《Nature Communications》：Rare coding variants in CHRNB3 associate with reduced daily cigarette smoking across ancestries
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为寻找新的戒烟药物靶点，研究人员通过对墨西哥城前瞻性研究中37897名当前吸烟者进行全外显子组关联分析，发现CHRNB3基因的有害错义变异p.Glu284Gly与每日吸烟量显著减少相关。该变异在墨西哥原住民中富集。研究进一步在英国和日本生物银行数据中验证了CHRNB3功能缺失变异（pLOF）的保护性关联。结果表明，抑制β3亚基可能是治疗尼古丁成瘾的潜在策略。
尽管近年来有所下降，吸烟仍然是全球可预防死亡的主要原因之一。然而，在过去二十年中，发现新的戒烟药物的进展有限。人类遗传学研究为发现新药靶点提供了强大工具，那些能够提供疾病保护的天然功能缺失遗传变异被认为是识别新药靶点的最佳证据之一，例如CCR5抑制剂治疗HIV感染和PCSK9抑制剂治疗高胆固醇血症的成功案例。与其他成瘾相关行为相比，香烟吸烟在分子水平上得到了更深入的研究，这得益于数十年的动物和人类遗传学研究。最早在人类行为特征中发现的功能缺失保护性遗传变异就出现在吸烟研究中，例如CYP2A6基因的变异与较低的每日平均吸烟量相关。随着大规模测序研究的快速发展，类似的保护性关联正在不断涌现。
为了解决戒烟药物靶点有限这一关键问题，并探索吸烟行为的遗传学机制，一组研究人员对不同种族的吸烟者群体进行了大规模的遗传关联分析，旨在发现能够减少每日吸烟量的关键遗传变异及其背后的基因。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究主要运用了全外显子组测序、全外显子组关联研究、全基因组关联研究以及使用REGENIE软件进行的遗传关联分析等关键技术方法。研究样本主要来自三个大型队列：墨西哥城前瞻性研究（包含约15万墨西哥居民的外显子组测序数据）、英国生物银行（包含大量欧洲裔参与者的外显子组和表型数据）和日本生物银行（提供东亚裔人群的遗传关联数据）。通过整合这些多种族队列的遗传和表型信息，研究人员系统性地分析了罕见编码变异与每日吸烟量之间的关系。
研究结果
全外显子组关联研究
研究首先对墨西哥城前瞻性研究中的37,897名当前吸烟者进行了每日吸烟量的全外显子组关联研究。分析结果显示，在基因水平上，CHRNB3和VSIR两个基因与每日吸烟量存在全外显子组水平的显著关联。
全外显子组显著基因和变异
在变异水平上，研究人员在CHRNB3基因中发现了一个错义变异p.Glu284Gly（rs75384358），该变异与每日吸烟量减少显著相关。相比之下，在英国生物银行的更大样本量分析中，并未发现任何基因水平或变异水平的显著罕见变异关联。
CHRNB3罕见编码变异的关联
深入分析表明，CHRNB3基因的关联主要由有害错义变异的携带者驱动，其中p.Glu284Gly是主要的驱动变异。该变异位于β3亚基蛋白第284位的谷氨酸到甘氨酸的替换，在墨西哥城前瞻性研究队列中的次要等位基因频率为0.9%，且全部携带者都具有墨西哥原住民血统。携带该变异杂合子和纯合子的个体平均每日吸烟量分别比非携带者低21%和78%。此外，研究还在英国生物银行和日本生物银行的数据中验证了CHRNB3罕见变异与减少吸烟量的保护性关联。在日本生物银行中，一个预测的功能缺失变异（pLOF）c.52+1 G>A也与每日吸烟量减少相关。
CHRNB3附近常见变异的关联
研究还分析了CHRNB3基因座附近常见变异（次要等位基因频率>1%）与吸烟量的关系。在8p11基因座（包含CHRNB3和CHRNA6）发现了一个全基因组显著的信号，该信号与之前报道的信号可能相互独立。CHRNB3罕见变异的发现支持CHRNB3是该基因座可能的因果基因。
其他吸烟表型与CHRNB3的关联
研究发现，CHRNB3的罕见变异主要与每日吸烟量（反映对尼古丁剂量的耐受性）相关，而与“是否曾吸烟”（相对于从未吸烟）的风险无显著关联。然而，这些变异与“重度吸烟（相对于从未吸烟）”的风险降低存在名义上的显著关联。
CHRNB2与CHRNB3的比较
与之前发现的CHRNB2基因功能缺失变异主要降低“曾吸烟”风险不同，CHRNB3的变异主要影响已吸烟者的吸烟数量。这种差异表明不同的尼古丁受体亚基可能影响吸烟行为的不同方面。
VSIR罕见编码变异的关联
研究发现的另一个基因VSIR，其关联主要由一个错义变异Ser280Leu驱动。然而，该关联在英国生物银行的更大样本量分析中未能得到重复，提示可能是一个假阳性结果。
全基因组关联研究
研究还在墨西哥原住民血统人群中进行了每日吸烟量的全基因组关联研究，发现了八个全基因组显著的基因座。其中三个基因座（15q25.1、9q34.2和Xq26.3）在欧洲血统的研究中也达到全基因组显著，另外五个为新发现的基因座。值得注意的是，在墨西哥原住民人群中，并未发现经典的CYP2A6基因座与吸烟量的关联信号，这表明不同种族人群的吸烟行为遗传结构存在差异。
研究结论与讨论
该研究首次揭示了墨西哥原住民人群中每日吸烟量的罕见变异遗传结构，发现了CHRNB3基因的p.Glu284Gly错义变异与每日吸烟量大幅减少存在强关联。该变异在墨西哥原住民单倍型中的频率约为1.4%，纯合子携带者可能相当于CHRNB3基因敲除个体。研究进一步在东亚和欧洲血统人群中验证了CHRNB3功能缺失变异具有类似的保护效应，表明尽管遗传变异在不同种族间存在差异，但其影响的生物学通路和潜在的转化应用价值在不同人群中是共通的。
研究发现的CHRNB3变异影响模式与CHRNA5相反，后者功能降低变异与吸烟量增加相关，而与吸烟起始风险关系不大。动物研究表明，在缰核（habenula）高表达的α5亚基主要影响尼古丁摄入量而非初始强化效应。同样，CHRNB3也在缰核高表达。动物实验也提示β3亚基缺失不影响尼古丁奖赏但影响戒断反应。这些发现表明，靶向CHRNB3可能通过不同于当前以β2受体为靶点的戒烟疗法（如伐尼克兰）的机制来帮助戒烟，特别是针对减少已吸烟者的吸烟强度。CHRNB3因此被添加到经过人类遗传学验证的潜在戒烟药物靶点列表中。
研究也存在一些局限性，例如缺乏独立的墨西哥血统队列直接重复p.Glu284Gly的发现，表型主要集中于每日吸烟量而非更全面的尼古丁依赖临床评估，并且未对CHRNB3变异进行功能学表征以精确阐明其分子机制。尽管如此，来自不同种族的证据一致表明，破坏CHRNB3功能与减少香烟消费量相关，这凸显了跨种族遗传研究在揭示普适生物学机制和发现新治疗靶点方面的重要价值。
