基因组变异治疗心而管疾病的潜在靶点

作者：白小克 北京市第一中西医结合医院

针对血脂异常和心血管疾病（CVD）的药物可能会增加脂肪肝和其他代谢紊乱的风险。为了确定潜在的新型CVD药物靶点而不产生这些不良反应，我们对挪威HUNT研究的参与者进行了全基因组分析（n = 69479），以寻找对心血管疾病相关的定量血液特征有有利影响但对肝功能没有不利影响的蛋白质改变变体。我们确定了76个（11个以前未报告）与一个或多个CVD或肝脏相关血液特征相关的推测原因蛋白改变变体。其中九种变体预计会导致蛋白质功能丧失。这包括ZNF529:p。K405X与低密度脂蛋白（LDL）胆固醇降低相关（P = 1.3 × 10−8） 与肝酶或非空腹血糖无关。ZNF529在人肝癌细胞中的沉默导致LDL受体上调，细胞中LDL摄取增加。这表明抑制ZNF529或其基因产物应优先作为治疗血脂异常和相关CVD的新候选药物靶点。
心血管疾病（CVD），尤其是脑血管病和缺血性心脏病，是全球死亡的主要原因。降低循环血脂是降低风险的重要治疗策略。然而，一些降低血脂和CVD风险的药物机制可能不幸地增加脂肪肝或其他代谢紊乱的风险。
进入临床试验的绝大多数新型候选药物未能证明足够的安全性和有效性，无法获得监管部门的批准。这在很大程度上是由于疾病临床前模型的预测价值很低，以及缺乏有关针对人类特定生物过程的长期后果的知识。然而，据估计，具有疗效遗传支持的药物在临床试验中成功的可能性是两倍。
我们的目标是确定降低心血管疾病风险的新候选药物策略，重要的是，这些策略不太可能增加肝病、糖尿病或其他代谢紊乱的风险。为了实现这一点，我们进行了一项大规模的数据驱动的基因组发现工作，以确定对脂质和其他肝脏相关血液特征有影响的假定的因果蛋白质改变变体。特别是，我们感兴趣的是确定与更有利的脂质状况相关的假定原因蛋白改变变体，而不是与肝酶升高相关，反之亦然。
在Tröndelag Health（HUNT）研究中，我们分析了近70000名参与者的种肝脏相关血液特征。HUNT研究是在挪威一个地理局限的地区进行的一项大规模人群健康调查。所检测的特征与以下因素有关：（i）影响心血管、神经和眼部相关疾病的血脂水平：总胆固醇（TC）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、高密度脂蛋白胆甾醇（HDL-C）和甘油三酯（TG）水平；（ii）预测心血管疾病的C反应蛋白（CRP；仅包括<15 mg/L的值）；和（iii）主要反映肝脏功能的酶：丙氨酸氨基转移酶（ALT）、天冬氨酸氨基转移酶、碱性磷酸酶（ALP）和γ-谷氨酰转移酶（GGT）。
为了最大限度地发现与9种血液性状相关的假定原因蛋白改变变体，我们结合了一些基因组方法，包括（i）低覆盖率（5x）HUNT研究参与者亚样本的全基因组测序（WGS）（N = 2202）确定区域特异性罕见变异，（ii）靶向基因分型，也包括WGS确定的罕见区域特异性变异，（iii）基于TOPMed多民族参考小组的深度基因型插补，包括60039个深测序基因组，（iv）多达69479名HUNT研究参与者的全基因组关联分析（GWAS）（AST的范围为21528到TG的范围为69479），然后进行（v）逐步条件分析，为了进一步精细定位HUNT中确定的基因座，我们对203476名挪威、日本和撒丁岛血统的人进行了（vi）跨血统荟萃分析（CRP为128794人，TC为203476人）（研究设计概述见补充图1）。
如果变异体是任何GWAS基因组区域（即位点指数变异体）中统计意义最大的变异体，或者（ii）在GWAS逐步条件分析中，变异体与感兴趣的性状独立相关，那么我们假设任何蛋白质改变变异体都可能与感兴趣性状有因果关系。
通过使用互补的基因组关联发现方法：测序、插补、基于阵列的基因分型、逐步条件分析和跨祖先荟萃分析，我们确定了650多个与定量肝脏相关疾病前体相关的独立基因组变体。这包括76个蛋白质改变变体，我们认为这些变体与一个或多个性状有因果关系。通过广泛考虑这些蛋白改变变体、数量性状和疾病终点之间的关联，我们将几个基因作为预防或治疗CVD的潜在药物靶点。
新发现的关联和体外研究表明，ZNF529 LoF与低血浆LDL-C相关，这可以通过肝细胞中LDLR的诱导和LDL摄取的增加来解释。虽然这些发现表明ZNF529抑制具有降低血浆LDL-C的治疗潜力，但仍需进一步研究，以阐明ZNF528调节肝脏LDLR和LDL摄取的机制。考虑到ZNF529在啮齿动物中没有同源物，此类研究使用的动物模型有限。
另一个值得强调的有趣发现是推测的导致低频蛋白改变的变体S1PR2:p。我们发现Y257C与LDL-C降低和心肌梗死风险降低>50%相关，而与肝功能改变或非空腹血糖无关。通过低通测序和自定义含量基因分型在HUNT中鉴定出该变体。S1PR2编码鞘氨醇-1-磷酸受体2，似乎在内皮炎症反应中起着关键作用。一些动物模型已经表明，抑制S1PR2可能是冠状动脉疾病和中风血管恢复的一个有价值的药物靶点。我们在这里报告的相关性代表了第一个直接的人类数据，支持S1PR2可能在缺血性心脏病中发挥重要作用。
综上所述，我们证明，在有力的研究中识别罕见的蛋白质改变变体并仔细考虑多种表型可能会指向有希望的药物靶点。我们使用了多种方法来识别罕见的蛋白质改变变体，并且我们发现，如果外显子组测序的成本过高，那么用定制基因分型阵列对样本子集进行测序是一种可行的策略，可以识别有影响的罕见变体。