大家好！今天小编和大家分享一篇2024年10月28日发表在Scientific Reports (IF：3.8001 Q1)杂志的文章《Druggable targets for Parkinson’s disease: transcriptomics based Mendelian randomization study》。帕金森病（PD）是一种常见的神经退行性疾病。目前可用的PD药物，只能缓解PD的症状，但不能阻止疾病的进展，并且有严重的副作用。本研究通过MR和SMR分析，确定了P2RX7和RNASET2是可行的PD治疗靶点，它们在PD组织中高表达，并随着Braak分期的增加而增加，这将有助于开发PD的可药物治疗靶点。
摘要
背景：
帕金森病（PD）是一种常见的神经退行性疾病。目前可用的PD药物，只能缓解PD的症状，但不能阻止疾病的进展，并且有严重的副作用。需要其他新的PD药物治疗靶点。
方法：
首先，下载大脑黑质（SN）区域转录组学数据的6个GEO数据集，寻找PD中失调的可用药基因。然后，使用脑组织和血液的eQTL数据进行孟德尔随机化（MR）和基于汇总统计的MR （SMR）分析，研究基因表达与PD的关系。接下来，在另一个数据集GSE49036中验证了候选可药物靶点表达与疾病分期之间的关联。最后，进行了全现象MR分析，以研究候选药物基因对其他几种复杂疾病或性状的潜在影响。
结果：
我们的研究揭示了313个差异表达基因可能是直接靶向的，并对PD有影响（FDR-p<0.1）。通过MR和SMR分析，我们确定P2RX7和RNASET2是可行的PD治疗靶点，它们在PD组织中高表达，并随着Braak分期的增加而增加。
结论：
全表型MR分析揭示了靶向RNASET2的其他作用。该研究为靶向P2RX7和RNASET2的潜在治疗特性提供了遗传支持，这将有助于开发PD的可药物治疗靶点。
研究结果：
PD患者与对照组差异表达基因的meta分析
本研究的简要概述如图1所示。为了找出哪些基因可能是PD发生发展的关键驱动基因，我们使用了6个黑质转录组阵列数据集来比较PD与正常患者之间RNA表达的差异。在个体数据集中发现的基因失调，通过荟萃分析进行分析。经meta分析，PD中总共有1722个基因上调，1518个基因下调（p<0.05），这些基因名义上是显著差异表达基因（deg） （Supplementary Table 1）。根据KEGG富集分析结果，我们发现deg在一些神经系统疾病中显著富集，包括阿尔茨海默病、帕金森病、朊病毒病、肌萎缩侧索硬化症和亨廷顿病（图2A）。此外，这些deg在蛋白酶体、柠檬酸循环（TCA循环）和氧化磷酸化中显著富集（图2A）。根据GO富集分析结果，deg在突触组织和突触组织调控中显著富集。此外，它们在核糖磷酸、核糖核苷酸、嘌呤核糖核苷酸和嘌呤核苷酸的代谢过程中也显著富集（图2B）。
可靶向的DEGs
为了找到几个具有更重要临床意义的deg，我们寻找了可以直接靶向的基因。经过仔细的审查和去重复，使用DGIdb数据库发现了5588个可靶向的基因。此外，我们从Finan等人早期的研究中收集到了4463个可以被靶向的基因。最后，我们收集到了5700个具有基因符号的不同基因，用于后续的研究（补充表2）。根据可用药基因差异分析结果，有134个可用药基因上调，179个可用药基因下调（FDR-p<0.1）（图2C，补充表3）。为了尽可能控制假阳性，选择FDR-p<0.1的可用药基因进行后续分析。
图1. 研究设计流程图。孟德尔随机化。SMR，基于汇总统计的MR。
图2. PD患者与年龄匹配的健康对照者脑SN区转录组学数据的6个GEO数据集的meta分析
通过MR分析估计目标对PD的因果效应
我们从脑组织和血液中提取具有eQTLs数据的基因，与可用药的deg交叉以提名主要候选基因。在脑组织66个基因的eQTLs中，鉴定出7个与PD相关的基因。其中3个基因表达增加与PD风险增加相关，其余4个基因表达增加与PD风险降低相关。当我们与deg进行比较时，我们发现共有3个基因的失调与PD的预测风险一致，包括PD中高表达的2个基因（RNASET2和P2RX7），其表达与PD的风险呈正相关。而ADK在PD组织中低表达，该基因的高表达是PD发病的保护因素（图3A）。在血液中231个基因的eqtl中，鉴定出12个与PD相关的基因，其中RNASET2基因被遗传预测与PD风险升高有关。对于其他基因表达与PD的关系，血液eqtl的结果与脑组织的结果不一致，甚至相互矛盾。例如，血液中较高水平的PI4K2A表达似乎是PD的保护因素，而脑组织中则得出相反的结论（图3B）。
图3. 脑(A)和血(B)基因表达与PD的关系图。
SMR和HEIDI验证靶点对PD的因果效应
考虑到基因表达与复杂结局事件PD之间的因果关系可能是由连锁不平衡（LD）引起的，我们使用SMR和HEIDI方法对MR分析结果进行验证。基于脑组织的eqtl， SMR结果显示，基因预测RNASET2、P2RX7和PI4K2A的高表达与PD风险增加显著相关，而基因预测TIE1、TNNI3K和HSD17B7的高表达与PD风险降低相关（表1）。然而，除了HSD17B7可能与LD相关（pHEIDI<0.05），其他基因与LD无关（pHEIDI<0.05）。其中，候选基因（r2rx2、P2RX7、TIE1和TNNI3K）的表达与PD的相关性以散点图显示，PI4K2A的表达因只有一个SNP而未显示（Supplementary Fig. 1）。此外，利用GTEx区域脑组织衍生的eQTLs，我们发现P2RX7和RNASET2在3个脑区高表达与PD的风险增加相关，与来自大脑多个区域的结果一致表明，较高的TNNI3K表达与较低的PD风险相关（补充表4）。eQTLGen的血液eQTLs数据结果表明，HEIDI检测后，基因预测的CCNH、PTPRG、PI4K2A的表达升高可能是PD的保护因素，KCNB1的表达升高会增加PD的风险（表2）。gtexx衍生的全血结果与eQTLGen的结果不一致（补充表2）。
候选基因的表达水平与外部数据集
通过之前的分析，从PsychENCODE和GTEx联盟中收集的脑组织eqtl的MR和SMR结果支持P2RX7和RNASET2作为可行的PD治疗靶点。TIE1作为治疗靶点的可行性仍有待讨论。接下来，我们研究了这些基因表达模式与疾病之间的关系。在差异表达分析中包含的GEO数据集中，我们通过荟萃分析发现了失调基因。毫不奇怪，森林图显示P2RX7和RNASET2在PD组织中高表达（图4A，B），在另一个数据库GSE49036中，我们发现这两个基因的表达随着Braak期的增加而增加（图4D，E）。此外，第三个可能的治疗靶点是TIE1，它在PD中高表达，在晚期PD中表达水平更高（图4C，F）。PI4K2A，脑和血液组织的SMR分析得出了相互矛盾的结论，但该基因在晚期PD中的表达水平低于早期PD（图4G）。对于其他可能被药物治疗的靶基因，其fdr校正p值在DEGs中小于0.2，尽管CDC42BPA和FBLN1在PD中高表达，但其表达水平与PD分期无关（图4H，I）。
图4. 数据集中基因表达与PD或PD Braak分期的关系。
优先靶点对其他复杂疾病的有利和不利影响
由于大多数治疗PD的药物通过血液循环到达脑组织发挥作用，我们评估了血液和脑组织中两种PD相关基因在其他适应症中是否有有益或有害的作用。在全表型MR筛查中，我们发现较高水平的RNASET2可能是甲状腺功能减退的一个保护因素(血液，b= - 0.129, p=2.897×10 - 17；brain, b=−0.987,p=2.686×10−20)（图5A，B）。此外，在脑组织中，较高水平的RNASET2可能是伴有或不伴有甲状腺肿的甲状腺毒症（脑，b= - 1.234, p=4.620×10−5）和痒疹和地衣（脑，b= - 1.810, p=4.620×10−5）的保护因素，而较高水平的RNASET2可能增加皮肤癌的风险（脑，b=0.642, p=1.821×10−5）。没有其他疾病与这些优先目标相关，汇总结果显示在补充表5中。
Fig.5 曼哈顿图表示血液(A)和脑组织(B)中P2RX7和RNASET2全表型MR结果。
总结：
我们的研究利用一种全面的可药物全基因组MR方法成功地确定了PD的新治疗靶点。这些发现证实了靶向P2RX7和RNASET2的治疗优势，将有助于开发PD的可药物治疗靶点。需要进一步的研究和临床试验来验证并将这些发现转化为PD患者的切实益处。
