《Clinical Epigenetics》：DNA methylation profiling in Huntington’s disease reveals disease associated changes in the striatum
编辑推荐：
背景：亨廷顿病（HD）由 HTT 基因中的三核苷酸 CAG 重复扩增引起。尽管表现为常染色体显性遗传，但突变携带者之间存在表型差异，特别是症状首次出现的年龄。这种差异主要由 CAG 扩增大小与症状发作年龄之间的反比关系驱动。然而，独立于 CAG 重复长度之外的
背景：亨廷顿病（HD）由 HTT 基因中的三核苷酸 CAG 重复扩增引起。尽管表现为常染色体显性遗传，但突变携带者之间存在表型差异，特别是症状首次出现的年龄。这种差异主要由 CAG 扩增大小与症状发作年龄之间的反比关系驱动。然而，独立于 CAG 重复长度之外的大多数发病年龄变异被认为由环境因素驱动。由于 DNA 甲基化可受环境因素改变，且在其他神经退行性疾病中已报道存在甲基化组变异，因此其可能是疾病表现的潜在机制。结果：研究人员利用 Illumina EPIC v1 甲基化芯片对 120 个样本进行了 DNA 甲基化分析，样本涵盖 20 名亨廷顿病患者和 22 名对照捐赠者的三个不同脑区（纹状体、内嗅皮层和小脑）。研究在纹状体内鉴定出 7 个 Bonferroni 显著差异甲基化 CpG 位点以及 27 个差异甲基化区域（DMRs），这些位点注释到的基因参与已知在 HD 中受损的生理过程，如尿素循环和代谢。加权基因相关网络分析（WGCNA）鉴定出与亨廷顿病相关的共甲基化 CpG 模块，本体论分析显示这些模块富集于疾病相关过程。此外，单核 RNA 测序数据的整合分析强调，注释到这些模块的基因富集于纹状体棘突投射神经元（SPNs），这是该疾病主要受累的细胞类型。结论：研究人员提出了首项在主要神经病理区域纹状体以及匹配的内嗅皮层和小脑中，使用 Illumina EPIC v1 芯片进行的亨廷顿病表观基因组关联研究（EWAS）。结果表明，在与疾病相关的区域和细胞类型中，与亨廷顿病相关的位点处的 DNA 甲基化发生了改变，这为加强潜在治疗干预领域的证据提供了支持。
亨廷顿病（HD）是一种由 HTT 基因外显子 1 中 CAG 三核苷酸重复扩增引起的常染色体显性神经退行性疾病，其主要病理特征为基底节特别是纹状体内的 GABA 能纹状体棘突投射神经元（SPNs）的严重变性，同时也伴随认知缺陷和精神障碍。尽管 CAG 重复长度是发病年龄的主要决定因素，但仍有大量变异无法由此解释，推测与环境因素及其介导的表观遗传修饰有关。先前的表观基因组关联研究（EWAS）多集中于大脑皮层或使用覆盖度较低的 450K 芯片，且尚未有针对 HD 主要病变区域纹状体的高分辨率甲基化图谱研究。因此，为了深入探究 DNA 甲基化在 HD 发病机制中的作用，特别是明确其在主要受累脑区及细胞类型中的变化模式，研究人员开展了此项研究。该研究成果发表于《Clinical Epigenetics》期刊。
研究人员选取了来自四个英国脑库的 42 名个体（20 名 HD 患者和 22 名非疾病对照）的死后脑组织样本，涵盖纹状体、内嗅皮层和小脑三个匹配脑区，共计 120 个样本。研究采用的关键技术方法包括：利用 Illumina Infinium Methylation EPIC v1.0 芯片进行全基因组 DNA 甲基化谱分析；通过线性回归模型校正性别、年龄、神经元/胶质细胞比例（使用 CETS 算法估算）、亚硫酸氢盐转化板及脑库来源等混杂因素进行 EWAS 分析；应用 comb-p 软件识别差异甲基化区域（DMRs）；采用加权基因相关网络分析（WGCNA）构建共甲基化模块并分析与疾病状态的相关性；结合人类及小鼠纹状体单核 RNA 测序（snRNA-seq）数据，利用表达加权细胞类型富集（EWCE）分析法确定差异甲基化基因网络的特异性细胞类型来源。
研究结果显示，在纹状体中鉴定出 7 个全基因组显著（Bonferroni 校正后 P < 6.27 × 10
-8）的差异甲基化位点（DMPs），除 PTPRN 基因位点外均表现为低甲基化，这些位点位于 LIMCH1、DAAM2、PTGDS 等基因附近，涉及尿素循环和代谢调节。在内嗅皮层和小脑中未发现 Bonferroni 显著的单一位点，但纹状体中最显著的 100 个 CpG 位点的效应量与内嗅皮层显著相关，且与既往皮层研究数据一致，提示皮层可能存在效应量较小的广泛变化。在差异甲基化区域方面，纹状体中发现 27 个显著 DMRs，其中最显著的是 PTGDS 基因启动子区的低甲基化区域；小脑中发现 GNAS 和 MEST 两个印记基因区域的低甲基化。WGCNA 分析在纹状体中识别出 6 个与 HD 状态显著相关的共甲基化模块（红、黄、绿等模块），这些模块中的基因富集于嘌呤代谢、突触信号传导及昼夜节律等通路。细胞类型富集分析进一步揭示，红色和绿色模块的基因主要富集于 D1 和 D2 型 SPNs 以及 FOXP2 神经元，而黄色模块则显著富集于星形胶质细胞，这一结果在人鼠数据中均得到验证。
讨论部分总结指出，本研究首次提供了 HD 纹状体的高分辨率甲基化图谱，证实了 DNA 甲基化改变是 HD 的重要特征，且主要集中在主要病理区域纹状体。发现的 PTGDS 低甲基化是一个新颖且稳健的发现，可能与少突胶质细胞成熟障碍有关。研究还揭示了代谢紊乱（如尿素循环异常）和特定信号通路（如 mTOR、TNF）的表观遗传调控异常，并发现这些改变与疾病相关的遗传修饰因子（如 MSH3）及行为表型（如成瘾易感性）存在潜在联系。尽管存在样本量有限和缺乏详细临床表型数据等局限性，但研究结果强调了 DNA 甲基化在 HD 病理中的潜在作用，提示尿素循环和代谢相关通路可能是潜在的治疗靶点，同时也为开发基于血液甲基化的疾病进展生物标志物提供了理论依据。未来研究需结合更精细的细胞分选技术和多组学整合分析，以进一步阐明表观遗传修饰在 HD 中的具体调控机制。
