【Nature Human Behaviour】复旦沈侠团队联合SCALLOP联盟绘制血浆神经蛋白遗传图谱

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研究背景

精神健康问题一直在全球范围内备受关注。尤其是在新冠疫情之后,隔离和生活方式的改变和对感染的恐惧等增加了对人类精神健康的影响,使其成为了公共卫生讨论的前沿话题。精神疾病因神经生物学机制十分复杂和性状异质性为医学研究带来了挑战。全基因组关联研究(GWAS)虽然可以成功识别疾病的相关遗传变异,但对复杂疾病的影响通常很小,且不提供表型分子结构信息对DNA翻译产物——蛋白质检测有助于克服这一障碍。蛋白组学近年来发展迅速,并在心血管等一系列综合性疾病的分子机制解码中发挥了重要作用。采用血浆循环蛋白作为临床生物标志物,有望为神经精神疾病研究提供病理生理学见解,助力诊断方法优化和为靶向治疗奠定基础。
 

新文速递

复旦大学粤港澳大湾区精准医学研究院沈侠教授团队联合SCALLOP联盟,在国际期刊Nature Human Behaviour (IF = 21.27)上发表了一项突破性研究成果:研究团队利用对低丰度蛋白具有高测量准确性的邻位延伸分析技术(Proximity Extention Assay, PEA),选取Olink神经panel和Olink神经探索panel,对12,000多名个体血浆样本中的184种神经系统相关循环蛋白,进行了大规模全基因组关联荟萃分析(GWAMA);研究鉴定了125个顺式蛋白质数量性状位点(cis-pQTL)和164个反式蛋白质数量性状位点(trans-pQTL),这些pQTL平均解释了50%的遗传变异,并与多种人类行为特征(如吸烟饮酒,教育程度等)共享遗传基础;研究还结合现有药物数据库,验证了52种药物靶点的作用,并提出了数百个药物再利用和全新治疗靶点。该研究深化了对神经相关蛋白的遗传学认识,揭示了新的治疗方向。pQTL的发现和因果推断为临床研究提供了宝贵的信息,有助于多组学分析的整合以探索复杂疾病背后的分子机制。

亮点结果
 ● 血浆神经蛋白遗传谱图的构建
发现阶段,研究人员通过对12个队列中12,176名个体的92种蛋白质(Olink神经panel)和5,013名个体的92种蛋白质(Olink神经探索panel)进行了GWAMA分析。该分析识别出了分布在125个cis-pQTL164个trans-pQTL中的289个最显著变异。其中74个蛋白质在cis-和trans-调控位点均有显著相关变异。
如预期,cis-pQTL的关联信号总体比trans-pQTL更强。但研究中也发现了24个蛋白质共享了14个trans-pQTL,包括HLA区域和ABO等众所周知的多效性位点。与trans-pQTL相比,cis-pQTL的表达数量性状位点(eQTL)共定位更多。研究人员假设,trans-pQTL可能受到血液样本的潜在特质影响。基因富集分析表明,trans-pQTL的基因显著富集于炎症和免疫反应、凝血过程等生物学通路。因此,需要重视凝血因子对蛋白质定量方法的影响,并谨慎解读它的trans-pQTL。

所得pQTL的总体概述

 蛋白标志物中药物靶点的发现

蛋白质通常是直接的药物靶点。研究团队结合DrugBank和Drugs.com中现有的药物数据,通过共定位和孟德尔随机化(MR)因果推断分析,发现了91个针对其中17种蛋白质靶点的药物,其产生了443种药物-蛋白质-表型组合。在91种药物中,39种暂无明确的临床适应症。将MR结果和余下的52种药物的适应症和临床副作用相匹配后,研究团队找到了142种药物再利用和66个已有药物和疗效匹配的组合。其中52对组合在MR推断中的药物影响和药物对表型的实际药理作用相同;5对组合具有较强的共定位支持,且MR估计效应与对应药物的药理作用方向一致。

MR分析发现的药物靶点

 蛋白质与行为及神经相关疾病的关联

cis-pQTL区域为重点,研究团队揭示了神经相关蛋白与一系列复杂疾病的共享遗传结构。研究人员收集了两个来源(Neale实验室的UKB GWAS数据和精神病学基因组学联盟,PGC数据)的GWAS数据,并采用共定位和MR分析阐述cis-pQTL中蛋白质与复杂性状的遗传相关性。在201个性状中获得了56个蛋白质的287个显著MR效应,包括43种人类行为特征22种精神或神经疾病19种其它复杂疾病特征(包括传染病、心血管疾病、代谢性疾病等)。

MR分析推断蛋白质对人类行为特征的影响
研究团队还发现,某些蛋白质与认知功能变的关系比单独的基因变异更为密切,这为理解神经精神疾病的分子机制提供了新的视角。此外,研究还发现,一些蛋白质标记对行为表型和神经系统疾病都有影响,显示了蛋白质在多种生物学过程中的多效性。这些发现强调了神经精神疾病的多因素性质,及它们与其他系统性疾病之间可能存在的共同分子通路
 

写在最后

神经蛋白遗传图谱的绘制为未来研究提供了大规模的汇总参考数据。尽管在MR分析中这些蛋白质被发现具有较小的单独影响,75%被识别的蛋白质在血浆浓度水平较低时会导致更差的健康状态,包括精神健康恶化和相关非精神类并发症。这也与神经与精神疾病的多因素起因概念一致,其并不局限于神经系统,而是机体内多系统相互作用的产物。对精神神经类疾病、炎症和心血管紊乱等疾病相互影响和作用关系原理的识别十分困难,为临床研究带来了长久的挑战。本研究表明这些紊乱可能共享了分子机制和通路,为开发诊断工具和治疗策略提供了基础。文中报道的一系列药物再利用靶点也表明了已有药物针对全新临床症状的潜在利用潜力。
 
 

参考文献:

1. Repetto, L., Chen, J., Yang, Z. et al. The genetic landscape of neuro-related proteins in human plasma. Nat Hum Behav (2024). 

2. Mental Health and COVID-19: Early evidence of the pandemic’s impact. Geneva: World Health Organization; 2022.

 

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2025年1月8日 11:07
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