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阿爾茨海默病（AD）是痴呆症的主要原因，根據以往研究估計，AD的遺傳度高達70%[1]。
一直以來，受限於基因分型技術，以往的大型隊列只能採用SNP芯片結合基因型推斷方法來對個體進行基因分型，因此無法有效檢測在群體中突變頻率較低的罕見變異，這也就導致GWAS發現的AD相關遺傳變異都是次等位頻率（MAF）＞0.05的常見變異（大部分疾病/表型都受到同樣影響）。
從進化的角度來講，群體中的常見遺傳變異一般不會對個體的生存繁殖產生較大的有害性，而極其有害的往往是罕見變異。因此GWAS發現的AD相關遺傳變異往往影響力很小[2]，僅僅關注這些變異是不夠的，這只是造成AD具有70%遺傳度的一部分原因，另一部分在遺傳學研究中通常稱之為「丟失的遺傳度（Missing Heritability）」[3]。構成這部分遺傳度的因素有很多，罕見變異是其中一種。
目前在二代測序技術的幫助下，罕見變異的檢測精度已經得到顯著提升，也是時候研究一下罕見變異所代表的AD遺傳度了。
近日，由荷蘭阿姆斯特丹自由大學的Henne Holstege、Marc Hulsman和法國巴斯德研究所的Jean-Charles Lambert以及法國魯昂大學的Gaël Nicolas四位科學家領銜的研究團隊在《自然·遺傳學》期刊發表重要研究成果。
他們利用16036例AD患者和16522個健康人的外顯子組測序數據，比較了AD患者和健康人之間基因的有害罕見變異負荷，發現TREM2、SORL1、ABCA7、ATP8B4和ABCA1在兩者之間有顯著差異。
論文截圖
Henne Holstege團隊分為兩個階段進行了這項研究，他們首先在12652例AD患者（包含4060例早發性AD患者[EOAD]和8592例晚發性AD患者[LOAD]）和8693個健康人中識別具有顯著差異的罕見變異負荷的基因，隨後在3384例AD患者和7829個健康人中進行了驗證。
研究流程
在基因識別階段，Henne Holstege團隊選擇了從外顯子組測序數據中檢測到的MAF＜1%的罕見變異，並利用LOFTEE和REVEL（兩個變異有害性注釋數據庫，REVEL分數介於0~100之間，越大表明變異是一個有害性更高的錯義變異）對這些變異的有害性進行了注釋，然後根據不同的有害性閾值得到了四組變異：LOF（由LOFTEE注釋的導致基因功能喪失的變異，n=57543）、LOF+REVEL分數≥75（n=111755）、LOF+REVEL≥50（n=211665）、LOF+REVEL≥25（n=409733）。
由於這四組變異所涵蓋的基因數量不同，因此Henne Holstege團隊分別比較了四組不同數量的基因在AD患者和正常人之間的變異負荷，最終發現SORL1、TREM2、ABCA7、ATP8B4、ADAM10以及ABCA1的變異負荷在至少一組變異上有顯著差異，表明這些基因與AD風險有關。
隨後在驗證階段Henne Holstege團隊對上述識別到的變異負荷差異基因進行了驗證，這些基因仍然在至少一組變異上有顯著差異的負荷。他們接着把兩個階段的數據整合到一起做了一次薈萃分析，發現SORL1、TREM2、ABCA7、ATP8B4以及ABCA1仍然在AD患者和正常人之間有顯著差異的變異負荷，但ADAM10的變異負荷差異不再顯著。
對此，研究人員推測原因可能是ADAM10上的罕見變異太少，統計力不足，在更大樣本量的隊列中應該可以驗證ADAM10和AD的關聯性。
上述基因中SORL1、TREM2、ABCA7、ABCA1以及ADAM10在以往的GWAS研究中也都被發現與AD相關[2]，因此Henne Holstege團隊想探究GWAS發現的AD相關基因是否會出現顯著差異的罕見變異負荷。他們將兩個階段的樣本合併成了一個更大的隊列，並且比較了最近發表的AD相關GWAS研究報道的75個基因在AD患者和正常人之間的罕見變異負荷。
除了前面提到的基因，Henne Holstege團隊還發現RIN3、CLU、ZCWPW1以及ACE罕見變異負荷在AD患者中更高，表明這些基因上的罕見變異與AD風險升高有關。
之後Henne Holstege團隊還分析了位於上述基因上的罕見變異的特點，在大部分基因上，有害變異在EOAD患者中的頻率更高，這很好理解，早期發病的主要因素就是遺傳。並且具有最大影響力的LOF變異位於SORL1、ADAM10、CLU以及ZCWPW1上，攜帶這些變異的個體有最低的中位發病年齡，表明這些基因是AD病因的關鍵基因。
有害罕見變異在EOAD患者中頻率更高（圖a）；基因的有害變異負荷OR在EOAD患者中更大（圖b）
在整個合併隊列中，9%的健康人在上述10個基因中的一個上發生了至少一個有害罕見變異，而在EOAD和LOAD患者中則分別為18%和14%。同時在EOAD患者中，2%的患者患病可以歸因於SORL1、TREM2以及ABCA7上的有害罕見變異，1%歸因於ATP8B4、ABCA1以及RIN3上的有害罕見變異。
總的來講，在這項研究中，Henne Holstege團隊首次在外顯子水平上利用罕見變異報道了新的AD風險基因——ATP8B4和ABCA1，並且還對以往GWAS報道的風險基因RIN3、CLU、ZCWPW1以及ACE進行了罕見變異負荷分析，發現這些基因很可能是GWAS研究中的驅動基因，表明在GWAS無法衡量AD相關基因重要性的情況下，直接影響基因功能的罕見變異可以幫助我們找到更重要的基因。
參考文獻：
[1] Gatz M, Reynolds CA, Fratiglioni L, et al. Role of genes and environments for explaining Alzheimer disease. Arch Gen Psychiatry. 2006;63(2):168-174. doi:10.1001/archpsyc.63.2.168
[2] Bellenguez C, Küçükali F, Jansen IE, et al. New insights into the genetic etiology of Alzheimer's disease and related dementias. Nat Genet. 2022;54(4):412-436. doi:10.1038/s41588-022-01024-z
[3] Génin E. Missing heritability of complex diseases: case solved?. Hum Genet. 2020;139(1):103-113. doi:10.1007/s00439-019-02034-4
責任編輯丨應雨妍
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