导读 

循环蛋白作为生物标志物被广泛用于揭示新的药物靶点和临床结果的解释。蛋白质的遗传调控众所周知，但却鲜有描述，这不仅激发了商业上的兴趣，也激发了科学上的探索。因此，将遗传学和蛋白质组学结合起来，可以为人类健康提供新的见解。

近年来，基于血液的蛋白质数量性状位点（pQTLs）研究多使用基于配体的多重蛋白质测定和基于抗体的多重免疫测定方法，以确定单核苷酸多态性（SNP）和蛋白质水平之间的数千种关联。但上述两种技术都依赖于蛋白质表位的保守结合区域，而这可能会引入结合的外源产物。采用跨平台的方法是可以克服上述缺陷的，例如使用质谱（MS）技术。此外，迄今为止，大多数pQTL研究都是在欧洲血统的人群中进行的，很少有非欧洲人的研究，如非洲人或东亚人。

近日，来自西湖大学、中山大学、复旦大学等单位的研究团队在Nature Communications发表了题为“Genome-wide genotype-serum proteome mapping provides insights into the crossancestry differences in cardiometabolic disease susceptibility”的文章。研究团队通过使用数据独立采集（DIA）质谱技术，首次在中国汉族人群中揭示了血液蛋白质组的遗传机制。此外，通过对顺式pQTLs和复杂性状/疾病进行共定位分析以及孟德尔随机化分析，发现了蛋白质对临床相关表型的假定影响，并提出了几种蛋白质在某些疾病中的因果作用和潜在治疗靶点。最后，研究团队证明了该数据集可能有助于解释东亚人和欧洲人之间疾病易感性的差异，并揭示了具有不同祖先的两个人群之间显著不同的肥胖诱导蛋白质组学特征，为东亚人和欧洲人在肥胖诱发糖尿病和冠状动脉疾病风险方面的不同易感性提供了见解。

主要研究内容

基因变异与蛋白质的关联

首先，研究团队采用了基于混合线性模型的全基因组关联分析（GCTA-MLMA）方法，对四个独立的GNHS亚队列中304种蛋白质水平的约500万常染色体变异进行了分析，然后通过包含2410名中国参与者的随机效应模型进行整合分析。最终鉴定了48个蛋白质的全基因组信号，并提取每个蛋白质最显著的前导SNP作为其pQTLs。其中，34个是顺式pQTLs（71%），14个是反式pQTLs（29%）。

基于肽水平数据的互补GWAS分析

除了上述基于蛋白质水平数据的GWAS外，研究团队还利用肽水平数据进行补充GWAS分析。基于肽水平分析，研究发现了64个蛋白质的147个pQTL。除载脂蛋白B（APOB）外，其余的多肽被发现在基因上与其相应蛋白的同一位点的SNP相关。例如，对于APOB，一个肽与一个顺式作用位点相关，而九个肽共享反式作用位点。此外，147个pQTLs中有122个可以用蛋白水平数据重现。

图2. 基因-蛋白的关联分析。

pQTLs的跨祖先和跨平台比较

为了验证在欧洲人群中报道的pQTLs是否可以在中国人群中复制，研究团队首先检测了共有的蛋白质，发现在中国人群中检测的304个蛋白质中，132个蛋白质在欧洲人群中发现了pQTLs。在欧洲人群中发现的132个蛋白质和相关pQTLs中，有来自118个蛋白质的1249个pQTLs出现在目前中国人群。这些pQTLs在已有的欧洲研究和目前的中国研究之间显示出中度相关性。

在已有欧洲pQTL数据集中搜索该研究新识别的195个pQTLs时，发现其中111个pQTL可以在欧洲人群中得到验证，表明当前研究中确定的多个pQTLs在两个人群中可能是保守的。

pQTLs与临床相关表型的综合分析

研究团队评估了顺式pQTLs与临床相关表型的因果推断。在排除位于主要组织相容性复合体（MHC）区域的pQTLs后，保留了31个蛋白质和160个与51个蛋白质对应的多肽。分析结果表明，载脂蛋白a水平上升明显与冠状动脉疾病的风险更高有关，而结合珠蛋白（HP）水平则与冠状动脉疾病风险呈负相关，具有临界实验显著性。

图3. 蛋白质与临床相关表型的关联分析。来源：Nature Communications

假定因果关系的孟德尔随机化分析

为了阐明蛋白质水平对疾病的潜在因果影响，研究人员进行了两样本孟德尔随机化分析。结果发现，基因决定的血管性血友病因子（VWF）水平可能会增加冠状动脉疾病和2型糖尿病的风险。与VWF水平相关的反式pQTLs位于ABO基因中，以前的研究也表明，ABO血型与几种健康和疾病结局相关，例如高血脂、2型糖尿病和心力衰竭。VWF的最高反式pQTLs（rs687621）具有决定血型的遗传变异（rs8176719），这为ABO血型与心脏代谢健康之间的联系提供了遗传基础和可能的机制。

图4. 潜在基因-蛋白质-表型关联的网络。

跨祖先心脏代谢疾病易感性的解释

利用新发现的pQTLs数据，研究人员比较了欧洲人和东亚人之间心脏代谢疾病易感性的潜在病因学差异。与欧洲人相比，东亚人在较低的BMI时就更容易患心脏代谢疾病。为了找到这一现象的潜在原因，研究团队分别将欧洲和东亚人群的BMI遗传数据进行了关联分析。分析结果表明，欧洲人和东亚人具有共同的遗传结构，并且在欧洲人和东亚人中，基因决定的BMI水平对2型糖尿病和冠状动脉疾病有一致的影响。

此外，使用在中国人（代表东亚人）和欧洲人群中都有pQTLs的41个蛋白质，研究观察到遗传决定的BMI与欧洲人的28个蛋白质正相关，与2个蛋白质负相关。在东亚人中，经过多次测试校正后，未发现上述显著关联的证据，且34个蛋白质显示不显著的负相关。因此，以上结果表明，肥胖与蛋白质之间的关联可能在两个不同祖先人群中存在本质差异。此外，两步MR分析发现了欧洲人和东亚人之间肥胖诱导的蛋白质组学特征差异，这可能有助于解释不同跨血统心脏代谢疾病对肥胖状态的易感性。图5. 欧洲人和东亚人冠状动脉疾病易感性差异分析。

结语

综上所述，研究团队利用基于MS的方法，在2958名汉族参与者中共鉴定出195个先导基因变异蛋白关联性，描绘了东亚人循环蛋白的遗传结构。该研究鉴定的pQTLs为揭示中国汉族人群血液蛋白质组的遗传结构提供了重要资源。此外，研究团队还揭示了东亚人循环蛋白水平与临床相关表型之间的潜在因果关系，从MR分析中新发现的蛋白质-疾病关系可能为开发针对人类复杂疾病的新型药物靶点提供线索。

Tags： 基于全基因组基因型-血清蛋白质组分析，首次揭示中国汉族人群血液蛋白质组的遗传机制