近年来，随着全基因组关联研究（GWAS）及各种组学数据的飞速发展，孟德尔随机化（MR）方法在医学领域得到了广泛应用。近日，有小伙伴问小云孟德尔随机化有没什么新花样？这不今天小云就来安排上了。
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1、这篇文献综合运用GWAS、eQTLs、sQTLs和单核RNA测序数据，为原发性开角型青光眼（POAG）和眼内压（IOP）的遗传学研究提供了新的视角。它不仅揭示了可能的因果基因和细胞类型，还强调了遗传变异在眼内压调节和青光眼发病机制中的复杂作用。
2、研究者采用了一种创新的方法论，结合了多种生物信息学工具和统计方法，如共定位分析、孟德尔随机化和ECLIPSER分析，这些方法的整合极大地提高了研究的精确性和可靠性。（ps：小云这里还有其他的新颖的科研热点方向，而且能提供特色数据库构建、免费思路评估、付费生信分析等服务，小伙伴们扫码call我吧～）
- 题目：将基因调控和单细胞表达与 GWAS 相结合，优先确定青光眼的致病基因和细胞类型
- 杂志：Nature Communications
- 影响因子：IF=16.6
- 发表时间：2024年1月
研究背景
原发性开角型青光眼（Primary open-angle glaucoma, POAG）是一种导致不可逆性失明的主要原因。尽管已知眼内压升高是POAG的一个主要风险因素，但许多患者眼内压正常，这表明可能存在其他导致视神经损伤的过程。为了更好地理解POAG的分子基础，研究者们进行了一项综合分析，结合了基因组关联研究（GWAS）、表达量性状位点（eQTLs）和剪接量性状位点（sQTLs）数据，以及单核RNA测序数据。通过这种方法，研究揭示了可能对POAG发病机制产生贡献的调控机制、基因、通路和细胞类型。
研究思路
主要结果
1、通过共定位分析，研究者识别了与POAG和IOP相关的多个遗传位点中的因果基因。
通过应用共定位分析方法，研究者们对原发性开角型青光眼（POAG）和眼内压（IOP）的基因组关联研究（GWAS）数据进行了深入挖掘。他们利用了来自GTEx项目的49种组织的表达量性状位点（eQTLs）和剪接量性状位点（sQTLs）数据，以及视网膜的单细胞表达数据。通过结合这些丰富的数据资源，并运用eCAVIAR和enloc两种贝叶斯共定位方法，研究者成功地识别了多个与POAG和IOP相关的遗传位点中的因果基因。这一发现显著推进了对青光眼遗传基础的理解，为未来的精准医疗和新疗法的开发奠定了坚实的基础。共定位分析结果显示，约60%的POAG和IOP GWAS位点与至少一个eQTL或sQTL显著共定位。
图1 共定位分析结果。
2、MR分析为共定位分析中识别的e/sQTLs与POAG和IOP之间的因果关系提供了额外的遗传学支持。
研究团队采用了孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）方法来进一步验证共定位分析中识别的表达量性状位点（eQTLs）和剪接量性状位点（sQTLs）与原发性开角型青光眼（POAG）和眼内压（IOP）之间的因果关系。通过使用欧洲血统的POAG和IOP的GWAS摘要统计数据，研究者们应用了两种样本MR方法，以评估e/sQTLs与疾病或性状之间的潜在因果效应。结果显示，大约75%的共定位e/sQTLs通过了MR分析，支持了它们与POAG和/或IOP的因果关联。这些发现为理解青光眼的遗传机制提供了强有力的遗传证据，并且强调了e/sQTLs在揭示复杂疾病的分子和细胞机制中的重要作用。
3、ECLIPSER分析揭示了在青光眼相关的眼组织中，特定细胞类型（如睫状肌纤维细胞、视网膜星形胶质细胞等）中富集的POAG和IOP相关基因。
研究团队运用了ECLIPSER方法，这是一种专门设计用于单细胞表达和调控数据的分析工具，以识别在青光眼相关眼组织中富集的特定细胞类型的基因。通过对来自不同眼组织（包括前段、视网膜、视神经头及其周围后部组织）的单核RNA测序数据进行深入分析，研究者们揭示了与POAG和IOP相关的基因在特定细胞类型中的富集模式。结果显示，POAG相关基因特别富集在视网膜的星形胶质细胞和Müller胶质细胞中，而IOP相关基因则在血管内皮细胞和周细胞中有显著富集。这些发现不仅揭示了青光眼病理生理过程中可能的关键细胞类型，而且为未来针对这些细胞类型的治疗策略提供了重要的分子靶点。
图3细胞类型特异性表达。
4、基因集富集分析表明，POAG和IOP相关基因在细胞外基质组织、细胞粘附和血管发育等生物学过程中富集。
研究者们通过基因集富集分析（Gene Set Enrichment Analysis）探讨了POAG和IOP相关基因在生物学过程和通路中的参与情况。他们利用了GeneEnrich软件，将共定位分析中识别的基因与多个生物信息数据库中的基因集进行比较，以评估这些基因在特定生物学通路中的富集程度。分析结果表明，POAG相关基因在细胞外基质组织、细胞粘附和血管发育等过程中显著富集，而IOP相关基因则与调控细胞骨架组织、细胞-细胞粘附和血管形态发生等过程密切相关。这些发现揭示了青光眼病理过程中潜在的关键生物学机制，并为未来的治疗策略提供了可能的干预通路。通过这种方法，研究不仅加深了对青光眼分子基础的理解。
5、研究结果提出了可能的新治疗靶点，包括与血管发育和神经保护相关的基因和细胞类型。
通过综合分析GWAS数据、eQTLs、sQTLs以及单细胞RNA测序数据，研究者们识别出了与原发性开角型青光眼（POAG）和眼内压（IOP）相关的基因和细胞类型。他们特别关注了那些在IOP独立机制中可能发挥作用的基因，如CDKN2B-AS1和RERE，这些基因在视网膜的特定细胞类型中表达增加，可能通过影响细胞周期和细胞凋亡来增加POAG风险。此外，研究还发现与血管发展相关的基因，如ANGPT1和ANGPT2，它们的表达增加可能有助于降低IOP水平。
图5 新治疗靶点的提出。
文章小结
本研究通过整合基因组关联研究（GWAS）、表达量性状位点（eQTLs）和剪接量性状位点（sQTLs）数据，以及单核RNA测序数据，对原发性开角型青光眼（POAG）和眼内压（IOP）的遗传基础进行了深入分析。研究团队运用共定位分析方法，成功识别了与疾病相关的因果基因，并利用孟德尔随机化（MR）方法进一步验证了这些基因的因果关系。此外，通过ECLIPSER分析，研究揭示了特定细胞类型在疾病发生中的潜在作用，特别是在视网膜星形胶质细胞和Müller胶质细胞中富集的POAG相关基因，以及在血管内皮细胞和周细胞中富集的IOP相关基因。这些发现不仅为理解青光眼的分子和细胞机制提供了新的视角，也为未来治疗策略的开发提供了重要的分子靶点。
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