血红蛋白浓度与肌萎缩侧索硬化遗传关联的孟德尔随机化研究及潜在基因机制探索

《Brain and Behavior》：Unveiling the Genetic Association Between Hemoglobin Concentration and Amyotrophic Lateral Sclerosis

本研究通过孟德尔随机化（MR）分析揭示血红蛋白（Hb）浓度与肌萎缩侧索硬化（ALS）风险存在独立的负向因果关联，并通过多变量MR排除了血压、血脂、体重指数（BMI）及吸烟等混杂因素影响。结合诱导多能干细胞（iPSCs）分化的运动神经元RNA测序，发现BACH1、FLVCR1和TRIM58基因在ALS中存在差异表达，提示其可能介导了Hb与ALS的遗传关联，为理解ALS病理机制提供了新视角。

　　

摘要

本研究旨在探讨血红蛋白浓度与肌萎缩侧索硬化之间的因果关联及其潜在的遗传机制。尽管既往观察性研究提示两者存在相关性，但确切的因果关系尚不明确。研究人员利用全基因组关联研究的汇总统计数据，进行了双向和单变量孟德尔随机化分析，并进一步通过多变量MR评估了收缩压、舒张压、总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、身体质量指数和吸烟等混杂因素的影响。此外，研究团队对源自ALS患者诱导多能干细胞分化的运动神经元进行了RNA测序，并将差异表达基因与血红蛋白浓度相关的工具变量进行了交叉分析。

1 引言

肌萎缩侧索硬化是一种致命的成人发病疾病，其特征是上下运动神经元的变性，导致进行性随意肌无力和萎缩，大多数患者在发病后2至5年内因呼吸衰竭死亡。约5-10%的ALS病例为家族性，主要由SOD1、FUS、TARDBP等基因突变引起；其余为散发性病例。既往研究表明血红蛋白水平可能与ALS等神经退行性疾病相关，但观察性研究易受混杂偏倚和反向因果关系影响。孟德尔随机化方法利用单核苷酸多态性作为工具变量，有助于推断暴露与结局之间的因果关系。

2 方法

2.1 总体研究设计

研究采用孟德尔随机化分析，其工具变量需满足三个核心假设：与暴露变量显著相关、与潜在混杂因素无关、仅通过暴露影响结局。研究首先进行双向单变量MR分析评估血红蛋白浓度与ALS的因果关系，随后进行多变量MR分析以控制混杂因素。

2.2 数据来源

血红蛋白浓度的遗传数据来自英国生物样本库。ALS的遗传数据来自一项包括20,806例ALS患者和59,804例对照的GWAS。所有参与者均为欧洲裔。

2.3 工具变量选择

从血红蛋白浓度的GWAS中筛选出达到基因组水平显著性的独立SNPs，并计算F统计量以评估工具变量强度。

2.4 统计分析

主要采用逆方差加权法进行MR分析，并辅以加权中位数法。进行了异质性检验、多效性检验以及留一法敏感性分析。

2.5 RNA测序

研究使用了携带SOD1^D90A突变的ALS患者、一名散发性ALS患者来源的iPSCs及其基因校正的等基因对照iPSCs系，并将其分化为运动神经元进行RNA测序。

2.6 数据分析与可视化

使用DESeq2进行差异表达分析，并将差异表达基因与血红蛋白浓度和ALS相关的协调后SNPs进行交叉分析。

2.8 qRT-PCR

通过qRT-PCR验证BACH1、FLVCR1和TRIM58基因在运动神经元中的表达水平。

3 结果

3.1 遗传预测的血红蛋白浓度与ALS风险存在因果关联

单变量MR的逆方差加权分析结果显示，血红蛋白浓度与ALS风险呈负向因果关系（OR = 0.854；95% CI：0.767–0.951；p = 0.00418）。敏感性分析未发现显著的异质性或多效性。反向MR分析未发现ALS对血红蛋白浓度存在因果效应。多变量MR分析在调整多种混杂因素后，该因果关系仍然稳健。

3.2 血红蛋白相关转录本在ALS患者来源iPSCs分化的运动神经元中差异表达

RNA测序分析发现，与对照组相比，SOD1^D90A突变运动神经元中BACH1和FLVCR1转录本表达上调，而TRIM58表达下调。qRT-PCR验证了这一结果。在散发性ALS来源的运动神经元中，BACH1表达上调，TRIM58表达下调，但FLVCR1表达下调，提示FLVCR1的表达改变可能具有亚型特异性。

4 讨论

本研究通过MR分析提供了证据，支持较高的遗传预测血红蛋白浓度是ALS的保护性因素。研究发现的BACH1、FLVCR1和TRIM58基因可能参与了血红蛋白代谢与ALS之间的关联。BACH1是调控血红素和血红蛋白合成基因转录的关键因子；FLVCR1作为血红素输出蛋白，参与维持细胞内血红素稳态；TRIM58则在红细胞生成中发挥作用。这些基因的异常表达可能通过影响血红素代谢、铁稳态、氧化应激等过程参与ALS的病理机制。研究的优势在于大样本量、严谨的MR设计以及结合了细胞模型验证。局限性包括结果主要基于欧洲裔人群，iPSCs模型遗传背景有限，以及未考虑疾病分期的影响。

5 结论

本研究结论表明，遗传预测的血红蛋白浓度与ALS风险之间存在独立的负向因果关联，其中BACH1、FLVCR1和TRIM58等基因可能参与此过程。干预血红蛋白水平或相关通路可能为ALS的防治提供新思路。