心房颤动的跨家族全基因组分析揭示了疾病生物学并可预测心脏检塞风险

作者：周京华  北京积水潭医院

心房颤动（AF）是一种常见的心律失常，导致中风风险增加。尽管病因高度可遗传，但我们对房颤遗传结构的理解仍然不完整。在这里，我们在日本人群中进行了一项全基因组关联研究，包括150272名患者中的9826例，并确定了与AF相关的东亚特异性罕见变异。一项对100多万名患者（包括77690例患者）的交叉祖先荟萃分析确定了35个新的易感基因座。转录组广泛关联分析确定IL6R是一个推定的因果基因，表明其参与了免疫反应。利用ChIP-seq数据的综合分析和使用人类诱导的多能干细胞衍生的心肌细胞的功能评估表明，ERRg在AF相关基因的转录调节中具有关键作用。来自交叉血统荟萃分析的多基因风险评分预测了未确诊房颤患者心血管和中风死亡风险的增加，以及心脏栓塞性中风的隔离个体。我们的结果为房颤遗传学提供了新的生物学和临床见解，并表明了其临床应用的潜力。

心房颤动（AF）是最常见的心律失常，影响全球约4630万人。由于普通人群的快速老龄化和亚临床AF2研究的加强，AF的全球流行率正在增加。尽管诊断和治疗技术取得了进步，但仍有大量房颤患者因中风和心力衰竭等危及生命的并发症入院，给患者和公共医疗系统造成了巨大负担。除了传统的临床危险因素，如衰老、肥胖、高血压和心力衰竭，遗传因素对房颤的发展也被广泛认识。最近的全基因组关联研究（GWAS）已确定了100多个AF相关基因座，其中一些基因座涉及心脏发育、电生理、收缩和结构途径。然而，由于绝大多数AF GWAS主要是在欧洲人群中进行的，非欧洲人群中AF的遗传病理生理学尚未得到全面了解，因此很难将此类GWAS得出的多基因风险评分（PRS）应用于非欧洲人群。

在这里，我们试图探索非欧洲人群中AF的遗传结构，并通过执行大规模的日本GWAS，然后进行跨血统荟萃分析，提高AF GWAS的统计能力。此外，我们通过利用基因表达和表观基因组数据集研究了已鉴定的AF相关基因座的生物学作用。此外，我们从交叉祖先荟萃分析中开发了PRS，并评估了PRS对相关表型和长期死亡率的影响，这可能为AF-PRS的临床应用提供证据，并为在AF中实现精准医学奠定基础。

研究设计概述。我们对来自病例-对照数据集进行了GWAS，该数据集包括9826例AF病例和140446例对照，使用了常染色体中的16394105个变异和X染色体中的423039个变异，具有次要等位基因频率（MAF） > GWAS确定了31个具有全基因组意义的AF相关基因座，其中5个先前未报告、。AF（单核苷酸多态性（SNP）遗传力；h2），使用连锁不平衡（LD）评分回归估计负债规模h2为11.7%（s.e.m.2.6%）。

我们对日本人群中约10000例AF病例进行了大规模GWAS，并确定了31个与AF相关的全基因组显著基因座。这包括5个新基因座，其中在SYNE1和FGF13基因座中发现了与疾病相关的罕见和高度东亚特异性变体，SYNE1编码nesprin-1（spectrin repeat）蛋白，并与含Sad1p/UNC84结构域的蛋白（SUN1/2）一起，通过其核质结构域与层粘连蛋白a/C组成核包膜蛋白复合物。已在严重肌营养不良和扩张型心肌病患者中发现LMNA和SYNE1突变。SYNE1的突变导致核形态、成肌细胞分化和心脏发育的缺陷，改变了核包膜蛋白复合物，该复合物是心房心律失常发生中的结构基质。FGF13编码成纤维细胞生长因子家族的一员，具有广泛的促有丝分裂和细胞存活活性。FGF13直接与肌膜中的主要心脏钠通道（NaV1.5）的C端结合，大鼠心肌细胞中FGF13的敲除表现出NaV1.5功能丧失，Na+电流密度降低，Na+通道可用性降低，NaV1.5失活后Na+电流恢复减慢。心肌细胞传导障碍的证据表明FGF13是与AF相关的重要靶基因。

此外，我们对房颤进行了迄今为止规模最大的跨家族荟萃分析，其中发现了150个全基因组的重要基因座，结果发现了35个新的基因座。通过将这些基因座与转录组和表观基因组数据相结合，我们确定了与AF相关的候选基因和转录因子的优先顺序。转录组分析将AF相关基因座与靶基因联系起来，特别是揭示了IL6R是与AF相关联的候选基因。尽管炎症在AF病理生理学中的作用越来越多，IL6R与AF之间仅有提示性关联（P = 5 × 10−4），炎症过程对房颤发展的遗传贡献尚未完全阐明。我们的转录组分析揭示了IL6R与AF发展之间的显著关联，揭示了炎症信号传导是AF发病机制中的关键途径和治疗靶点。此外，我们基于ChIP-seq数据集的方法明确表明，ERRg是与AF相关的候选转录因子。在之前的研究中，ERRg敲除小鼠表现出心肌病，通过线粒体能量转导、收缩功能和离子转运相关基因的转录调节，心脏成熟停滞，但AF和ERRg之间的关系尚未得到充分研究。我们使用iPSCMs进行的功能研究结果表明，在AF的病理生理学中，ERRg调控了一个新的转录网络。

在过去的十年中，人们对利用遗传数据预测复杂疾病或性状的兴趣与日俱增。PRS有望提供增强疾病风险预测的临床实用性，而先前的研究表明PRS的性能与已建立的风险预测模型具有可比性或更低的性能，并且PRS的加性效应较弱。此外，由于当前GWAS35中欧洲血统的个人占绝大多数，PRS缺乏跨血统可移植性。在这项研究中，我们发现了AF相关变体的共同等位基因效应以及日本和欧洲人群之间的遗传相关性。因此，我们使用GWAS的各种组合和多个参数对AF-PRS进行了全面检查，以最大化预测性能；AF-PRS实现了（1）当应用于与推导GWAS群体相同的群体时，无论单个推导GWAS类别中的样本大小如何，（2）即使推导GWAS的样本量相似或较小，与非日本人群中的元GWAS相比，当其源自包括日本人群的跨血统元GWAS时，表现更高；（3）当其源自包含日本人群且样本量最大的跨血统元GWAS时表现最好。