北京协和医院徐雁团队：孟德尔随机化药物靶点分析联合蛋白组分析，4图拿下14分+纯生信

孟德尔随机化作为生信界的新宠儿，已经在生物信息学和计算生物学领域开始应用于基因组学和蛋白质组学。通过结合基因组学和蛋白质组学技术，MR方法可以更准确地确定基因和蛋白质与疾病之间的因果关系，为疾病的治疗和预防提供新的思路和方法。本篇文章研究使用Mendelian randomization（MR）方法，结合基因组学和蛋白质组学技术，探索多种血浆和脑脊液蛋白质与多发性硬化症（MS）之间的因果关系。通过这种方法，研究者鉴定了多个血浆和脑脊液蛋白与MS之间的因果关系，并结合大量的外部数据对多发性硬化症潜在药物靶点进行验证，这些蛋白质可能成为MS的潜在治疗靶点。此外，本研究还使用了最近发表的基因组关联研究中获得的大量遗传工具，为MS的治疗和预防提供了新的思路和方法。（ps：好的思路与方法，值得借鉴，有什么问题与需求，小云可为小伙伴提供超多个性化的分析思路哦！）

题目：通过孟德尔随机化分析确定多发性硬化症的潜在药物靶点

杂志：brain

影响因子：IF=14.5

发表时间：2023年3月

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研究背景

多发性硬化症（MS）的治疗目前仍然面临挑战，需要寻找新的治疗靶点。研究者使用Mendelian randomization（MR）方法，结合基因组学和蛋白质组学技术，探索了多种血浆和脑脊液蛋白质与MS之间的因果关系，以此来鉴定潜在的治疗靶点。该研究的意义在于为MS的治疗提供了新的思路和方向，为开发新的治疗方法提供了有力的支持。

数据来源

研究思路

通过使用Mendelian randomization（MR）方法，结合基因组学和蛋白质组学技术，探索多种血浆和脑脊液蛋白质与MS之间的因果关系。为此，他们使用了GWAS数据、血浆pQTL数据和脑脊液pQTL数据，通过MR方法鉴定潜在的治疗靶点。接着，作者对主要发现进行了进一步验证。具体来说，使用双向孟德尔随机化分析和Steiger过滤、贝叶斯共定位和表型扫描等方法，以确保所鉴定的蛋白质与MS之间的因果关系是可靠的。此外，还进行了蛋白质-蛋白质相互作用网络，以揭示蛋白质和/或目前的多发性硬化症药物之间的潜在关联。最后，研究者对研究结果进行了分析和讨论，探讨其对MS治疗的潜在影响和意义。同时，他们也指出了研究的局限性和未来的研究方向。

图 1 鉴定与 MS 因果相关的血浆和脑脊液蛋白的研究设计。

主要结果

1.筛选蛋白质组中的多发性硬化症致病蛋白

在 Bonferroni 显著性（P < 5.63 × 10−5）下，MR 分析显示了 6 个蛋白质 - MS 对（表 1 和图 2A 和 B），包括血浆中的 Fc 受体样蛋白 3 (FCRL3)、胸苷磷酸化酶 (TYMP) 和 α-2-HS-糖蛋白 (AHSG)，以及膜金属内肽酶样 1 (MMEL1)，信号淋巴细胞激活分子 F7 (SLAMF7) ) 和脑脊液中的 CD5 抗原样 (CD5L)。具体来说，FCRL3、TYMP、AHSG、SLAMF7和 CD5L降低了 MS 的风险，而 MMEL1 升高可降低 MS 风险。初步分析中分析的蛋白质未检测到异质性。

图 2 血浆和脑脊液蛋白的 MR 结果以及 MS 风险。

2.多发性硬化症致病蛋白的敏感性分析

MR 分析揭示的六种蛋白质中的五种被确定为 MS 的潜在药物靶点，包括 FCRL3、TYMP、AHSG、MMEL1 和 SLAMF7。首先，双向 MR 分析没有揭示 MS 对六种已识别蛋白质水平的任何因果影响，Steiger 过滤进一步确保了方向性（表 2 和补充图 1）。其次，贝叶斯共定位强烈表明 FCRL3 (coloc.abf-PPH4 = 0.889)、TYMP (coloc.susie-PPH4 = 0.896)、AHSG (coloc.abf-PPH4 = 0.957、coloc.susie-PPH4 = 0.973)、MMEL1 (coloc.abf-PPH4 = 0.930) 和 SLA MF7 (coloc.abf-PPH4 = 0.947) 与 MS 具有相同的变体（表 2 和补充图 2）。最后，经过表型扫描，发现FCRL3（rs7528684）与1型糖尿病、Fc受体样蛋白4（FCRL4）、免疫球蛋白超家族成员11（IGSF11）和杀伤细胞免疫球蛋白样受体3DL3（KIR3DL3）相关； TYMP（rs131798）被发现与血细胞特征和嘧啶代谢相关，例如平均红细胞血红蛋白、平均红细胞体积、尿苷和2-脱氧尿苷； AHSG（rs35094235）被发现与活化部分凝血活酶时间（APTT）相关； MMEL1（rs10909839）被发现是原发性硬化性胆管炎的易感基因，并间接影响MS、类风湿性关节炎和乳糜泻； CD5L 被发现与 Fc 受体样蛋白 1 (FCRL1) 相关。相反，SLAMF7 没有观察到显著关联（表 2）。同时，FCRL3 和 CD5L pQTL 显示出暗示相关性（LD r2 = 0.65）。

补充图1 六种潜在致病蛋白水平上多发性硬化症的双向 MR 分析

补充图2 六种潜在致病蛋白和多发性硬化的贝叶斯共定位分析

3.血浆和脑脊液中分析蛋白质的比较

在蛋白质水平上，CSF 和血浆 MR 结果之间不存在显著负相关（Spearman 相关系数 = -0.037，蛋白质数量 = 66，无 P 值阈值）。同时，当使用不同的P值阈值限制分析中包含的蛋白质数量时，负相关仍然存在并且仍然不显著（补充图3）。通过文本挖掘和共表达进行的进一步 PPI 网络分析表明，基于血浆的 AHSG 和基于 CSF 的 CD5L 可能存在关联。蛋白质-蛋白质MR还显示，血浆FCRL3水平的增加导致CSF CD5L增加（β = 6.883，P = 1.140 × 10−66），而较高的CSF CD5L则相反降低血浆FCRL3（β = -0.106，P = 1.296 × 10−7）。然而，蛋白质-蛋白质共定位并不支持血浆-脑脊液蛋白质关联。

补充图3 浆蛋白质组与脑脊液蛋白质组MR估计值比较分析

4.潜在药物靶点与当前多发性硬化症药物的关联

PPI 网络揭示了三种优先蛋白质（FCRL3、TYMP 和 SLAMF7）与四种当前多发性硬化症药物的靶标之间的相互作用。使用 STRING，MS4A1–FCRL3 和 PNP–TYMP 被确定具有最可靠的相互作用（已知相互作用）。具体来说，FCRL3 与 B 淋巴细胞抗原 CD20 (MS4A1) 相关，后者是 ocrelizumab 和 ofatumumab 的靶标。STRING 还揭示了 FCRL3 和 MS4A1 存在物理相互作用，表明这两种蛋白质非常接近，但不一定直接接触。TYMP 与克拉屈滨的两个靶标、嘌呤核苷磷酸化酶 (PNP) 和核糖核苷酸还原酶调节 TP53 诱导亚基 M2B (RRM2B) 相关。有趣的是，PNP 和 TYMP 在嘧啶代谢中富集。SLAMF7 与阿仑单抗的靶标 CAMPATH-1 抗原 (CD52) 相关（图 3）。我们还在 Drugbank 数据库中搜索了针对已确定的潜在致病蛋白的当前药物。确定了两种可能改善疾病的药物：氟尿苷（TYMP 的诱导剂）和 elotuzumab（SLAMF7 的调节剂）。

图 3 当前 MS 药物靶点与已确定的潜在药物靶点之间的相互作用。

5. 多发性硬化症潜在药物靶点的外部验证

使用不同数据集中的相同变异和显著变异策略来复制主要发现，在英国生物银行和 FinnGen 队列中还发现 MMEL1 与 MS 相关，而 FCRL3 仅在英国生物银行中与 MS 相关。例如，使用 Ferkingstad 等人报道的全基因组显著变异16 作为遗传工具，增加 FCRL3 会增加 MS 风险（OR = 0.85；95% CI，0.74–0.97；P = 0.017）。此外，在英国生物库中，AHSG 对 MS 有轻微显著的因果影响，MS 风险增加的 OR 表示为血浆蛋白水平每 SD 增加和 CSF 蛋白水平每 10 倍增加。（图 4）。（ps：结合大量的外部数据对多发性硬化症潜在药物靶点进行验证，瞬间提升了文章的质量，感兴趣的小伙伴可以借鉴学习！）

图 4 使用 (A) 英国生物银行和 (B) FinnGen 队列的数据对六种潜在因果蛋白与 MS 的外部验证

小结

本篇文章使用孟德尔随机化的方法，结合基因组学和蛋白质组学技术，探索多种血浆和脑脊液蛋白质与多发性硬化症之间的因果关系。不论是在选取研究对象还是在研究方法上都有巨大的亮点，并且通过大规模的GWAS数据和蛋白质组学数据，外加潜在药物靶点的外部验证，逻辑缜密，思路清晰，这篇14+的top实至名归！如果你还苦恼于生信分析没有思路，或者嫌分析方法太过简单、太过老套，想要创新思路的，或者对单细胞分析、多组学联合分析等方向感兴趣的小伙伴快来联系小云吧！