罕见变异：研究发现，长寿个体中平均每个个体的罕见等位基因数量高于年轻对照。这种差异主要源于长寿个体中单体型（即队列中仅存在于单个个体的变异）数量的增加，且在错义、同义及蛋白质截短变异（PTV）中均是如此，同时同义变异中非单体型的数量也略有增加。此外，长寿个体中单体型的变异等位基因频率（VAF）与年轻对照无差异，表明这些单体型并非由体细胞突变导致。
2. 单变异关联分析：研究人员对所有蛋白质编码变异进行单变异关联分析，仅纳入次要等位基因计数大于等于 5 的变异。结果显示，在常见变异中，只有 TOMM40/APOE/APOC1 长寿枢纽中的变异达到全外显子组显著水平，如 APOE - rs429358（ε4）的 p 值最低（p=1.64×10?25 ，OR=0.45 ）。而在罕见变异分析中，发现了 7 个新的全外显子组显著关联，包括 3 个错义变异（SIK3 - rs147730555 - G、FLCN - rs41419545 - T 和 FOCAD - rs199678370 - A）、3 个同义变异（RPS6 - rs189871470 - A、SLC16A6 - rs112262188 - C 和 IHH - rs149554120 - T）和 1 个移码插入变异（PRAC2 - rs199607933 - TG）。这些罕见变异在长寿个体中的频率均高于年轻对照，部分变异在年轻对照中甚至不存在。
3. 基于基因的关联分析：运用 STAAR - O 对所有蛋白质编码基因进行基于基因的关联分析，发现 9 个基因关联在错误发现率（FDR）校正后达到全外显子组显著水平。其中，4 个基于同义变异（RPS6、HOXA4、IHH 和 DNAJB13），3 个基于错义变异（RWDD1、MESD 和 FLCN），2 个基于 PTV（ASXL1 和 TET2）。进一步分析发现，RPS6、IHH 和 FLCN 的关联主要由单变异关联分析中已鉴定的变异解释，而 RWDD1 与长寿的关联则基于 8 个错义变异的累积负担效应，这些变异在非芬兰欧洲人（NFE）中的频率极低。此外，ASXL1 和 TET2 中 PTV 的显著负担效应可能是由于克隆性造血（CHIP）驱动的体细胞突变所致。
4. 基因集富集分析：研究人员进行基因集富集分析，发现 mTOR（雷帕霉素靶蛋白）信号通路中的基因显著富集，如 FLCN 和 SIK3 正向调节 TOR - Complex 1（TORC1），RPS6 是 TORC1 信号通路的重要下游靶点，参与蛋白质合成。同时，“癌症中的蛋白聚糖” 通路中的基因也显著富集。
5. 全通路分析：对 KEGG 中的 303 条通路进行变异集分析，“mTOR 信号通路” 在未校正时排名第二，但在多重检验校正后未达到统计学显著水平。此外，已知影响长寿的 “FoxO 信号通路” 也在前列，FOXO3 在基于基因的分析中达到名义显著性。
6. 支持证据：研究人员在两个较小规模且具有不同血统的长寿 WES 数据集中查找全外显子组显著单变异和 RWDD1 错义变异。在 Ashkenazi 犹太（AJ）队列中，虽部分变异趋势与本研究一致，但因样本量较小未显示出名义显著性关联；在莱顿长寿研究（LLS）队列中，鉴定出了部分相同的变异，为研究结果提供了一定支持。

综合研究结论和讨论部分，此次研究意义重大。研究人员通过对德国长寿个体和年轻对照的全外显子组测序分析，发现了多个与长寿相关的基因和变异，尤其是 mTOR 信号通路中罕见变异的富集现象，表明该通路在人类长寿中可能起着关键作用。同时，研究还发现了 RWDD1 作为长寿候选基因的潜力。然而，研究也存在一定局限性，如样本中男性长寿个体数量相对较少，可能导致单变异关联信号存在偏差；对 CHIP 驱动突变的去除可能不够严格等。未来研究需要更大规模、更具代表性的样本，特别是增加男性长寿个体的样本量，以进一步验证这些发现，并深入探究罕见变异影响人类长寿的具体机制。这不仅有助于我们更深入地理解人类衰老和长寿的遗传基础，也为未来开发干预衰老相关疾病、促进健康长寿的策略提供了理论依据。