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大家好，今天給大家分享的是2022年9月份發(fā)表在Circulation（IF=39.2）的文章。本文通過多組學(xué)分析得出遺傳對(duì)冠狀動(dòng)脈疾病風(fēng)險(xiǎn)的影響可能部分是通過血管平滑肌細(xì)胞起作用的。在冠狀動(dòng)脈疾病易感性基因座上發(fā)現(xiàn)的藥用候選致病基因有望成為新的治療靶點(diǎn)。
Effects of Coronary Artery Disease–Associated Variants on Vascular Smooth Muscle Cells
冠狀動(dòng)脈疾病相關(guān)變異對(duì)血管平滑肌細(xì)胞的影響
研究背景：全基因組關(guān)聯(lián)研究（Genome-wide association studies，GWASs）已在>190個(gè)位點(diǎn)確定了與冠狀動(dòng)脈疾?。╟oronary artery disease，CAD）密切相關(guān)的常見遺傳變異。然而，大多數(shù)這些基因座潛在生物學(xué)機(jī)制仍然未知，這阻礙了將遺傳發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為新的了解疾病機(jī)制和開發(fā)新治療方法。由GWASs鑒定的CAD相關(guān)位點(diǎn)/變異中約有2/3與常規(guī)危險(xiǎn)因素（例如，低密度脂蛋白膽固醇水平升高和血壓升高）無關(guān)，表明大多數(shù)CAD易感性基因座不通過傳統(tǒng)途徑發(fā)揮作用，因此目前的治療方法未解決問題。相反，GWASs鑒定的許多CAD基因座包含與血管細(xì)胞生物學(xué)有關(guān)的基因，它們直接指向涉及血管壁細(xì)胞的新機(jī)制。因此，確定血管細(xì)胞中的新途徑和治療靶點(diǎn)可能有助于開發(fā)新的治療方法，以補(bǔ)充當(dāng)前針對(duì)傳統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)因素的策略。血管平滑肌細(xì)胞（Vascular smooth muscle cells，VSMCs）是血管壁中的主要細(xì)胞類型，在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，是CAD的病理狀態(tài)。越來越多證據(jù)表明，遺傳對(duì)CAD風(fēng)險(xiǎn)的影響可能部分通過VSMCs發(fā)揮作用。例如許多CAD基因座的遺傳變異已被證明會(huì)影響VSMCs基因表達(dá)或影響VSMC行為。然而，尚未對(duì)來自不同個(gè)體的VSMCs生物庫基因組、轉(zhuǎn)錄組和表型分析進(jìn)行系統(tǒng)大規(guī)模分析。在這里，作者報(bào)告了該分析并描述了這些發(fā)現(xiàn)如何用于識(shí)別新的藥物靶點(diǎn)。
結(jié)果：
本研究整體思路如圖1所示。在本研究中，作者用了來自2114人的臍動(dòng)脈VSMCs。作者對(duì)1992個(gè)VSMCs生物樣本庫的760000個(gè)變體進(jìn)行基因分型，并通過插補(bǔ)獲得7334165個(gè)變體基因型信息。作者還使用鏈特異性文庫對(duì)1499個(gè)VSMC樣本進(jìn)行RNA-Seq（在培養(yǎng)物第3代）。此外，對(duì)第3代細(xì)胞進(jìn)行了VSMC增殖（n=2025樣本）、遷移（n=2019）和細(xì)胞凋亡（n=2075）測(cè)定。對(duì)所產(chǎn)生的基因型、RNA-Seq和VSMC行為參數(shù)數(shù)據(jù)集進(jìn)行了分析，如圖1中。
圖1 研究思路流程圖。
1．CAD相關(guān)變異對(duì)VSMCs基因表達(dá)/剪接的影響
使用來自RNA-Seq數(shù)據(jù)，作者進(jìn)行了多維度分析，比較了本研究中VSMCs轉(zhuǎn)錄組與來自人類冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)和其他類型細(xì)胞/組織轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)。分析表明，本研究中VSMCs基因表達(dá)譜比其他任何細(xì)胞/組織類型更接近人類冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞（圖2）。
圖2 本研究中VSMCs基因表達(dá)譜與人類冠狀動(dòng)脈SMCs和其他類型細(xì)胞/組織的比較。
2．VSMCs中CAD關(guān)聯(lián)與eQTL信號(hào)共定位
疾病GWASs和eQTL信號(hào)之間的共定位已被用作一種精細(xì)映射方法，已成功識(shí)別疾病風(fēng)險(xiǎn)位點(diǎn)的候選因果變異和候選因果基因。因此，作者將該研究中CAD GWAS和VSMC eQTL數(shù)據(jù)進(jìn)行了共定位測(cè)試。作者應(yīng)用了2種共定位工具：eCAVIAR23和SMR/HEIDI。最近一項(xiàng)人類冠狀動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞共定位研究報(bào)告了5個(gè)基因（SIPA1、TCF21、SMAD3、FES和PDGFRA），在eCAVIAR或SMR分析中顯示出與CAD GWAS信號(hào)顯著共定位。在該研究中，其中三個(gè)基因（TCF21、SMAD3和FES）在eCAVIAR和SMR分析中均顯示出顯著共定位。此外，在eCAVIAR或SMR分析中檢測(cè)到81個(gè)基因（總共84個(gè)基因，包括TCF21、SMAD3和FES）的eQTL信號(hào)與CAD GWAS信號(hào)顯著共定位，其中18個(gè)在兩種分析中都顯示出顯著共定位）。在本研究中觀察到的幾個(gè)代表性基因座中VSMC eQTL和CAD GWAS信號(hào)之間的共定位如圖3所示。84個(gè)候選因果基因染色體位置如圖4A所示。功能通路分析揭示了幾種生物通路的富集，例如轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）信號(hào)通路，其中包括TGFβ1、BMPR2、BMP1和SMAD3（圖4B）。
圖3 CAD GWAS和VSMC eQTL信號(hào)共定位。A，表達(dá)數(shù)量性狀基因座（eQTL）和GWAS相關(guān)區(qū)域因果變異識(shí)別（eCAVIAR）分析CAD GWAS和VSMC eQTL信號(hào)共定位結(jié)果。B，SMR/HEIDI分析中基于匯總數(shù)據(jù)的孟德爾隨機(jī)化/異質(zhì)性結(jié)果。C，TCF21 eQTL信號(hào)在VSMCs中與TCF21基因座處的CAD GWAS信號(hào)共定位。D，SMAD3 eQTL信號(hào)在VSMCs中與SMAD3基因座處的CAD GWAS信號(hào)共定位。E，VSMCs中FES eQTL信號(hào)與FES基因座處CAD GWAS信號(hào)共定位。F，MIA3 eQTL在VSMCs中與MIA3基因座處的CAD GWAS信號(hào)共定位。G，TGFB1 eQTL信號(hào)在VSMCs中與TGFB1基因座處的CAD GWAS信號(hào)共定位。H，VSMCs中REST eQTL信號(hào)與REST基因座處的CAD GWAS信號(hào)共定位。
圖4 候選因果基因染色體位置（A）和功能通路（B）。A，方框表示不同染色體，編號(hào)從1到22，每個(gè)方框內(nèi)顯示細(xì)胞遺傳學(xué)條帶。方框外部線條代表冠狀動(dòng)脈疾病相關(guān)變異，這些變異在血管平滑肌細(xì)胞中具有eQTL或剪接數(shù)量性狀基因座（splicing quantitative trait locus，sQTL）效應(yīng)。B，顯示了一些候選因果基因富集的已識(shí)別功能途徑。
3．候選致病基因的成藥性
VSMCs中具有eQTL信號(hào)的84個(gè)候選因果基因中有25個(gè)在eCAVIAR或SMR分析中顯示與CAD GWAS信號(hào)顯著共定位，確定了38個(gè)可成藥基因（圖5），表明它們是潛在治療靶點(diǎn)。此外，對(duì)藥物基因相互作用數(shù)據(jù)庫的查詢表明，84個(gè)候選因果基因中有13個(gè)具有藥物-基因相互作用的證據(jù)（圖5）。
圖5 與CAD GWAS信號(hào)顯著共定位的VSMCs中具有eQTL信號(hào)基因的成藥性。
4．與VSMC行為相關(guān)的共表達(dá)基因模塊
使用VSMC轉(zhuǎn)錄組和細(xì)胞行為數(shù)據(jù)集，作者研究了基因表達(dá)水平和VSMC行為之間可能存在的關(guān)聯(lián)。預(yù)計(jì)VSMC行為同時(shí)受到許多基因影響，作者進(jìn)行了WGCNA。WGCNA分析揭示了幾個(gè)共表達(dá)基因模塊與各種VSMC行為參數(shù)高度顯著關(guān)聯(lián)（圖6和7）；例如，MEgreen模塊與VSMC增殖負(fù)相關(guān)（圖6和6B），而MEturquoise模塊與細(xì)胞凋亡負(fù)相關(guān)（圖7A和7B）。為了測(cè)試MEgreen模塊中樞基因YIPF6對(duì)VSMC增殖的影響以及MEturquoise模塊中樞基因SLC25A36對(duì)細(xì)胞凋亡的影響，作者用siRNA介導(dǎo)的YIPF6敲低在VSMCs中進(jìn)行了增殖測(cè)定，并在VSMC中用siRNA介導(dǎo)的SLC25A36敲低進(jìn)行了細(xì)胞凋亡測(cè)定。實(shí)驗(yàn)表明，YIPF6敲低增加了VSMC增殖（圖6C），而SLC25A36敲低促進(jìn)了VSMC細(xì)胞凋亡（圖7C）。GO分析表明，各種共表達(dá)的基因模塊在特定生物過程、細(xì)胞成分、分子功能和功能通路中具有顯著富集。例如，MEgreen模塊在吞噬體、膜運(yùn)輸和囊泡介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)通路中顯著富集（圖6D），而MEturquoise模塊在參與鈣粘蛋白信號(hào)傳導(dǎo)、Wnt信號(hào)傳導(dǎo)和編碼細(xì)胞外基質(zhì)蛋白中顯著富集（圖7D）。
圖6 與VSMC增殖和功能途徑相關(guān)的共表達(dá)基因模塊。A，共表達(dá)基因模塊與VSMC增殖相關(guān)性熱圖。B，個(gè)體基因表達(dá)水平與低強(qiáng)度EdU染色陽性VSMCs百分比相關(guān)系數(shù)。C，MEgreen模塊中樞基因YIPF6對(duì)VSMC增殖的影響。D，MEgreen模塊中富集的生物途徑。
圖7 與VSMC凋亡和功能通路相關(guān)的共表達(dá)基因模塊。A，共表達(dá)基因模塊與VSMC凋亡參數(shù)相關(guān)性熱圖。B，個(gè)體基因表達(dá)水平和星孢菌素處理4小時(shí)后低強(qiáng)度EdU染色陽性VSMCs百分比相關(guān)系數(shù)。C，MEturquoise模塊中樞基因SLC25A36對(duì)VSMC凋亡的影響。D，MEturquoise模塊中富集的生物途徑。
結(jié)論：
本研究對(duì)VSMC基因組、轉(zhuǎn)錄組和細(xì)胞行為數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，確定了84個(gè)可能通過VSMC調(diào)節(jié)CAD風(fēng)險(xiǎn)的基因，其中一些基因（例如：TGFB1、SMAD3、BMP1和BMPR2）可能與影響VSMC行為通路相關(guān)。在已確定的候選致病基因中，38個(gè)具有潛在成藥性，因此有希望成為治療靶點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)可用于為局部靶向VSMC新療法的開發(fā)提供信息，并補(bǔ)充當(dāng)前針對(duì)傳統(tǒng)CAD風(fēng)險(xiǎn)因素的干預(yù)措施。
參考文獻(xiàn)：Solomon C U, McVey D G, Andreadi C, et al. Effects of Coronary Artery Disease-Associated Variants on Vascular Smooth Muscle Cells[J]. Circulation. 2022,146(12):917-929.
