全基因组关联研究揭示GPM6A基因位点与肌萎缩侧索硬化发病年龄的关联

《Communications Biology》：A genome-wide association study identifies the GPM6A locus associated with age at onset in ALS

　　本研究针对肌萎缩侧索硬化(ALS)发病年龄(AAO)存在显著临床异质性的问题，通过全基因组关联研究(GWAS)发现ADAM29-GPM6A基因座的rs113161727变异与日本ALS患者较早发病年龄显著相关。该位点次要等位基因A可使发病年龄提前4.27年(p=4.60×10-8)，且在独立队列中验证成功。机制研究表明该变异通过上调GPM6A表达影响疾病进程，为ALS个性化治疗提供了新靶点。

　　

肌萎缩侧索硬化(ALS)是一种致命的神经退行性疾病，患者运动神经元进行性退化导致肌肉无力、延髓麻痹，最终因呼吸衰竭死亡。这种疾病的临床特征表现出高度异质性，特别是在发病年龄方面差异显著——日本ALS患者的发病年龄从20岁到80岁不等，中位发病年龄为62.1岁。发病年龄不仅是疾病进程的重要预测指标，还与临床症状表现密切相关：较晚发病的ALS患者往往有更高的延髓起病率，且功能衰退速度更快。

尽管某些ALS致病基因如SOD1和FUS的突变已被证明会影响发病年龄，但携带相同基因突变的患者仍然表现出显著的发病年龄差异，这提示存在其他遗传修饰因子在发挥作用。然而，这些影响ALS发病年龄的具体遗传因素至今仍不明确。

为了解决这一科学问题，日本肌萎缩侧索硬化研究联盟(JaCALS)开展了一项大规模的全基因组关联研究(GWAS)。研究人员汇集了1808名日本ALS患者作为发现队列，207名患者作为验证队列，系统分析了遗传变异与发病年龄的关联。

研究发现显示，位于4q34.2区域的单核苷酸多态性(SNP)rs113161727与ALS发病年龄存在全基因组水平的显著关联。该位点次要等位基因A与较早发病年龄相关，在发现队列中使发病年龄提前4.27年(p=4.60×10^-8)，这一发现在独立验证队列中也得到确认(p=0.0068)。荟萃分析进一步强化了这一关联的可靠性(p=1.08×10^-9)。

特别值得注意的是，在65名携带SOD1突变的ALS患者中，rs113161727的A等位基因携带者比非携带者发病年龄提前达10.2年(p=0.002)，表明该遗传修饰因子在遗传性ALS中可能发挥更强烈的效应。

研究人员进一步探讨了rs113161727对ALS临床表型的影响。研究发现，该位点的A等位基因显著增加下肢起病的风险(p=0.005)，同时有降低延髓起病风险的趋势(p=0.048)，但对上肢起病无显著影响。此外，该变异与患者生存时间无显著相关性。

为阐明分子机制，团队利用诱导多能干细胞(iPSC)技术，从20名ALS患者的外周血单核细胞来源的淋巴母细胞样细胞系(LCLs)成功分化出运动神经元。基因表达分析显示，携带rs113161727 AG基因型的iPSC来源运动神经元中GPM6A mRNA表达水平显著高于GG基因型携带者(p=0.0039)。这一发现在67名日本ALS患者的iPSC来源运动神经元的RNA测序(RNA-seq)数据中得到验证(p=0.029)。

GPM6A编码的糖蛋白M6a是四跨膜蛋白脂质蛋白家族成员，在神经元发育、突触形成和可塑性中发挥重要作用。该蛋白主要分布于中枢神经系统的突触前膜，特别是在谷氨酸能突触小泡中富集。研究人员推测，GPM6A上调可能增强谷氨酸兴奋性毒性，导致更多谷氨酸释放，从而加剧运动神经元损伤，促使疾病更早发生。

本研究采用的主要技术方法包括：从日本多中心登记的2087名ALS患者中收集样本组成发现队列，222名患者组成验证队列；使用HumanOmniExpressExome芯片进行基因分型，通过SHAPEIT2和Minimac3软件进行基因型填充；采用BOLT-LMM算法进行全基因组关联分析；利用iPSC技术从患者淋巴母细胞样细胞系分化运动神经元；通过实时定量逆转录PCR和RNA测序分析基因表达。

研究结果

基线特征

发现队列和验证队列分别包含1808名和207名日本ALS患者，平均发病年龄分别为62.0±12.4岁和64.4±11.3岁。男性发病年龄显著早于女性(61.5岁 vs. 63.2岁，p=0.002)。65名SOD1突变携带者的平均发病年龄(55.4±12.0岁)显著早于非携带者。

ALS患者发病年龄的GWAS分析

发现阶段识别出4q34.2位点与ALS发病年龄达到全基因组显著性关联，主导SNP为rs113161727。该关联在验证队列和荟萃分析中均得到确认。所有18个达到显著性水平的SNP均位于ADAM29和GPM6A基因间的 intergenic 区域。

rs113161727与ALS表型的关联

rs113161727的A等位基因显著增加下肢起病风险，有降低延髓起病风险的趋势，但不影响生存时间。

iPSC来源运动神经元的基因表达分析

rs113161727 AG基因型携带者的iPSC来源运动神经元中GPM6A表达显著上调，而周围其他基因表达不受影响。RNA-seq数据验证了这一结果。

讨论与结论

本研究首次在日本人群中发现rs113161727位点与ALS发病年龄显著相关，并证实该变异通过调控GPM6A表达影响疾病进程。与欧洲和中国人群研究不同，本研究未重复出先前报道的CTIF和FRMD8基因变异与发病年龄的关联，凸显了遗传修饰因子的人群特异性。

特别值得注意的是，在SOD1-ALS患者中，rs113161727携带者的发病年龄提前达10年。根据ALS多步骤假说，SOD1突变携带者平均只需两个步骤即可发病，而rs113161727可能参与其中一个步骤，加速疾病发生。这一发现对SOD1-ALS的个性化治疗具有重要指导意义，提示携带rs113161727的患者可能需要更早干预。

GPM6A与多种神经精神疾病相关，而ALS患者常伴有焦虑、抑郁等精神共病，提示GPM6A可能参与ALS与神经精神疾病的共同通路。从机制角度看，GPM6A上调可能增强谷氨酸兴奋性毒性，在SOD1-ALS中尤为明显，因为SOD1突变可通过灭活谷氨酸转运体1加剧细胞外谷氨酸积累。

本研究优势在于使用单一民族队列进行GWAS分析，并在独立队列中验证，同时利用患者特异性iPSC来源运动神经元进行功能验证。局限性包括样本量相对有限，可能影响检测其他关联的统计效能。

总之，本研究识别出与日本ALS患者发病年龄相关的遗传修饰因子rs113161727，阐明其通过调控GPM6A表达影响疾病进程，为理解ALS异质性提供了新视角，也为开发延迟疾病发生的治疗策略提供了潜在靶点。研究成果发表于《Communications Biology》期刊，为ALS精准医疗奠定了重要基础。