【昊文章】天昊靶向外显子组测序助力客户文章见刊《Translational Psychiatry》

发稿时间：2020-04-01来源：天昊生物

 近日，由东南大学附属中大医院神经内科张志珺教授和USA Global Clinical Translational Research Institute, Bethesda Dr Fengyu Zhang团队，利用靶向外显子组测序结合生物统计学和生物信息学分析，首次在中国汉族抑郁症（major depressive disorder, MDD）患者最大样本中发现了5个新的基因座中7个SNP位点与抗抑郁治疗疗效关联，均达到全基因组显著性水平，文章于近日发表在《Translational Psychiatry》期刊（IF=5.182）

天昊为此项研究提供了目的区域测序和初步数据分析，天昊生物生物信息部经理李才华、市场部技术支持陶玉和天昊生物业务部经理屈肖肖也作为文章的共同作者，分享了这一研究成果。

题目：Targeted exome sequencing identifies five novel loci at genome-wide significance for modulating antidepressant response in patients with major depressive disorder.

影响因子： 5.182 PMID：32066657 期刊年卷：Transl Psychiatry 2020 Jan 23;10(1) DOI：10.1038/s41398-020-0689-x 

 

研究背景：

● 抑郁症(MDD)是常见的一种重性精神疾病，全球终生患病率为17.8%。目前用于临床的抗抑郁剂仍存在起效慢、有效率和治愈率低等缺点。

● 而药物基因组学研究表明，基因多态性是影响抗抑郁治疗疗效个体差异的重要生物学因素之一。至今，已发表了8项高加索族抑郁症患者人群抗抑郁药物疗效的全基因组关联研究（GWAS），但是至今无重复性。另外，中国汉族MDD人群的药物遗传学GWAS研究依然缺如。

● 另外，重复经颅磁刺激(rTMS)因其无创、便捷、安全有效，做为抗抑郁治疗物理技术在临床广泛应用，但其抗抑郁治疗有效率低且也存在个体差异。

● 采取多时间点随访评估抗抑郁治疗疗效并结合生物统计学和生物信息学分析药物遗传作用是更可靠地试验设计，有助于指导MDD患者的个体化治疗。

 

研究目标：

完成MDD患者8周抗抑郁治疗的靶向外显子组测序，确定罕见和常见的单核苷酸变异(SNVs)对抗抑郁治疗反应的影响，重点关注其对不同治疗期（2,4,6,8周）有效率和8周治愈率的不同影响；区别“单纯药物”治疗组和“药物+rTMS”治疗组治疗效应差异的相关遗传变异。

 

研究方法：

●  样本：首发或未服药大于两周抑郁症患者929例，单药治疗8周，其中399患者开始治疗前2周同时接受rTMS治疗(“plus-rTMS”治疗组)，530例为单一抗抑郁剂治疗组(“drug-only”治疗组)

●  临床结局：主要采用HAM-D17症状量表在基线期和治疗后第2、4、6、8周随访评估抑郁症状严重度及其变化

●  测序候选基因选择：基于KEGG通路数据库，围绕MDD病因假说和发病机制以及抗抑郁作用相关通路共筛选1309个候选基因，测序区域包括编码区，5′ UTR，3′ UTR, 内含子-外显子交界25 bp区域。 

●  目的区域二代测序：利用上海天昊生物 Illumina MiSeq平台完成。

●  SNV位点验证：利用上海天昊生物iMLDR平台完成。

●  Top位点的调控证据：基于组织样本的公共数据挖掘：

1）HPA提供的RNA-seq数据（https://www.proteinatlas.org/）；2）GTEx（https://www.gtexportal.org）的RNA-seq数据，是应用全体基因ID和在线的cis-eQTL分析进行定位；3）分析尸检人脑的RNA表达矩阵，以研究rs8092 SNP对GNA15基因座的顺式调节作用，该研究基于88位欧洲血统的受试者（与其他样品一致），年龄大于5岁（http://braincloud.jhmi.edu/)。

研究结果：

1）抗抑郁治疗疗效临床评估

●  最终纳入统计的929例MDD患者中，530例为“drug-only”治疗组，399例为“plus-rTMS”治疗组。组间比较在性别、有无家族史、用药类型、病程、基线临床症状（HAM-D17 log转化分值），差异均无统计学意义(P > 0.05)。在多元回归模型分析中，两个治疗组间仅教育水平(P = 0.0472)和发病年龄(P = 0.0346)显著差异。

●  与drug-only组相比，plus-rTMS组治疗后2周(P = 0.00014)和4周(P = 0.0054)内的有效率更高(58.65% vs 40.76%。此外，plus-rTMS的整体缓解率为65.20%，高于drug-only组的55.66% (P = 0.0035)(表2)。

表2：抗抑郁治疗在多个随访时间点的治疗有效率

2）SNV负荷调节抗抑郁治疗反应与不同治疗方案和基因区域相关

基于目的区域测序共发现107,875个罕见变异，约一半的罕见变异(56,552)仅见于MDD患者组，在1000Genomes 和438例健康对照组未发现。SNV累积负荷对抗抑郁治疗疗效仅在“drug-only”组存在显著性影响，而在“plus-rTMS”组影响有限。

3）与抗抑郁治疗反应相关的常见变异

在控制了SNV负荷的影响后，在显性和隐性模式下进一步分析了12561个MAF高于5%的SNP，以寻找与抗抑郁治疗反应相关的常见变异。主要结果发现：1. IL1A, GNA15, PPP2CB, PLA2G4C和GBA五个基因7个SNP位点与抗抑郁治疗反应相关性达到全基因组显著性水平(5×10⁻⁰⁸)；2. 在“drug-only”组或“plus-rTMS”组发现了10个SNP经严格Bonferroni校正后仍与抗抑郁治疗反应显著相关(α = 9.9 × 10⁻⁰⁷)，其中包括GNA11基因。

4）与抗抑郁治疗反应和MDD发病风险均相关的常见变异

仅有GNA11基因3UTR区域的SNP rs8092同时与抗抑郁治疗反应和MDD发病风险均显著相关，GNA15基因SNP rs11671393与抗抑郁治疗反应相关性达到基因组显著性水平 (P = 4.85 × 10⁻¹²)，且两个位点连锁度很低。携带rs8092的C等位基因和rs11671393的G等位基因的患者抗抑郁治疗后起效更慢疗效更差 (图2e)；此外，基于组织样本的公共数据，rs8092在人类尸检脑组织前额叶皮层(N = 88, P = 7.0 × 10−03 (Fig. 2f)和其它多个水平组织中是GNA15基因表达的顺势调控元件。

图2：2  GNA11−GNA15区域SNP与抗抑郁治疗反应显著相关

a 散点图描绘了抗抑郁药物反应相关性分析的P值 (X 标注为MDD风险相关性分析P值)。

b MDD患者样本在该区域的连锁不平衡(LD)图(基于测序分析的常见变异)。

c 健康对照样本在该区域的连锁不平衡(LD)图。

d 在“plus-rTMS”治疗组中，rs8092主要风险等位基因C的纯合携带者和rs1167393低频等位基因T纯合携带者的log HAM-D17分值差异。

e 在“drug-only”治疗组中，rs1167393主要风险等位基因G的纯合的携带者和rs1167393 低频等位基因T纯合携带者的log HAM-D17分值差异。.

f rs8092 SNP的主要风险等位基因C与欧洲血统的成年尸检脑组织中GNA15的表达有关。

 

5）前期MDD疾病关联GWAS研究和抗抑郁药物遗传学研究发现的显著关联的SNP位点验证：

●  前期MDD的GWAS研究报道过的七个基因座中，位于ENOX1、ESR2、PMFBP1和EP300的7个SNP在本研究“drug-only“组与抗抑郁治疗反应显著相关（P < 0.05)； ENOX1的rs730210和EP300的rs3818121在“plus-rTMS”组显示与抗抑郁治疗反应显著相关 (P < 0.05)。

 

讨论：

●  本研究首先报道了中国汉族MDD人群最大样本量抗抑郁治疗反应基因组学结果，主要发现“drug-only”治疗组和“plus-rTMS”治疗组在抗抑郁治疗2周后有效率和8周后缓解率存在显著差异，与单纯药物治疗组相比，加用rTMS治疗组治疗更有效，可更快改善患者临床症状。

●  SNV负荷主要显著影响“drug-only”治疗组患者抗抑郁剂治疗疗效。

●  确定了五个基因座IL1A，GNA15，PPP2CB，PLA2G4C和GBA的七个SNP（MAF> 5％）与MDD患者抗抑郁治疗疗效达到了全基因组显著性相关水平；并且该7个位点在人体组织中都是相关基因的表达数量性状位点.

●  GNA11基因rs8092位点同时与抗抑郁剂治疗疗效和MDD发病风险相关。

 

研究结论：

我们的研究表明，罕见和常见的基因变异均可调节两组抗抑郁治疗的疗效差异。这些发现提示MDD患者的需要个体化和精准抗抑郁治疗，同时为MDD抗抑郁治疗效应的潜在分子机制提供了新思路和实证。