外显子测序-通过外显子测序，AD的罕见遗传风险因素

Hanson临床科研

征战AD.

传递阿尔茨海默病研究进展。

推广专业学术交流、促进诊疗流程改善。

关键词：阿尔茨海默病；遗传风险；外显子测序

导言：

对复杂疾病的基因测序或外显子测序有助于发现和鉴定出新的危险或保护因素，所以成为临床科研中大咖们经常实施的重要研究。

与此同时，这些组学鉴定出来的基因或位点，也常常成为其他临床科研者验证、功能研究甚至作为诊治候选的关键靶点。

由此，每次组学研究报道都会受到极大关注。

为此，我们请李博士解读了于2022年12月由法国里尔大学Jean-Charles Lambert团队在Nature Genetics杂志上发表的题为“Exome sequencing identifies rare damaging variants in ATP8B4 and ABCA1 as risk factors for Alzheimer’s disease”的论文。

这篇论文报告的AD患者的遗传风险既可以启发其他研究者在此基础上的验证或进一步探索，其设计也非常严谨、对于想做类似外显子测序的同仁也会是很好的借鉴。

摘要：

除了常染色体显性早发型阿尔茨海默病（AD）（<所有AD病例的1%，发病时间≤65岁），AD的常见形式遗传率约为70%，其遗传风险位点主要通过全基因组关联研究（GWAS）评估，但往往会遗漏掉一些罕见变异潜在的风险。

本研究研究者通过分析32,558位个体（其中有16,036个AD病例和16,522个对照）的外显子测序数据，发现ATP8B4和ABCA1中罕见的预测破坏性变体与AD风险显著相关，且RIN3、CLU、ZCWPW1和ACE中的罕见变异暗示了这些基因作为AD基因组范围关联研究位点的潜在驱动因素。

这些发现为AD中淀粉样蛋白-β（Aβ）前体蛋白加工、Aβ聚集、脂质代谢和小胶质细胞功能的主要作用提供了额外的证据。我们将对这篇文章的研究内容和主要结论进行概述。

研究内容

一、与AD相关的罕见变异鉴定工作

研究人员整合了来自欧洲和美国研究的测序数据并进行多阶段基因负荷分析，由于这些数据是在不同中心产生的，因而可能存在批次效应。

为此，研究人员设计了质量控制（QC）程序，在样本QC之后，他们首先比较了4060例早发性AD病例（EOAD，发病年龄≤65岁）和8592例迟发性AD病例（LOAD，发病年龄>65岁）和8693个对照（第一阶段分析），共检测到7543193个变体，并用LOFTEE注释了LOF（功能丧失性）变体，用Rare Exome Variant Ensemble Learner (REVEL)分数注释错义变体，进而通过增量地包括预测有害程度较低的变异定义了4个有害程度阈值：仅LOF (n = 57543)、LOF + REVEL ≥ 75 (n = 111755)、LOF + REVEL ≥ 50 (n = 211665)和LOF + REVEL ≥ 25（n = 409733）。

使用顺序逻辑回归（可以对一组预测变量和一个顺序响应之间的关系进行建模），在第一阶段对13222个常染色体蛋白编码基因进行31204次负荷测试（即单个基因使用最多4个阈值进行测试），鉴定出AD病例和对照个体之间存在差异的罕见变异：SORL1、TREM2、ABCA7、ATP8B4、ADAM10和ABCA1，并用第二阶段数据集（3384个AD病例和7829个对照）对这些发现进行验证，这些基因在第二阶段的效应大小与第一阶段观察到的结果相关。

紧接着，研究人员使用固定效应逆方差法对阶段1和2进行Meta分析，证实了 SORL1、TREM2、ABCA7、ATP8B4和ABCA1基因中罕见破坏性变异的AD关联，以及RIN3、CLU、ZCWPW1和ACE中存在AD风险增加的提示性信号，但必须在更大的数据集中进一步确认。

图1. 研究流程示意图。

表1. 阶段1和2以及AD关联统计的meta分析

二、罕见变异基因的功能描述

在上述发现的与AD关联基因中，ATP8B4编码磷脂转运蛋白，且之前的研究已经证明这一基因的罕见变异与发生SLE的风险相关，在大脑中，它主要在小胶质细胞中表达。

另一个基因ABCA1编码磷脂转运体，使AD“著名基因”APOE脂化，而含APOE的脂蛋白颗粒的ABCA1依赖性脂化不良会增加Aβ沉积和原纤维形成。

α-分泌酶ADAM10在非淀粉样变性APP代谢中起主要作用，RIN3 与内体功能障碍和APP运输/代谢有关，CLU影响Aβ聚集和清除，而ACE被认为在Aβ降解中起作用。

然而，组蛋白甲基化识别分子ZCWPW1的作用尚不清楚。

三、罕见变异基因如何与AD相关联

为了更好地理解这些基因如何与AD相关联，研究人员使用大样本分析了这些罕见破坏性变异的特征。

对于大多数基因中的破坏性变异，显示年轻病例的载体频率增加，并且较大的效应量与较早的发病年龄相关，也增加了LOAD的风险。

SORL1、ADAM10、CLU和ZCWPW1中的LOF变体的携带者发病时的中位年龄最低，意味着这些基因在AD病因学中起着关键作用（图2和表3），但ADAM10、CLU和ZCWPW1中的破坏性变异都极为罕见。相反，罕见但反复出现的变异有助于TREM2、ABCA7、ATP8B4和RIN3的AD关联。

在TREM2、ABCA1和RIN3中观察到LOF变体的变异效应大小适中，而在ABCA7、ATP8B4和ACE中观察到最小的变异效应（图3）。

图2. 基于大样本的基因特异性变异特征的研究

表2. 载体频率、效应大小、中位发病年龄和归因分数的分析。

图3. 根据发病年龄和变异致病性的比值比（OR，反映相对危险度）。

主要结论

最后，研究人员还进行了年龄匹配的敏感性分析，以研究其他与年龄相关的条件可能产生的影响，这支持上述基因在AD中的作用。

其中，ATP8B4和ABCA1被报告为具有外显子组显著性的新AD风险因素，发现了ADAM10基因中罕见变异与AD 风险关联的提示性证据等。

尽管如此，未来仍需要在更大的数据集和实验中确认对这些变异进行评估。此外，在未来的研究中需要研究结构变异的影响，比如拷贝数和重复序列变异。

总而言之，对这些罕见致病性变异的鉴定工作能够加强对AD病理学的理解。