題目：通過孟德爾隨機(jī)化分析確定多發(fā)性硬化癥的潛在藥物靶點(diǎn)

雜志：brain

影響因子：IF=14.5

發(fā)表時(shí)間：2023年3月

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研究背景

多發(fā)性硬化癥（MS）的治療目前仍然面臨挑戰(zhàn)，需要尋找新的治療靶點(diǎn)。研究者使用Mendelian randomization（MR）方法，結(jié)合基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，探索了多種血漿和腦脊液蛋白質(zhì)與MS之間的因果關(guān)系，以此來鑒定潛在的治療靶點(diǎn)。該研究的意義在于為MS的治療提供了新的思路和方向，為開發(fā)新的治療方法提供了有力的支持。

數(shù)據(jù)來源

研究思路

通過使用Mendelian randomization（MR）方法，結(jié)合基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，探索多種血漿和腦脊液蛋白質(zhì)與MS之間的因果關(guān)系。為此，他們使用了GWAS數(shù)據(jù)、血漿pQTL數(shù)據(jù)和腦脊液pQTL數(shù)據(jù)，通過MR方法鑒定潛在的治療靶點(diǎn)。接著，作者對(duì)主要發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了進(jìn)一步驗(yàn)證。具體來說，使用雙向孟德爾隨機(jī)化分析和Steiger過濾、貝葉斯共定位和表型掃描等方法，以確保所鑒定的蛋白質(zhì)與MS之間的因果關(guān)系是可靠的。此外，還進(jìn)行了蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)，以揭示蛋白質(zhì)和/或目前的多發(fā)性硬化癥藥物之間的潛在關(guān)聯(lián)。最后，研究者對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了分析和討論，探討其對(duì)MS治療的潛在影響和意義。同時(shí)，他們也指出了研究的局限性和未來的研究方向。

圖?1?鑒定與 MS 因果相關(guān)的血漿和腦脊液蛋白的研究設(shè)計(jì)。

主要結(jié)果

1.篩選蛋白質(zhì)組中的多發(fā)性硬化癥致病蛋白

在 Bonferroni 顯著性（P < 5.63 × 10?5）下，MR 分析顯示了 6 個(gè)蛋白質(zhì) - MS 對(duì)（表 1 和圖 2A 和 B），包括血漿中的 Fc 受體樣蛋白 3 (FCRL3)、胸苷磷酸化酶 (TYMP) 和 α-2-HS-糖蛋白 (AHSG)，以及膜金屬內(nèi)肽酶樣 1 (MMEL1)，信號(hào)淋巴細(xì)胞激活分子 F7 (SLAMF7) ) 和腦脊液中的 CD5 抗原樣 (CD5L)。具體來說，F(xiàn)CRL3、TYMP、AHSG、SLAMF7和 CD5L降低了 MS 的風(fēng)險(xiǎn)，而 MMEL1 升高可降低 MS 風(fēng)險(xiǎn)。初步分析中分析的蛋白質(zhì)未檢測(cè)到異質(zhì)性。

圖 2 血漿和腦脊液蛋白的 MR 結(jié)果以及 MS 風(fēng)險(xiǎn)。

2.多發(fā)性硬化癥致病蛋白的敏感性分析

MR?分析揭示的六種蛋白質(zhì)中的五種被確定為?MS?的潛在藥物靶點(diǎn)，包括?FCRL3、TYMP、AHSG、MMEL1?和?SLAMF7。首先，雙向?MR?分析沒有揭示?MS?對(duì)六種已識(shí)別蛋白質(zhì)水平的任何因果影響，Steiger?過濾進(jìn)一步確保了方向性（表?2?和補(bǔ)充圖?1）。其次，貝葉斯共定位強(qiáng)烈表明?FCRL3 (coloc.abf-PPH4 = 0.889)、TYMP (coloc.susie-PPH4 = 0.896)、AHSG (coloc.abf-PPH4 = 0.957、coloc.susie-PPH4 = 0.973)、MMEL1 (coloc.abf-PPH4 = 0.930)?和?SLA MF7 (coloc.abf-PPH4 = 0.947)?與?MS?具有相同的變體（表?2?和補(bǔ)充圖?2）。最后，經(jīng)過表型掃描，發(fā)現(xiàn)FCRL3（rs7528684）與1型糖尿病、Fc受體樣蛋白4（FCRL4）、免疫球蛋白超家族成員11（IGSF11）和殺傷細(xì)胞免疫球蛋白樣受體3DL3（KIR3DL3）相關(guān)；?TYMP（rs131798）被發(fā)現(xiàn)與血細(xì)胞特征和嘧啶代謝相關(guān)，例如平均紅細(xì)胞血紅蛋白、平均紅細(xì)胞體積、尿苷和2-脫氧尿苷；?AHSG（rs35094235）被發(fā)現(xiàn)與活化部分凝血活酶時(shí)間（APTT）相關(guān)；?MMEL1（rs10909839）被發(fā)現(xiàn)是原發(fā)性硬化性膽管炎的易感基因，并間接影響MS、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和乳糜瀉；?CD5L?被發(fā)現(xiàn)與?Fc?受體樣蛋白?1 (FCRL1)?相關(guān)。相反，SLAMF7?沒有觀察到顯著關(guān)聯(lián)（表?2）。同時(shí)，F(xiàn)CRL3?和?CD5L pQTL?顯示出暗示相關(guān)性（LD r2 = 0.65）。

補(bǔ)充圖1 六種潛在致病蛋白水平上多發(fā)性硬化癥的雙向 MR 分析

補(bǔ)充圖2 六種潛在致病蛋白和多發(fā)性硬化的貝葉斯共定位分析

3.血漿和腦脊液中分析蛋白質(zhì)的比較

在蛋白質(zhì)水平上，CSF 和血漿 MR 結(jié)果之間不存在顯著負(fù)相關(guān)（Spearman 相關(guān)系數(shù) = -0.037，蛋白質(zhì)數(shù)量 = 66，無 P 值閾值）。同時(shí)，當(dāng)使用不同的P值閾值限制分析中包含的蛋白質(zhì)數(shù)量時(shí)，負(fù)相關(guān)仍然存在并且仍然不顯著（補(bǔ)充圖3）。通過文本挖掘和共表達(dá)進(jìn)行的進(jìn)一步 PPI 網(wǎng)絡(luò)分析表明，基于血漿的 AHSG 和基于 CSF 的 CD5L 可能存在關(guān)聯(lián)。蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)MR還顯示，血漿FCRL3水平的增加導(dǎo)致CSF CD5L增加（β = 6.883，P = 1.140 × 10?66），而較高的CSF CD5L則相反降低血漿FCRL3（β = -0.106，P = 1.296 × 10?7）。然而，蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)共定位并不支持血漿-腦脊液蛋白質(zhì)關(guān)聯(lián)。

?

補(bǔ)充圖3?漿蛋白質(zhì)組與腦脊液蛋白質(zhì)組MR估計(jì)值比較分析

4.潛在藥物靶點(diǎn)與當(dāng)前多發(fā)性硬化癥藥物的關(guān)聯(lián)

PPI 網(wǎng)絡(luò)揭示了三種優(yōu)先蛋白質(zhì)（FCRL3、TYMP 和 SLAMF7）與四種當(dāng)前多發(fā)性硬化癥藥物的靶標(biāo)之間的相互作用。使用 STRING，MS4A1–FCRL3 和 PNP–TYMP 被確定具有最可靠的相互作用（已知相互作用）。具體來說，F(xiàn)CRL3 與 B 淋巴細(xì)胞抗原 CD20 (MS4A1) 相關(guān)，后者是 ocrelizumab 和 ofatumumab 的靶標(biāo)。STRING 還揭示了 FCRL3 和 MS4A1 存在物理相互作用，表明這兩種蛋白質(zhì)非常接近，但不一定直接接觸。TYMP 與克拉屈濱的兩個(gè)靶標(biāo)、嘌呤核苷磷酸化酶?(PNP) 和核糖核苷酸還原酶調(diào)節(jié) TP53 誘導(dǎo)亞基 M2B (RRM2B) 相關(guān)。有趣的是，PNP 和 TYMP 在嘧啶代謝中富集。SLAMF7 與阿侖單抗的靶標(biāo) CAMPATH-1 抗原 (CD52) 相關(guān)（圖 3）。我們還在 Drugbank 數(shù)據(jù)庫中搜索了針對(duì)已確定的潛在致病蛋白的當(dāng)前藥物。確定了兩種可能改善疾病的藥物：氟尿苷（TYMP 的誘導(dǎo)劑）和 elotuzumab（SLAMF7 的調(diào)節(jié)劑）。

圖?3?當(dāng)前?MS?藥物靶點(diǎn)與已確定的潛在藥物靶點(diǎn)之間的相互作用。

5.?多發(fā)性硬化癥潛在藥物靶點(diǎn)的外部驗(yàn)證

使用不同數(shù)據(jù)集中的相同變異和顯著變異策略來復(fù)制主要發(fā)現(xiàn)，在英國生物銀行和?FinnGen?隊(duì)列中還發(fā)現(xiàn)?MMEL1?與?MS?相關(guān)，而?FCRL3?僅在英國生物銀行中與?MS?相關(guān)。例如，使用?Ferkingstad?等人報(bào)道的全基因組顯著變異16?作為遺傳工具，增加?FCRL3?會(huì)增加?MS?風(fēng)險(xiǎn)（OR = 0.85；95% CI，0.74–0.97；P = 0.017）。此外，在英國生物庫中，AHSG?對(duì)?MS?有輕微顯著的因果影響，MS?風(fēng)險(xiǎn)增加的?OR?表示為血漿蛋白水平每?SD?增加和?CSF?蛋白水平每?10?倍增加。（圖?4）。（ps：結(jié)合大量的外部數(shù)據(jù)對(duì)多發(fā)性硬化癥潛在藥物靶點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證，瞬間提升了文章的質(zhì)量，感興趣的小伙伴可以借鑒學(xué)習(xí)！）

圖?4 使用 (A) 英國生物銀行和 (B) FinnGen 隊(duì)列的數(shù)據(jù)對(duì)六種潛在因果蛋白與 MS 的外部驗(yàn)證

小結(jié)

本篇文章使用孟德爾隨機(jī)化的方法，結(jié)合基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，探索多種血漿和腦脊液蛋白質(zhì)與多發(fā)性硬化癥之間的因果關(guān)系。不論是在選取研究對(duì)象還是在研究方法上都有巨大的亮點(diǎn)，并且通過大規(guī)模的GWAS數(shù)據(jù)和蛋白質(zhì)組學(xué)數(shù)據(jù)，外加潛在藥物靶點(diǎn)的外部驗(yàn)證，邏輯縝密，思路清晰，這篇14+的top實(shí)至名歸！如果你還苦惱于生信分析沒有思路，或者嫌分析方法太過簡(jiǎn)單、太過老套，想要?jiǎng)?chuàng)新思路的，或者對(duì)單細(xì)胞分析、多組學(xué)聯(lián)合分析等方向感興趣的小伙伴快來聯(lián)系小云吧！