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细胞类型分辨的遗传变异塑造炎症性肠病风险

Nature2026年6月3日 00:00

主要常见的复杂疾病在全球造成了显著的发病率和死亡率,但导致易感性的生物机制仍然未完全理解。遗传变异对疾病易感性贡献显著,基因组关联研究(GWAS)已识别出数十万种遗传变异与复杂疾病和性状之间的关联。然而,超过90%的GWAS信号映射到基因组的非编码区域,这使得识别失调基因、通路和细胞类型变得复杂。非编码变异被认为通过改变附近基因的表达来影响疾病风险。这促使了大规模努力来绘制顺式表达数量性状基因组(eQTL)并将其与GWAS发现相结合。尽管这些研究提升了我们对疾病生物学的理解,但大多数GWAS位点仍未注释。功能解析缺乏是治疗开发的一个主要挑战,因为由人类遗传证据支持的药物靶点在临床试验中成功推进的可能性大大增加。对此注释缺口的一个可能解释是eQTL和GWAS信号常常具有不同的基因组背景:eQTL更常见于启动子区域,而GWAS信号在增强子中富集。然而,这种差异可能反映了当前eQTL发现努力中的方法学偏差,这些努力通常依赖于异质组织或粗略分离的细胞群体的低分辨率散装RNA测序。这些方法可能更有利于检测跨多种细胞类型共享的调控效应,这更可能存在于启动子而非增强子中。单细胞RNA测序(scRNA-seq)能够在更高的细胞分辨率下捕捉基因表达变异,从而能够识别细胞类型特异的eQTL,可能这些在散装组织研究中无法获得。然而,目前尚不清楚在不同细胞分辨率下识别的eQTL在GWAS位点上的效应基因提名的改善程度。我们假设GWAS信号在细胞类型特异的单细胞eQTL(sc-eQTL)中会优先富集,因为它们的调控效应的上下文限制可能意味着它们面临更弱的选择压力。为此,我们建立了IBDverse项目,从克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)最常受影响的部位——末端回肠和直肠的血液和肠道活检中生成大规模的scRNA-seq数据集。这些疾病代表了炎症性肠病(IBD)的两种主要形式,影响全球超过490万人。使用来自400多名个体的近220万个单细胞转录组,包括125名IBD患者,我们全面绘制了跨越从单一细胞类型到组织层次分类的广泛细胞分辨率的eQTL效应。我们的分析使我们能够提名321个已知IBD位点中超过一半的候选效应基因和细胞类型,包括74个首次提名效应基因的位点。此外,我们系统地量化了在不同细胞分辨率下检测的eQTL对GWAS关联信号的贡献,证明细胞类型水平的eQTL在IBD GWAS位点中显著富集,并与在更广泛细胞分组中检测的eQTL相比,优先存在于不同的基因组背景中。这些发现突显了单细胞分辨率在解释复杂疾病遗传学方面的力量,并为不同疾病的效应基因发现提供了一个通用框架。一个细胞图谱用于肠道和血液为了促成在与IBD相关网站的大片段sc-eQTL映射,我们创建了IBDverse,包括从275个健康直肠活检、119个CD末端回肠活检、243个健康末端回肠活检和95个来自CD患者的血液样本生成的scRNA-seq数据。在严格的质量控制之后,我们获得了超过180万个高质量细胞,我们将其聚类成9个主要细胞群中的86个转录组不同的群体。来自所有解剖部位的样本经过联合分析,以确保一致的细胞类型分配,并捕捉到特定部位和共享的细胞状态。经过CellTypist的训练和注释后,我们最终的sc-eQTL映射队列包含来自396名个体的近220万个细胞,并具有匹配的基因组范围基因型数据。

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