基于英国生物样本库罕见编码变异探索：运动神经元病的新型遗传关联与致病机制

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Exploring rare coding variants in UK biobank: preliminary associations with motor neuron disease

本研究利用英国生物生物库（UK Biobank）近50万参与者的全外显子组测序（WES）数据，通过REGENIE软件对高可信度蛋白质截短变异（HC PTVs）进行基因负荷检验，首次发现14个基因（含已知基因NEK1及13个新候选基因）的PTVs与运动神经元病（MND）风险显著相关（PSKAT-O< 2.5 × 10?6）。功能富集分析提示细胞外基质（ECM）重构与纤毛功能紊乱可能是MND的新型致病通路，组织特异性表达分析进一步显示候选基因在下丘脑等脑区高度富集。该研究为揭示MND的遗传架构提供了重要线索。

　　

引言

运动神经元病（Motor Neuron Disease, MND）是一组以上下运动神经元选择性退化为特征的进展性神经退行性疾病，其最常见且进展迅速的亚型为肌萎缩侧索硬化症（Amyotrophic Lateral Sclerosis, ALS）。尽管已知C9orf72、SOD1等基因突变可导致部分MND病例，但多数散发病例的遗传基础尚未明确。全外显子组测序（Whole-Exome Sequencing, WES）技术为系统探索罕见高影响变异提供了有效工具。英国生物样本库（UK Biobank）包含50万参与者的基因型与表型数据，为大规模遗传关联研究提供了独特资源。

方法

本研究基于UK Biobank中469,589名参与者的WES数据，经过严格质控筛选出393,746名欧洲裔个体（含663例MND患者和393,083例对照）进行基因负荷检验。利用REGENIE软件（v4.1）对LOFTEE过滤的高可信度蛋白质截短变异（High-Confidence Protein-Truncating Variants, HC PTVs）进行关联分析，显著性阈值设定为P < 2.5 × 10^?6（Bonferroni校正）。同时开展敏感性分析，排除携带ClinVar记录的MND/ALS致病突变或C9ORF72基因GGGGCC重复扩增（重复数>30）的个体。

结果

基因负荷检验显示，18个基因的HC PTVs与MND风险显著相关。其中BLVRB基因的PTVs关联最强（OR = 18.64, P_SKAT-O= 1.41 × 10^?15），而已知ALS基因NEK1的PTVs在患者中携带频率最高（1.36%）。敏感性分析后，14个基因（BLVRB、KLHL32、RIMS2、DYDC2、DCBLD1、ANXA4、COMP、TRIM42、ANO4、NFX1、CFAP206、CKAP2L、NEK1和ANGPTL4）仍保持显著关联，并新发现EPHX1等6个基因的PTVs在MND病例中富集。值得注意的是，除NEK1外，其他基因的错义变异均未显示显著关联。

功能富集分析表明，14个候选基因显著富集于胶原包含的细胞外基质（GO:0062023）和纤毛（GO:0005929）相关通路。组织表达谱分析显示，部分基因（如KLHL32、ANO4等）在脑组织中高表达，而下丘脑表现出最强的组织特异性富集（Bonferroni校正P < 0.05），提示其可能通过影响中枢神经系统微环境参与MND发病。

讨论

本研究通过大规模WES数据初步揭示了MND的罕见遗传风险因素，拓展了对其遗传架构的认识。新发现的候选基因涉及细胞外基质重构与纤毛功能等既往未充分重视的生物学过程，为机制研究提供了新方向。下丘脑的特异性表达提示自主神经或代谢调节异常可能参与MND病理过程。然而，结果需在独立队列中验证，且受限于UK Biobank的临床分型数据，无法精确区分MND亚型。后续研究应结合功能实验深入探索这些基因在运动神经元存活中的具体作用机制。