腸道菌群一直是國自然的熱點，如果跟孟德爾隨機化掛鉤就是高分系列！還不用做實驗，這不趕緊上車！？關注小云，這里有一大把高分思路、生信熱點等你來哦~ 小云細細讀了這篇文章，文章的思路很簡單。氧化應激（OS）是克羅恩?。–D）的關鍵病理生理機制，作者使用基于多組學摘要數(shù)據(jù)的孟德爾隨機化（SMR）方法來預測CD中OS基因的因果效應和潛在機制，最后在中山大學附屬第一醫(yī)院的獨立多組學隊列中進行驗證，簡簡單單幾張圖表，就揭示了OS與CD中DNA甲基化和腸道微生物群相互作用的關系，還發(fā)表了接近10分的SCI，不得不感嘆，孟德爾隨機化果然是SCI的新寵兒！?

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題目：一項多組學孟德爾隨機研究：氧化應激基因表達、DNA甲基化和腸道微生物群相互作用引發(fā)克羅恩病

雜志：

BMC Medicine

影響因子：IF=9.3

發(fā)表時間：2023年5月

研究背景

氧化應激（OS）是克羅恩?。–D）的關鍵病理生理機制。OS相關基因會受到環(huán)境因素、腸道炎癥、腸道微生物群和表觀遺傳變化的影響。OS相關基因的表達與腸道屏障完整性受損、微生物生態(tài)失調(diào)，DNA甲基化（DNAm）有關。然而，OS作為潛在CD病因學因素的作用尚不清楚，多組學孟德爾隨機化（SMR）法有助于CD相關的OS基因的潛在機制。

數(shù)據(jù)來源

研究思路

從GeneCards數(shù)據(jù)庫中搜集OS相關基因。從GEO數(shù)據(jù)庫中收集腸道轉錄組數(shù)據(jù)集，并進行Meta分析，識別CD中OS相關的差異表達基因（DEGs）。使用SMR方法對來自血液的表達數(shù)量性狀位點（eQTLs）和DNA甲基化QTLs （mQTLs）的CD全基因組關聯(lián)研究（GWAS）進行整合分析，分析與CD風險相關的血液OS基因及其調(diào)控元件。整合最新的腸道eQTLs和糞便微生物eQTLs (mbQTLs)，通過SMR和共定位分析宿主OS基因表達與腸道微生物群之間潛在的相互作用。另外兩種SMR方法用于敏感性分析。最后在中山大學第一附屬醫(yī)院的獨立多組學隊列中得到驗證。

主要結果

1.?差異表達的OS基因的Meta分析

通過從公共數(shù)據(jù)庫獲得的6個基因表達數(shù)據(jù)集（3個微陣列數(shù)據(jù)集和3個RNA-seq數(shù)據(jù)集），用Meta分析比較CD患者和健康人腸道組織的RNA表達。從GeneCards獲得817個OS的相關基因。根據(jù)Meta分析，438個OS基因在CD和對照組織之間存在差異表達（圖1A）。相關性強的前5位基因分別是DUOX2、MMP3、S100A8、MMP1和IL1B，研究表明這些基因與IBD腸道炎癥相關。對DEGs進行細胞類型特異性表達分析（CSEA）。在23種細胞分類中，OS相關的DEGs在腸道細胞中顯著富集（圖1B），表明上皮細胞在在腸道調(diào)節(jié)中發(fā)揮氧化應激調(diào)節(jié)作用和維持粘膜穩(wěn)態(tài)。

2.整合來自血液中的GWAS和OS相關的eQTL/mQTL數(shù)據(jù)

采用三步SMR法確定CD的關鍵致病基因，并分析其在血液中基因調(diào)控的表觀遺傳機制。作者將438個與OS相關的cis-eQTLs（94037個SNP-基因對）及其cis-mQTLs（52761個SNP-CpG位點）與CD的GWAS匯總數(shù)據(jù)進行整合，共得到了16個OS相關基因。進一步整合分析假定的cis-eQTLs和cis-mQTLs數(shù)據(jù)，然后分析8個可能調(diào)控5個鄰近基因的DNAm探針（BAD、SHC1、STAT3、MUC1和GPX3）。結果表明這些CpG位點明顯富集在外周血細胞的轉錄起始位點，包括初級造血干細胞，主要T輔助記憶血細胞，和初級單核血細胞。

3.血液中甲基化調(diào)控基因表達介導的CD致病基因

三步SMR分析表明SNP信號與STAT3在CD GWAS、eQTL、mQTL的數(shù)據(jù)研究中具有顯著性意義。DNAm探針cg06422947位于STAT3上游427 kbp的增強子區(qū)。該位點的甲基化水平對STAT3表達和CD發(fā)病呈負相關，而STAT3表達水平與疾病呈正相關。所以可以推測，STAT3增強區(qū)的較低水平的DNAm可以上調(diào)STAT3的表達，隨后增加CD風險（圖2A，B）。另一個關鍵基因是GPX3，位于啟動子區(qū)域的DNAm探針cg08580836與GPX3的表達呈負相關。較高的GPX3基因表達和較低的甲基化水平可降低患CD的風險。因此，基因變異可能通過調(diào)節(jié)啟動子DNAm狀態(tài)來上調(diào)GPX3的表達，對CD的發(fā)病有保護作用（圖2C，D）。

4.?來自腸組織的GWAS和OS?eQTL/mbQTL數(shù)據(jù)

宿主遺傳因素和腸道微生物群在CD中發(fā)揮了關鍵作用。對來自GTEx（n=860）的三個腸組織（乙狀結腸、橫結腸和小腸）的eQTL數(shù)據(jù)進行了meta分析，隨后，對來自1000個IBD患者（n=299）的腸道eQTL數(shù)據(jù)進行了meta分析。最終的meta分析確定了分析確定了分析確定了43,975對順式SNP基因對，對應392個OS相關基因。SMR分析表明了這5個腸道表達基因MUC1、CD40、PARK7、PRKAB1和NDUFS1在CD中的潛在因果作用。為了進一步從宿主-微生物相互作用探討腸道OS基因的作用，通過共定位分析，作者將mbQTL匯總統(tǒng)計與上述eQTL數(shù)據(jù)結合起來，共識別到6對基因表達-微生物通路，包括MUC1、CD40和PRKAB1這3個基因。

5.預測的CD致病基因與腸道基因-微生物群的相互作用相關

基于SMR和共定位分析，MUC1是與腸道微生物群相關的CD腸道組織中的OS致病關鍵基因（圖3A），MUC1表達的升高可能與CD的發(fā)病中有相關性。CD40基因是另一個參與腸道基因-微生物群相互作用的關鍵基因（圖3B）。另一個候選的致病基因是PRKAB1（圖3C），PRKAB1的表達與患CD的風險呈負相關。

6.?在FAHSYS外部隊列中OS DEGs的復制和基因-微生物群相互作用分析

為了進一步驗證上述基因的準確性，作者在一個外部獨立的FAHSYS隊列中使用腸道轉錄組測序數(shù)據(jù)驗證了meta分析的DEGs結果。圖4結果表明，88.79%的DEGs在FAH-SYS 隊列中被復制，并且在FAH-SYS隊列中MUC1-耐酸芽孢桿菌和PRKAB1-大腸桿菌對之間的關聯(lián)與 eQTL-mbQTL共定位一致。這項多組學整合研究說明，導致CD的OS基因受DNA甲基化和宿主-微生物群相互作用的調(diào)節(jié)。

文章小結

看完了文章，是不是思路很簡單！這個文章選擇了熱點“甲基化”、“腸道菌群”，再加上“氧化應激”，具有比較高的創(chuàng)新性。利用SMR分析克羅恩病中氧化應激基因表達對DNA甲基化和腸道微生物群相互作用的影響，運用SMR敏感性分析、共定位分析和多種統(tǒng)計學方法，最后在外部臨床數(shù)據(jù)集中進行驗證。只需公共數(shù)據(jù)挖掘+分析，零實驗，就發(fā)到接近10分的文章，趕緊來模仿！